高振洋，張海鐘

(中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院外科臨床部口腔外科，北京 100853)

剪切波彈性成像技術(shù)檢測(cè)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊彈性參數(shù)的可靠性評(píng)價(jià)

高振洋，張海鐘

(中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院外科臨床部口腔外科，北京 100853)

目的 評(píng)價(jià)剪切波彈性成像技術(shù)對(duì)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊彈性參數(shù)檢測(cè)的可靠性。方法應(yīng)用剪切波彈性成像技術(shù)對(duì)3例頸動(dòng)脈粥樣硬化患者的斑塊在體進(jìn)行彈性檢測(cè)，獲得135個(gè)剪切波傳播速度的平均值。結(jié)果幀間變異系數(shù)(CV)變化范圍為0.04～0.43，幀間變異性較小。組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(CC)變化范圍為0.68～0.89，P值為0.002～0.005。對(duì)每例患者進(jìn)行的三次檢測(cè)的剪切波傳播速度值之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，三次測(cè)量速度值之間有較高的相關(guān)性。結(jié)論剪切波彈性成像技術(shù)檢測(cè)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊彈性參數(shù)的結(jié)果比較可靠，可重復(fù)性較好。

頸動(dòng)脈粥樣硬化；頸動(dòng)脈斑塊；剪切波彈性成像；彈性參數(shù)

頸動(dòng)脈粥樣硬化(Atherosclerosis，AS)病變?？蓪?dǎo)致腦部供血異常，是引起缺血性腦病的重要原因，頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的破裂或血栓的脫落則可引起腦梗死[1]。目前的研究表明，68%的頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊和血栓的穩(wěn)定性與腦梗死密切相關(guān)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為異常高的管壁切應(yīng)力可能是造成斑塊破裂的主要因素。血管形變和血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化均可導(dǎo)致破裂和脫落的發(fā)生。因此，對(duì)斑塊的穩(wěn)定性的研究愈加深入，對(duì)斑塊的彈性模量等力學(xué)參數(shù)的檢測(cè)手段也隨之不斷涌現(xiàn)。核磁技術(shù)與超聲介入技術(shù)被視為最準(zhǔn)確的在體檢測(cè)方法，然而成本高及有創(chuàng)等特點(diǎn)是其不容忽視的缺點(diǎn)。目前新興的實(shí)時(shí)剪切波彈性成像技術(shù)廣泛被應(yīng)用于臨床在體檢測(cè)目標(biāo)組織的彈性模量參數(shù)[2]，但是其精確性和可重復(fù)性有待進(jìn)一步認(rèn)證，更多的是用于彈性模量相對(duì)值的測(cè)量。本研究應(yīng)用實(shí)時(shí)剪切波彈性成像技術(shù)對(duì)頸動(dòng)脈斑塊進(jìn)行檢測(cè)，量化分析、評(píng)價(jià)剪切波彈性成像技術(shù)對(duì)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊彈性參數(shù)檢測(cè)的可靠性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2014年中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院經(jīng)常規(guī)彩色多普勒超聲檢查確診為頸動(dòng)脈粥樣硬化的患者3例，均為男性，年齡54～63歲。排除頸動(dòng)脈搏動(dòng)過(guò)大、彈性圖像不能穩(wěn)定顯示或顯示不清者。

1.2 方法

1.2.1 實(shí)時(shí)剪切波彈性成像技術(shù) 實(shí)時(shí)剪切波彈性成像技術(shù)(Shear wave elastrography，SWE)[3]是采用探頭發(fā)射安全的聲輻射脈沖控制技術(shù)，在組織不同深度上連續(xù)聚焦，產(chǎn)生馬赫錐(Mach Cone)效應(yīng)，被聚焦部位組織粒子高效的振動(dòng)產(chǎn)生剪切波，由于剪切波是橫波，在生物體內(nèi)傳播速度為1～10 m/s，可用高達(dá)20 000幀/s的超快速成像系統(tǒng)捕獲、追蹤剪切波得到實(shí)時(shí)的彈性成像圖。獲取組織的剪切波傳播速度即經(jīng)換算得到被檢測(cè)組織的楊氏模量值。近年來(lái)，諸多中外學(xué)者應(yīng)用該技術(shù)分別對(duì)前列腺、甲狀腺、乳腺、肌肉、子宮、腎臟、大唾液腺、血液、CAS斑塊等生物軟組織[2，4-14]進(jìn)行檢測(cè)，定量評(píng)價(jià)其彈性模量值以指導(dǎo)疾病的診斷、預(yù)防和治療。

1.2.2 儀器設(shè)備 采用具有SWE功能的Supersonic Imagine Aixplorer型全數(shù)字化彩色多普勒超聲診斷儀，SL15-4探頭。

1.2.3 操作步驟及要求 術(shù)前在體檢測(cè)：囑患者仰臥，頸部略墊高，頭偏向待檢查對(duì)側(cè)，充分暴露檢查側(cè)頸動(dòng)脈區(qū)域。首先使用SL15-4探頭在B型超聲模式下掃描并記錄斑塊位置、大小、灰階聲像圖特征。分別在斑塊最大周徑和長(zhǎng)徑的切面中切換為SWE模式，超聲探頭不施加壓力，囑患者屏息5 s。彈性圖像穩(wěn)定后定幀，放棄前2幀，選取此后的5幀進(jìn)行彈性測(cè)量，最后保存圖像。彈性測(cè)量時(shí)，由一名經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的醫(yī)師對(duì)選取患者進(jìn)行檢測(cè)，且每例患者相同部位使用同樣的方法進(jìn)行三次檢測(cè)。ROI取樣框直徑為2 mm，選取的測(cè)量區(qū)域?yàn)榘邏K兩側(cè)肩部、斑塊最厚部分和特殊部位(如鈣化處等高回聲區(qū)，見(jiàn)圖1)，將單位從kPa轉(zhuǎn)換為m/s。分別記錄ROI取樣框測(cè)量取樣區(qū)域剪切波傳播速度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

圖1 頸動(dòng)脈斑塊的剪切波速度彈性圖（1幀），ROI 1～3所示為選取位置的定位標(biāo)準(zhǔn)

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS18(IBM)統(tǒng)計(jì)軟件，以平均值作為統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以幀間變異系數(shù)(CV)和組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(CC)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以P＜0.01為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

6例患者中1例無(wú)法屏息5 s，呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)大，無(wú)法獲取穩(wěn)定圖像，2例圖像不清晰，予以排除。剩余3例，共檢測(cè)9次，獲得45幀135個(gè)平均速度值，取每次測(cè)量所得的平均值進(jìn)行分析。幀間變異系數(shù)(CV)變化范圍為0.04～0.43，幀間變異性較小，說(shuō)明每次所采集的圖像比較穩(wěn)定。強(qiáng)回聲區(qū)域的IORs值相對(duì)較高(如：A3，B3，C3)，其對(duì)應(yīng)的變異系數(shù)也相對(duì)較高(見(jiàn)表1)。組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(CC)變化范圍為0.68～0.89(見(jiàn)表1)，P值均小于0.01，說(shuō)明對(duì)每例患者進(jìn)行的三次檢測(cè)所得的結(jié)果之間存在一定的差異，而CC的值的變化范圍可以表明三次測(cè)量結(jié)果之間有較高的相關(guān)性，測(cè)量的重復(fù)性好。

表1 不同斑塊不同位置速度值的幀間變異系數(shù)和組內(nèi)相關(guān)系數(shù)的比較

3 討論

頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性與缺血性腦病及腦梗死密切相關(guān)[1]，而斑塊的彈性模量是能夠比較直接地反映出其穩(wěn)定性的參數(shù)。因此，斑塊彈性模量的測(cè)量精確度便顯得尤為重要。能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)斑塊的穩(wěn)定性便可以更好地指導(dǎo)臨床治療計(jì)劃，對(duì)于手術(shù)治療的患者，此方法可以更加準(zhǔn)確地指出易碎部位，更好地評(píng)估手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)手術(shù)的成功率有重要意義。

本研究旨在評(píng)價(jià)剪切波彈性成像技術(shù)對(duì)斑塊彈性參數(shù)檢測(cè)的可靠性。因此在檢測(cè)過(guò)程中我們使用多種方法減少誤差。充分暴露和穩(wěn)定患者的待檢測(cè)部位，屏息5 s，可以排除患者的呼吸及待檢測(cè)部位的運(yùn)動(dòng)對(duì)檢測(cè)的影響。此法也可以降低患者頸動(dòng)脈搏動(dòng)的幅度，從而減小動(dòng)脈搏動(dòng)對(duì)檢測(cè)的影響。超聲探頭不施加壓力，降低了操作對(duì)檢測(cè)的影響。由于轉(zhuǎn)換為彈性模式后的初始2幀的圖像是不穩(wěn)定的，所以在彈性圖像穩(wěn)定定幀后，放棄前2幀，選取此后的5幀進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果更加準(zhǔn)確。繼往的研究中多使用較大直徑的ROI取樣框，目的是取目標(biāo)斑塊整體的平均值以減小測(cè)量誤差。但是此法卻忽略了斑塊的非均質(zhì)性，反而增大了測(cè)量誤差[12]。所以本研究中ROI取樣框直徑調(diào)整為2 mm的最小直徑，增加測(cè)量的準(zhǔn)確性。ROI取樣框的放置標(biāo)準(zhǔn)，可以使每次測(cè)量的相同位置定位更加精確。

剪切波彈性成像技術(shù)所獲得的彈性圖像，是以公式E=3ρc2為基礎(chǔ)[3，15](E為彈性模量，ρ為檢測(cè)目標(biāo)的密度，c為剪切波在檢測(cè)目標(biāo)中的傳播速度)。c為儀器直接獲取的原始數(shù)據(jù)，最為客觀。該方程主要是針對(duì)體積較大超過(guò)剪切波波長(zhǎng)的目標(biāo)，其檢測(cè)結(jié)果最為準(zhǔn)確。而頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊體積小，比較薄，且具有非均質(zhì)性，密度變化較大。因此不太適合該方程。所以本研究中取c值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

在本研究中的測(cè)量結(jié)果分析顯示，整體變異性較小，強(qiáng)回聲區(qū)域的變異系數(shù)相對(duì)較高?？紤]是由于檢測(cè)目標(biāo)仍存在一定的運(yùn)動(dòng)，對(duì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響，而對(duì)硬度較高的區(qū)域(強(qiáng)回聲區(qū))影響相對(duì)較大。組內(nèi)相關(guān)系數(shù)值表明三次測(cè)量結(jié)果有較高的相關(guān)性，重復(fù)性較好，而P值小于0.01，說(shuō)明三次檢測(cè)結(jié)果存在差異?？紤]是由于三次檢測(cè)的投射方向略有不同，每次憑肉眼觀察定位ROI取樣框存在一定的誤差所造成的。

綜上所述，應(yīng)用剪切波彈性成像技術(shù)檢測(cè)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的彈性模量，應(yīng)以剪切波的傳播速度為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和分析，彈性模量值的可靠性有待于進(jìn)一步檢驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用剪切波彈性成像技術(shù)檢測(cè)斑塊的彈性是可靠的。在檢測(cè)過(guò)程中要注意減少檢測(cè)目標(biāo)的生理性運(yùn)動(dòng)，會(huì)提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

[1]Farb A,Carr S,Pearce WH.Atherosclerotic plaque rupture in symptomatic carotid artery stenosi[J].Vase Surg,1996,23:755-765.

[2]Arda K,Ciledag N,Aktas E,et al.Quantitative assessment of normal soft-tissue elasticity using shear-wave ultrasound elastography [J].AJRAm J Roentgenol,2011,197:532-536.

[3]Ferraioli G,Tinelli C,Dal Bello B,et al.Accuracy of real-time shear wave elastography for assessing liver fibrosis in chronic hepatitis C:a pilot study[J].Hepatology,2012,56:2125-2133.

[4]Bernal M,Gennisson JL,Flaud P,et al.Shear wave elastography quantification of blood elasticity during clotting[J].Ultrasound Med Biol,2012,38:2218-2228.

[5]Eby SF,Song P,Chen S,et al.Validation of shear wave elastography in skeletal muscle[J].J Biomech,2013,46:2381-2387.

[6]Evans A,Whelehan P,Thomson K,et al.Quantitative shear wave ultrasound elastography:Initial experience in solid breast masses[J]. Breast Cancer Res,2010,12:R104.

[7]Hudson JM,Milot L,Parry C,et al.Inter and Intra-Operator reliability and repeatability of shear wave elastography in the liver:a study in healthy volunteers[J].Ultrasound Med Biol,2013,39: 950-955.

[8]Kim H,Kim JA,Son EJ,et al.Quantitative assessment of shear-wave ultrasound elastography in thyroid nodules:diagnostic performance for predicting malignancy[J].Eur Radiol,2013,23:2532-2537.

[9]Ling W,Lu Q,Quan J,et al.Assessment of impact factors on shear wave based liver stiffness measurement[J].Eur J Radiol,2013,82: 335-341.

[10]Nordez A,Hug F.Muscle shear elastic modulus measured using supersonic shear imaging is highly related to muscle activity level[J]. JAppl Physiol,2010,108:1389-1394.

[11]Pareek G,Wilkinson ER,Bharat S,et al.Elastographic measurements ofin-vivoradiofrequency ablation lesions of the kidney[J].J Endourol,2006,20:959-964.

[12]Ramnarine KV,Garrard JW,Dexter K,et al.Shear wave elastography assessment of carotid plaque stiffness:in vitro reproducibility study[J].Ultrasound Med Biol,2014,40:200-209.

[13]Schmitt C,Hadj Henni A,Cloutier G.Characterization of blood clot viscoelasticity by dynamic ultrasound elastography and modeling of the rheological behavior[J].J Biomech,2011,44:622-629.

[14]Tanter M,Bercoff J,Athanasiou A,et al.Quantitative assessment of breast lesion viscoelasticity:initial clinical results using supersonic shear imaging[J].Ultrasound Med Biol,2008,34:1373-1386.

[15]Bercoff J,Tanter M,Fink M.Supersonic shear imaging:a new technique for soft tissue elasticity mapping[J].IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control,2004,51:396-409.

Assessment of repeatability for shear wave elastography technology to detect mechanical properties of human carotid plaques.

GAO Zhen-yang,ZHANG Hai-zhong.Department of Oral Surgery,Division of Surgery Clinic,Chinese PLA General Hospital,Beijing,100853,CHINA

ObjectiveTo quantitatively analyze the variance,and repeatability of mechanical properties of human carotid plaques using shear wave elastography(SWE)technology.MethodsWe detected three patients of carotid atherosclerosis and acquired 135 mean values of shear wave velocity using SWE Technology.ResultsInter-frame coefficient of variation(CV)values ranged from 0.04 to 0.43.Intra-class correlation coefficient(CC)values (r)ranged from 0.68 to 0.89,withPvalue of 0.002～0.005.Thus,SWE provided reproducible measurements.There were significant variation and correlation between the values of shear wave velocity for three acquisitions for each position for each patient.ConclusionSWE technology can be used to assess the stability of human carotid plaques, and provides accurate and reproducible assessment.

Carotid atherosclerosis;Carotid plaque;Shear wave elastography;Mechanical properties

R543.5

A

1003—6350（2015）08—1153—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.08.0412

2014-11-22)

國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31271004）

張海鐘。E-mail：zhanghz301@aliyun.com