超声剪切波弹性及频散成像技术检测健康成人肝脏黏弹性的参考值范围

朱宇莉， 包静文， 王 坤， 徐庆玥， 董 怡， 王文平,2*

1. 复旦大学附属中山医院超声科，上海 200032 2. 上海市影像医学研究所，上海 200032

目前，相关指南[1]推荐将剪切波弹性成像技术(shear wave elastography，SWE)检测肝脏硬度作为无创评估肝脏病变的首选手段，该技术在肝脏评估方面应用已得到众多研究[2-5]的肯定。但目前弹性技术多将肝脏假设为均匀的纯弹性体的理想模型，进而进行肝脏弹性模量检测，而忽略了其他物理量，如黏性等。

实际上，活体肝脏为同时具有弹性和黏性特征的非均匀复杂生物力学结构。由于生物组织的黏性属性，导致不同频率的剪切波速度明显不同，即频散。剪切波频散成像(shear wave dispersion，SWD)是一种用于定量识别组织黏滞性的超声新技术，目前国内研究中尚无关于SWD技术正常值的报道。本研究通过正常健康人的剪切波弹性及频散成像测值反映正常肝组织弹性及黏性值的参考值范围，旨在为建立基于SWE及SWD技术无创综合评估肝脏弹性及黏性特征提供可靠基础。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性选择2020年5月至10月复旦大学附属中山医院50例健康体检者，其中男性24例，女性26例。纳入标准：年龄18岁以上；无慢性肝炎等肝病病史；血脂在正常范围；肝脏常规超声检查无异常发现；体质指数(body mass index, BMI)18～25 kg/m2。排除标准：实验室乙肝5项、血脂、肝功能等异常者；寄生虫等感染性肝病及酒精性肝病者；高血压、心脏病等慢性系统性疾病者；弹性测量不成功者。本研究通过复旦大学附属中山医院伦理委员会批准(B2020-406R)，所有患者均知情且签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用佳能Aplio i900彩色多普勒超声仪，i8CX1凸阵探头，探头频率1～8 MHz，检查最大深度设置为10 cm。超声检查由1名具有5年以上肝脏弹性成像操作经验的医师进行操作。为获得肝黏弹性成像的测量取值的最佳部位，本研究对所有受检者检测肝右叶S5/S6段切面及肝左叶最大切面2个切面。空腹条件下，受试者采用平卧位，检测时右上肢上抬，充分暴露肋间隙，首先行常规超声检查，然后于右肋间选择肝右叶S5/S6段切面/剑下，选择肝左叶最大切面后切换到SWE/SWD模式，探头垂直于肝包膜行弹性成像，取样框大小统一设定为30 mm×30 mm，取样框顶部位于肝包膜下方1～1.5 cm，以避免混响伪影。同时取样框需要避开血管结构、肝包膜及胆囊等结构。嘱患者屏住呼吸后静置3～5 s成像，QuadView四幅模式可同时显示剪切波杨氏模量图(SWE图)、剪切波等时到达曲线(传播图)、二维图像(灰阶图)和剪切波频散率(SWD图)，见图1。传播图显示的等时到达曲线是显示剪切波数据是否稳定的质控指标，如果等时曲线规整且间隔恒定，则认为是可信的，当曲线杂乱也即剪切波传播无序时，认为此时测量不可靠，测量失败。SWD测量图像中，红色表示黏性较高，蓝色表示黏性较低。圆形测量感兴趣区选取直径10 mm及20 mm，测量框放置深度控制在6 cm以内，选择颜色填充均匀且与超声声速垂直的位置为佳。以kPa为单位显示弹性结果，m/(s·MHz)显示频散结果，重复5次采集图像及测量数据，记录并计算均值及标准差。

图1 SWE、SWD测量示意图

2 结 果

2.1 一般资料分析 50例健康志愿者中男性24例，女性26例，年龄19～73岁，平均(36.81±13.81)岁。根据年龄将受检者分为3组，其中19～39岁者22例，40～49岁者14例，50岁及以上者14例。BMI的范围为18.11～23.27 kg/m2，平均(20.11±2.53)kg/m2。K-S检验显示，SWE及SWD测值均近似正态分布。

2.2 不同部位肝黏弹性成像检测成功率及稳定性分析 肝右叶S5/S6段切面及肝左叶最大切面测量的成功率为100%(50/50)及76%(38/50)，肝右叶切面检测成功率高于肝左叶切面。肝右叶和肝左叶SWE测值的内部一致性系数分别为0.973和0.918，SWD测值的内部一致性系数分别为0.949和0.855。肝右叶切面SWE均值为(6.34±1.23)kPa，肝左叶SWE均值为(7.29±2.37)kPa。肝右叶切面SWD均值为(11.19±1.94)m/(s·MHz)，肝左叶SWD均值为(14.75±2.35)m/(s·MHz)。箱式图(图2)显示：综合测值内部一致性和离散程度，肝右叶SWE及SWD测值均较肝左叶测值稳定。

图2 肝左叶及肝右叶SWE、SWD测值

2.3 不同取样面积对黏弹性测值的影响 50例正常健康人志愿者测量肝右叶SWE及SWD时，测量取样框分别选取直径10 mm及20 mm进行比较。取样框直径10 mm时，肝右叶SWE均值为(5.90±1.27)kPa，SWD均值(11.08±3.18)m/(s·MHz)；取样框直径20 mm时，肝右叶SWE均值为(6.34±1.23)kPa，SWD均值为(11.19±1.94)m/(s·MHz)。比较不同取样框面积下，SWE测值差异无统计学意义(t=1.63，P=0.11)，SWD测值差异无统计学意义(t=0.71，P=0.48)。

2.4 不同年龄组肝脏黏弹性测值分布特点 选择肝右叶S5/S6段切面，取样框面积为直径20 mm的测值进行分析。结果(表1)显示：不同组间SWE、SWD测值差异无统计学意义。

表1 不同年龄组肝弹性及黏性测值的比较

2.5 不同性别组肝脏黏弹性分布特点 选择肝右叶S5/S6段切面，取样框面积为直径20 mm的测值进行分析，结果(表2)显示：肝脏SWE和SWD测值男性稍高于女性，但差异无统计学意义(SWE：t=1.52，P=0.14；SWD：t=1.99，P=0.05)。

表2 不同性别肝弹性及黏性测值的比较

2.6 SWE/SWD检测正常成人肝脏黏弹性参考值范围 肝脏SWE均值范围为(6.34±1.23)kPa(95%CI 5.99～6.69)，中位数为6.32 kPa，参考值范围为3.93～8.75 kPa；SWD均值为(11.19±1.94)m/(s·MHz)，95%CI 10.64～11.74，中位数为10.80 kPa，参考值范围为8.80～14.99 m/(s·MHz)。

3 讨 论

SWE采用全新的黏弹性体生物力学理论模型[5]，通过SWE和SWD技术定量检测肝脏弹性、黏性2个物理特征。既往SWE技术在测量肝脏弹性时将肝脏视为均一的理想化模型，该模型中剪切波的传播速度在介质中传播时不会发生变化，但实际上肝脏并非线性弹性组织，而是存在各向异性的黏弹性组织，在具有黏弹性的介质中传播时，剪切波的速度会随着频率的升高而加快，即在传播过程中发生频散。单纯测量肝脏弹性特征有一定的局限性，多项MRE和超声弹性成像的研究[6-7]中都观察到剪切波的频散特性。SWE中的新定量参数频散斜率是指在黏弹性体中，剪切波速度随频率的改变而改变，计算方法为通过评估每一频率的剪切波速度，得到速度与频率分布图，计算其斜率，用以定量表征组织黏性。

既往研究对70只小鼠的肝脏进行离体试验，表明剪切波的频散系数可反映组织的黏弹性[8]，当组织发生炎症改变时，组织黏性增加[9]。一项关于大鼠NASH模型的黏弹性成像研究[5]表明，不同炎症分期测得的剪切波速度及频散系数存在差异，进而得出剪切波速度主要与肝纤维化分级相关，频散斜率(黏性参数)主要与炎症坏死分级相关。目前关于SWE无创评估肝脏状况的相关研究较少，了解确定其操作规范及正常健康人参考值范围是评估肝脏病变的基础。

本研究采用SWE和SWD技术对50例正常健康人进行检测。对肝右叶S5/S6段切面及肝左叶最大切面测量的成功率为100%及76%，肝右叶切面检测成功率高于肝左叶切面，这与既往SWE相关研究[2-4]结论相符，肝左叶成功率较低可能原因为心脏搏动干扰、部分受检者左叶体积较小、肝内管道干扰等。肝右叶高操作成功率表明肝脏剪切波黏弹性成像技术有着SWE技术相同的二维超声引导的优势，可有效避开肝内管道结构，提高操作成功率。测值内部一致性系数及组内均值离散程度分析表明，SWE及SWD技术具有较好稳定性(均大于0.70)。综合分析操作成功率、测值内部一致性系数及组内均值离散程度可以得出，肝右叶为肝脏剪切波黏弹性成像技术的最佳检测部位。

本研究结果显示，SWE及SWD测量时不同取样框面积差异无统计学意义，后选择包含更大取值面积的取样框(直径为20 mm)的测值进行分析，通过对不同年龄及不同性别的测值进行分析发现，年龄和性别未对SWE及SWD测值造成影响，差异无统计学意义。

根据本研究所测得的50例健康成人的SWE及SWD值，得出肝脏剪切波黏弹性技术所得的肝SWE参考值范围为3.93～8.75 kPa；SWD正常参考值范围为8.80～14.99 m/(s·MHz)。张悦等[10]采用法国Supersonic公司Aixplorer超声仪关于正常健康肝脏SWE技术测值的研究得出正常肝脏弹性模量值范围为4.33～7.40 kPa，与本研究结果一致，但并未对正常肝脏黏性值进行研究。目前国内外应用剪切波频散成像技术关于肝脏黏性值的研究较少。Trout等[11]对32例无肝病史健康成人应用SWD，测量均值为(10.24±1.65)m/(s·MHz)，与本研究均值相近。

综上所述，本研究应用肝剪切波黏弹性技术检测成人肝弹性及黏性值成功率高，稳定性好，肝右叶为最佳测量部位，不同取样框面积、性别及年龄对肝弹性及黏性测值无明显影响。本研究的不足之处在于研究样本量太少，且为单中心研究，样本代表性有限，今后将进一步增加样本量进行多中心研究验证补充。

利益冲突：所有作者声明不存在利益冲突。