三维弹性成像

三维弹性成像（精选九篇）

三维弹性成像 篇1

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2012年8月-2014年10月于郑州大学第三附属医院行手术切除的81例女性乳腺肿块患者, 年龄18~66岁, 中位年龄41岁, 共93个病灶, 长径4~13 mm。所有病灶术前未行穿刺活检及放化疗, 术后均经手术病理证实。

1.2 仪器与方法

采用GE公司LOGIQ E9彩色多普勒超声诊断仪, 二维高频探头ML 6~15 MHz, 三维容积探头RSP 6~16 MHz, 取样容积的大小及扫描角度随观察的范围变化。

先进行乳腺常规二维超声检查, 寻找到乳腺结节后再对病灶进行三维超声扫描, 扫描过程中操作者要保持探头静止, 扫描角度设置为20°并嘱患者屏气至少10 s以产生三维容积成像。3个互相垂直的平面 (横断面、纵断面及冠状面) 及重建后冠状面的空间立体图像同时显示在超声屏幕上, 图像可在任一方向旋转和移动, 所有图像获得后进行动态存储以供评估分析。然后进入二维超声模式启动ELASTO软件获取结节硬度特征, 存储图像, 参照中山二院罗葆明教授的改良5分法对其进行弹性评分。

1.3 超声检查结果的评级

二维与三维共同评估内容包括: (1) 形状; (2) 边界; (3) 内部回声是否均匀; (4) 后方有无声衰减; (5) 内部有无微钙化; (6) 有无汇聚征。然后借鉴美国放射学会 (American College of Radiology, ACR) 的乳腺影像报告和数据系统 (Breast Imaging Reporting and Data System, BI—RADS) [1]标准进行独立诊断, 0类:不能全面评估病变, 需要结合其他影像学检查评价;1类:阴性, 正常乳腺声像图 (本组无0类及1类病例) ;2类:良性征象, 基本可以排除恶性可能;3类:可能良性征象, 恶性的危险性<3%;4类:可疑异常, 恶性的危险性3%~94%;5类:高度可能恶性, 恶性危险性≥95%。其中2类和3类归入良性, 4类和5类归入恶性。

弹性改良5分法为:1分, 病灶整体或大部分为绿色;2分, 中蓝周绿;3分, 蓝绿分布所占范围相近;4分, 病灶整体为蓝色, 内可有少许绿色;5分, 病灶及周边为蓝色, 内可有少许绿色。其中1~3分为良性, 4~5分为恶性。

二者联合对超声检查结果进行判定时参考以下原则: (1) UE评分≤2分时, 超声检查结果3~5类下调一级, 其余不变; (2) UE评分≥4分时, 超声检查结果2~4类上调一级, 其余不变; (3) UE评分为3分时, 超声检查结果不变。超声评级≥4类为符合恶性肿块 (癌) 的诊断[2]。

1.4 统计学处理

采用SPSS 17.0统计分析软件, 分析三维声像特征、弹性评分及二者联合与乳腺小结节良恶性的关系, 均采用Fisher全概率检验, P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病理情况

81例患者共检出93个病灶, 恶性25个, 其中导管原位癌8个, 浸润性导管癌12个, 粘液腺癌1个, 导管内乳头状癌4个。良性68个, 其中纤维腺瘤29个, 导管内乳头状瘤12个, 纤维瘤合并腺病形成10个, 腺病14个, 炎性肉芽肿3个。

2.2 三维超声、弹性成像及两者联合诊断情况

三维超声对良性小病灶的诊断准确率达到81%, 恶性小病灶的诊断准确率为48%;弹性成像对良性小病灶的诊断准确率为96%, 恶性小病灶的诊断准确率为68%;二者联合诊断在良性小病灶中的准确率达到97%, 对恶性小病灶的准确率达到80%, 见表1。

2.3 乳腺小结节的三维超声与UE声像图特征

见表2、图1和图2。本组25个乳腺癌病灶中, 形态不规则者18个 (72%) ;边界不清晰者19个 (76%) ;内部显示微钙化者12个 (48%) ;后方回声衰减者4个 (16%) ;出现汇聚征者10个 (40%) ;UE评分≥4分者17个 (68%) 。上述各项指标除后方回声衰减者外, 其余指标在恶性肿块与良性肿块间比较差异均有统计学意义 (P<0.05) 。

个

个

3 讨论

随着彩色多普勒超声仪器的发展进步, 三维超声对于乳腺小结节边界的显示较二维超声有优势, 已逐渐达成共识, 有学者认为, 在保留二维成像的基础上增加冠状切面图像, 能清晰显示乳腺结节立体形态、结构和空间关系, 对直径小于20 mm的乳腺结节有较高灵敏度[3]。汇聚征 (星芒征) 是由于早期癌细胞向结缔组织间隙内蔓延, 而且引起周围结缔组织增生, 使周围正常组织被牵拉, 在三维冠状切面上表现为呈放射状向肿物聚集的中强回声。大多数学者认为, 汇聚征是鉴别乳腺肿块的要点, 能提高体积较小且特征不典型小乳癌的诊断率。本组资料中良性小结节多形态规则 (37/68) , 内部回声均匀 (52/68) , 而恶性小结节多表现形态不规则 (18/25) , 边界不清晰 (19/25) , 内部回声不均匀 (18/25) , 可见微小钙化灶 (12/25) , 因肿块较小, 内部暂未见明显囊性改变。部分病灶见汇聚征 (10/25) 。良恶性病灶中后方回声衰减没有明显差异。本组资料中良性病灶有9个出现汇聚征, 其中3个为肉芽肿性炎, 6个为腺病。因为肉芽肿性炎为慢性病变, 周围结缔组织长期受炎性刺激增生, 牵拉周围正常组织。15个恶性病灶未出现汇聚征, 其中原位癌8个, 导管内乳头状癌3个, 浸润性导管癌4个。因为多数长径<10 mm的早期乳腺癌因尚未突破基底膜向周围组织浸润或浸润范围很小, 因此二维及三维声像图上并没有乳腺癌典型的毛刺征, 亦未引起周围组织或韧带的继发改变[4]。部分小结节良恶性特征不明显。有研究表明, 在肿块较小的时候, 良恶性肿块的声像图有时交叉会很大, 部分恶性小肿块的边界也可以完整甚至非常光滑, 而许多良性肿块边界亦可不清晰、形态不规则[4,5,6]。这与本组资料相符。

超声弹性成像通过评估病变的硬度来判断其良、恶性, 一般来说, 恶性病灶硬度会大于良性病灶, 其在乳腺癌的诊断中具有独特的优势[7,8]。本文的评分标准是参照中山二院罗葆明教授提出的改良5分法, 本组25个恶性病灶, 弹性评分≥4分的17个, 诊断准确率68% (17/25) , 68个良性病灶, 弹性评分≤3分的65个, 诊断准确率96% (65/68) 。当病灶较小时, 良性病灶内部不易出现钙化及纤维化, 恶性病灶内部不易出现液化, 故弹性成像能较真实反映病灶内部的情况。本组恶性病灶中有1个弹性评分为1分, 病理结果为粘液癌。7个弹性评分为3分的, 病理提示导管原位癌3个, 浸润性导管癌1个, 导管内乳头状癌3个。其中导管内恶性病灶假阴性较多, 分析该类患者多伴导管扩张, 弹性成像时易受扩张的导管内液体干扰, 导致评分降低。此时对该类病灶进行三维成像, 多会发现其形态不规则, 边界不清晰, 有时会出现汇聚征, 从而提示恶性可能, 降低误诊的几率。因此诊断乳腺小结节病灶时需要三维超声与弹性成像联合应用。

综上所述, 三维超声能够获取病灶冠状面及肿块周边和内部血流分布情况, 弹性成像能反映病灶的硬度, 二者联合诊断可以提高乳腺小结节诊断的敏感性, 更有助于乳腺小实性病灶的诊断, 对提高乳腺癌的诊断特异性和敏感性具有重要参考价值。

摘要：目的:探讨三维超声联合弹性成像在乳腺小结节良恶性中的诊断价值。方法:通过三维成像及弹性成像分别以及联合对81例93个乳腺小结节进行良恶性诊断, 并与术后病理结果相对照。结果:三维超声对乳腺小结节恶性鉴别的准确率是48%。弹性成像对乳腺小结节恶性鉴别的准确率是68%。二者联合对乳腺小结节恶性鉴别的准确率是80%。结论:三维超声联合弹性成像能提供肿块更多的特征, 对于乳腺小结节的良恶性鉴别能提供更多的帮助。

关键词：三维超声,弹性成像,乳腺小结节

参考文献

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[2]陈圆圆, 李智贤, 刘军杰, 等.常规超声结合超声弹性成像对乳腺癌的鉴别诊断价值[J].广东医学, 2012, 33 (23) :3560-3562.

[3]卢晓潇, 曹霞, 黄雪兰, 等.三维超声BI-RADS-US在乳腺结节性病变中的应用价值[J].中国实用诊断与治疗杂志, 2012, 26 (10) :995-997.

[4]赵子卓, 欧冰, 罗葆明, 等.超声弹性成像对乳腺小实性病灶的鉴别诊断价值[J].中华超声影像学杂志, 2010, 19 (9) :787-789.

[5]姜北海, 李南林, 王岭.超声检查和细针穿刺细胞学检查对小乳腺癌术前诊断的意义[J].现代肿瘤医学, 2009, 17 (2) :254-255.

[6]方美秀.50例乳腺小肿块的超声诊断及误诊分析[J].上海医学影像, 2008, 17 (3) :259.

[7]Barr R G, Destounis S, Lackey L B, et al.Evaluation of breast lesions using sonographic elasticity imaging:a multicenter trial[J].J Ultrasound Med, 2012, 31 (2) :281-287.

三维弹性成像 篇2

1.1一般资料

收集2012年1月至2014年12月来我院就诊的左锁骨上淋巴结肿大患者52例，其中男32例，女20例；年龄18～72岁，平均（49.8±4.1）岁。增生类型：良性17例（32.7%），恶性35例（67.3%）；原发肿瘤：胃癌14例（26.9%），肝癌8例（15.4%），食管癌7例（13.5%），肺癌6例（11.5%）。

1.2方法

应用GELOGIQE9彩色多普勒超声诊断仪，探头频率9～12MHz，患者仰卧位，先常规超声检查淋巴结的大小和位置，然后做超声弹性成像检查，探头在检查病灶时应适度加压以得到稳定的弹性图像，根据弹性图像的颜色表示不同的淋巴结硬度，红色表示硬度最小，绿色硬度居中，蓝色硬度最大。采用ChoiJJ四分法[3]对淋巴结进行弹性评分：淋巴结内呈均匀的绿色为1分；淋巴结内以绿色为主（区域50%～90%），存在散在的蓝色区域为2分；蓝色区大于45%为3分；蓝色区域占据整个作者单位：318020浙江台州市第一人民医院超声科通信

1.3观察指标

以组织病理检查作为金标准，绘制超声弹性成像评分诊断组织良恶性的ROC曲线。找出最佳弹性评分临界点，计算最佳临界点的灵敏度、特异度和准确率。灵敏度=真阳性/（真阳性+假阴性）×100%，特异度=真阴性/（真阴性+假阳性）×100%，漏诊率（假阴性率）=假阴性/（真阳性+假阴性）×100%；误诊率=假阳性/（真阴性+假阳性）×100%，准确率=（真阳性+真阴性）/总例数×100%。1.4统计学方法采用SPSS13.0软件绘制ROC曲线，由曲线得出曲线下面积（AUC）和最佳弹性评分临界点。

2、结果

不同弹性评分淋巴结的病理诊断结果见表1。ROC曲线的AUC为0.873，最佳弹性评分临界点2.5分。以2.5分为诊断临界点，将弹性评分1分、2分判定为良性，评分3分、4分判定为恶性。其灵敏度为88.6%（31/35），特异度为76.5%（13/17），误诊率为23.5%（4/17），漏诊率为11.4%（4/35），准确率为84.6%（44/52）。

3、讨论

三维弹性成像 篇3

【关键词】超声检查；弹性成像；鉴别诊断；乳腺肿瘤

1资料与方法

1.1临床资料自2010年2月到2010年8月手术后经病理证实的共121例乳腺患者135个病灶，恶性病灶46个，良性病灶89个。病灶最大的直径7.6-89.4mm，平均在（18.6±10.4）mm；患者中位年龄40岁。

1.2检查方法与仪器用西门子公司的VF-5探头和Anta色超声诊断仪，配备有实时彩色超声的成像技术，探头的频率可达到13MHz。所有的病灶都需在术前进行UE和CUS的检查，显示出典型单纯囊肿病灶已被删掉。再由两位该方面主治医师在完全不知病理结果的情况下分别对全部病灶的UE和CUS图像进行相关回顾性分析。首先用传统超声进行纵横切面的检查，观察超声的特征包括：形态、位置、大小、纵横比、边界、内部及其后方回声的特征、高回声厚晕、微小钙化、侧方声影、彩色多普勒的血流信号分级。弹性成像还应用双幅实时且同时得对灰阶和弹性图实施观察，选择的范围大于病灶的，至少超过病灶的1.5倍，较大的病灶再作分段的观察，再对病灶区的硬度及其周围组织的硬度进行比较，做UE评分。弹性图用以彩色编码都不相同得组织弹性的大小，绿色代表ROI内组织平均硬度，蓝色代表比平均硬度更软的程度，红色代表比平均硬度更硬的程度。

1.3统计学处理全部数据都使用SPSSl3.0的统计软件包分析，再以组织病理的结果为“金标准”，计算出CUS及UE诊断乳腺病变特异度、敏感度和准确度，并分别对其差异性进行X2的检验，当P<0.05即认为其具有统计学方面的意义。

2结果

2.1恶性组病灶个数合计46；良性组合计89。

2.2超声成像诊断准确性超过传统超声诊断。

2.3CUS与US对乳腺良恶性病变方面的诊断价值的比较对这135个病灶，均以组织病理的结果为“金标准”，其传统超声及弹性成像两种模式分别采取两种分类诊断的方法；UE以I大于3分的诊断为恶性，3分以下则为良性。分别计算出US及CUS的准确度、特异度、敏感度、阳性预测值（PPV）、指数及阴性预测值（NPV）。CUS在乳腺良恶性病变的诊断中特异度比UE低，具有统计学方面的差异（P<0.001，P<0.005），敏感度没有统计学方面的差异（P＞0.05）。

3讨论

传统超声方法主要是通过综合病灶的边缘、大小、态等对乳腺病变作的良恶性做出初步的鉴别诊断，1995年Stravros［1］提出的使用二维灰阶来鉴别乳腺良恶性病变原则被广为接受，但是因其重复性比较低，其后大量的研究主要集中在频谱多普勒超声及彩色多普勒的血流显像的应用上来对乳腺病灶良恶性进行鉴别，结果显示出良、恶性之间具有较大的重叠性，其结果存在很大的差异性。弹性成像从1991年后得到临床医师们的广泛关注，并且迅猛发展起来。自1998年Krouskop等提出关于乳腺病变组织弹性系数各自有所不同，因恶性病变的弹性系数比较小，超声弹性成像就据组织的弹性差异，给乳腺良恶性病灶的鉴别提供了新途径。到如今，已经发表的关于乳腺弹性的论文大多以应变计分制度作为评估的方法。孙卫健［2］等一致认为弹性面积参数也可以作为评估的标准，Leong等用弹性图像的尺寸比作为研究的尺度，得到的结果比较一致。本次研究的传统超声的优点减低了恶性病变漏诊率，但是同时的假阳性病例却增加了。这135个病灶里的超声弹性成像的误诊有10个：误诊恶性病变为良性的包括有1个粘液腺癌、2個导管内癌、1个炎性乳癌、1个髓样癌，误诊可能是因为病灶出现的粘液和囊性变，其导致了病灶硬度的减低，评分偏低也出现；误诊良性病变为恶性得包括2个导管内乳头状瘤、1个纤维腺瘤（并钙化）、2个纤维囊性腺病（并出血），误诊可能因为良性病变的病程较长，钙化、出血的出现，导管内乳头状瘤病灶的范围较大，且内纤维成分也较多，导致了硬度增高，然后出现了评分较高和假阳性。此次的研究与Leong等用弹性图像的面积尺度的研究结果比较一致。由此，超声弹性成像其在乳腺良恶性病灶的鉴别诊断方面优越于传统超声，优势主要表现在阳性预测值及特异度，但是我们认为，二者应用的综合，对乳腺良恶性病变的鉴别诊断准确性的提高有希望，对疑似病例，不可以草率诊断，必要的建议其经皮穿刺活检。

参考文献

［1］StavrosA.T，eta1.Solidbreastnodules：useofsonographytodistinguishbetweenbenignandmalignantlesions［J］.Radiology，1995，196（1）：123-134.

三维弹性成像 篇4

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2012 年5 月至2015 年5 月来我院就诊确诊为宫颈癌患者58 例为观察对象, 患者符合2009 年FIGO颁布的关于宫颈癌临床诊断标准, 患者同意参与试验调查, 患者年龄30.5~55.6 岁, 平均 (41.5±1.7) 岁。现将所有患者随机平均分成对照组与观察组, 每组29 例, 两组患者的病情严重程度、年龄、患病年限等一般资料比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。

1.2 方法

本实验使用德国西门子ACUSONS2000, 对患者进行相关检查工作, 具体如下。

观察组患者实施超声弹性成像检查:选择患者最大横切面, 调整好位置, 令ROI尽可能的移位到图像中心位置, 同时令取样框规格保持在病灶的两倍左右, 利用双幅弹性成像方式, 这时显示器中会出现实时弹性成像图和二维声像图, 轻触患者子宫颈, 频率为2~3 次/s, 当显示数字 (1~7) 或存在压力曲线的时候, 表示压放频率和压力指标, 观察框内的颜色变化情况, 冻结稳定图像, 在此其中绿色部分为ROI的平均硬度, 蓝色为组织较硬, 红色为硬度较软, 对得出的数据进行全面分析。

对照组患者使用频率为4~9 MHz的探头以经阴方式进行探查。首先将系统切换至多普勒模式, 将取样容积置放在彩色中央血流中, 后调整肿瘤边缘位置到5 mm, 静置探头, 告知患者屏气, 后调节到三维模式, 令探头内的晶片以垂直的方式扫描病变部位, 最后取得三维能量多普勒图像, 后对数据进行全面分析。

1.3 统计学处理

本试验使用SPSS20.0 统计软件, 计数资料使用 χ2检验, P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

弹性成像诊断准确度稍高于三维能量彩超, 组间数据差异无统计学意义 (P>0.05) 。

三维能量彩超的敏感度高于弹性成像, 但差异无统计学意义 (P>0.05) 。弹性成像的特异度和三维能量彩超相比稍高, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。见表1。

3 讨论

截止到目前, 引起宫颈癌的发病原因还存在争论, 大部分学者指出患者自身存在HPV感染是导致该病发生的主要原因, 大约九成的宫颈癌患者存在高危型HPV感染现象。从病理分型上来看, 宫颈癌也被分成鳞状细胞癌和腺磷癌, 前者比较常见, 患者的临床表现主要为阴道不规律排血, 流液等, 部分晚期患者出现了形式迥异的继发性症状。宫颈癌的发病过程为:不典型增生→原位癌→早期浸润癌→浸润癌。

弹性超声是最近几年新流行的一种诊断方式, 和传统超声检查相比, 弹性成像回声能够公允地反映出患者病变组织软硬度信息, 进而间接性地判断组织恶化程度, 该项诊断方法已经成为了当前研究的热点话题。

研究表明, 经阴道超声弹性成像能够全面提供相关组织的软硬度信息, 医师可以借助相关数据判断患者宫颈病变恶化程度, 因此在诊断宫颈癌方面, 有着较为能显著的诊断价值。

本研究发现, 准确度和特异度上来看, 弹性超声检查结果稍好于三维能量多普勒检查, 和传统方式相比[2], 上述两项指标存在统计学意义 (P<0.05) 。

经阴道三维能量多普勒技术能够全面显出患者病灶肿块的血流情况, 有利于医生对病灶位置的血管生成特征进行观察, 可为宫颈癌的临床诊断提供重要价值信息。

本研究发现, 三维能量彩超的敏感度高于弹性成像, 但差异无统计学意义 (P>0.05) 。但两种方式和既往B超检查结果相比, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。

总之, 从宫颈癌诊断的准确度, 特异度和灵敏度来看, 两种方式所提供的结果均较为公允, 在临床上可对患者联合使用进行检查。

摘要：目的 探究经阴道三维能量多普勒超声与超声弹性成像技术对宫颈癌患者的诊断价值。方法 选择2012年5月至2015年5月宫颈癌患者58例为研究对象, 将其分成两组, 对照组行经阴道三维能量多普勒超声检查, 观察组行超声弹性成像技术进行检查, 对比两组患者检查的特异度, 准确度和灵敏度。结果 弹性成像诊断准确度稍高于三维能量彩超, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。三维能量彩超的敏感度高于弹性成像, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。弹性成像的特异度和三维能量彩超相比稍高, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。但和既往研究结果相比, 以上三项指标均存在统计学意义。结论 从宫颈癌诊断的准确度, 特异度和灵敏度来看, 两种方式所提供的结果均较为公允, 在临床上可对患者联合使用进行检查。

关键词：经阴道三维能量多普勒超声,超声弹性成像技术,宫颈癌,诊断价值

参考文献

[1]刘畅, 罗娅红, 于韬, 等.三维能量多普勒超声血管参数与早期宫颈癌预后关系分析[J].肿瘤影像学, 2015 (1) :16-20.

乳腺超声弹性成像的应用进展 篇5

1 乳腺弹性成像原理

1991年, Ophir等[2]首次提出弹性成像的概念。因为人体组织分子结构的排列形式有所不同, 使得各组织间存在硬度差异, 当对所关注的组织进行外界施压时, 由于各物质的弹性形变有所不同, 则组织受外压后的形态变化也不同。弹性成像技术即运用一些参数来反映组织间的硬度差异。超声弹性成像是运用探头直接加压或特殊的探头发射超声波, 然后接收压缩前后的回波信号, 计算出受压后组织各点的位移, 利用自相关综合分析法算出各组织的不同弹性系数。最后把获得的数字信号以灰阶或彩色的方式编码成像, 形成组织弹性力学的分布图。初始采用灰阶彩色图来定性分析弹性图像, 该图像将较疏松的组织设定为明亮的区域, 如脂肪组织;而将较致密的组织设定为较暗的区域, 如间质成分及恶性肿瘤。

2 乳腺弹性成像最初的临床应用

弹性成像应用于乳腺临床后, Itoh等[3]于2004年提出了弹性成像评分5分法。评判标准为:1分:受压后肿块整体发生变形, 显示均匀的绿色;2分:肿块大部分发生变形, 但小部分未变形, 现绿色和蓝色的马赛克状;3分:边缘变形, 中心部分未变形, 显示中心蓝色, 周边绿色;4分:肿块整体未变形, 为整体的蓝色;5分:病灶及周边均未变形, 整体及周边均为蓝色。罗葆明等[4]通过研究将4分以上定为恶性, 3分以下定为良性, 其诊断敏感性为88.7%, 特异性为96.3%, 准确性为94.4%。5分法对乳腺癌的诊断准确性较高, 但仍存在一定的误诊率, 原因是不同组织间弹性系数的重叠性, 如髓样癌和黏液癌的诊断准确性较低, 因所含纤维等成分少, 实质成分多, 质地较软, 弹性评分相对较低, 恶性病灶内部发生出血及坏死液化时也可导致弹性成像评分偏低, 而良性病灶发生纤维增生、钙化或胶原化及玻璃样变时则导致弹性系数增大。另外, 施加外力过轻或过重也可影响病灶弹性的评判。

3 弹性成像新技术的应用进展

3.1 SR

SR指形变发生的速度, 是单位时间内的应变, SR等于单位长度的速度差别变化。Gee等[5]提出应变图像能很好地显示组织硬度的定量信息。SR测量工具是附带的软件, 有2种计算SR的方法, (1) 整体应变率 (entire strain ratio, ERS) :即病灶组织的整体弹性系数与正常腺体组织的比值, 用于评价病灶质地的坚硬程度; (2) 局部应变率 (localized strain ratio, LSR) :即病灶内最高组织弹性系数与病灶内最低组织弹性系数之差与正常腺体组织的比值, 用于评价病灶组织质地的均匀程度。

SR测量是一种相对简便、客观的方法。Zhi等[6]研究表明, SD能提供比5分法更多、更可靠的诊断信息, SD的ROC曲线下面积为0.944, 而5分法的ROC曲线下面积为0.885。目前国内主要参考标准为智慧等[7]提出的ESR以3.08为最佳临界点, 其敏感性为97.38%, 特异性为91.33%。应变率的方法客观地将弹性成像技术进行量化, 避免了早期评分的主观性。

对于ESR和LSR的比较研究, 秦石成等[8]提出ESR以3.16为最佳临界点, LSR以31.15为最佳临界点, 即所获得的弹性比率值≤3.16时为良性病灶;>3.16时为恶性病灶;LSR中≤31.15为良性, >31.15为恶性, ESR及LSR的敏感度、特异度、准确率分别为88.33%、88.24%、88.28%, 96.67%、94.12%、95.17%。鲁媛媛等[9]研究ESR采用3.48作为参考诊断比值时, 其敏感度为85.7%, 特异度为78.8%;LSR采用32.05作为参考诊断比值时, 其敏感度为97.1%, 特异度为81.8%。上述研究提示病灶局部弹性参考比值优于病灶整体弹性参考比值。由于恶性肿瘤生长快速, 血供不足时发生液化坏死, 使得肿块内部成分丰富多样, 当运用ESR时得出的应变率小于实际肿块本身的硬度, 而运用LSE增加了组织局部硬度参数, 对病灶的量化更加全面。

然而, 该技术也无法避免如髓样癌和黏液癌因本身弹性系数小而诊断率低的情况。恶性病灶呈浸润生长, 周边组织硬度相应增加, 若所取范围包括恶性浸润区域, 则整体弹性比值与实际硬度不符, ESR偏小。当病灶位于外上象限或腺体组织较大而肿瘤较小, 易出现病灶运动方向与压力方向不垂直或容易滑动, 影响病灶的整体组织弹性比值, 整体弹性比值比实际硬度偏大。当肿瘤内部发生液化坏死, 含有的纤维组织减少, 液化坏死区SR较高, 致使ESR偏小, 而LSR较高。

3.2 剪切波弹性成像

Rudenko等[10]提出利用聚焦超声波束调制使生物黏弹性组织内产生声剪切波, 组织随后发生形变, 焦区外辐射力迅速衰减, 剪切波局限于组织内部区域。剪切波运用于组织弹性中的主要原理为已知组织的密度ρ后, 只需测出剪切波的传播速度, 即可算出组织的弹性组织硬度, 其公式为E=3ρC2。其中E表示弹性模量 (即杨氏系数) , 根据胡克定律, 在物体的弹性限度内, 应力与应变成正比, 即杨氏模量越大, 组织的硬度就越大, 因而可以根据杨氏系数定量评价不同生物状态下的组织弹性。常规超声不能测出剪切波的量, 只能采用独特技术的探头和MultiwaveTM多波技术平台, 该项技术由法国Supersonic Imagine公司推出, 又称声脉冲辐射力成像技术。剪切波是横波, 传播速度很慢, 而且量少, 为了达到可测量组织的杨氏模量值, 只能发射连续的单频振动脉冲波到体内, 再在不同深度的组织内产生连续聚焦剪切波, 并产生“马赫锥”现象, 并且超声成像速度达到20 000 Hz/s, 才能够获得剪切波弹性成像, 做出定量判断, 而该速度是传统成像速度的200倍。然后运用超快速成像系统记录剪切波, 通过互相关算法定量剪切波引起斑点的运动速度, 所以该技术不仅实现了声波下触诊, 同时有了图像的实时性, 是一种真正意义上的弹性量化技术。

Chang等[11]研究发现, 乳腺恶性肿瘤平均弹性值为 (153.3±58.1) k Pa, 良性肿瘤为 (46.1±42.9) k Pa, 其中浸润性导管癌为 (157.5±57.1) k Pa、浸润性小叶癌为 (169.5±61.06) k Pa、导管内癌为 (117.8±54.7) k Pa、纤维瘤为 (49.58±43.51) k Pa、增生病变为 (35.3±31.2) k Pa、导管内乳头状瘤为 (69.5±63.2) k Pa、硬化性腺病为 (149.5±132.4) k Pa。乳腺良性和恶性肿块组织弹性的绝对值明显不同, SWE的敏感性和特异性分别为88.8%、84.9%, 传统超声检查ROC曲线下面积为0.898, SWE为0.932, 表明剪切波弹性成像优于超声检查。李俊来等[12]提出, 采用利用组织弹性的最大值、平均值和最小值进行组织定征, 乳腺恶性病灶的弹性最大值、平均值及最小值分别为 (113.92±61.05) k Pa、 (55.68±31.65) k Pa、 (23.45±16.13) k Pa, 良性病灶为 (37.26±24.10) k Pa、 (23.45±14.73) k Pa、 (13.61±9.49) k Pa, 恶性与良性病灶弹性最大值、最小值和平均值均有显著差异。同时发现弹性值由大到小的顺序是浸润性导管癌、腺病、腺病伴纤维腺瘤形成或导管内乳头状瘤、纤维腺瘤、腺体、脂肪, 不同组织的弹性模量存在差异, 由此推测量化这些不同组织后可识别出组织成分。

剪切波弹性成像的主要优点是结合常规超声影像, 检测特定区域组织的弹性硬度;解决生物弹性重构, 且可近似统一不同生物组织的弹性重构方法;有了图像的实时性;采用的剪切波弹性成像图用彩色编码后叠加在二维灰阶图上, 获取客观弹性数据, 达到组织定征的目的;与以往的弹性成像相比, 具有无需施压以及定量测量结果不受操作者影响、较好的可重复性等优点。

4 展望

超声弹性成像有广阔的应用前景, 由最初的灰阶直观图像发展到定量分析, 超声弹性成像获得的信息由人为直观定性到借助组织物理指标定量, 更加准确、完善、可靠, 乳腺病灶与同水平腺体组织的应变率比值能够半定量地反映病灶的硬度, 较常用的超声弹性成像评分法更客观地判断病灶良恶性, 剪切波弹性成像为生物弹性重构提供了很好的基础研究, 为判断乳腺病灶的良恶性提供新的检查指标, 将大大提高早期乳腺癌的检出率, 需要接受活检以确定良恶性的患者数也将大大减少, 对临床早期发现病变有重要意义。虽然现有技术还需要进一步完善, 不同组织内部的弹性系数重叠性无法由上述技术避免, 但弹性成像技术的不断发展弥补了传统超声的不足, 并将不断在临床上广泛使用。将来若将三维成像技术与弹性成像相融合, 就能够多角度、多切面、多方位观察病灶特征, 反映物体的内在属性变化, 定量获得病变组织的材料参数。

参考文献

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三维弹性成像 篇6

关键词：超声,弹性成像,实时,光流算法

人类对组织弹性和组织病理状况的相关性有着历史悠久的认识。近年来,数字信号处理技术在硬件和算法方面的不断进步已成为一种趋势,在这种趋势支持下,超声弹性成像日渐成为一种可以无创地探测组织弹性分布模式,从而可能提供一种新的组织病变如癌症的临床检测手段。弹性成像的概念最初由Ophir等人于1991年提出[1],它的基本原理是:人体内不同类型的组织的弹性不同,在外力的作用下,通常较硬的组织比较软的组织发生的形变和位移较小。在外力施加或释放过程中,通过采集感兴趣区域(ROI)不同时间片段的信号进行分析,计算得出组织当时的形变信息以确定组织硬度。弹性图像可通过多种模式获取,如超声波、光学、以及MRI图像等等。其中超声弹性成像技术由于在多个器官和组织,如乳腺、肝脏和前列腺的广泛研究而得到较多的关注[2]。

1 国产超声成像系统不具备弹性成像功能

过去的20年来,超声弹性成像技术因其可揭示组织弹性分布的特点,越来越受到医学和工程界的重视。概要来讲,超声弹性成像可涉及压力施加、组织变形检测、组织应变计算和组织弹性重建四个环节,而以成像为目的大部分现有的超声弹性成像技术以组织变形检测为核心。至于压力施加环节,临床上一般采用手持探头施压的扫描方式,取代早期的程序控制步进马达的超声探头移动方式。在组织受到压力发生变形之后,不同弹性的局部,其相应的变形程度和应变有相应区别,通过对超声射频(RF)数据的运动跟踪分析,可以估算得知组织各局部的受压变形程度。较为主流的方法有基于1D或2D的互相关跟踪技术如Siemens ACUSON S2000、基于块匹配(Block Matching)[3]跟踪技术和基于复合自相关(Combined Autocorrelation)[4]技术,如HITACHI EUB8500。在现有的弹性成像技术中,主要存在下列待进一步完善的问题:

第一,弹性成像对比度与和施压前后的射频信号连续性之间的平衡问题。通常,为保持压缩前后信号高度相关(即信号连续性)并控制噪音水平,施压不可过大,但是,形变过小可导致所生成的图像欠缺对比度;其中,该对比度指示在所感兴趣的区域内,不同硬度组织在形变图像中的亮度区别。因此,由于需要更加优化的不同组织部分的视觉效果,最好得到较高的对比度。

第二,更为准确的组织受压变形模型和实时处理要求之间的平衡问题。理论上希望组织受压变形只发生在超声轴向,其他两个正交方向上的运动是忽略的,而实际上在手持探头扫描时,其他两个方向的组织移动和变形是不可避免的,而这些移动或变形都会影响超声射频信号跟踪的相关性退化。若采用复杂的位移模型并基于二维超声信号来完全求解不同方向上的形变将导致计算量的迅速增加,而使得算法的实时性在现有硬件条件下难以达到要求。

第三,在基于组织位移或者变形估算结果的基础上计算组织应变时,还需要在保证感兴趣区的图像边缘不被钝化、不产生伪迹的算法设计要求,以及尽可能保证应变图像的平滑度要求之间取得平衡。

我们认为正是由于以上主要原因及其他技术实现上的难题,使得之前尚无国产超声影像设备可以包含有超声弹性成像这一重要功能模块。

2 组织弹性成像功能的算法设计

我们自主研发设计了一种由粗到细的二维组织运动估计算法,以计算组织受压后超声射频信号中的位置变化量,并从而估算出组织应变图像。

具体而言,如图1所示,以两帧连续的射频图像为例,首先在粗估计环节采用具有鲁棒性的块匹配算法并采用全局搜索以保证此环节计算结果的准确性,然后根据其位移估计得到的结果来对其中一帧进行曲变(Warping)生成新的帧,从而大大提高调整后的两射频帧之间的信号相关性,此时在细估计阶段采用密集光流方法,Lucas-Kanade光流方法[5](LKOF)对调整后的两幅射频帧之间的轴向和横向上的具有亚像素精度的位移进行细估计,之后合并两阶段的估计值,如有需要,可进一步迭代以上估计——曲变——估计循环,使得两射频帧之间的信号相关性越来越高。

在得到帧间组织运动的估计场之后,我们进一步采用各向异性扩散(Anisotropic Diffusion)[6]的方法对组织运动估计场进行差分平滑计算,得到组织应变场估计图。这种扩散方法的实质在于在t到t+Δt时段在指定点(i,j)的邻域展开处理。

下标N、S、E和W分别表示像素周围的北南东西,符号表示在其下标所示方向上最邻近梯度,其他系数由下式给出。

其中选择为

在迭代进行过程中,高梯度项权重将大大高于低梯度项的输出权重,因此通过调整参数,可保留感兴趣的图像边界区域内容同时平滑其他较为缺乏变化的图像内容。

为检验上述算法,我们采用了一种乳房超声仿体(型号CIRS 047,Norfolk,VA,美国),自顶端用手持SIUI超声传感器L7L38B(7.5MHz)对仿体进行了轻压,采集的射频帧信号、粗估计、细估计和应变估计等各环节的结果如图2所示。

(a)-(f)依次为第一帧射频数据、第二帧射频数据、粗估计的组织运动分布、细估计的组织运动分布、一次合并后的组织运动分布和应变分布图。

3 在汕头超声SIUI 8800上实现的实时超声弹性成像功能

在CTS-8800实时超声弹性成像时使用的是7.5MHz L7L38B线性超声探头。根据被测部位的位置选择合适的采样深度以及感兴趣区域。当超声探头采集完B型超声的RF数据后,实时成像生成B型超声图像用于显示,同时用当前帧和上一帧感兴趣区域内的RF数据采用前述方法进行弹性成像计算。

在显示环节,为了更直观地表示出组织的软硬程度,比平均硬度软的使用红色表示,比平均硬度硬的使用绿色表示,使用上述自定义伪彩色表示组织的软硬度对计算区域成像,再将成像区域与灰度的B型超声图像的部位匹配重叠,可以根据操作者习惯或者的需要选择不同的透明度。最后在界面上将普通的B型超声图像、弹性成像计算结果图像和按压指示条以及感兴趣区域框显示出来,在CTS-8800系统中左边表示弹性成像结果,右边表示普通的B型超声图像。整个计算和应变图像显示的流程和示例如图3所示。

4 总结和展望

在原有的汕头超声CTS-8800系统硬件设计未做改动的情况下,我们通过改动部分硬件驱动和软件,大大减低超声弹性成像仪器的生产成本,在中国制造的超声设备上首次配备弹性成像功能,使以前只有在国外高端设备上才有的功能在国内的普通超声设备上得到实现,让更多患者可享受到最先进的医用超声波技术,该成就也是大学实验室和医疗器械业界成功合作的一个例子。

参考文献

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超声弹性成像诊断甲状腺结节的价值 篇7

关键词：超声检查,弹性成像,甲状腺结节

超声弹性成像(Ultrasonic Elastosonography, UE)是一种在体外测定组织机械特性的超声检查方法,它通过采集组织压缩前后的射频信号,利用互相关方法对信号进行分析,得到组织内部的应变分布,即获取组织的硬度信息。该技术于1991年由Ophir等[1]提出,最初主要试验于人体模型及动物,近年来在乳腺病变的诊断中已有较为成熟的应用,尤其对鉴别诊断乳腺良、恶性病变方面的价值得到了肯定,准确性可提高至93%[2]。但超声弹性成像对甲状腺结节的研究不多, Lyshchik等[3]和俞清等[4,5]运用该技术对甲状腺疾病进行了初步研究。本研究对甲状腺结节进行实时超声弹性成像研究,旨在探讨其在鉴别诊断甲状腺良、恶性结节中的应用价值。

1 材料和方法

1.1 研究对象

本研究分析了2007-12～2008-01在我院住院手术的68例甲状腺结节性疾病患者,共116个结节,男21例,女47例,年龄24～72岁,平均(49.5±10.32)岁。所有结节的性质均由病理检查所证实。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器

仪器采用HITACHI EUB-6500 HV型彩色多普勒超声诊断仪,探头型号为EUP-L54M,频率6～13MHz。

1.2.2 方法

(1)常规超声:观察结节的部位、形态及内部回声等,并测量其最大径;(2)超声弹性成像: 对结节行纵、横切面检查,并存储弹性图。操作时探头尽量与颈部皮肤贴合,施力方向尽量与皮肤垂直,使被检组织均匀受力,取样框(即感兴趣区 ROI)须包括结节全部(≤2cm者)或部分(>2cm者)以及结节周围组织(如甲状腺实质及颈前肌群等)。探头作1～2次/s的微小振动,使超声仪器屏幕显示的压力指数在3±1为宜。所有结节的超声弹性图像均由2位超声专业研究者脱机分析,并独立完成分级,对分级不一致的结节,两人经商量取得统一。

1.3 分级和诊断标准 HITACHI EUB-6500

HV型彩色超声诊断仪以绿色表示取样框内组织的平均硬度,红色表示较平均硬度更软,而蓝色表示较平均硬度更硬。取样框内反映的是各组织的相对硬度,而非绝对硬度。本研究综合国内外文献[2,3,4,5]在乳腺和甲状腺结节方面的应用,制定如下甲状腺结节超声弹性的分级和诊断标准: 根据结节在超声弹性图中显示颜色的不同,将其分为5级: 0级,结节表现为红蓝绿三色相间(Red-Blue-Green;图1);I级,结节与周围组织均呈单一绿色(图2); II级,结节以绿色为主(结节50%以上、90%以下显示为绿色),且分布较均匀(图3);III级,结节呈杂乱的蓝绿相间的马赛克状(图4),或结节以蓝色为主(结节50%以上、90%以下显示为蓝色),且分布较均匀(图5);IV级,结节超过90%显示为蓝色(图6);以0～II级为判断甲状腺良性结节的诊断标准,以III～IV级为判断甲状腺恶性结节的诊断标准。

1.4 统计学分析

使用SAS 8.02统计软件对统计资料进行χ2检验。

2 结果

2.1 病理

116个结节中,良性结节101个(87.1%),恶性结节15个(12.9%)。54例(共93个结节)为结节性甲状腺肿,2例(共2个结节)为甲状腺腺瘤;4例(6个良性结节,5个恶性结节)为结节性甲状腺肿合并甲状腺乳头状癌;7例(共9个结节)为甲状腺乳头状癌,1例(共1个结节)为甲状腺滤泡状癌。

2.2 常规超声

结节位于左叶57个,位于右叶53个,位于峡部6个;结节最大者为6.5cm,最小者为0.3cm,平均(2.00±1.30)cm,其中良性结节>3cm 21个(21/101);结节内伴微钙化12个(恶性结节占7/12),伴粗钙化17个(良性结节占14/17),同时伴微钙化及粗钙化者3个(恶性结节占2/3)。

2.3 超声弹性成像

116个结节的分级情况见表1,2。纵、横切面的超声弹性图中,敏感性、特异性、准确性分别为100%、73.3%、76.7%和100%、72.3%、75.9%(表3,4)。纵、横切面对甲状腺良、恶性结节鉴别的正确性无差异(P>0.05)。

3 讨论

3.1 实时超声弹性成像的优势

随着高分辨力超声设备的出现和图像质量的改善,可以检出甲状腺内<1cm的结节。但常规超声无法获取甲状腺结节硬度的信息,而结节硬度是临床医生经触诊所需获取的信息,并以此作为评判结节良、恶性的条件之一。超声弹性成像可将组织硬度显示出来,弥补了常规超声的这一不足。弹性成像的原理基于人体组织受压时,软的部分比硬的部分更容易变形。不同深度的位移量由组织变形前后超声反射信号作测定,通过计算出的相应的位移以彩色编码表示,以绿色表示平均硬度,红色表示较平均硬度更软,而蓝色表示较平均硬度更硬。组织的硬度与其内部的病理结构密切相关。甲状腺癌以乳头状癌多见,甲状腺乳头状癌在大体标本上比邻近的甲状腺实质硬,镜下可见其呈乳头状生长,乳头分支多,间质有较多纤维和血管,常可见砂砾体[6]。Reading 等[7]认为砂砾体是由于细胞坏死(常位于乳头顶端)所致,以这些坏死细胞为核心,形成同心圆状钙化层;Konofagou[8]的研究显示,由于恶性病变可浸润周围组织内并结合紧密,因此恶性结节边界常不规则,活动度较差,相对形变也会减小。上述表现与甲状腺恶性结节的超声弹性图相符,表现为结节以蓝色为主或全部由蓝色所覆盖,范围甚至可超出结节的范围,弹性分级较高。良性结节以结节性甲状腺肿多见,大体标本良性结节较软,一般比甲状腺实质稍韧或与甲状腺实质相当,多因长期的增生、复旧使甲状腺腺肿组织中滤泡肿大,滤泡腔充满胶质,形成增生结节。在超声弹性图上表现为以绿色为主,弹性分级较低。良性结节内可出现钙化,以团状钙化多见,尤其在嗜酸细胞性滤泡腺瘤,其滤泡腔内的类胶质可钙化[6]。超声弹性图中,除了钙化成分表现为较硬的蓝色外,其余部位多表现为以绿色为主,故弹性分级也相应较低。良性结节内还可见斑片状及弧形钙化,钙化灶在良性结节内所占比例的多少对弹性分级的影响不一。占比例较小的钙化对超声弹性分级几乎没有影响,但较大的钙化增加了结节内蓝色区域的面积,此类结节的弹性分级偏高。本研究所得的纵、横切面弹性图在鉴别甲状腺结节的敏感性、特异性、准确性分别为100%、73.3%、76.7%和100%、72.3%、75.9%,可见实时超声弹性成像对鉴别诊断甲状腺结节有较大的帮助。

3.2 纵、横切面超声弹性成像的比较

在本组研究中采用了纵、横切面对甲状腺结节分别进行弹性分级。在少数结节中,横切面的弹性分级要比纵切面的弹性分级略高。可能因为在纵切面时,探头与甲状腺的纵轴平行,线阵探头可与颈部皮肤贴合,被检组织所受的形变压力相对均匀,故所反映的超声弹性图也相对真实和准确;而在横切面时,由于颈部存在自然弧形,线阵探头无法与颈部保持贴合,位于探头中央的组织较位于探头两端的组织所受压力大,其产生的形变也相应较大,弹性分级也会相应降低。但本组资料据统计学分析,纵、横不同切面诊断甲状腺结节,其准确性无显著性差异(P>0.05),这可能与本组样本量少有关,当然也可能两者确实没根本性的差别。当结节位于甲状腺下极时,对弹性纵切面成像的操作产生了一定的难度,所得弹性图不一定真实反映结节的软硬程度,而横切面获取弹性图结果也许更能真实反映结节的软硬程度。

3.3 超声弹性成像结果的可能影响因素

本研究中用纵、横切面的超声弹性成像鉴别甲状腺良、恶性结节,虽然敏感性均为100%,但特异性分别为73.3%和76.7%,准确性分别为72.3%和75.9%。弹性成像对于鉴别良、恶性结节的敏感性较高,可以避免常规超声中存在漏诊的不足,但特异性相对偏低,导致误诊率增高,从而也相应降低了其诊断的准确性。导致上述不足的原因可能与下列因素有关: ⑴本研究对象中的大部分良性结节较大,这影响到ROI选择和弹性图的分级。罗葆明等[9]对乳腺肿块的研究显示,ROI面积≥肿块面积2～3倍以上时弹性成像所反映的肿块的软硬程度较准确。Giuseppetti等[10]的研究显示,超声弹性成像对检测乳腺内<2cm病变的敏感性和特异性为86%及100%。富丽娜等[2]的研究结果表明乳腺内<2cm病变的敏感性和特异性为88.2%和86.3%,<3cm的病灶为86.9%和76.2%。可见病灶的大小直接影响到诊断的特异性和准确性。本研究中良性结节>3cm者占21%(21/101),而弹性分级为III～IV级的良性结节亦不在少数(纵切面27个、横切面28个),原因之一可能是结节较大。⑵甲状腺深部的结节比同性质的位于甲状腺浅部的结节在超声弹性图上表现的硬一些,因为,位于深部的结节所受的压力要低于位于浅表者,故相应产生的形变也较小,反映出的结节的硬度较高,弹性分级也相应增高。⑶本研究所使用的HITACHI EUB-6500 HV彩色多普勒超声诊断仪,操作过程在很大程度上受到操作者主观因素的影响,包括施力度的大小、振动的频率等。罗葆明等[11]对乳腺良、恶性病变鉴别诊断的准确性以压力与压放频率为2～3时最高。在控制压力指数的同时需实时动态观察超声弹性图以较准确地进行弹性分级。上述原因也可能是一部分良性结节弹性分级偏高的原因之一。

综上所述,超声弹性成像对甲状腺良、恶性结节有较高的鉴别诊断价值,是一种较有前途的超声检查技术。纵、横切面弹性图对鉴别甲状腺结节基本没有影响,由于弹性分级受某些因素影响,综合常规超声表现有助于提高诊断的信心。但本研究还存在一些不足之处,如样本量不够大、病理种类不够全面等。

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三维弹性成像 篇8

关键词：低温冷冻外科,超声弹性成像,肿瘤物理治疗,冰球,手术监测

低温外科手术从提出到获得推广,经历了一个漫长的发展过程[1]。早期,虽然此项技术在一些人体深部肿瘤的治疗方面报道了许多令人鼓舞的结果,但距离为临床普遍接受还存在一定距离,原因主要是由于冷冻控制方面的困难所致[2]。低温医学中实施选择性冻伤的关键之一在于发展无损成像技术,相应的监测对象主要是冻结范围即冰球大小。在迄今所建立的各种成像方法中,超声作为一种实时成像工具,既能引导冷冻探针的插入定位,又能监测出冷冻后组织冻结坏死所形成的冰球边缘,并可多角度探测,特别是由于其检查成本适中,因而在肝癌、前列腺癌等的冷冻治疗中发挥了重要作用。该方法实际上自其在低温医学中的应用被提出以来就一直是临床上所采用的主要影像监测措施之一。然而,这种方法在实践中仍然存在很大局限性,主要问题在于测量对象—冰球与周边组织的对比度不高,图像分辨率相对较低。因此,若能很好解决这一问题,无疑将能更充分地发挥超声监测在冷冻外科手术中的作用。在超声影像技术的一些新发展中,弹性成像作为一种能捕捉生物组织弹性特征的方法[3],在一定程度上弥补了常规超声的不足,它充分地利用了病变组织弹性变化的特点,能更加清晰地显示、定位病变以及鉴别病变性质,因此在一些诊断环节如乳腺癌检测上已取得良好成效[4]、[5]。总体上,超声弹性成像是通过获取组织的弹性信息而成像,而在冷冻手术中,柔软的组织在冻结形成冰球后,其弹性模量会发生显著变化。比如,冰的弹性模量约为53 MPa,是组织弹性模量的10倍左右。因此可以推断,如果将超声弹性成像应用到冷冻手术的监控中,则有可能获得较高的成像对比度。正是基于这一考虑,我们于前期首次提出了监测冷冻外科手术中冻结范围的超声弹性成像方法[6],并从理论上研究了新方法的有效性。

本文基于前期研究基础,通过设计模拟实验采集超声射频数据,重建超声弹性成像,来评估新方法在冷冻监测中的可行性。

1 实验设计

实验中使用的仪器为迈瑞DP-9900全数字黑白超声诊断系统(每帧的扫描线为240条,每条扫描线采样4115个点,采样率为20 MHz)。所采集的数据通过外置的射频数据采集卡传送到计算机。实验中选用3.5 MHz凸阵探头(圆弧半径50 mm,波束夹角为55°)。

测试对象选用明胶代替生物组织,配置质量分数为6%的明胶溶液,加热至明胶融化,再冷却至凝固。在凝固前,将所要观察的物体放入明胶中,作为超声试验中待观测的对象。在自制明胶体模中倒入少量水做耦合剂。

实验中用铁架台固定住超声探头,使之正好与自制明胶体模界面接触,由此得到的B超图像清晰。松动铁架台,尽量将探头垂直下移压缩体模界面,在压缩过程中及压缩后分别连续采集10帧图像。

压缩方法需满足的条件为:垂直压缩、施力均匀和施力大小易控。常规方法是借助电控机构推动挤压板装置,但实现起来相对复杂。为此,本文探索了一种简捷高效的压缩方法——加水压缩法,如图1所示,即直接在明胶体模中加入水,利用水的压力来挤压体模。水是超声的良好的耦合剂,不会对图像产生影响,而实验中所使用的体模均为在明胶中加入想要观察的物体,明胶接触水不会溶解,故也不会对体模产生影响。研究表明,水压法很容易满足垂直压缩、施力均匀和施力大小可控制的成像要求。

数据采集时需要注意的问题有:压缩过程中对组织施加负载的变化时间应大于数据采集时间,以确保数据采集过程中,负载基本不变;为避免大位移引起的超声散射回波畸变,通常施加的负载均比较小。同时,忽略组织的粘弹性,而将其假设为各向同性的线弹性体。一般其压缩量控制在1%。

2 实验数据处理

2.1 采集数据预处理

由于采集的只是射频数据,没有经过数字扫描变换器,要显示图像需要进行扫描变换。

本文实验中采用的是凸阵探头,扫描变换的过程涉及坐标变换与插补。图2给出了扫描变换后的扇形图像,其中虚线部分表示被测物体。

2.2 超声弹性成像

实现弹性成像的基本过程为[4]:利用探头或者一个探头-挤压板装置,沿着探头的纵向(轴向)压缩组织,分别采集组织压缩前、后的射频信号,利用互相关算法对信号进行分析,得到组织内部在不同位置的位移;然后经过数值微分操作,计算出组织内部的应变分布情况,并以伪彩图或灰度图的形式显示出来,即可得到所谓的应变图像或弹性图像。由此图像可间接反映出组织内部的弹性模量分布。

在上述算法基础上,为提高成像精度,可进行两处改进:(1)由于受射频信号采样率限制,利用互相关法进行时延估计的误差在±0.5个采样点之间。为减小这一误差,我们对互相关函数进行了二次曲线插值,从而明显降低了时延估计的误差;(2)由于组织受压缩,相应回波信号产生形变,每段信号只能与原信号部分重合,因此实验估计的结果不够准确。为减小波形畸变对实验估计的影响,采用了压缩扩展的方法[7],即线性插值,将被压缩信号拉伸成与原信号同长,以增加压缩前后波形的重合度。详细处理可参阅文献[6],此处不赘述。

经过改进后得到的算法精确度得到了明显提高,经用于下文中计算仿真数据的弹性图评估后,效果较好。

3 实验结果

研究中,我们分别制备出三种不同的体模,计算超声弹性成像并分析其结果,从而在实验上验证超声弹性成像在监测冷冻手术上的可行性。

3.1 含玻璃块的体模

为考察超声弹性成像应用于强反射物体的效果,我们首先对由硬质长方体玻璃块与明胶制成的模型进行了测试,相应的B超成像如图3所示。随后,我们分别在模型中加入2 cm、3 cm深的水,并采集射频数据,由此计算得到超声弹性图像,结果如图4所示,红色反映了不规则形状玻璃体的外轮廓。可见,与原始B超图像作对比,待测对象的弹性图像显得更加清晰。

3.2 常温组织体模情形

如下以瘦肉、肥肉等组织为研究对象,考察超声弹性成像应用于生物组织时的效果。实验所采用的体模分别为肥肉明胶体模、瘦肉明胶体模和瘦肉肥肉混合明胶体模,其中明胶质量分数均为6%。

图5给出了几种常温组织体模的B超图和超声弹性成像图对比。红笔标出的轮廓皆为不规则形状的组织的外轮廓。可以看到,在常温组织监测方面,超声弹性成像的图像分辨率及对比度与B超成像相比,没有明显的提高。这是因为,超声弹性成像是对组织的应变量成像,而B超则是对组织中存在声阻抗差异的反射界面成像。因此,当组织弹性模量大小相差不大,而组织的声阻抗不同时,超声弹性成像的区分能力弱于B超成像。

对于存在明显弹性模量差异的组织,则可以得到清楚得多的图像。从图5(b)、图5(d)中可以看出,超声弹性成像能很清楚地区分出肥瘦肉和明胶的范围,而且所显示组织的范围基本与其在B超下的成像一致。

超声弹性成像的对比度与弹性模量差是直接相关的。如图5(b)中的肥肉组织较图5(d)中的瘦肉组织的外轮廓清晰,这是因为肥肉组织的弹性模量与明胶弹性模量的相差量,大于瘦肉组织与明胶的相差量。

组织弹性发生变化后,可较明显地反应在超声弹性图像上。图5(f)成像比其他图片模糊的主要原因在于体模。本实验的3个体模均用新鲜的猪肉组织同时制备,通过实验安排,我们将瘦肥肉混合体模放置时间较长,组织由于长时间在明胶中的浸泡,其弹性会发生变化,即变软。从而将其图像的成像效果与图5(b)、图5(d)对比,可以比较明显地看出变化。由此可以预见,当组织发生冻结时,会在弹性成像上呈现很好的对比度,而这一点对于监测冷冻手术中冰球的成长和消融过程将十分有利。

3.3 冻结组织体模情形

如下考察冻结组织的情况,以模拟超声弹性成像监测冷冻外科手术的情形,以进一步从更接近真实的实验上验证相应方法的可行性。

首先分别将肥瘦肉组织放置在冰箱冷冻,温度控制为-26oC,使组织完全冻结。制备明胶溶液,溶液制好后置于2oC处让其冷却(温度过低会使明胶溶液直接结冰)。在明胶溶液冷却并即将凝固之前,将制好的冻结组织放入明胶溶液中,并将含有冻结组织的明胶溶液在-26oC中放置约5分钟,使明胶表面凝固成型。

利用水压法采集冻结组织体模的数据。体模经过运输、超声仪器准备等环节,其内的冻结组织与明胶接触的部分会融化,从而出现组织的固液交界面,而中心的冰冻组织类似冰球,正好模拟了冷冻手术中需要观察的冰球的情况。

如图6中所示,(a)、(c)为冻结组织体模的B超图像,(b)、(d)为相对应的超声弹性成像图。两条标注线之间是未冻结组织,而下方的标注线是冻结分界线。从这些实测结果可以看出,超声弹性成像具有准确性高、分辨率高的特点。

4 讨论

如下讨论由于实验条件和算法理论的不同,导致产生的误差及改进方向。

4.1 凸阵探头产生的影响

图7(a)为凸阵探头成像原理图。本实验使用的超声探头的圆弧半径为50 mm,超声波束夹角为55o,超声采样率为20 MHz。由于使用凸阵探头,压缩前后的同一条超声扫描线对应的组织已经发生了改变,故使用前文提到的超声弹性成像算法将会产生一定的误差。下面定性分析误差的来源及大小。

图7(b)为实验中凸阵探头成像示意图。超声束从O点发出,超声OMH为波束中左侧最边缘的一根。因此使用的腹腔探头,探测深度较大,而根据平常使用的经验,体模是最大深度的一半左右,即在AD=2000采样点左右,矩形ABGH为探头的最大视野,而矩形ABCD为明胶体模的位置。

当加水压缩明胶体模后,设体模被压缩1%,即AB面压缩到FE处。则原来在ML线上的组织移动到NL线上。但是在超声弹性成像的算法中,使用压缩前后的OML扫描线上的采样点进行互相关运算,从而找出位移的变化。但事实上,压缩前后的组织并不在同一条超声扫描线上。设组织压缩后偏移角为γ,则容易看出,在所有的偏移角γ中,最左端和最右端的偏移角即∠MLN为最大者。而垂直线OP处的采样点没有偏移。下面计算∠MLN的大小。可以写出(注:式中长度单位为采样点):

由余弦定理可得:

由以上计算可得:

(1)在所有的偏移角中,偏移角∠MLN为最大。故本实验中使用凸阵探头对每条扫描线造成的偏移不大于0.22o。

(2)OP扫描线的组织在压缩前后并不发生偏移,越是接近OP处,发生的偏差越小。故实验时尽量将需要观察的物体放在超声波束的中间部位。

(3)单就一条扫描线来看,则底部的偏移小,顶部的偏移大。如ML扫描线上,L处没有偏差,而M点偏差20个采样点,故应该尽量将需要观察的物体放在超声视野的下方。

(4)如果明胶体模的深度AD增加,则各扫描线的偏移角不发生变化。但是扫描线上方的点的偏移数增加。因此没有必要加大明胶体模的深度。

4.2 超声弹性算法的改进方向

本实验使用的算法和硬件设备并不完善。超声弹性成像的算法相对单一,从超声仪器中直接采样出来的射频数据没有经过有效的去噪算法处理,较之在超声仪器中显示的图像分辨率差一些。文献[6]利用拟合数据已经验证了本实验所采用的超声弹性算法的正确性以及较高的分辨率。其明显的缺点即为抗噪能力较弱。而实验数据为直接采集自未经有效去噪的射频数据,包含许多噪声,因此会使超声弹性成像算法的结果出现较多失真。

4.3 加水压缩法与实际应用的差别

加水压缩法中,使用了装在固定容器中的明胶来模拟人体组织,故加水之后组织只有垂直方向的压缩。因此在超声弹性成像算法中只需要考虑2维数据的互相关问题。而在实际操作中,探头压缩组织后,组织既有垂直方向也有水平方向的压缩,故需要考虑3维数据的互相关,来确定压缩的情况。考虑到算法和硬件两方面的制约,本文研究定位为初步在理论和实验上验证超声弹性成像在冷冻手术监测上的可行性。可以预计,后期若能改进算法和设备,还将大大提高实际成像效果。最后,在临床应用中,需要人体组织冷冻前后的弹性模量的基础数据。要想使得超声弹性成像在冷冻手术中得到应用,首先需要对人体组织冷冻前后的弹性模量进行测量。个体之间虽然有一定差异,但是可限定在一定的误差范围内。弹性模量基础数据的确定可以帮助有效地判断组织的类型及冻结的程度。

5 结论

超声弹性成像作为一种对组织力学特性实施成像的技术,理论上可用于任何可用超声监测的、可接受静态或动态压力的组织系统,前景比较广阔。目前,这种方法主要用于乳腺癌[8]、前列腺癌的检测[9],心肌功能的评价[10],肾脏和前列腺等具有弹性模量差异的正常解剖结构的成像[11],用于射频消融检测,强度聚焦超声检测的研究[12]以及化学消融范围监测[13]等。

低温冷冻治疗作为一种新的绿色肿瘤治疗方法,具有麻醉镇痛、止血或减少出血以及能防止肿瘤扩散等优点,且副作用远低于放疗和化疗,被确认为是一种治疗抗药性很强的大块肿瘤的重要方法[14]。如果能精确的控制冷冻范围,则低温冷冻方法无疑会成为一种临床肿瘤治疗的理想选择。

超声弹性成像诊断甲状腺结节的价值 篇9

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择本院2014年1~6月收治的70例甲状腺结节性疾病患者作为研究对象,共计有120个结节。其中女48例,男22例,年龄25~75岁,平均年龄(49.8±10.51)岁。采用病理检查的方式证实了所有结节的性质。

1.2 方法

超声弹性成像:主要检查患者的结节行纵、横切面,并且对弹性图进行存储。由2位专业医师对所有结节的超声弹性图像进行分析,并且实施独立分级,如果结节具有不一致的分级,由2位医师共同商量从而统一结果[2]。

1.3 分级和诊断标准

以弹性硬度为根据将其划分为5个等级[3]。甲状腺良性结节的诊断标准为0~Ⅱ级,判断甲状腺恶性结节的诊断标准为Ⅲ~Ⅳ级,同时对照患者的病理结果。

1.4 统计学方法

采用SPSS19.0统计学软件进行统计分析。计量资料以均数±标准差(±s)表示,采用t检验;计数资料以率(%)表示,采用χ2检验。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 病理检查

120个结节中共计有104个良性结节,占86.7%;16个恶性结节,占13.3%;其中结节性甲状腺肿有55例,95个结节;甲状腺腺瘤有3例,4个结节;结节性甲状腺肿合并甲状腺乳头状癌有3例,5个恶性结节,7个良性结节;甲状腺乳头状癌有8例,8个结节;甲状腺滤泡状癌1例,1个结节。

2.2 超声弹性成像

纵切面弹性图:120个结节中共计有104个良性结节,占86.7%;16个恶性结节,占13.3%;横切面弹性图:120个结节中共计有104个良性结节,占86.7%;16个恶性结节,占13.3%;在对甲状腺良、恶性结节进行鉴别的时候纵、横切面相比差异无统计学意义(P>0.05)。

3 讨论

现在高分辨力超声设备已经在临床上得到了广泛的应用,其能够将甲状腺内<1 cm的结节检查出来,但是甲状腺结节硬度的信息无法被常规超声获取,然而医生在临床上采用接触诊法必须要用到的信息就是结节硬度,并且将其作为对结节良、恶性进行评判的重要条件。超声弹性成像能够有效的显示组织硬度,因此其能够很好的弥补常规超声的这一缺陷,因此其在临床诊断中受到了普遍的重视[4]。

弹性成像的原理就是人体组织在受压的情况下,相对于硬的部分而言,软的部分更容易发生变形[5],采用组织变形前后超声反射信号对不同深度的位移量进行测定,这样就能够很好的显示其硬度,从而能够对结节性质进行更加准确的判断[6]。在本次研究中,超声弹性图纵切面与超声弹性图横切面中120个结节中均具有104个良性结节,占86.7%;16个恶性结节,占13.3%,该结果与病理检查的结果完全一致,充分的证明了超声弹性成像诊断甲状腺结节性疾病的价值。

综上所述,在诊断甲状腺结节的时候超声弹性成像具有非常大的应用价值,与常规超声表现相结合能够使诊断的准确率可以极大提升。

摘要：目的 对超声弹性成像诊断甲状腺结节性疾病的价值进行分析和探讨。方法 70例共计120个甲状腺结节超声弹性图作为研究对象,以弹性硬度为根据将其划分为5个等级。甲状腺良性结节的诊断标准为0Ⅱ级,判断甲状腺恶性结节的诊断标准为ⅢⅣ级,同时对照患者的病理结果。结果 超声弹性图纵切面与超声弹性图横切面中120个结节中均具有104个良性结节,占86.7%;16个恶性结节,占13.3%;在对甲状腺良、恶性结节进行鉴别的时候纵、横切面相比差异无统计学意义(P>0.05)。结论 在诊断甲状腺结节的时候超声弹性成像具有非常大的应用价值,与常规超声表现相结合能够使诊断的准确率极大提升。

关键词：超声检查,弹性成像,甲状腺结节

参考文献

[1]富丽娜,王怡,王涌.超声弹性成像与常规超声联合应用在乳腺病灶良恶性鉴别上的价值.中国医学计算机成像杂志,2012,13(2):124.

[2]俞清,徐智章,王文平,等.甲状腺占位性病变的实时超声弹性成像表现.中国医学影像技术,2012,23(11):1612.

[3]俞清,徐智章,毛枫,等.实时超声弹性成像在甲状腺占位性病变中的初步应用.上海医学影像,2013,16(3):189.

[4]Reading CC,Charboneau JW,Hay ID,et al.Sonography of thyoid nodules:aclassic pattern"diagnosticapproach.Ultrasound Q,2005,21(3):157-165.

[5]Giuseppetti GM,Martegani A,Di Cioccio B,et al.Elastosonography in the diagnosis of the nodular breast lesions:preliminary report.Radiol Med(Torino),2005,110(1-2):69-76.