聲觸診組織量化技術的可重復性及影響因素的實驗研究

許文勝 李濤 張彤迪 李鳳 劉偉偉 魏紅冬 趙曉東 馬玉林 王一 馮鈺瑾

·論著·

聲觸診組織量化技術的可重復性及影響因素的實驗研究

許文勝 李濤 張彤迪 李鳳 劉偉偉 魏紅冬 趙曉東 馬玉林 王一 馮鈺瑾

目的通過特殊設計的實驗來驗證VTQ技術的可重復性及其影響因素。方法選取新鮮豬肝，用手持探頭法分別測量組織淺部和深部VTQ值各30次，觀察2個部位測值的分布特點(包括均數(shù)、標準差、最大值、最小值、極差和變異系數(shù))，分析并2個部位差值是否具有統(tǒng)計學意義,同時記錄兩個部位的成功率(若測值顯示為X.XX m/s為不成功)。然后用固定探頭法測量浸入0.9%氯化鈉溶液中的肝組織淺部、中部和深部各30次，觀察該三個部位測值的分布特點(包括均數(shù)、標準差、最大值、最小值、極差和變異系數(shù))，分析3個部位差值是否具有統(tǒng)計學意義,同時記錄3個部位的成功率(若測值顯示為X.XX m/s為不成功)。結果手持探頭法取樣框在淺部(0.7 cm)時VTQ最大值1.86 m/s,最小值1.16 m/s,均值1.52 m/s，標準差0.20 m/s 極差0.70 m/s，變異系數(shù)13%。取樣框在深部(3.2 cm)時VTQ最大值1.28 m/s，最小值0.91 m/s，均值1.14 m/s，標準差0.06 m/s，極差 0.37 m/s，變異系數(shù)5%。兩個位置測量結果比較，差異有統(tǒng)計學意義(Plt;0.05)。固定探頭法對浸入0.9%氯化鈉溶液中的上述豬肝組織測值，淺部(0.8 cm)VTQ最大值0.98 m/s，最小值0.91 m/s，均值0.94 m/s，標準差0.02 m/s，極差0.07 m/s變異系數(shù)2%；中部(2.0 cm)VTQ最大值1.00 m/s，最小值0.92 m/s，均值0.95 m/s，標準差0.02 m/s，極差0.08 m/s，變異系數(shù)2%；深部(3.7 cm)VTQ最大值1.05 m/s，最小值0.89 m/s，均值0.94 m/s，標準差0.03 m/s，極差0.16 m/s，變異系數(shù)3%。3種深度測值比較，差異無統(tǒng)計學意義(Pgt;0.05)。3種深度組內相關系數(shù)ICC=0.86。手持探頭法深部(3.2 cm)成功率為97%，固定探頭法深部(3.7 cm)成功率為94%，其余位置成功率均為100%。結論若無干擾因素影響VTQ技術穩(wěn)定性、可重復性較好；不同深度測值無統(tǒng)計學差異，但成功率不同；淺表器官檢查時要重視壓力等干擾因素對測值的影響。

聲觸診組織量化技術；可重復性；影響因素；信度

聲觸診組織量化技術(virtual touch tissue quantification VTQ)是眾多超聲彈性成像方式中較早應用于臨床的一種簡單方便的形式。其應用領域相當廣泛，幾乎遍及腹腔實質臟器及淺表器官，有關VTQ應用的研究也很多，甚至非常深入[1-4]。但檢索發(fā)現(xiàn)對VTQ技術的可重復性及其影響因素的研究較之應用研究要少的多，且結論并完全不一致，如薛立云[5]認為，深度(相差1～2 cm)對VTQ測值的影響具有統(tǒng)計學意義，且介質對VTQ測值也存在影響；而沈文等[6]認為肝右葉及左葉不同深度(1 cm和3 cm)處VTQ相關系數(shù)(ICC)高達0.8～0.9。本研究擬采用一種最大限度消除各種外部影響因素的實驗來驗證VTQ技術的可重復性及其影響因素。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 選取新鮮豬肝，選擇組織相對較厚離肝門稍遠管道結構較少部位，切成大小約8 cm(長)×8 cm(寬)×6 cm(厚)塊狀備用。

1.2 儀器、設備 西門子Acuson S2000 彩色多普勒超聲診斷儀，配備9L4線陣探頭，具有聲輻射力脈沖(acoustic radiation force impulse,ARFI)彈性成像軟件，包括聲觸診組織成像(virtual touch tissue imaging,VTI)和聲觸診組織量化(virtual touch tissue quantification,VTQ)功能。容積約15 cm(長)×10 cm(寬)×15 cm(高)玻璃容器一只；0.9%氯化鈉溶液1 500 ml備用；高度可調輸液架一只；固定探頭用金屬桿一只；膠帶、耦合劑備用。

1.3 實驗方法

1.3.1 首先將準備好的塊狀豬肝組織置于檢查臺，表面涂布耦合劑，手持9L4探頭置于肝組織表面，測量其剪切波速度(shear wave velocity,SWV)即VTQ值，要求圖像清晰，但盡量不要對肝組織加壓，于淺部(取樣框位于0.7 cm處)及深部(取樣框位于3.2 cm處)分別測量30次，記錄VTQ 值，分析兩種深度VTQ值的分布特點如均值、標準差(S)、最大值(max)、最小值(min)、極差(range)、變異系數(shù)(CV)及成功率(SR)(測量結果如顯示為X.XX表示不成功)。

1.3.2 把前述肝組織塊放入盛有0.9%氯化鈉溶液的玻璃容器中，使0.9%氯化鈉溶液沒過肝組織約0.5 cm，將9L4線陣探頭用膠帶固定于與可改變高度的輸液架牢固連接的金屬桿上(圖1、2)。精細調節(jié)輸液架高度使與其相連的探頭剛剛接觸肝組織表面，但不對肝產生任何擠壓力。設計此裝置的目的為：(1)消除手持探頭操作時操作者的不穩(wěn)定使探頭對肝組織產生的壓力及其變化所造成的測量誤差;(2)借助水的浮力消除肝組織塊自身重量對其本身深、淺部形成的壓力不同引起的測量誤差。這樣就最大限度消除了影響測值準確性的因素，從而正確反映聲觸診組織量化技術的可重復性，并推測其影響因素。利用此裝置分別測量前述肝組織塊在淺部(取樣框深度0.8 cm)中部(取樣框深度2.0 cm)和深部(取樣框深度3.7 cm)時VTQ測值，每個部位測量30次，并分析其分布特點，測量結果顯示為X.XX m/s表示不成功，需加測1次。

圖1 自制固定探頭實驗裝置

圖2 測量浸于0.9%氯化

2 結果

2.1 手持探頭法所測豬肝組織淺部和深部VTQ值的比較 手持探頭法進行VTQ測量，取樣框在淺部時，測量結果max 1.86 m/s,min 1.16 m/s,mean 1.52 m/s，S 0.20 m/s,range 0.70 m/s。CV 13% SR 100%(30/30)；取樣框在深部時max 1.28 m/s，min 0.91 m/s，mean 1.14 m/s，S 0.06 m/s，range 0.37 m/s。CV 5%SR 97%(30/31)。2個位置測量結果比較，差異有統(tǒng)計學意義(Plt;0.05)。見表1、圖3。

表1 手持探頭法所測豬肝組織淺部和深部VTQ值比較

注：淺部取樣框深度為0.7 cm;深部取樣框深度為3.2 cm

圖3 手持探頭法測量VTQ

2.2 固定探頭法所測豬肝組織淺部、中部和深部VTQ值的比較 用固定探頭法對浸入0.9%氯化鈉溶液中的前述豬肝組織塊進行VTQ測量，取樣框深度在淺部(0.8 cm)時，測量結果：max 0.98 m/s,min 0.91 m/s,mean 0.94 m/s，S 0.02 m/s,range 0.07 m/s,CV 2%,SR 100%；取樣框在中部(2.0 cm)時max 1.00 m/s，min 0.92 m/s，mean 0.95 m/s，S 0.02 m/s，range 0.08 m/s,CV 2%， SR 100%。取樣框在深部(3.7 cm)時max 1.05 m/s，min 0.89 m/s，mean 0.94 m/s，S 0.03 m/s，range 0.16 m/s,CV3%，SR 94%。3個位置比較，差異無統(tǒng)計學意義(Pgt;0.538)。淺部、中部成功率均為100%(30/30)，深部成功率94%(30/32)。3個部位組內相關系數(shù)：0.86。見表2,圖4。

表2 固定探頭法所測豬肝組織淺部、中部和深部VTQ值比較

注：淺部：取樣框深度0.8 cm;中部：取樣框深度2.0 cm；深部：取樣框深度3.7 cm

3 討論

與傳統(tǒng)的二維灰階超聲利用組織聲阻抗差異來顯示解剖結構不同，超聲彈性成像技術則是反映組織或病變的硬度。歐超聯(lián)(the european federation of society for utrasound medicine and biology,EFSUMB)關于超聲彈性成像臨床應用指南中明確認為病變病理組織結構的不同可引起其彈性的變化[7,8]。各種彈性成像成像技術均是利用外力作用下不同生物組織的響應而實現(xiàn)的。Nightingale等2001，2002年報道了ARFI[9,10]聲脈沖輻射力成像技術，也稱為細微觸診，該技術是利用較短周期脈沖波聲壓(時間lt;1.0 ms)使組織內部產生局部位移，該位移可以通過基于常規(guī)超聲相關性的方法進行追蹤。而VTQ技術是在ARFI技術的基礎上定量測得的橫向運動的剪切波，該剪切波速度是物體包括生物組織的基本特征，它等同于或代表組織的彈性。

圖4 固定探頭法測量VTQ

自VTQ技術應用以來，其可重復性及影響因素的研究較之臨床應用研究要少的多而結論并不完全一致[5,6]，新的彈性成像技術(如real-time Shear Wave Elastography 即 SWE、Virtual touch Tissue Imaging Quantification，即 VTIQ 和Supersonic Shear Wave imaging 即SSI)不斷出現(xiàn)，并且有報道認為VTQ在某些情況下的可靠性有待提高[11,12]。但我國的現(xiàn)實情況是很多醫(yī)院擁有具備VTQ功能的S2000超聲診斷儀，那么其VTQ功能是否不再實用呢？其信度即測量結果的一致性、穩(wěn)定性、可靠性究竟如何？影響因素又是什么？本實驗研究的結果有助于回答這些問題。

第一次實驗結果顯示，徒手持探頭的情況下，雖然盡量減少探頭對豬肝組織的壓力，但同一塊肝組織淺部和深部的VTQ測值比較，差異有統(tǒng)計學意義(Plt;0.05)。淺部所測數(shù)據離散程度較明顯，測值與深部不同，大于深部(表現(xiàn)為標準差、極差及變異系數(shù))，但成功率較高(100%，30/30)；深部所測數(shù)據離散程度較小，測值與淺部不同，小于淺部(表現(xiàn)為標準差、極差及變異系數(shù))，但成功率小于淺部(97%，30/31)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能與以下因素有關：(1)雖然盡量不對豬肝組織產生壓力以免引起其硬度變化從而影響測值，但本實驗實際操作中探頭本身重量和手持耐力的影響會或多或少對組織產生壓力且壓力是變化的。(2)而壓力對淺表部位組織產生的影響比深部大，所以表現(xiàn)為淺部測值離散程度大且與深部比較差異有統(tǒng)計學意義(Plt;0.05)，至于成功率的不同，考慮與機器本身性能有關，該探頭模式下取樣框最大測量深度為4.0 cm，故在深部(3.2 cm)測量時會出現(xiàn)不成功(測值表現(xiàn)為X.XX m/s)。

第二次實驗設計把各種影響因素如探頭本身重量壓力、手持耐力包括試驗組織塊本身重量的壓力都最大程度減低，可以發(fā)現(xiàn)各種深度(淺部、中部、深部)時離散程度相差很少(表現(xiàn)為標準差、極差及變異系數(shù))，且組內相關系數(shù)較高(ICC：0.86)。

該結果與沈文等[6]及Andrej等[13]的結果一致；但與Chang等[14]及薛立云等[5]的結果不同。

組內相關系數(shù)最先由Bartko于1966年提出，是用于衡量和評價觀察者間信度(inter-observer reliability)和復測信度(test-retest reliability)的信度系數(shù)(reliability coefficient)指標之一，信度是指測驗結果的一致性、穩(wěn)定性及可靠性，一般多以內部一致性來加以表示該測驗信度的高低。信度系數(shù)愈高即表示該測驗的結果愈一致、穩(wěn)定與可靠，gt;0.75表示信度良好。這說明VTQ技術本身的穩(wěn)定性、可重復性很好，三種深度測值比較差值無統(tǒng)計學意義，說明理想條件下深度對測值影響不大，但深部時(取樣框3.7 cm)由于接近機器可測深度極限(4.0 cm)，成功率(94%,30/32)較中部及淺部(100%,30/30)低。

該簡單實驗可以得出如下提示:(1)排除影響因素時VTQ 技術穩(wěn)定性、可重復性較好;(2)VTQ 不同深度測值無統(tǒng)計學差異，但成功率不同;(3)淺表器官應用時應重視壓力及其變化對VTQ測值的影響，腹部臟器如肝、脾等要注意呼吸、心跳、大血管搏動的影響。關于這一點部分學者也有共識[15-17];(4)測值出現(xiàn)X.XX m/s代表測量不成功，需重復測量，并非全部表示測值gt;9 m/s[18]。

本研究的不足之處為實驗對象單一，需多種生物組織的測量結果對照；并且所得結果尚有爭論，期待更多學者進一步探討。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2017.24.017

項目來源：河北省科學技術研究與發(fā)展計劃項目(編號:132077124D)

050000 石家莊市，河北醫(yī)科大學第二醫(yī)院超聲科(許文勝、李濤、張彤迪、李鳳、 劉偉偉、 馬玉林 、王一、 馮鈺瑾)，腫瘤外科(趙曉東)；河北醫(yī)科大學研究生學院2017級碩士研究生(魏紅冬)

R 445.1

A

1002-7386(2017)24-3743-04

2017-09-10)