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(cè)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(duì)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(cè)量SWV時(shí)，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(shí)，感興趣區(qū)深度取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm，對(duì)SWV測(cè)量值進(jìn)行比較。結(jié)果兩種探頭測(cè)值間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；隨感興趣區(qū)深度增加，凸陣探頭測(cè)值由高估轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸?，線陣探頭測(cè)值則始終表現(xiàn)為低估。使用凸陣探頭時(shí)，深度和角度對(duì)SWV影響均具有統(tǒng)計(jì)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(shí)，角度對(duì)測(cè)值影響較小，4 cm深度測(cè)值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，5 cm時(shí)偏差最大。使用線陣探頭時(shí)，深度對(duì)測(cè)值影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），1 cm時(shí)，測(cè)值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，4 cm時(shí)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(duì)SWV有影響。使用凸陣探頭時(shí)，以取樣線不超過(guò)15°、深度4 cm時(shí)測(cè)值較準(zhǔn)確；使用線陣探頭時(shí)，深度1 cm時(shí)測(cè)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(cè)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(guò)測(cè)量感興趣區(qū)剪切波速度（shear wave velocity, SWV）來(lái)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(bào)道，但關(guān)于VTQ的影響因素及使用規(guī)范的研究相對(duì)較少[4-6]。同時(shí)，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(shí)，測(cè)量SWV有時(shí)差別很大，因此，探討合理的角度和深度范圍對(duì)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(duì)SWV測(cè)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(gè)，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(shí)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(duì)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(gè)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(cè)量SWV最大深度為8 cm，線陣探頭頻率4～9 MHz，測(cè)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(zhǎng)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(cè)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(gè)感興趣區(qū)，每個(gè)感興趣區(qū)取值20次，共測(cè)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(gè)感興趣區(qū)，每個(gè)感興趣取值20次，共測(cè)量SWV 80次。

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

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

2 結(jié)果

2.1 不同頻率探頭SWV測(cè)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(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；凸陣探頭在1～3 cm時(shí)，測(cè)量均值高于標(biāo)準(zhǔn)值；4 cm時(shí)，測(cè)值均值略低于標(biāo)準(zhǔn)值；線陣探頭1～4 cm測(cè)值均低于標(biāo)準(zhǔn)值（圖3）。

2.2 低頻時(shí)不同深度及角度下SWV測(cè)值及CV比較使用凸陣探頭時(shí)，深度和角度對(duì)SWV影響均具有統(tǒng)計(jì)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），其余組間差異均有統(tǒng)計(jì)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(jì)學(xué)意義（P＜0.05），同時(shí)，4 cm與7 cm時(shí)測(cè)得的SWV均值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，但4 cm時(shí)CV（2.2%）小于7 cm時(shí)的CV（3.4%），5 cm時(shí)SWV均值與標(biāo)準(zhǔn)值差異最大。見(jiàn)表1及圖5。

2.3 高頻時(shí)不同深度SWV測(cè)值 使用線陣探頭，各深度組SWV測(cè)值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），1 cm時(shí)測(cè)值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，4 cm時(shí)測(cè)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(cè)量結(jié)果。圖中水平線代表標(biāo)準(zhǔn)值2.89 m/s，1～4 cm時(shí)，兩種探頭SWV測(cè)值隨深度增加均呈減低趨勢(shì)，同深度下，線陣探頭測(cè)值均低于凸陣探頭，凸陣探頭在4 cm時(shí)測(cè)值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，線陣探頭在1 cm時(shí)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(jiàn)隨深度增加，測(cè)值由高估轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸溃?°與1°～15°時(shí)，各深度測(cè)值較為接近，且4 cm深度時(shí)最接近標(biāo)準(zhǔn)值

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

圖6 線陣探頭不同深度測(cè)得的SWV值。1 cm深度時(shí)，SWV測(cè)值為2.63 cm/s，4 cm時(shí)，SWV測(cè)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(jí)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(wú)創(chuàng)評(píng)估組織軟硬質(zhì)地的檢查方法，可以測(cè)量感興趣區(qū)SWV，從而評(píng)價(jià)感興趣區(qū)組織軟硬質(zhì)地情況。VTQ通過(guò)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(guò)程中，產(chǎn)生橫向傳播的剪切波，再利用探頭通過(guò)接收回波信號(hào)計(jì)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(cè)量受多種因素的影響，如呼吸運(yùn)動(dòng)、心臟搏動(dòng)、感興趣區(qū)深度和角度等[9,10]，導(dǎo)致測(cè)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(duì)SWV的影響。

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

使用凸陣探頭時(shí)，取樣線角度和深度均對(duì)SWV測(cè)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(shuō)明取樣線不超過(guò)15°時(shí)，角度對(duì)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(shì)較為一致，但在7 cm和8 cm深度時(shí)，兩角度下均值差異較大，說(shuō)明隨深度增加，角度和深度的影響以及兩者交互作用越來(lái)越明顯。同時(shí)，取樣線在0°下，各深度組部分組間SWV差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明深度對(duì)SWV測(cè)值有影響，但影響并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。1～5 cm時(shí)，測(cè)值由高估逐漸發(fā)展為低估；在4 cm時(shí)，最接近標(biāo)準(zhǔn)值；5 cm時(shí)，測(cè)值明顯低于標(biāo)準(zhǔn)值，5～8 cm時(shí)，測(cè)值由明顯低估逐漸接近標(biāo)準(zhǔn)值；7 cm時(shí)測(cè)值均值與4 cm時(shí)相同，但CV較4 cm時(shí)大，說(shuō)明7 cm時(shí)測(cè)值重復(fù)性較4 cm時(shí)差。取樣線在1°～15°時(shí)，同樣是4 cm時(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值差異最小，5 cm時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)值差異最大。因此，在使用凸陣探頭時(shí)，角度不宜超過(guò)15°，4 cm深時(shí)測(cè)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(kāi)在5 cm深的位置測(cè)量SWV。

使用線陣探頭時(shí)，各深度組間SWV差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明深度對(duì)SWV測(cè)值有影響，并且各深度SWV測(cè)值均小于標(biāo)準(zhǔn)值2.89 m/s，而1 cm時(shí)，測(cè)值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，4 cm深度時(shí)，測(cè)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(duì)SWV有影響。使用凸陣探頭時(shí)，取樣線偏離中線不宜超過(guò)15°，感興趣區(qū)由淺至深，測(cè)值由高估轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸?，? cm深時(shí)，測(cè)值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，5 cm深時(shí)，差異最大；使用線陣探頭時(shí)，各深度測(cè)值均為低估，在1 cm時(shí)，測(cè)值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，4 cm時(shí)，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(jì)劃項(xiàng)目

（201303137）。

R445

2014-03-13

修回日期：2014-08-18

中國(guó)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