[科普中国]-超声弹性成像

概念及原理

超声弹性1成像是一种新型超声诊断技术，能够研究传统超声无法探测的肿瘤及扩散疾病成像，正处于观察研究阶段，可应用于乳腺、甲状腺、前列腺等方面。组织的弹性依赖于其分子和微观结构,临床医生通过触诊定性评价和诊断乳腺肿块，其基础是组织硬度或弹性与病变的组织病理密切相关。新的弹性成像技术提供了组织硬度的图像，也就是关于病变的组织特征的信息。根据不同组织间弹性系数不同，在受到外力压迫后组织发生变形的程度不同，将受压前后回声信号移动幅度的变化转化为实时彩色图像，弹性系数小、受压后位移变化大的组织显示为红色，弹性系数大、受压后位移变化小的组织显示为蓝色，弹性系数中等的组织显示为绿色，借图像色彩反映组织的硬度。弹性成像技术，使超声图像拓宽，弥补了常规超声的不足，能更生动地显示及定位病变。

超声弹性成像（亦称实时应变成像）比较加压（用超声探头紧压病变）前后乳腺病变弹性信息的超声图像。施加一个外力后，比较柔软的正常组织变形超过坚硬的肿瘤组织。加压前后病变有无改变说明病变的僵硬度，后者是鉴别病变性质的重要参数。例如低回声病变诊断较困难，但如果它弹性大，则可以有把握地诊断为脂肪组织。超声弹性成像是利用生物组织的弹性信息帮助疾病的诊断。其基本原理为：根据各种不同组织（正常及病变）的弹性系数不同，在加外力或交变振动后其应变（主要为形态改变）亦不同。收集被测体的某时间段内的各个片段信号，用自相关法综合分析（combined autocorrelationmethod,CAM），再以灰阶或彩色编码成像。在相同外力作用下，弹性系数大的，引起的应变比较小；反之，弹性系数较小的，相应的应变比较大。也就是比较柔软的正常组织变形超过坚硬的肿瘤组织。超声弹性成像即利用肿瘤或其他病变区域与周围正常组织间弹性系数的不同，产生应变大小的不同，以彩色编码显示，来判别病变组织的弹性大小，从而推断某些病变的可能性。

优点生物组织的弹性（或硬度）与病灶的生物学特性紧密相关，对于疾病的诊断具有重要的参考价值。目前，一种对生物组织弹性（或硬度）特征成像的新技术——超声弹性成像成为临床研究的热点。作为一种全新的成像技术,它扩展了超声诊断理论的内涵和超声诊断范围，弥补了常规超声的不足,能更生动地显示、定位病变及鉴别病变性质，使现代超声技术更为完善，被称为继A型、B型、D型、M型之后的E型超声模式。在不久前召开的第59届中国国际医疗器械春季博览会“超声弹性成像技术论坛”上，来自广州市中山大学附属第二医院超声科的罗葆明等专家表示，超声弹性成像技术尽管起步伊始，但该技术提供了与传统影像学不同的、有助于临床诊断的新信息。“相信随着弹性成像设备的不断完善及临床应用技能的不断成熟，超声弹性成像将在临床工作中发挥更加重要的辅助作用”。

分类据罗葆明教授介绍，超声弹性成像的基本原理是对组织施加一个内部（包括自身的）或外部的动态/静态/准静态的激励。在弹性力学、生物力学等物理规律作用下，组织将产生一个响应，例如位移、应变、速度的分布产生一定改变。利用超声成像方法，结合数字信号处理或数字图像处理技术，可以估计出组织内部的相应情况，从而间接或直接反映组织内部的弹性模量等力学属性的差异。

超声弹性成像可大致分为血管内超声弹性成像及组织超声弹性成像两大类。血管内超声弹性成像是利用气囊、血压变化或者外部挤压来激励血管，估计血管的运动即位移（一般为纵向），得到血管的应变分布，从而表征血管的弹性。它是一种对血管壁动脉硬化斑局部力学特性进行成像的技术。我国研究人员曾以超声成像为基础的血管壁弹性显微成像试验在世界上首次获得了实际血管壁真正意义上的横断面弹性显微图像。血管弹性成像可用于估计粥样斑块的组成成分、评价粥样斑块的易损性、估计血栓的硬度和形成时间，甚至观察介入治疗和药物治疗的效果，具有重要的临床价值。

组织超声弹性成像多采用静态/准静态的组织激励方法。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，给组织施加一个微小的应变。根据各种不同组织（包括正常和病理组织）的弹性系数（应力/应变）不同，再加外力或交变振动后其应变（主要为形态改变）也不同，收集被测体某时间段内的各个信号片段，利用复合互相关（CAM）方法对压迫前后反射的回波信号进行分析，估计组织内部不同位置的位移，从而计算出变形程度，再以灰阶或彩色编码成像。

据介绍，发展早期的弹性成像是利用组织的硬度及肿块在灰阶声像图与弹力图中的大小差异来区分实性肿瘤，一般恶性肿瘤弹性影像的面积比灰阶超声大，而良性病变弹性影像的面积比灰阶超声小或与其相近；恶性病灶在弹力图上比良性病灶更硬或更暗。近年发展的实时组织弹性成像(RTE)则将受压前后回声信号移动幅度的变化转化为实时彩色图像。弹性系数小的组织受压后位移变化大，显示为红色；弹性系数大的组织受压后位移变化小，显示为蓝色，弹性系数中等的组织显示为绿色，以色彩对不同组织的弹性编码来反映组织硬度。一些研究结果表明，实时组织弹性成像能较有效地分辨不同硬度的物体，但所反映的并不是被测体的硬度绝对值,而是与周围组织相比较的硬度相对值。

相关技术据专家介绍，目前有关超声弹性成像的技术较多，有研究人员将其分为3种：压迫性弹性成像、间歇性弹性成像、振动性弹性成像。首次提出的弹性成像便是使用压迫性弹性成像的技术方法。压迫性弹性成像是通过操作者手法施加一定的压力，比较组织受压前后的变化得到一幅相关的压力图。目前，广泛应用于临床的日本HITACHI公司所开发的超声弹性成像设备即采用压迫性弹性成像。已研制成的超声弹性成像仪以原有的超声彩色成像仪为基础,在设备内部设置可调的弹性成像感兴趣区(ROI),比较加压过程中ROI内病变组织与周围正常组织之间的弹性(即硬度)差异。但手法加压法人为影响因素较多，产生的应变与位移可因施加压力的大小不同而不同，也可因压、放的频率快慢而不同。为解决这一问题，日本HITACHI公司在所开发的仪器显示屏上，有数字1~7显示，代表压力与压放频率的综合指标。

间歇性弹性成像是应用一个低频率的间歇振动造成组织位移，然后用组织反射回来的超声波去发现组织的移动位置。通过这种方法可得到感兴趣区中不同弹性系数的组织的相对硬度图。该技术具有无痛、无创、无并发症的优点，采用超声系统，价格便宜，检查速度快，临床应用方便，检查时不依赖于操作人员，重复性好，可用于无创诊断肝纤维化，监测肝脏疾病的发展，还可用于评价抗病毒疗法或抗纤维化疗法。

超声激发振动声谱成像，后来被称为振动性弹性成像。振动性弹性成像是用一个低频率的振动作用于组织并在组织内部传播，产生一个振动图像并通过实时多普勒超声图像表现出来。振动性超声弹性成像是一种新的弹性成像技术，目前还处于初始研究阶段，仅对离体组织有实验研究。专家们认为，随着研究的深入，它可能在肿瘤的早期检测、肿瘤的热疗和高强度聚焦超声治疗过程的检测控制等方面发挥重要作用。

临床应用在超声检查时，利用外加在探头上的压力变动、利用脉冲声压对组织的压力变化，利用心搏或呼吸活动对邻近组织传导的压力或者导管式超声探头在心腔或血管腔内所受到变化的血压，均可使合适的脏器或病灶发生弹性形变，或称应变。利用应变量大小经彩色（或灰阶）调制成像，并与常规的声像作比较的方法，称超声弹性成像。

据罗葆明教授介绍，组织弹性成像可有效鉴别实质性肿瘤的良恶性，对于恶性病变诊断具有较高的特异性和敏感性。目前其主要应用于乳腺、前列腺、甲状腺等小器官，尤其在乳腺疾病方面研究更为深入，技术更加成熟。此外，组织弹性成像还可应用于肝纤维化的诊断、局部心肌功能评价以及高强度聚焦超声（HIFU）与射频消融（RFA）引起的损害的检测与评估。心肌弹性成像是一种特殊的组织弹性成像方法。其原理与采用静态压缩的弹性成像类似，但是采用的激励是自身的心脏收缩－舒张。估计组织沿探头径向的位移，从而得到心肌的应变、应变率和速度等参数的空间分布以及随时间的变化。心肌弹性成像能够准确客观地对局部心肌功能进行定量评价，具有高精度、高分辨率（时间、空间）、角度无关性以及很好的重复性等优点，可应用于心肌梗死和心肌缺血的定位。

另一种弹性成像的原理为声辐射力冲击成像（ARFI），系将500Hz的低频剪切波（横波）传播、接收与处理后，获得组织的弹性成像图。

弹性成像诊断乳腺疾病 mammary diseases diagnosed by elastosonography 液性病灶、中等硬度（多为良性）与坚硬（多为恶性）的乳腺病灶可根据其弹性作出判断。

弹性成像诊断甲状腺疾病 thyroid disease diagnosed by elastosonography 根据以上原理（液性病灶、中等硬度（多为良性）与坚硬（多为恶性）的甲状腺病灶）同样可判断甲状腺囊肿、腺瘤及癌肿的弹性系数大小。

弹性成像诊断肝硬化 liver cirrhosis diagnosed by elastosonography 肝内纤维化程度可影响其弹性系数大小。本方法可将探头置右肋缘下，嘱患者深吸气后屏气时进行，亦可经右肋间进行。

弹性成像诊断肢体静脉血栓 venous thrombosis of extremities diagnosed by elastosonography 用弹性成像原理可区别新鲜血栓、陈旧血栓与纤维化血栓。

弹性成像诊断前列腺疾病 prostatic diseases diagnosed by elastosonography 用弹性成像原理可区别囊肿、前列腺肥大与部分癌肿。

弹性成像诊断血管内膜斑块 plaque in .blood vessel diagnosed by elastosonography 用弹性成像原理可分辨类脂质斑块（软）、斑块纤维化（中等硬度）、斑块钙化（硬性）、斑块溃疡伴血栓（软）等。