顿悟:一文读懂乳腺超声弹性成像

2018-07-28 00:11 来源:丁香园 作者:李舒
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目前已有大量文献对超声弹性成像评估乳腺病变良恶性的价值予以支持。美国的 Richard 学者等在 2018 年第 1 期的 Semin Ultrasound CT MR 杂志上发表综述,阐述了乳腺弹性成像的基本原理,介绍了应变和剪切波弹性成像的操作方法,回顾文献并讨论了如何应用弹性成像提高对乳腺病变的定性能力。

1. 基本原理

超声弹性成像有两种类型,即应变弹性成像(SE)和剪切波弹性成像(SWE),这两种技术应用不同的方法检测组织硬度,各有优缺点,互为补充。

超声扫查时若使用探头额外加压称为预压,此时乳腺硬度增加,而 SE 和 SWE 均能显示这种硬度变化,因此精确测量硬度值时必须避免预压。一个方法是在图像内发现一个病变,然后慢慢提起探头,使病变尽可能位于图像深方,而探头仍保持充分接触。另一个方法是大量使用耦合剂,使成像时探头与皮肤之间保有一定量耦合剂。

应变弹性成像(SE)评估当外力加压时组织的形变,组织越软,形变越大。通过比较成像区内不同组织的形变程度,可以生成反映组织相对硬度的图像(图 1)。由于外力的准确数值并不得知,因此无法定量测量组织硬度,图像仅显示成像区内组织的相对硬度。引起形变的外力可以来自探头、患者的呼吸或心跳运动,或来自声辐射力脉冲(ARFI)。应变的一个半定量方法是应变率。应变率是感兴趣的组织或肿块的硬度除以参照组织的硬度。对于乳腺弹性成像,计算应变率的参照组织是脂肪。

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图 1 应变弹性成像评估施加外力时两帧之间组织的变化。在明胶杏仁简易模型中,当用勺子施加外力时,明胶形状改变而杏仁不变。因此系统显示明胶质软而杏仁质硬。杏仁显示为黑色,明胶显示为白色

每个超声系统都有压力-释放循环力度的适宜区以获得最佳的弹性图。如果压力或释放太大,弹性图上只能获得噪声;如果压力或释放不够,则无法获得弹性图。大多数超声系统用数字标尺或图形来显示压力或释放是否达到最佳。操作时保持相同的成像平面很重要,因为 SE 技术要求识别同一位置的变化。由于 SE 只能比较两种组织的硬度,因此成像区内应包括多种组织类型。对乳腺来说,最佳的 SE 图像成像区内应包括病变、脂肪、腺体和胸肌,以便获得相对稳定的动态范围。

剪切波弹性成像(SWE)是定量技术,即可以获得硬度值。硬度值可显示为剪切波速度(m/s)或杨氏模量(kPa)。SWE 有两种类型,一种是在单独一个小的感兴趣区内测量剪切波速度(单点 SWE),另一种是在较大的成像区内进行彩色编码成像(2D-SWE)。单点 SWE 技术在乳腺中应用非常有限,因为在一个恶性肿瘤内部硬度变化非常大,最大硬度区也不能准确判断。因此本文仅讨论 2D-SWE,其基本原理是应用强脉冲(即 ARFI)激励组织,产生垂直于声束的剪切波(图 2)。

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图 2 剪切波弹性成像应用激励脉冲(粗红箭头)产生剪切波(绿色曲线)。剪切波速度因穿过组织的硬度而不同,组织越硬速度越快,组织越软速度越慢。将 ROI 置于感兴趣区(ROI placed),用 B 超探测脉冲(Detection pulses)监测剪切波在组织内的传播,并计算剪切波速度

选定感兴趣区,避免预压,打开 2D-SWE。数据采集时探头和患者应保持不动。得到彩色编码图像,红色表示硬,蓝色表示软。然后通常可将 ROI 放置在病变内最硬处或周围晕环处。

2. 临床应用

2.1 应变弹性成像

SE 有三种方法可用来判定良恶性,分别是 E/B 比值、5 分法和应变率。

2.1.1 E/B 比值:乳腺恶性病变在弹性图上比在普通二维声像图上大,而良性病变则相反。病变在弹性图上的长度与在二维声像图上的长度之比,即 E/B 比值,可用来判定乳腺病变的良恶性,具有高度的敏感性和特异性(图 3)。有研究应用 E/B 比值来定性乳腺肿物,研究结果显示敏感性为 99%-100%,特异性为 87-99%。E/B 比值与肿瘤恶性程度相关,低度恶性肿瘤如导管内原位癌和粘液癌比值接近 1,而侵袭性癌比值可达 3.5。

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图 3A 为 31 岁患者,因「触及乳腺肿物」就诊。病变 E/B 比值为 1.22,提示恶性病变(比值>1)。活检结果为浸润性导管癌;图 3B 为 91 岁患者,病变 E/B 比值为 0.73,提示良性病变(比值<1)。活检结果为良性纤维腺瘤

2.1.2 5 分法:5 分法可用来定性乳腺病变。1 分代表病变软;2 分表示病变同时包含软和硬的成分;3 分代表病变硬且在弹性图上比二维声像图小;4 分代表病变硬且在弹性图上与二维声像图大小相同;5 分表示病变硬且在弹性图上比二维声像图大。1-3 分提示良性病变,4-5 分提示恶性病变(图 4)。许多应用 5 分法的研究显示,以 1-3 分为良性,4-5 分为恶性,敏感性为 87%-93%,特异性为 86%-90%。

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图 4A 为 5 分法示意图;图 4B 为彩色编码 SE 图像,蓝色为硬,红色为软。病变硬且在弹性图上大,提示恶性病变。活检证实为浸润性导管癌

2.1.3 应变率:将 ROI 分别放在病变和参照组织内,计算两种组织的硬度比值,即应变率。脂肪的硬度在同一乳腺内和不同个体之间都相当恒定,常用来作为参照组织,这时应变率常被称为病变/脂肪比值(LFR,图 5)。

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图 5 患者 64 岁,因乳腺肿物就诊。二维超声显示病变为 BI-RADS 4C 级。SE 检查时将 ROI A 置于病变内,ROI B 置于脂肪内,系统计算应变率(病变/脂肪比值,LFR)为 8.83,提示恶性病变。用 5 分法分析,病变为 4 分,也提示恶性。活检结果为浸润性导管癌

应用应变率定性乳腺病变的研究结果差异较大。由于确定应变的算法不同,各机型之间的截断值各异,因此当使用此技术时,应使用文献上来自相同机型的截断值。预压也能影响比值,因为在压力下脂肪比其它组织硬度增加的更快。研究报告的应变率敏感性为 88%-94%,特异性为 83%-87%。

2.1.4 囊肿伪像:SE 显示囊性病变时存在伪像,在某些超声系统上良性单纯性和复杂性囊肿可见「牛眼」征(图 6)。若囊肿内有实性成分,将显示为牛眼内的硬区。这种伪像敏感性和特异性均为 100%,能显著减少良性病变活检的数目,提高活检阳性率。在另一些超声系统,囊肿可见蓝绿红(BGR)伪像,但是其定性良性囊性病变的准确性尚未充分评估。

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图 6 患者 40 岁,触及乳腺肿物,钼靶和超声均无明显异常所见。然而,在 SE 弹性图上发现「牛眼」征伪像,特征是在黑色病变(白色箭头)中心有白色亮点(红色箭头),同时远端有白色亮点(蓝色箭头),提示病变是等回声的复杂囊肿(左图白色箭头)。经 25 G 细针抽吸后,可触及肿物及超声显示的病变消失

2.2 剪切波弹性成像

根据文献,应采用病变和(或)周围约 3 mm 组织的最大硬度值(Emax)来判定病变良恶性(图 7)。

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图 7A 为 57 岁患者,发现 BI-RADS 4 级低回声病变。SWE 图像显示病变硬度 2.72m/s,提示良性病变。活检结果为良性纤维腺瘤;图 7B 为 67 岁患者,病变为 BI-RADS 4C 级,SWE 显示病变最大硬度 9.77m/s,提示恶性病变。注意肿物内部硬度不均

乳腺癌具有异质性,结构紊乱。在一些乳腺癌中,剪切波可能无法产生或传播,由于无法测量剪切波速度,这些病变不会生成彩色编码。此外,病变周围常有高硬度的晕环,也可以用来定性病变。在少数乳腺癌中,病变可能彩色编码为软且无高硬度的晕环,此时可通过质量检测判定为假阴性,即评估是否产生了足够的剪切波以准确计算硬度值。

单纯囊肿无法计算剪切波速度,彩色编码为黑色。若囊肿内部有回声或高粘度囊肿中,可以计算剪切波速度,彩色编码为软(蓝色),与纤维腺瘤不易鉴别。

文献报道的鉴别良恶性病变截断值为 4.5m/s(60kPa)到 5.2m/s(80kPa)。许多研究者及 BI-RADS 第 5 版都推荐用弹性成像来调整病变的 BI-RADS 分级。

应用 2D-SWE 进行的多种研究显示,其敏感性为 89%-97%,特异性为 81%-85%。在一项大规模多中心研究中,以 5.2m/s(80kPa)作为截断值,与单独应用 BI-RADS 相比,加用 SWE 提高了对病变的定性能力。

2.3 联合应用 SE 和 SWE

SE 对乳腺病变的评估难点通常在良性病变,因为其硬度值与腺体组织相似,所以经常难以显示,E/B 比值无法准确计算(图 8)。相反,SWE 的难点通常在恶性病变,尤其在剪切波未产生或不足以准确评估硬度时(图 9)。两种技术联合可以提高准确性,若 SE 和 SWE 结果一致时结论的可信性增加,否则需要其他的评估方法。

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图 8A 为 31 岁患者,BI-RADS3 级低回声病变。由于病变与周围乳腺组织硬度相似,SE 图像中难以识别。活检结果为纤维腺瘤;图 8B 为同一病变在 SWE 中硬度值为 2.42m/s,提示良性病变。注意 SWE 证实病变和周围乳腺组织硬度值相似。此病例和图 9 病例显示了联合应用 SE 和 SWE 定性乳腺病变的优越性

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图 9A 为 60 岁患者,活检证实为浸润性导管癌,SWE 图像显示病变中心部分(红色箭头)无彩色编码,周边组织的硬度值提示良性病变;图 9B 为在对应的质量图中,肿瘤区域为黄色,证实剪切波计算不准确,不应采纳。通常若质量图显示质量差(黄或红色),则病变不是单纯囊肿就是恶性肿瘤;图 9C 为对应的 SE 图像,/B 比值为 1.42,提示恶性病变。此病例显示了联合 SE 和 SWE 定性乳腺病变的价值

3. 总结

在常规乳腺超声基础上,弹性成像可在数分钟内完成,SE 和 SWE 在判定乳腺病变良恶性时都高度敏感和特异,常规乳腺超声联合弹性成像将减少良性病变活检的数量。

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编辑: 刘德泉

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