超聲彈性成像測量剪切波速度的影響因素

楊 龍 YANG Long

袁建軍 YUAN Jianjun

王 綺 WANG Qi

吳 剛 WU Gang

郭文清 GUO Wenqing

王文偉 WANG Wenwei

趙 冰 ZHAO Bing

超聲彈性成像測量剪切波速度的影響因素

楊 龍 YANG Long

袁建軍 YUAN Jianjun

王 綺 WANG Qi

吳 剛 WU Gang

郭文清 GUO Wenqing

王文偉 WANG Wenwei

趙 冰 ZHAO Bing

目的探討使用不同頻率探頭、取樣線角度和感興趣區(qū)深度對剪切波速度（SWV）的影響。資料與方法利用彈性成像模型，使用凸陣探頭測量SWV時，取樣線角度取0°、1°～15°、16°～30°、31°～45°，感興趣區(qū)深度取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm、8 cm；使用線陣探頭時，感興趣區(qū)深度取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm，對SWV測量值進(jìn)行比較。結(jié)果兩種探頭測值間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；隨感興趣區(qū)深度增加，凸陣探頭測值由高估轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸?，線陣探頭測值則始終表現(xiàn)為低估。使用凸陣探頭時，深度和角度對SWV影響均具有統(tǒng)計學(xué)意義（F=85.87、35.96, P＜0.01），且兩者影響具有交互作用（F=17.63, P＜0.01）；取樣線角度＜15°時，角度對測值影響較小，4 cm深度測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，5 cm時偏差最大。使用線陣探頭時，深度對測值影響具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），1 cm時，測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，4 cm時偏差最大。結(jié)論探頭頻率、取樣線角度和感興趣區(qū)深度均對SWV有影響。使用凸陣探頭時，以取樣線不超過15°、深度4 cm時測值較準(zhǔn)確；使用線陣探頭時，深度1 cm時測值較準(zhǔn)確。

超聲檢查；彈性成像技術(shù)；聲觸診組織量化技術(shù)；剪切波速度

彈性成像技術(shù)能檢測感興趣區(qū)的硬度信息，進(jìn)而反映組織病變情況。目前，壓迫式彈性成像和聲脈沖輻射力成像在臨床廣泛應(yīng)用，其中聲脈沖輻射力成像包括聲觸診組織成像（virtual touch tissue imaging, VTI）和聲觸診組織量化技術(shù)（virtual touch tissue quantifcation, VTQ）。VTQ通過測量感興趣區(qū)剪切波速度（shear wave velocity, SWV）來量化組織軟硬質(zhì)地信息，SWV越高，組織的硬度越大，可以應(yīng)用于淺表的小器官，也可以應(yīng)用于較深的腹部臟器[1-3]。目前，有關(guān)VTQ應(yīng)用已有較多報道，但關(guān)于VTQ的影響因素及使用規(guī)范的研究相對較少[4-6]。同時，在臨床應(yīng)用中，同一病例選擇不同取樣線角度和感興趣區(qū)深度時，測量SWV有時差別很大，因此，探討合理的角度和深度范圍對臨床應(yīng)用有很大的指導(dǎo)意義。本研究使用彈性成像模型研究超聲波頻率及取樣線角度和感興趣區(qū)深度對SWV測量的影響。

1 資料與方法

1.1 彈性成像模型 使用Elasticity QA Phantoms（the model 049, CIRS, Norfolk, Virginia, USA）。Elasticity QA Phantoms由均質(zhì)的背景和包埋在其內(nèi)的球體構(gòu)成（圖1），球體共有4組，每組2個，直徑分別為2 cm和1 cm，背景和球體均由固態(tài)均質(zhì)材料（Zerdine）組成，背景材料楊氏模量值為25 kPa，4組球體楊氏模量值依次為8 kPa、14 kPa、45 kPa、80 kPa。楊氏模量值與SWV的關(guān)系可以表示為以下公式：

其中E表示楊氏模量值，ν表示泊松系數(shù)，ρ表示密度，背景及球體彈性材料泊松系數(shù)為0.5，密度約為1.0 g/cm3，此時背景及4組球體SWV分別約為2.89 m/s、1.63 m/s、2.16 m/s、3.87 m/s、5.16 m/s[7]（圖2）。本研究利用模型球體間均質(zhì)背景材料探討探頭不同頻率及取樣線不同深度和角度對SWV的影響。

圖1 彈性成像模型（Elasticity QA Phantoms 049）。模型為立方體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)充滿固態(tài)均質(zhì)材料，在均質(zhì)材料中包埋4組球體，均質(zhì)材料與各組球體的楊氏模量值不同

圖2 彈性成像模型（Elasticity QA Phantoms 049）內(nèi)1個球體。使用線陣探頭，模型內(nèi)球體的SWV是5.82 m/s

1.2 儀器與方法 使用Acuson S2000 system（VB10D, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany），凸陣探頭頻率1～4 MHz，測量SWV最大深度為8 cm，線陣探頭頻率4～9 MHz，測量SWV最大深度為4 cm。為使取樣線在準(zhǔn)確的角度下取值，需制作1張刻度紙。取透明塑料紙1張，比照超聲儀顯示器工作界面描繪出扇形界面左右緣，并延長成角。使用量角器繪出角分線，再以角分線為中線（0°線）向左側(cè)每隔15°繪制一分隔線，依次為左15°線、30°線、45°線，然后貼于超聲儀顯示器上。

利用彈性成像模型球體間均質(zhì)背景，使用不同探頭，改變?nèi)泳€角度及深度，測量不同感興趣區(qū)SWV。①使用凸陣探頭，取樣線角度分別取0°、1°～15°、16°～30°、31°～45°，感興趣區(qū)深度從淺至深依次取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm、8 cm，共選取32個感興趣區(qū)，每個感興趣區(qū)取值20次，共測量SWV 640次。②使用線陣探頭，感興趣區(qū)深度從淺至深依次取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm，共選取4個感興趣區(qū)，每個感興趣取值20次，共測量SWV 80次。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 16.0軟件，角度和深度對SWV的影響采用兩因素析因設(shè)計的方差分析；多組間SWV比較采用單因素方差分析，方差齊時兩兩比較采用SNK檢驗(yàn)，方差不齊時兩兩比較采用Dunnett T3檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

計算變異系數(shù)（CV）比較各組測量值重復(fù)性，CV越大，說明測量值離散度越大，測量重復(fù)性越差；反之，CV越小，說明測量重復(fù)性越好。測量均值越接近標(biāo)準(zhǔn)值，同時CV越小，則此條件下測值越準(zhǔn)確。

2 結(jié)果

2.1 不同頻率探頭SWV測值比較 凸陣探頭0°條件下1～4 cm各深度SWV與線陣探頭下各深度SWV比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；凸陣探頭在1～3 cm時，測量均值高于標(biāo)準(zhǔn)值；4 cm時，測值均值略低于標(biāo)準(zhǔn)值；線陣探頭1～4 cm測值均低于標(biāo)準(zhǔn)值（圖3）。

2.2 低頻時不同深度及角度下SWV測值及CV比較使用凸陣探頭時，深度和角度對SWV影響均具有統(tǒng)計學(xué)意義（F=85.87, P＜0.01; F=35.96, P＜0.01），且兩者影響具有交互作用（F=17.63, P＜0.01）（圖4）；0°與1°～15°間SWV比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），其余組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且0°與1°～15°下SWV更接近標(biāo)準(zhǔn)值2.89 m/s。0°各深度組，部分兩兩比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），同時，4 cm與7 cm時測得的SWV均值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，但4 cm時CV（2.2%）小于7 cm時的CV（3.4%），5 cm時SWV均值與標(biāo)準(zhǔn)值差異最大。見表1及圖5。

2.3 高頻時不同深度SWV測值 使用線陣探頭，各深度組SWV測值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），1 cm時測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，4 cm時測值均值與標(biāo)準(zhǔn)值差異最大（表1、圖6）。

表1 兩種探頭不同深度、不同角度SWV均值及CV比較

圖3 凸陣探頭0°下各深度SWV與線陣探頭各深度SWV測量結(jié)果。圖中水平線代表標(biāo)準(zhǔn)值2.89 m/s，1～4 cm時，兩種探頭SWV測值隨深度增加均呈減低趨勢，同深度下，線陣探頭測值均低于凸陣探頭，凸陣探頭在4 cm時測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，線陣探頭在1 cm時最接近標(biāo)準(zhǔn)值

圖5 凸陣探頭不同角度不同深度的SWV均值。圖中水平線代表標(biāo)準(zhǔn)值2.89 m/s，可見隨深度增加，測值由高估轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸溃?°與1°～15°時，各深度測值較為接近，且4 cm深度時最接近標(biāo)準(zhǔn)值

圖4 使用凸陣探頭測量模型同深度（8 cm）不同角度的SWV值。在取樣線0°時，SWV是2.76 m/s，取樣線30°～45°時，SWV是1.21 m/s，差異很大

圖6 線陣探頭不同深度測得的SWV值。1 cm深度時，SWV測值為2.63 cm/s，4 cm時，SWV測值為2.21 cm/s，均小于標(biāo)準(zhǔn)值

3 討論

以往，肝纖維化及肝硬化程度分級主要依靠肝組織活檢，由于是有創(chuàng)檢查，可能伴發(fā)出血、感染等并發(fā)癥，患者不易接受[8]。VTQ作為一種無創(chuàng)評估組織軟硬質(zhì)地的檢查方法，可以測量感興趣區(qū)SWV，從而評價感興趣區(qū)組織軟硬質(zhì)地情況。VTQ通過超聲探頭發(fā)射聲脈沖波致感興趣區(qū)組織發(fā)生反復(fù)的微小形態(tài)變化，在感興趣區(qū)形變的過程中，產(chǎn)生橫向傳播的剪切波，再利用探頭通過接收回波信號計算SWV。SWV與組織硬度呈正相關(guān)，SWV越高，則反映組織越硬。

VTQ廣泛用于腹部實(shí)質(zhì)性臟器疾病診斷，但在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，SWV測量受多種因素的影響，如呼吸運(yùn)動、心臟搏動、感興趣區(qū)深度和角度等[9,10]，導(dǎo)致測量結(jié)果準(zhǔn)確性降低。本研究利用彈性成像模型探討超聲波頻率、感興趣區(qū)深度及取樣線角度對SWV的影響。

本研究結(jié)果顯示，線陣探頭1～4 cm各深度測值與凸陣探頭在取樣線角度為0°時1～4 cm各深度測值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，說明探頭頻率對SWV測值有影響。兩種探頭測值總體上均表現(xiàn)為隨深度增加逐漸減低的趨勢，線陣探頭各深度測值均小于凸陣探頭。從淺至深，線陣探頭各深度測值均為低估，1 cm處測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，而凸陣探頭測值由高估逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸溃? cm處測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值。

使用凸陣探頭時，取樣線角度和深度均對SWV測值有顯著影響。0°和1°～15°SWV均值較16°～30°、31°～45°均值更接近標(biāo)準(zhǔn)值2.89 m/s，說明取樣線不超過15°時，角度對SWV影響較小。本研究中0°線和1°～15°線各深度均值較16°～30°線和31°～45°更接近標(biāo)準(zhǔn)值線，且曲線走勢較為一致，但在7 cm和8 cm深度時，兩角度下均值差異較大，說明隨深度增加，角度和深度的影響以及兩者交互作用越來越明顯。同時，取樣線在0°下，各深度組部分組間SWV差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，說明深度對SWV測值有影響，但影響并不是簡單的線性關(guān)系。1～5 cm時，測值由高估逐漸發(fā)展為低估；在4 cm時，最接近標(biāo)準(zhǔn)值；5 cm時，測值明顯低于標(biāo)準(zhǔn)值，5～8 cm時，測值由明顯低估逐漸接近標(biāo)準(zhǔn)值；7 cm時測值均值與4 cm時相同，但CV較4 cm時大，說明7 cm時測值重復(fù)性較4 cm時差。取樣線在1°～15°時，同樣是4 cm時測值與標(biāo)準(zhǔn)值差異最小，5 cm時與標(biāo)準(zhǔn)值差異最大。因此，在使用凸陣探頭時，角度不宜超過15°，4 cm深時測值較為準(zhǔn)確，此結(jié)果與Chang等[11]研究結(jié)論一致，此外，要盡量避開在5 cm深的位置測量SWV。

使用線陣探頭時，各深度組間SWV差異有統(tǒng)計學(xué)意義，說明深度對SWV測值有影響，并且各深度SWV測值均小于標(biāo)準(zhǔn)值2.89 m/s，而1 cm時，測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，4 cm深度時，測值與標(biāo)準(zhǔn)值差異最大，Chang等[11]在其研究中也得出相類似的結(jié)論。

總之，本研究發(fā)現(xiàn)探頭頻率、取樣線角度和感興趣區(qū)深度均對SWV有影響。使用凸陣探頭時，取樣線偏離中線不宜超過15°，感興趣區(qū)由淺至深，測值由高估轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸?，? cm深時，測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，5 cm深時，差異最大；使用線陣探頭時，各深度測值均為低估，在1 cm時，測值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，4 cm時，差異最大。

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（本文編輯 馮 婕）

Factors Infuencing Shear Wave Velocity by Using Elasiticity Imaging Technique

PurposeTo investigate the influence on shear wave velocity (SWV) by different probe frequency, scanline angle and ROI depth.Materials and MethodsThe elasticity QA Phantoms was used in the study. First the SWV was measured by curve probe at depths of 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm, 7 cm and 8 cm. The scanline angle changed from 0° from midline, 1°-15°, 16°-30° and 31°-45°. Then the SWV was measured again by using line probe at depths of 1 cm, 2 cm, 3 cm and 4 cm. The measured data were analyzed statistically.ResultsThe SWV showed difference by using the two probes (P＜0.05). As depth increased, the measurement by curve probe changed from overestimate to underestimate, while the measurement by line probe always showed underestimate from standard value. When the curve probe was used, the angle and depth affected SWV interactively (F=85.87 and 35.96, P＜0.01), and had interactive effects (F=17.63, P＜0.01). When the scanline angle was within 15°, the angle had little infuence upon the measurement. When the scanline angle was 0°, the measurement was the closest to the standard value at the depth of 4 cm, and the maximum deviation occurred at the depth of 5 cm. The infuence of depth upon measurement had signifcant difference when the line probe was used (P＜0.05). The measurement was the closest to the standard value at the depth of 1 cm, and the maximum deviation occurred at the depth of 4 cm.ConclusionFactors like probe frequency, scanline angle and ROI depth can affect the SWV. When the curve probe is used, the accurate measurement occurs at the depth of 4 cm when the scanline angle is within 15°. When the line probe is used, the accurate measurement occurs at the depth of 1 cm.

Ultrasonography; Elasticity imaging techniques; Acoustic radiation force impulse; Shear wave velocity

鄭州大學(xué)人民醫(yī)院超聲科（河南省人民醫(yī)院）河南鄭州 450003

袁建軍

Department of Ultrasound, the People's Hospital of Zhengzhou University (He'nan Provincial People's Hospital), Zhengzhou 450003, China

Address Correspondence to: YUAN Jianjun

E-mail: yuan2373@163.com

河南省醫(yī)學(xué)科技攻關(guān)計劃項(xiàng)目

（201303137）。

R445

2014-03-13

修回日期：2014-08-18

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2014年 第22卷 第9期：697-700

Chinese Journal of Medical Imaging

2014 Volume 22(9): 697-700

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.09.015