乳腺超声弹性成像的应用进展

徐 争（综述） 杨丽春（审校）

近年乳腺疾病日益增多，尤其是乳腺癌，发病率呈上升趋势，居女性恶性肿瘤首位[1]。因此，早期发现、早期诊断、早期治疗是提高乳腺癌患者生存率的关键。超声检查目前已成为诊断乳腺疾病的常规影像学技术之一，超声弹性成像成为诊断和鉴别诊断乳腺肿瘤良恶性的新技术，本文对超声弹性成像新技术应变率（strain ratio, SR）和剪切力在诊断乳腺肿块中的应用作一综述。

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）kPa， 良 性 肿 瘤 为（46.1±42.9）kPa， 其中浸润性导管癌为（157.5±57.1）kPa、浸润性小叶癌为（169.5±61.06）kPa、导管内癌为（117.8±54.7）kPa、纤维瘤为（49.58±43.51）kPa、增生病变为（35.3±31.2）kPa、导管内乳头状瘤为（69.5±63.2）kPa、硬化性腺病为（149.5±132.4）kPa。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）kPa、（55.68±31.65）kPa、（23.45±16.13）kPa， 良 性 病 灶 为（37.26±24.10）kPa、（23.45±14.73）kPa、（13.61±9.49）kPa，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。

[1] 彭卫军, 顾雅佳. 重视乳腺影像学检查技术和诊断水平的普及与提高为降低我国乳腺癌发病率而努力. 中华放射学杂志,2009, 43(5): 453-454.

[2] Ophir J, Céspedes I, Ponnekanti H, et al. Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues.Ultrason Imaging, 1991, 13(2): 111-134.

[3] Itoh A, Ueno E, Tohno E, et al. Comparison between ultrasonic elastogram and histologic findings in breast disease//Seventh Comgress of Asia Federation of Societies for Ultrasound in Medicine and Biology (AFSUMB 2004). Japan: Utaunomiya,2004: 330.

[4] 罗葆明, 欧冰, 冯霞, 等. 乳腺肿块的超声弹性成像、多普勒超声及X线钼靶检查. 中国医学影像技术, 2006, 22(12): 1823-1826.

[5] Gee A, Lindop J, Treece G, et al. Stable, intelligible ultrasonic strain imaging. Ultrasound, 2008, 16(4): 187-192.

[6] Zhi H, Xiao XY, Yang HY. et al. Ultrasonic elastography in breast cancer diagnosis: strain ratio vs 5-point scale. Acad Radiol, 2010,17(10): 1227-1233.

[7] 智慧, 肖晓云, 杨海云, 等. 弹性应变率比值在乳腺实性肿物良恶性鉴别诊断中的价值初探. 中华超声影像学杂志, 2009,18(7): 589-591.

[8] 秦石成, 王俊玲, 崔可飞, 等. 超声实时弹性成像整体应变率与局部应变率诊断乳腺病灶的比较. 中国医学影像技术, 2011,27(5): 963-966.

[9] 鲁媛媛, 李俊来, 李荔, 等. 实时组织弹性成像在乳腺病灶诊断中的定量研究. 中华医学超声杂志(电子版), 2011, 8(1): 123-128.

[10] Rudenko OV, Sarvazyan AP. Acoustic radiation force and streaming induced by focused nonlinear ultrasound in a dissipative medium. J Acoust Soc Am, 1998, 24(9): 1419-1435.

[11] Chang JM, Moon WK, Cho N, et al. Clinical application of shear wave elastography (SWE) in the diagnosis of benign and malignant breast diseases. Breast Cancer Res Treat, 2011, 129(1): 89-97.

[12] 李俊来, 黄炎, 王知力, 等. 乳腺实时剪切波弹性成像的组织定征研究. 中华医学超声杂志(电子版), 2011, 8(4): 812-819.