超聲剪切波彈性及頻散成像技術(shù)檢測健康成人肝臟黏彈性的參考值范圍

朱宇莉， 包靜文， 王 坤， 徐慶玥， 董 怡， 王文平,2*

1. 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院超聲科，上海 200032 2. 上海市影像醫(yī)學(xué)研究所，上海 200032

目前，相關(guān)指南[1]推薦將剪切波彈性成像技術(shù)(shear wave elastography，SWE)檢測肝臟硬度作為無創(chuàng)評(píng)估肝臟病變的首選手段，該技術(shù)在肝臟評(píng)估方面應(yīng)用已得到眾多研究[2-5]的肯定。但目前彈性技術(shù)多將肝臟假設(shè)為均勻的純彈性體的理想模型，進(jìn)而進(jìn)行肝臟彈性模量檢測，而忽略了其他物理量，如黏性等。

實(shí)際上，活體肝臟為同時(shí)具有彈性和黏性特征的非均勻復(fù)雜生物力學(xué)結(jié)構(gòu)。由于生物組織的黏性屬性，導(dǎo)致不同頻率的剪切波速度明顯不同，即頻散。剪切波頻散成像(shear wave dispersion，SWD)是一種用于定量識(shí)別組織黏滯性的超聲新技術(shù)，目前國內(nèi)研究中尚無關(guān)于SWD技術(shù)正常值的報(bào)道。本研究通過正常健康人的剪切波彈性及頻散成像測值反映正常肝組織彈性及黏性值的參考值范圍，旨在為建立基于SWE及SWD技術(shù)無創(chuàng)綜合評(píng)估肝臟彈性及黏性特征提供可靠基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 前瞻性選擇2020年5月至10月復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院50例健康體檢者，其中男性24例，女性26例。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡18歲以上；無慢性肝炎等肝病病史；血脂在正常范圍；肝臟常規(guī)超聲檢查無異常發(fā)現(xiàn)；體質(zhì)指數(shù)(body mass index, BMI)18～25 kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)驗(yàn)室乙肝5項(xiàng)、血脂、肝功能等異常者；寄生蟲等感染性肝病及酒精性肝病者；高血壓、心臟病等慢性系統(tǒng)性疾病者；彈性測量不成功者。本研究通過復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(B2020-406R)，所有患者均知情且簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用佳能Aplio i900彩色多普勒超聲儀，i8CX1凸陣探頭，探頭頻率1～8 MHz，檢查最大深度設(shè)置為10 cm。超聲檢查由1名具有5年以上肝臟彈性成像操作經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師進(jìn)行操作。為獲得肝黏彈性成像的測量取值的最佳部位，本研究對(duì)所有受檢者檢測肝右葉S5/S6段切面及肝左葉最大切面2個(gè)切面?？崭箺l件下，受試者采用平臥位，檢測時(shí)右上肢上抬，充分暴露肋間隙，首先行常規(guī)超聲檢查，然后于右肋間選擇肝右葉S5/S6段切面/劍下，選擇肝左葉最大切面后切換到SWE/SWD模式，探頭垂直于肝包膜行彈性成像，取樣框大小統(tǒng)一設(shè)定為30 mm×30 mm，取樣框頂部位于肝包膜下方1～1.5 cm，以避免混響偽影。同時(shí)取樣框需要避開血管結(jié)構(gòu)、肝包膜及膽囊等結(jié)構(gòu)。囑患者屏住呼吸后靜置3～5 s成像，QuadView四幅模式可同時(shí)顯示剪切波楊氏模量圖(SWE圖)、剪切波等時(shí)到達(dá)曲線(傳播圖)、二維圖像(灰階圖)和剪切波頻散率(SWD圖)，見圖1。傳播圖顯示的等時(shí)到達(dá)曲線是顯示剪切波數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定的質(zhì)控指標(biāo)，如果等時(shí)曲線規(guī)整且間隔恒定，則認(rèn)為是可信的，當(dāng)曲線雜亂也即剪切波傳播無序時(shí)，認(rèn)為此時(shí)測量不可靠，測量失敗。SWD測量圖像中，紅色表示黏性較高，藍(lán)色表示黏性較低。圓形測量感興趣區(qū)選取直徑10 mm及20 mm，測量框放置深度控制在6 cm以內(nèi)，選擇顏色填充均勻且與超聲聲速垂直的位置為佳。以kPa為單位顯示彈性結(jié)果，m/(s·MHz)顯示頻散結(jié)果，重復(fù)5次采集圖像及測量數(shù)據(jù)，記錄并計(jì)算均值及標(biāo)準(zhǔn)差。

圖1 SWE、SWD測量示意圖

2 結(jié) 果

2.1 一般資料分析 50例健康志愿者中男性24例，女性26例，年齡19～73歲，平均(36.81±13.81)歲。根據(jù)年齡將受檢者分為3組，其中19～39歲者22例，40～49歲者14例，50歲及以上者14例。BMI的范圍為18.11～23.27 kg/m2，平均(20.11±2.53)kg/m2。K-S檢驗(yàn)顯示，SWE及SWD測值均近似正態(tài)分布。

2.2 不同部位肝黏彈性成像檢測成功率及穩(wěn)定性分析 肝右葉S5/S6段切面及肝左葉最大切面測量的成功率為100%(50/50)及76%(38/50)，肝右葉切面檢測成功率高于肝左葉切面。肝右葉和肝左葉SWE測值的內(nèi)部一致性系數(shù)分別為0.973和0.918，SWD測值的內(nèi)部一致性系數(shù)分別為0.949和0.855。肝右葉切面SWE均值為(6.34±1.23)kPa，肝左葉SWE均值為(7.29±2.37)kPa。肝右葉切面SWD均值為(11.19±1.94)m/(s·MHz)，肝左葉SWD均值為(14.75±2.35)m/(s·MHz)。箱式圖(圖2)顯示：綜合測值內(nèi)部一致性和離散程度，肝右葉SWE及SWD測值均較肝左葉測值穩(wěn)定。

圖2 肝左葉及肝右葉SWE、SWD測值

2.3 不同取樣面積對(duì)黏彈性測值的影響 50例正常健康人志愿者測量肝右葉SWE及SWD時(shí)，測量取樣框分別選取直徑10 mm及20 mm進(jìn)行比較。取樣框直徑10 mm時(shí)，肝右葉SWE均值為(5.90±1.27)kPa，SWD均值(11.08±3.18)m/(s·MHz)；取樣框直徑20 mm時(shí)，肝右葉SWE均值為(6.34±1.23)kPa，SWD均值為(11.19±1.94)m/(s·MHz)。比較不同取樣框面積下，SWE測值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.63，P=0.11)，SWD測值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.71，P=0.48)。

2.4 不同年齡組肝臟黏彈性測值分布特點(diǎn) 選擇肝右葉S5/S6段切面，取樣框面積為直徑20 mm的測值進(jìn)行分析。結(jié)果(表1)顯示：不同組間SWE、SWD測值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 不同年齡組肝彈性及黏性測值的比較

2.5 不同性別組肝臟黏彈性分布特點(diǎn) 選擇肝右葉S5/S6段切面，取樣框面積為直徑20 mm的測值進(jìn)行分析，結(jié)果(表2)顯示：肝臟SWE和SWD測值男性稍高于女性，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(SWE：t=1.52，P=0.14；SWD：t=1.99，P=0.05)。

表2 不同性別肝彈性及黏性測值的比較

2.6 SWE/SWD檢測正常成人肝臟黏彈性參考值范圍 肝臟SWE均值范圍為(6.34±1.23)kPa(95%CI 5.99～6.69)，中位數(shù)為6.32 kPa，參考值范圍為3.93～8.75 kPa；SWD均值為(11.19±1.94)m/(s·MHz)，95%CI 10.64～11.74，中位數(shù)為10.80 kPa，參考值范圍為8.80～14.99 m/(s·MHz)。

3 討 論

SWE采用全新的黏彈性體生物力學(xué)理論模型[5]，通過SWE和SWD技術(shù)定量檢測肝臟彈性、黏性2個(gè)物理特征。既往SWE技術(shù)在測量肝臟彈性時(shí)將肝臟視為均一的理想化模型，該模型中剪切波的傳播速度在介質(zhì)中傳播時(shí)不會(huì)發(fā)生變化，但實(shí)際上肝臟并非線性彈性組織，而是存在各向異性的黏彈性組織，在具有黏彈性的介質(zhì)中傳播時(shí)，剪切波的速度會(huì)隨著頻率的升高而加快，即在傳播過程中發(fā)生頻散。單純測量肝臟彈性特征有一定的局限性，多項(xiàng)MRE和超聲彈性成像的研究[6-7]中都觀察到剪切波的頻散特性。SWE中的新定量參數(shù)頻散斜率是指在黏彈性體中，剪切波速度隨頻率的改變而改變，計(jì)算方法為通過評(píng)估每一頻率的剪切波速度，得到速度與頻率分布圖，計(jì)算其斜率，用以定量表征組織黏性。

既往研究對(duì)70只小鼠的肝臟進(jìn)行離體試驗(yàn)，表明剪切波的頻散系數(shù)可反映組織的黏彈性[8]，當(dāng)組織發(fā)生炎癥改變時(shí)，組織黏性增加[9]。一項(xiàng)關(guān)于大鼠NASH模型的黏彈性成像研究[5]表明，不同炎癥分期測得的剪切波速度及頻散系數(shù)存在差異，進(jìn)而得出剪切波速度主要與肝纖維化分級(jí)相關(guān)，頻散斜率(黏性參數(shù))主要與炎癥壞死分級(jí)相關(guān)。目前關(guān)于SWE無創(chuàng)評(píng)估肝臟狀況的相關(guān)研究較少，了解確定其操作規(guī)范及正常健康人參考值范圍是評(píng)估肝臟病變的基礎(chǔ)。

本研究采用SWE和SWD技術(shù)對(duì)50例正常健康人進(jìn)行檢測。對(duì)肝右葉S5/S6段切面及肝左葉最大切面測量的成功率為100%及76%，肝右葉切面檢測成功率高于肝左葉切面，這與既往SWE相關(guān)研究[2-4]結(jié)論相符，肝左葉成功率較低可能原因?yàn)樾呐K搏動(dòng)干擾、部分受檢者左葉體積較小、肝內(nèi)管道干擾等。肝右葉高操作成功率表明肝臟剪切波黏彈性成像技術(shù)有著SWE技術(shù)相同的二維超聲引導(dǎo)的優(yōu)勢，可有效避開肝內(nèi)管道結(jié)構(gòu)，提高操作成功率。測值內(nèi)部一致性系數(shù)及組內(nèi)均值離散程度分析表明，SWE及SWD技術(shù)具有較好穩(wěn)定性(均大于0.70)。綜合分析操作成功率、測值內(nèi)部一致性系數(shù)及組內(nèi)均值離散程度可以得出，肝右葉為肝臟剪切波黏彈性成像技術(shù)的最佳檢測部位。

本研究結(jié)果顯示，SWE及SWD測量時(shí)不同取樣框面積差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，后選擇包含更大取值面積的取樣框(直徑為20 mm)的測值進(jìn)行分析，通過對(duì)不同年齡及不同性別的測值進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，年齡和性別未對(duì)SWE及SWD測值造成影響，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

根據(jù)本研究所測得的50例健康成人的SWE及SWD值，得出肝臟剪切波黏彈性技術(shù)所得的肝SWE參考值范圍為3.93～8.75 kPa；SWD正常參考值范圍為8.80～14.99 m/(s·MHz)。張悅等[10]采用法國Supersonic公司Aixplorer超聲儀關(guān)于正常健康肝臟SWE技術(shù)測值的研究得出正常肝臟彈性模量值范圍為4.33～7.40 kPa，與本研究結(jié)果一致，但并未對(duì)正常肝臟黏性值進(jìn)行研究。目前國內(nèi)外應(yīng)用剪切波頻散成像技術(shù)關(guān)于肝臟黏性值的研究較少。Trout等[11]對(duì)32例無肝病史健康成人應(yīng)用SWD，測量均值為(10.24±1.65)m/(s·MHz)，與本研究均值相近。

綜上所述，本研究應(yīng)用肝剪切波黏彈性技術(shù)檢測成人肝彈性及黏性值成功率高，穩(wěn)定性好，肝右葉為最佳測量部位，不同取樣框面積、性別及年齡對(duì)肝彈性及黏性測值無明顯影響。本研究的不足之處在于研究樣本量太少，且為單中心研究，樣本代表性有限，今后將進(jìn)一步增加樣本量進(jìn)行多中心研究驗(yàn)證補(bǔ)充。

利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。