甲狀腺腫瘤診治的三維超聲應用

竇志江

天津市薊縣中醫(yī)醫(yī)院超聲科 301900

甲狀腺腫瘤診治的三維超聲應用

竇志江

天津市薊縣中醫(yī)醫(yī)院超聲科 301900

甲狀腺腫瘤 診治 三維超聲

如何更有效地檢出甲狀腺腫瘤,并提高良、惡性腫瘤鑒別的準確率,是目前甲狀腺超聲領(lǐng)域的關(guān)注熱點。超聲檢查,特別是三維超聲(three-dimensional ultrasound,3D-US)的開展和應用,為甲狀腺癌的診療帶來了新的曙光。現(xiàn)就近年來3D-US在甲狀腺癌診療中的應用進展作一綜述。

1 甲狀腺3D-US應用現(xiàn)狀

自上世紀50年代提出3D-US概念,40多年來該技術(shù)不斷發(fā)展與完善,已在許多醫(yī)學研究領(lǐng)域取得了成果。根據(jù)成像特點,3D-US可分為靜態(tài)、動態(tài)和實時三維。目前常用于甲狀腺檢查的靜態(tài)三維町通過三種成像技術(shù)分別進行多平面成像、三維彩色多普勒成像(three-dimensional colour doppler imaging,3D-CDI)和三維彩色血管能量成像(threedimensional color power angiography,3D-CPA),從而觀察病變的大小、形態(tài)、與周邊組織關(guān)系及血流分布情況等,協(xié)助判斷病變性質(zhì)。

2 3D-US在甲狀腺癌診斷中的應用進展

2.1 腫瘤形態(tài)學特征的研究進展 3D-US進行多平面成像時,可調(diào)節(jié)三個平面(A、B、C)及各平面上X、Y、Z三個不同的方向;也可設置角度范圍使三維圖像動態(tài)顯示。由于它能提供二維超聲所無法顯示的冠狀面,因此可更直觀地顯示甲狀腺腫瘤的三維空間結(jié)構(gòu)。在3D-US冠狀面上,惡性腫瘤邊界呈條索狀的中等或高回聲,由腫瘤中心向外周組織呈放射狀伸展,而出現(xiàn)“星芒狀”匯聚的征象,或稱“太陽征”。研究表明該征象在甲狀腺良、惡性腫瘤鑒別中具有臨床意義[1]。計算機輔助診斷系統(tǒng)(computeraided diagnosis,CAD)已在甲狀腺MRI及鉬靶檢查中得到臨床的廣泛認可。Sahiner等[2]聯(lián)合運用3D-US和CAD的研究結(jié)果表明,它不僅明顯提高了甲狀腺良、惡性腫瘤鑒別的準確率,還有效提高了檢查醫(yī)師正確診斷的敏感性及一致性。

2.2 腫瘤血管的研究進展 3D-US能立體、完整地反映腫瘤的血供,可用于獲得整個腫瘤的血流情況。早期研究提出血流動力學參數(shù),如腫瘤血管峰值流速、阻力指數(shù)等可作為協(xié)助鑒別甲狀腺良、惡性腫瘤的指標,其診斷準確性高于二維超聲,有助于甲狀腺惡性腫瘤的鑒別診斷[3]。近年來,使用3DCPA進行腫瘤血管的定量分析成為一種新的研究手段,越來越多的研究都著眼于此。國內(nèi)學者[4,5]通過三維血管容積指數(shù)(vascularity volume index, VVI)來間接評價腫瘤血管生成,并與腫瘤病理微血管密度(microvessel density,MVD)進行相關(guān)性分析,研究認為VVI與MVD有良好的相關(guān)性。Chang等[6],對下列參數(shù)特征值——血管總長度、血管最長徑、血管容積比值、血管樹數(shù)目進行研究分析,通過這些參數(shù)測量并聯(lián)合運用neural network分析方法,明顯提高了甲狀腺癌診斷的準確性。目前認為由于惡性腫瘤的血管形態(tài)學改變導致了血管的低阻狀態(tài),因此選用能代表血流速度改變的參數(shù),可以幫助提高惡性腫瘤的診斷的準確率。LeCarpentier等[7]通過對多種聯(lián)合定量參數(shù)的研究發(fā)現(xiàn),速度加權(quán)像素密度(speed weighted pixel density, SWPD),即頻移彩色像素密度(frequency shift color pixel density,PD)與平均速度的乘積,是最有效的鑒別甲狀腺良惡性腫瘤的診斷指標。H siao等[8,9]進行了3D-CPA的序列研究,通過虛擬器官計算機輔助分析(virtual organ compute-aided analysis,VOCAL),即一種3D-US后處理技術(shù),對三種直方圖分析參數(shù)——腫瘤內(nèi)血管指數(shù)(vascu larization index,VI)、血流指數(shù)(flow index,FI)、血管-血流指數(shù)(vascularization flow index,VFI)的研究表明,V I在鑒別良、惡性腫瘤時具有統(tǒng)計學意義;對于是否加用諧波成像技術(shù)對于鑒別甲狀腺良、惡性腫瘤則無明顯差異。3D-CPA具有彩色多普勒能量圖敏感和準確的特性,可顯示二維所不能顯示的細小終末血管,能充分、詳細、完整地顯示出腫塊內(nèi)部血流的多少及血管走行情況。然而,彩色多普勒能量圖的各種參數(shù)設置,如圖像采集質(zhì)量、取樣容積、掃查角度、壁濾波頻率、脈沖重復頻率的調(diào)節(jié)、設定都是影響實驗研究結(jié)果的重要因素;此外,3D-CPA在采集過程中易受患者呼吸運動、心臟活動的影響,因此,如何避免偽像的產(chǎn)生,減少誤差,都有待更進一步的研究。盡管各學者對3D-CPA各種參數(shù)的研究結(jié)果差異較大,但其作為一種新型的多普勒技術(shù),能為良、惡性腫瘤的鑒別提供更多的信息量。

3 3D-US在甲狀腺癌治療中的應用進展

3.1 在甲狀腺定位穿刺活檢中的應用 甲狀腺三維立體定位穿刺技術(shù),是先通過二維圖像確定感興趣目標,然后對甲狀腺病灶進行三維準確定位,再行穿刺取活體組織進行組織病理學檢查。3D-US介導甲狀腺腫瘤穿刺活檢時,其優(yōu)于二維超聲的特點是不必更換掃查切面,操作簡單、易掌握,并可減少穿刺活檢的假陰性率[10]。X線和3D-US聯(lián)合定位時,定位準確、降低活檢假陰性率的優(yōu)越性尤為明顯,尤其對小病灶[11]。

3.2 在新輔助化療中的應用 對于中晚期甲狀腺癌的患者而言,新輔助化療旨在縮小腫塊體積。VOCA L根據(jù)選擇旋轉(zhuǎn)角度不同,勾勒多個基礎(chǔ)二維平面的組織輪廓,再由計算機自動計算出所勾勒的組織容積。3D-US較二維超聲能更精確地描述腫瘤體積的變化,因此是新輔助化療期間監(jiān)測腫瘤大小變化行之有效的技術(shù)[12]。而如何準確地勾勒腫塊邊界,精確測量腫瘤體積,除操作者經(jīng)驗與熟練程度外,旋轉(zhuǎn)角度的選擇與勾勒層面層數(shù)的多少也是至關(guān)重要的影響因素。

3.3 在外科手術(shù)中的應用 為求更高的生存質(zhì)量,對于早期甲狀腺癌患者治療。如何徹底切除癌組織,縮小手術(shù)范圍,保護頸部功能,是手術(shù)治療的關(guān)鍵所在。實時三維超聲及導航系統(tǒng)聯(lián)合在手術(shù)中的應用,能有效減少術(shù)后癌組織殘留并大大改善術(shù)后頸部外觀[13],該技術(shù)在術(shù)前、術(shù)中及術(shù)后的使用具有以下優(yōu)勢：術(shù)前準確定位病灶;設計并執(zhí)行完成創(chuàng)傷最小的手術(shù)路徑;完整切除病灶;病灶切除后即時局部檢查以確保無癌組織殘留。

3.4 在放療定位中的應用 頸清術(shù)后患者行甲狀腺局部放療時,使用3D-US聯(lián)合平掃CT能使95%的患者擬訂放療照射范圍明顯縮小。相比單獨使用CT成像,兩者聯(lián)合能有效地提高檢查者操作的一致性和定位放療區(qū)域的準確性,其優(yōu)越性在致密型甲狀腺組織中尤為明顯[14]。

4 3D-US新技術(shù)應用

近年來,隨著三維成像技術(shù)的迅速發(fā)展,開始嘗試應用于甲狀腺疾病臨床診療的新技術(shù)越來越多。由于大多數(shù)甲狀腺癌組織結(jié)構(gòu)及質(zhì)地都較良性腫瘤致密,因此超聲彈性成像技術(shù)(ultrasound elastography,UE)診斷甲狀腺癌的價值得到越來越多的研究證實。UE是根據(jù)感興趣區(qū)壓縮前后超聲回波信號間延時的相關(guān)信息進行半定量及定量分析,從而判斷組織硬度,協(xié)助診斷。但迄今為止臨床尚只能進行二維彈性成像。Deprez等[15]使用四種參數(shù),即軸向延時(axial delay)、軸向標尺影響因子(axial scaling factor)、側(cè)向變化(1ateral shift)及邊角變化(elevational shift)對加壓前后感興趣體積進行測算,使用相關(guān)運算法則對仿真模型進行三維彈性成像,研究結(jié)果表明三維超聲彈性成像能準確反映模型周邊空間立體組織結(jié)構(gòu)及硬度,為其臨床推廣應用提供了基礎(chǔ)。西門子公司最新開發(fā)的甲狀腺掃查技術(shù)——自動甲狀腺容積掃描(automatedbreastvalue system,ABVS),能快速自動完成6個切面的掃查,呈現(xiàn)任意3個正交切面的三維容積。掃查容積厚度最大可達60mm,顯示層厚最小為0.5mm,完成整個掃查過程約5min,適用于普查。歐美3個甲狀腺腫瘤研究中心的早期臨床試用結(jié)果初步認為：自動化的圖像采集使超聲檢查降低了對操作者的依賴,提高了成像的標準化程度;超聲圖像也能像其他醫(yī)學影像一樣膠片化;并且自動甲狀腺掃查功能使醫(yī)生的工作時間大大減少。

綜上所述,多種3D-US技術(shù)在甲狀腺癌的診療中已得到迅速的發(fā)展,它彌補了二維超聲空間顯像不足的弱點,拓展了超聲技術(shù)的空間顯像功能。除形態(tài)學特征之外,3D-US還能從腫瘤的血管形態(tài)及各種血流參數(shù)等指標中提高良、惡性腫瘤鑒別的準確性及特異性。但如何使3D-US更真實、準確地反映甲狀腺腫瘤的整體信息,同時減少掃查時間及漏診率,都是有待解決的問題。相信隨著醫(yī)學超聲工程技術(shù)的飛速進步和發(fā)展,3D-US將以更加快速、準確、規(guī)范和高效的特點和優(yōu)勢,為甲狀腺腫瘤的診斷和治療帶來更為廣闊的應用前景。

[1] 張縉熙,姜玉新,主編.淺表器官及組織超聲診斷學〔M〕.第2版.北京：科學技術(shù)文獻出版社,2010.

[2] Sahiner B,Chan HP,etal.Muhi-modality CADx：ROC study of the effect on radiologists'accuracy in characterizing breast masses on mammogram s and 3Du ltrasound images〔J〕.Acad Radiol,2009,16(7)：810-818.

[3] Ozdem ir A,Ozdem ir H,Maral I,et al.Differential diagnosis of solid breast lesions：con tribution of Doppler studies to mammography and g ray scale imaging〔J〕.JU ltrasound Med,2001, 20(10)：1091-1101.

[4] 張超學,張新書,王玲,等.乳腺腫瘤三維超聲血管容積指數(shù)及二維超聲彩色像素密度與病理微血管密度相關(guān)性的對比研究〔J〕.中華超聲影像學雜志,2006,15(2)：157.

[5] 谷濤,傅慶詔,馬喆,等.三維彩色血管能量成像在診斷乳腺腫瘤及預測腫瘤血管生成的應用價值〔J〕.中華超聲影像學雜志, 2005,14(8)：584-587.

[6] Chang RF,Huang SF,Moon WK,et a l.Solid breast masses：neural network analysis of vascu lar features at th ree-dimensional pow er Doppler Ufor benign or malignan t classification〔J〕.Radiology,2007,243(1)：56-62.

[7] Le Carpentier GL,Roubidoux MA,Fow lkes JB,et al.Suspiciousb reast lesions：assessm ent of 3Ddoppler Uindexes for c lassifi cation in a test population and fourfold cross validation scheme〔J〕.Radiology,2008,249(2)：463-470.

[8] H siao YH,Huang YL,Liang WM,eta l.Characterization of benign andm alignan t solid b reastmasses：harm onic versus non harmonic 3Dpow er Doppler imaging〔J〕.U ltrasound Med Biol,2009,35：353-359.

[9] HsiaoYH,Huang YL,Kuo SJ,eta l.Characterization of benign and malignant solid b reast masses in harm onic 3Dpower Doppler im aging〔J〕.Eur JRadiol,2009,71：89-95.

[10] Schueller G,Schueller WC,Helbich TH.Accu racy of u ltrasound-guided,large-core needle breast biopsy〔J〕.Eu r Radiol, 2008,18(9)：1761-1773.

[11] Su rry KJ,Mills GR,Bevan K,et al.Stereotacticm ammography imaging combined with 3DUimaging for im age guided b reast biopsy〔J〕.Med Phys,2007,34(11)：4348-4358.

[12] A thanasiou A,Tardivon A,O llivier L,et a l.How to optim ize breast ultrasound〔J〕.Eu r JRadiol,2009,69(1)：6-13.

[13] InoueT,Tamaki Y,Sato Y,et a l.Three-dim ensional u ltrasound imaging of breast cancer by a real-tim e in traoperative navigation system〔J〕.Breast Cancer,2005,12(2)：122-129.

[14] Ber rang TS,T ruong PT,Popescu C,et al.3Dultrasound can contribu te to planning CT to define the target for partial breast radiotherapy〔J〕.Rad Oncol Biol Phy s,2009,73(2)：375-383.

[15] Deprez JF,Brusseau E,Sehmitt C,eta l.3Destim ation of soft biological tissue deformation from radio-frequency ultrasound volume acquisitions〔J〕.Med Image Anal,2010,13(1)：116-127.

R736.1

A

1001-7585(2011)10-1149-03

2011-04-07

(編輯羽飛)

綜述與講座