定量超声

定量超声（精选7篇）

定量超声 篇1

摘要：对国内外脂肪肝定量诊断方法文献进行分析和归纳,借以评价超声诊断技术在脂肪肝定量诊断中的价值。研究发现超声诊断技术在脂肪肝定量诊断中具有重要的临床应用前景,为临床早期诊断、系统治疗以及疗效评价提供可靠的诊断评估手段。另外,多指标量化体系评价脂肪肝及其程度将是我们今后脂肪肝量化诊断的研究方向。

关键词：脂肪肝,超声,定量诊断

脂肪肝是指由于各种原因引起的肝细胞内脂肪堆积过多的病变。随着人们生活水平的提高,饮食结构的变化,脂肪肝患病率呈上升趋势,正严重威胁国人的健康,成为仅次于病毒性肝炎的第二大肝病,已被公认为隐蔽性肝硬化的常见原因[1,2,3,4]。由于脂肪肝发病早期无特异性表现,早期无法正确诊断和判断病变程度。活组织病理检查虽为诊断本病的金标准,但因其创伤性和病人依从性差,无法普及。随着医学影像学技术的发展,超声定量分析技术的研究日益受到重视,脂肪肝早期诊断的灵敏度和特异性不断提高。本文就近年来对脂肪肝超声定量诊断的研究进行综述。

1 直方图

直方图是一种超声仪器上配置的定量分析软件。通过用一些等级步长将感兴趣区域(region of interesting,ROI)的诸像素上的明亮等级(亮度)显示在X-轴上,出现最大次数的亮度级的像素总数目定义为100%(像素总数目为1.0)时便能够将ROI内每一个亮度级出现的频数分布显示在Y-轴上,从而将一个超声断层上的ROI内的回波强度数据和诸回波的强度分布显示成一个直方图。

脂肪肝患者常规超声检查时其回声强度与正常人比较肝区近场回声弥漫性增强(强于肾脏),远场回声逐渐衰减[5,6],而这些影像变化可以通过直方图进行定量分析。1981年Taylor[7]及Sommor[8]分别报道可以用超声图像直方图对酒精中毒性肝病及腹部脏器组织进行定量研究。1996年Hiroyuki[9]报道直方图技术对脂肪肝做定量诊断,认为以肝、肾回声差异≥7.0d B作为诊断标准,灵敏度为91.3%,特异度为83.8%,准确率为86.7%。马桂英等[10]通过直方图显示超声图像中取样范围内的回声强度及平均灰度值对脂肪肝进行定量分析发现超声直方图平均灰阶值的升高可以对脂肪肝的组织声学特性提出一种定量化标准。李光展等[11]曾利用B超直方图对84例正常人、45例脂肪肝探查,发现直方图近场与远场之距0位点数、谱宽、平均灰阶(AV)有明显的规律变化,其中近场与远场AV值更能反映声波衰减程度,并提出AV差≥8可作为判断脂肪肝的计量指标。而王韧等[12]通过直方图功能测量53名患者同一切面不同深度的肝组织回声的灰阶值,并计算出衰减系数,结果表明常规超声检查脂肪肝组和非脂肪肝组、血甘油三酯正常组和血甘油三酯升高组之间衰减系数均存在差异(P<0.01)。

另外,本着同一个体不同组织的回声强度比值相对恒定的原则,国内外[13,14,15]的一些研究者对不同程度脂肪肝患者肝脏回声改变与自身肾脏实质回声的对比变化,发现脂肪肝患者的肝脏实质与肾实质二维声像图的灰阶值差异有显著性意义(P<0.05)。桑亮[16]等在此基础上通过测量肝脏、脾脏、肾脏及右肝静脉的直方图,并进行个体间及自身对比,发现右肾前方肝组织与肾脏及右肝静脉前方肝组织与右肝静脉间直方图M值的比值可作为脂肪肝超声诊断及分度的参考指标。

2 背向散射积分

超声背向散射积分(integrated backscatter,IBS)是一种射频法,利用超声声束进入人体内组织时,当组织的细微结构直径小于入射超声波长的1/2时而构成散射体,使声波向各个方向散射的原理,分析未经处理的原始信号,计算后散射积分值(IBS)、超声背向散射积分心动周期变化幅度(CVIB)、背向散射积分指数(IBI)等。因为射频法的信号处理为超声回波的原始信号,故更能真实地反映组织的病理变化[17]。肝内脂肪是以微粒形式分布存在的,这些脂肪微粒会产生明显的声散射,肝组织的生理或病理状态变化将会通过脂肪含量的变化改变它的超声性质[1]。

贾春梅等[18]应用配置有声学密度测定(AD)装置和声学定量分析系统的超声诊断仪对脂肪肝患者及正常对照组的肝脏前、中、后声场背向散射积分值进行定量分析。结果表明脂肪肝患者实质回声明显增强,背向散射积分值近、中、远声场依次递减,脂肪肝声像图的IBS值明显大于正常肝脏的IBS值。柳双敏等[19]通过对正常人及不同程度均匀性脂肪肝患者近中场的声学密度进行测试,结果表明它们的IBS值大小次序是:重度脂肪肝>中度脂肪肝>轻度脂肪肝>正常人,采用声学密度定量技术诊断均匀性脂肪肝具有极大的临床应用价值,且以近场、中场检测的意义为大。而南月敏等[20]也通过建立不同程度家兔脂肪肝模型,进行肝超声背向散射积分(IBS)测定并计算散射信号衰减比率,结果表明家兔标化图像平均强度(AII)随病变加重呈递增趋势,正常肝<轻度脂肪肝<中度脂肪肝<重度脂肪肝,尤以近区为著(P<0.01);同等程度肝脂肪变性IBS值随炎症和纤维化的发生而增大。超声IBS值与散射信号衰减比率可反映肝的脂肪积累和炎症病变程度,与病理组织学诊断符合率高达85.71%。

超声背向散射积分声学密度测定是常规超声技术的发展与延伸,使二维超声在视觉判断基础上更具体地进行数字化分析,为无创判定肝组织的微细变化提供了一项新的技术手段[21、22]。将该技术应用于脂肪肝的诊断,能为临床提供一项数字定量化的新指标。

3 门脉(PV)及肝静脉彩色多普勒

脂肪肝时脂肪浸润在肝小叶中央或周边区,肝细胞内脂肪颗粒逐渐增加,肝细胞肿胀变性,而且随着时间的延长,肝内纤维结缔组织增加,导致肝内管道结构受挤压,阻力增加,血管顺应性降低,波幅减低,血流速度减慢。

陆雯[23]通过对弥漫性脂肪肝患者及正常人门脉流速的超声测量,探讨不同程度脂肪肝时PV血流速度的变化。结果发现与正常组相比,轻度脂肪肝的PV血流流速无显著性差异,但随之脂肪肝程度的加重,PV血流流速减低,与正常对照组比较有显著差异。鞠丽君等[24]也应用彩色多普勒超声技术,检测186例脂肪肝患者的血流参数,分析脂肪肝病变程度及临床意义。结果发现中、重度脂肪肝的肝脏血流速度均低于正常值,并与脂肪肝病变的程度成负相关。陈苏宁等[25]运用彩色多普勒超声探测102例脂肪肝患者肝静脉、门静脉血流参数并分析脂肪肝病变程度及临床意义,发现重度脂肪肝的肝静脉、门静脉血流速度均低于正常值,并与脂肪肝的程度成反比。邓劲松等[26]通过CDFI对280例脂肪肝的门静脉右支血流速度测定,观察其肝右静脉多普勒波形,并与45例正常肝组织进行对比分析,结果发现脂肪肝组的门静脉右支血流速度比正常明显降低,两组间比较有显著性差异(P<0.05)。Besir Erdogmus等[27]应用彩色多普勒技术探讨脂肪肝的血流动力学变化与脂肪肝程度的关系。他们通过测量对照组和非酒精性脂肪肝患者门静脉的搏动指数(VPI)、平均血流速度(MFV)、最大流速(Vmax)和最小流速(Vmin),结果发现非酒精性脂肪肝患者的以上各值均低于对照组。

综上所述利用彩色多普勒超声技术检测脂肪肝血流状况,对评价脂肪肝的病变程度有重要价值,对脂肪肝的临床诊断及治疗预后有重要意义。

4 内脏脂肪定量指标

脂肪肝是一种与脂肪代谢有关的病变,有些学者也进行了对脏器及血管周围或本身脂肪的变化研究来探讨对其进行定量诊断的指标。KH Liu等对[28]291例受检者通过超声进行肠系膜脂肪、皮下脂肪和腹膜前脂肪厚度的测量以及多项生化指标的化验,对结果进行多元回归对照分析,发现肠系膜脂肪厚度可以作为脂肪肝诊断的独立指标,并且其厚度每增加1mm脂肪肝的患病率提高1.5倍,而皮下脂肪和腹膜前脂肪厚度与脂肪肝的发生没有明确的相关性。Hai Jin Kim等[29]通过对1898例2型糖尿病患者进行内脏脂肪厚度的测量研究脂肪厚度与脂肪肝的相关性,发现脂肪肝的发生与内脏脂肪的厚度存在正相关性。桑亮等[30]通过超声测量肾周脂肪囊厚度,发现正常组右肾下极、右肾周、左肾下极、左肾周脂肪囊厚度与脂肪肝组之间差异具有显著意义(P<0.05),可用于脂肪肝超声诊断的参考指标。

5 多指标量化系统

近十几年来,许多学者对超声诊断脂肪肝虽然做了不少工作,但是在既往的研究中,多为单指标研究,近年来趋向于把超声多指标综合量化,通过综合积分评价脂肪肝。季榕等[31]通过对建立的脂肪肝大白兔模型和对照组动物进行超声检查,将肝脏增大、肝肾回声差异、肝光点密集、肝前后场衰减、肝内血管情况等指标量化,以综合积分判断脂肪肝,并与病理标准比较,发现该体系对脂肪肝诊断具有较高的灵敏度、特异度和准确率。同样,Srinivasan Dasarathy等[32]对73例肝活检患者超声实时图像对照病理进行综合分析,认为综合积分可以有效评价脂肪变性≥20%肝脏病变。

目前因超声检查对脂肪肝敏感性高,超声可检出肝脂肪含量达30%以上的脂肪肝;肝脂肪含量达50%以上的脂肪肝,超声诊断敏感性可达90%;在非纤维化的肝脏中,超声诊断脂肪肝的敏感性达100%。其次,超声检查以其无创伤性、无放射损伤、可重复性、检查价格低廉等优点,成为初筛脂肪肝及治疗前后评价的首选检查方法。但是由于超声诊断易受患者个体差异、检查仪器性能及参数选择、操作经验等诸多因素影响,因此超声定量诊断脂肪肝仍存在局限性,目前国内外量化标准没有统一,以综合积分多指标量化体系评价脂肪肝及其程度将是我们今后脂肪肝量化诊断的研究方向。

定量超声 篇2

关键词：超声造影,时间-强度曲线,肝脏肿瘤

肝脏由肝动脉和门静脉双重供血,易出现恶性肿瘤。恶性肿瘤新生血管的结构和功能影响着肿瘤的生物学特点。超声造影可反映肿瘤的功能血管结构,为肿瘤的诊断及鉴别提供依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

2009年2月至2010年3月,选取32例肝脏恶性肿瘤患者作为试验组,并进行超声造影(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)检查。其中,男19例,女13例,年龄32~75岁,平均(45.69±9.35)岁;病灶直径1.5~9.2 cm,平均(3.47±2.16)cm。其中,原发性肝癌16例,肝转移癌16例(原发肿瘤包括结肠癌4例,胃癌4例,肺癌3例,前列腺癌2例,乳腺癌2例,子宫内膜癌1例)。选取20例肝血管瘤患者作为对照组。其中,原发性肝癌10例,肝血管瘤经病理证实12例,其余病灶经增强CT、增强MRI、实验室检查及原发肿瘤病理证实。

1.2 方法

采用Philips iU22彩色多普勒超声诊断仪,C5-2探头,频率2~5 MHz,应用反向脉冲谐波显像技术。造影前先以二维超声扫描全肝脏,观察记录肝内病灶的位置、大小、数目、回声特征及病灶内部和周边的血流分布情况。在病灶显示的最佳切面固定探头,多发病灶选择病灶显示完全且受呼吸影响较小者作为对象,切换至造影模式,经肘部浅静脉以团注的方式注入配制好的SonoVue造影剂2.4mL。在注射造影剂的同时开始计时,并将整个造影过程录制于仪器内。仪器的增益、深度等在整个造影过程中保持不变,机械指数设定为0.06。实时观察病灶动态灌注过程及回声变化情况,造影结束后将录制的动态图像回放分析。

1.3 图像分析

造影完成后将动态图像导入计算机。启动QLAB定量软件,选择注射造影剂后120s内的动态图像。感兴趣区为病灶增强最明显处及同水平的正常肝脏实质。仪器可自动绘制时间强度曲线(time-intensity curve,TIC),分析曲线形态,以获取定量指标。可直接获得的定量指标包括:始增时间、始增强度、达峰时间、达峰强度、增强时间、120s强度。计算后得出的指标包括:增强时间、强度增量、上升支斜率、下降支斜率。增强时间=达峰时间-始增时间;强度增量=峰值强度-始增强度;上升支斜率=(峰值强度-始增强度)/(峰值时间-始增时间);下降支斜率=(峰值强度-120s强度)/(120s-峰值时间)。

1.4 统计学分析

用SPSS12.0统计软件进行统计学分析;样本中两个均数的比较采用t检验;P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 肝脏恶性肿瘤TIC特点

注:红线为病灶区TIC;黄线为肝实质TIC

注:红线为病灶区TIC;黄线为肝实质TIC

试验组TIC上升支较陡直,达峰值强度后迅速下降,动脉相晚期或门脉相早期与正常肝实质TIC有交叉,即“快上快下”型(图1~2)。对照组TIC上升支较缓,达峰值强度后维持一段峰值平台期,下降较平缓,曲线强度高于周围肝实质曲线的强度,与肝实质TIC无交叉,即“慢上慢下”型。

2.2 肝脏恶性肿瘤TIC声学定量参数特征

试验组与对照组TIC的声学定量参数相比较:恶性病灶始增时间、达峰时间、增强时间小于良性病灶,差异有统计学意义(P<0.05);恶性病灶上升支斜率及下降支斜率大于良性病灶,差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

3 讨论

1979年,Folkman[1]提出恶性肿瘤生长依赖于新生血管的形成这一新概念。肿瘤血管生成在恶性肿瘤发生、发展及转移的过程中均起到重要作用。了解恶性肿瘤的血管结构和功能特点有助于对肿瘤生物学行为的认识,可以针对性地进行病例筛选和治疗,从而改善疗效和预后。恶性肿瘤的快速生长需要更多的血氧供应,肿瘤血管的大量增生使肿瘤的血流灌注面积和灌注量明显增加。恶性肿瘤新生血管与正常毛细血管结构不同,其管径粗细不等、分支紊乱、管腔形态不规则。因此,血液黏滞度和血流阻力也相应增加;同时由于存在广泛的动、静脉瘘,肿瘤内部压力因血管通透性增加及缺乏淋巴管引流而增加(为正常间质组织的3~5倍)[2],所以肿瘤中心部位易缺氧坏死,无血管结构,造影剂不能到达,导致恶性肿瘤中央可出现无增强区。病灶中心新生血管在缺氧的诱导下大量增殖,但多为较幼稚的、不成熟的血管,边缘则以成熟的血管居多。而成熟血管数目对肿瘤血供起主要作用,因此肿瘤边缘的血液供应明显优于病灶中心。由于肿瘤血管存在结构和功能的异质性,造影剂的分布和代谢也较为复杂,恶性肿瘤不同部位超声造影的增强程度及方式不尽一致,在选择感兴趣区时,应选择病灶增强最明显处,并且避开较大的血管分支,以免绘制的曲线不能正确反映病灶内的血供情况。

肝脏是由肝动脉和门静脉双重供血并以门静脉供血为主的脏器。随着肝内病灶良恶性成分的变化,供血比例也发生相应改变[3]。高分化肿瘤可接受门静脉及肝动脉的双重供血。随着分化程度的降低,门脉血供不断减少,动脉血供不断增加。由于门静脉可以吸收多个消化系统脏器的血流至肝脏,故肝脏是转移瘤的好发部位之一。从理论上讲,转移性肝癌大部分应以门静脉供血为主。早期活体动物模型研究显示肝动脉与门静脉在肿瘤周围相交通,<10 mm的转移灶门静脉供血比例较大[4]。近年来的研究表明[5],早期肿瘤肝转移新生血管几乎均来自于肝动脉系统,且肿瘤血管在直径200μm的肝转移癌中即可形成。原发性肝癌与肝转移肿瘤具有相似的血供特点,即肿瘤新生血管增多,且以肝动脉供血为主。因此,肿瘤血流灌注量增加,灌注加快,故恶性病灶开始增强时间及达峰时间均较早,增强时间较短,TIC上升陡直,斜率较大。同时几乎所有的肝癌结节都存在着不同程度和不同情形的门静脉供血或引流,故TIC下降支较陡直,斜率较大,病灶声强很快低于周围肝实质,病灶TIC与肝实质的TIC有交点。

了解了血管形成的过程和肿瘤血管的结构、功能差异对于理解肝癌超声造影上的增强机理至关重要。肿瘤血管形成导致的超声造影增强的改变可以为肝癌的定性、定量诊断提供依据。

参考文献

[1]Folkman J.Tumor angiogenesis:therapeutic implication[J].NEngl J Med,1971,285:1182-1186.

[2]Anderson H,Price P,Blomley M,et al.Measuring changesin human tumour vasculature in response to therapy usingfunctional imaging techniques[J].Br J Cancer,2001,85(8):1085-1093.

[3]Hayashi M,Matsui O,Ueda K,et al.Progression to hypervascularhepatocellular carcinoma:correlation with intranodular bloodsupply evaluated with CT during intraarterial injection ofcontrast material[J].Radiology,2002,225(1):143-149.

[4]Kan Z,Ivancev K,Lund erquist A,et al.Invivo microscopy ofhepatic tumors in animal models:a dynamic investigationof bloodsupply to hepatic metastases[J].Radiology,1993,187(3):621-626.

定量超声 篇3

我国的特种设备数量随着经济的发展而快速增加。特种设备常在高压高温等工况下使用,在运行中容易产生裂纹、孔洞等形式的缺陷,造成特种设备的失效,引发泄漏、爆炸等事故。特种设备安全事故的发生不仅会带来巨大的经济损失,更会危及人员生命安全,因此保障特种设备安全显得尤为重要[1,2]。

在特种设备检测中,常规超声检测效率低,且对于复杂结构的特种设备检测困难[3]。超声相控阵通过延迟法则和计算机技术控制声束的偏转和聚焦,实现对工件快速、精准的检测[4]。超声相控阵检测技术在一定程度上克服了结构带来的影响,并能通过聚焦声束提高检测区域的超声能量[5],因此超声相控阵检测技术在特种设备检测中具有广阔的应用前景。

1 超声相控阵点聚焦声场的数值仿真

仿真中计算探头辐射声场时将声源表面离散成点声源,利用Pencil法计算介质中的声场。声波传播过程中遇到缺陷或边界时,采用基尔霍夫近似理论和几何衍射法(GTD)来处理[6,7]。

模拟仿真超声相控阵激励32 阵元时产生的点聚焦声场。模拟的工件材料为碳钢,试块厚度为25mm,纵波声速5900m/s,横波声速为3239m/s。激励的信号频率为5MHz,采用hanning窗调制,实验中相控阵探头参数设置如表1 所示。

设置声束中心轴线偏转角度为30°,焦点位于轴线上距离试块上表面25mm,20mm和5mm处。模拟结果如图1 所示。

实验结果表明,声场能量在相应的位置聚焦,当聚焦于5mm处时,声能高度集中,焦点小,检测分辨率高。随着焦点深度的增加,聚焦效果下降,声能逐渐发散,当聚焦于20mm处,声场为长梭形,此时检测分辨率较低,测量误差增大。

2 超声相控阵定量精度

模拟仿真超声相控阵声束偏转30°时检测测量长度为10mm的裂纹,仿真实验模型如图2 所示。在仿真试验中,假定裂纹为0°时,裂纹垂直底面,裂纹偏向探头初始位置一侧时角度为正,反之为负。底面开口裂纹偏转角度从-85°~85°,步进为10°。当裂纹偏转不同角度时,聚焦声束的检测测量能力不同,计算裂纹长度结果如图3 所示。

通过对测量结果分析,裂纹偏转角度在-80°~80°之间,误差在0.3mm左右;在-20°~60°时,测量十分精确,误差在0.1mm之内。偏转角度大于80°时,测量误差急剧增大,测量不精确。

3 相控阵点聚焦检测分辨率模拟

3.1 超声相控阵点聚焦模拟

模拟仿真超声相控阵点聚焦检测时,声束与模拟缺陷不同夹角下的分辨率。模拟缺陷为一裂纹,偏角角度从-40°~80°,步进为10°。声束中心轴线偏转角度为30°和40°,聚焦深度为20mm,工件厚度为25mm,模拟结果如图4 所示。

3.2 自然缺陷测量

实验中设计制作焊趾裂纹模拟试块,焊缝为单面V型坡口焊缝,试块厚度为10mm,并在模拟试块中预埋一长度为3 mm的焊趾裂纹。采用相控阵点聚焦测量其高度为3.3 mm,TOFD法测量结果为3.2mm。在自然裂纹的检测测量实验中,超声相控阵点聚焦测量精度达到TOFD测量精度。实验结果说明,超声相控阵点聚焦检测能精确测量缺陷尺寸,实验结果与模拟实验结果基本吻合。

4 实验结论

通过实验结果分析可知:

(1)当入射波束与缺陷面夹角为60°~90°时,缺陷的上下端点能有效地区分出来,测量值误差减小;当夹角大于90°时,测量误差增大,这是因为探头接收的缺陷反射波能量逐渐减弱。

(2)超声相控阵声束与缺陷垂直时,测量精度高;检测声束与缺陷约接近平行,检测测量能力降低。因此在检测过程中应辅助扇扫模式,并尽可能进行双面检测。

(3)最小分辨长度值呈抛物线形式,当声束与缺陷约接近垂直时,检测分辨率约高。

(4)声束偏转30°时整体测量误差要小于声束偏转40°时的测量误差。因此在测量时,声束偏转角度尽可能小。

超声相控阵点聚焦模式测量精度高,能实现对缺陷的精确测量。通过超声相控阵点聚焦检测的模拟仿真实验,给出声束中心轴线偏转角度以及其与缺陷的夹角对缺陷测量精度的影响,对实际检测过程中点聚焦声束偏转角度的选取提供指导和参考。

摘要：超声相控阵点聚焦能将超声能量聚焦于被检区域,同时也会加大测量误差。文章通过模拟超声相控阵声束偏转30°、45°和60°时的声场,确定超声相控阵的能量分布状况。在此基础上,采用超声相控阵点聚焦模式对不同偏转方向上的缺陷进行了检测模拟,得到超声相控阵在点聚焦模式下缺陷偏转方向对其测量精度的影响。实验结论对超声相控阵检测具有一定的指导意义。

关键词：超声相控阵检测,点聚焦,声场模拟,测量精度

参考文献

[1]吕琼.特种设备安全管理评价体系研究[D].济南:山东大学,2012.

[2]杨振林.特种设备风险管理研究[D].天津:天津大学,2009.

[3]丁守宝,刘富君.我国特种设备检测技术的现状与展望[J].中国计量学院学报,2008(4):304.

[4]Olympus NDT.Advances in Phased Array Ultrasonic Technology Applications[M].Waltha:Olympus NDT,2007.

[5]Shi-Chang Wooh Yijun Shi.A simulation study of the beam steering characteristics for linear phased arrays[J].Journal of Nondestructive Evaluation,1999(2):39-57.

[6]M.Bohenick E.Blickley,B.R.Tittmann,M.Kropf.Investigating a stepped ultrasonic phased array transducer for the evaluation and characterization of defects[J].SPIE Proceedings,2007(5),65321-65327.

定量超声 篇4

资料与方法

本文研究对象为38例正常成年人, 男18例, 女20例, 年龄20~30岁, 均排除甲状腺结节、甲状腺功能亢进、甲状腺功能低下、甲状腺炎等甲状腺疾病, 实验室检测促甲状腺激素 (TSH) 、血清游离甲状腺素 (FT4) 、游离三碘甲腺原氨酸 (FT3) 、TSH受体抗体 (TRAb) 等均在正常范围。

主要仪器:飞利浦IU22超声检查仪, 采用二维高频探头5~12 MHz, 三维容积探头、频率6~12 MHz。

检测方法: (1) 体位:患者取仰卧位, 肩部垫高, 头部后仰, 颈部充分仰伸, 显露甲状腺部位, 多切面反复扫查; (2) 检测内容:确定甲状腺位置, 观察甲状腺各径线大小、血流信号分布、色彩强弱、甲状腺上动脉内径、流速等;然后启用三维检查, 嘱患者避免吞咽动作, 屏住呼吸或者缓慢轻微地呼吸, 用20°扫查立体角, 内置软件重建图像, 然后使用QLAB软件系统评估分析[1]。

统计学处理:各试验数据均以 (±s) 的形式表示, 分别对甲状腺各径线大小、甲状腺上动脉内径、甲状腺上动脉流速、血管指数 (VI) 、血流指数 (FI) 、血管血流指数 (VFI) 等参数进行分析, 对男、女性甲状腺, 对甲状腺左、右叶进行对比分析, 组间比较采用t检验, P<0.05认为差异具有统计学意义。

结果

二维超声下甲状腺实质回声均匀, 被膜完整, 左右叶大小 (其中包括上下径、左右径、前后径及体积) , 以 (±2s) 为正常范围[2]。峡部平均厚度 (0.52±0.24) cm, 上动脉内径约 (0.17±0.03) cm、上动脉峰值流速 (25.2±4.26) cm/s[3]。彩色多普勒显示腺体内可见均匀分布的点状红色、蓝色血流信号, 脉冲多普勒甲状腺上动脉表现为单向频谱, 收缩期峰值速度上升快、下降舒缓, 舒张期血流持续缓慢下降, 见表1。

对38例患者的甲状腺左叶及右叶均取单位体积, 在单位体积下左叶腺体VI (血管指数) 与右叶腺体VI (血管指数) 差异无统计学意义, P>0.05;左叶腺体FI (血流指数) 与右叶腺体FI (血流指数) 差异无统计学意义, P>0.05;左叶腺体VFI (血管血流指数) 与右叶腺体VFI (血管血流指数) 差异无统计学意义, P>0.05, 见表2。

对38例患者的甲状腺男女均取单位体积, 在单位体积下经统计学检验男女左叶甲状腺VI (血管指数) 差异无统计学意义, P>0.05;FI (血流指数) 差异无统计学意义, P>0.05;VFI (血管血流指数) 差异无统计学意义, P>0.05, 见表3。

对38例患者的甲状腺男女均取单位体积, 在单位体积下经统计学检验男女右叶甲状腺VI (血管指数) 差异无统计学意义, P>0.05;FI (血流指数) 差异无统计学意义, P>0.05;VFI (血管血流指数) 差异无统计学意义, P>0.05, 见表4。

讨论

甲状腺是一个血供较丰富的器官, 超声评价甲状腺血流情况有着重要的意义, 临床通过超声判断甲状腺血流的增多或减少可对甲亢或甲减的诊断提供诊断依据。目前, 超声评价甲状腺血流情况主要通过二维彩色多普勒超声。二维超声下可以观察到正常甲状腺腺体两侧叶对称, 被膜完整、光滑, 腺体内实质回声均匀, 甲状腺上下径、左右径、前后径、峡部前后径、上动脉内径、上动脉流速均在正常范围;彩色多普勒显示腺体内可见均匀分布的点状红色、蓝色血流信号, 且左右叶对称, 甲状腺上动脉内血流信号呈单一颜色、有搏动性, 脉冲多普勒甲状腺上动脉表现为单向频谱, 收缩期峰值速度上升快, 下降舒缓, 舒张期血流持续缓慢下降。通过对甲状腺上动脉内径及流速的观察间接评价甲状腺的血供, 若甲状腺上动脉内径增宽、流速增快, 可初步推测甲状腺血供丰富, 怀疑甲状腺功能亢进的发生;彩色多普勒可显示甲状腺实质内血流信号, 通过血流信号多少及明亮程度的判断, 可估测腺体内血流的丰富程度[4]。但无论是彩色多普勒还是频谱多普勒, 二维超声下评价甲状腺内血流情况仅仅是通过感官、间接以及半定量的评估, 对甲状腺实质内血供缺乏准确性。以血流信号显示的多少、明亮程度作为评价指标, 以甲状腺上动脉内径及血流速度作为间接评价, 无论哪种, 都是定性或半定量的方法。评价彩色血流信号的多少及明亮程度是以检查者的主观感受为依据, 受检查者的主观因素及工作经验的影响, 且二维彩色多普勒检查时, 二维灰阶的调节、彩色增益的大小、颈前软组织厚度、被检查者呼吸及颈动脉搏动等都会影响彩色信号的显示, 继而影响对甲状腺内血流情况评价的准确性。

本文通过对38例正常甲状腺进行三维超声研究, 分别对男性及女性甲状腺、左右叶甲状腺进行对比分析, 得出在相同体积下的血管指数、血流指数及血管血流指数均无明显差异, 表明甲状腺的血流分布情况是左右对称, 男女无差异, 这与二维超声下得出结论相符。三维彩色多普勒检查甲状腺时引进了血流指数、血管指数及血管血流指数等参数, 在评价甲状腺内血流情况时可以用具体的数字来描述, 更加精确与直观;加之三维立体重建后, 采用软件自带的功能成像, 可避开腺体组织单纯的显示血管, 能够清晰地展现血管的分布与走形, 更加明确血流的分布及血供情况。三维超声作为一项新的诊断方法, 可以对甲状腺血流情况做出定量、直观的评价, 且与二维超声具有较高的符合度。三维超声评价甲状腺血流时, 虽也受灰阶、彩色增益调节的影响, 但在检查操作时可选择固定的条件来统一各参数[5]。三维超声在评价血流的最大优势在于系统自动识别图像中的彩色体素, 对彩色体素进行幅度加权, 最终得出单位体积下的血管指数、血流指数及血管血流指数, 从而避免了人眼观察的主观性, 对于同一甲状腺的不同检查者可得出同一结论。三维超声特殊的血管重建成像可以直观地显示血管的密度、走形及分布情况, 能够更直观地判断血流血流情况。

总之, 随着影像仪器及软件技术的不断发展, 超声检查已经成为甲状腺检查必不可少的诊断工具之一, 相信随着不断的深入研究, 甲状腺三维超声的应用将具更广阔的前景。

摘要：目的:探讨三维超声对正常甲状腺血流的定量评价。方法:对38例正常成年人应用彩色超声检测甲状腺, 进行血管能量图三维的超声检查 (对甲状腺的彩色图像应用QLAB工作站进行三维成像, 得出血管指数、血流指数及血管血流指数, 采用t检验) 。结果:在三维成像图中, 无论左右叶甲状腺, 还是男女性甲状腺, 在单位体积情况下, 血管指数和血流指数及其乘积差异均无统计学意义 (P>0.05) 。结论:三维超声对甲状腺的血管指数、血流指数测量, 可以定量评价甲状腺血管状态, 更真实地反映甲状腺实质内的血流情况。

关键词：三维超声,正常甲状腺,血管指数,血流指数

参考文献

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定量超声 篇5

关键词：下背痛,脊柱结构稳定,超声成像,定量超声,声肌肉图,肌电图

0 引言

下背痛(Low Back Pain)即下背部的疼痛,多发于第4和第5腰椎或第5腰椎和第1椎间,疼痛可不同程度地限制腰部肌肉活动,造成肌肉功能退化。Low Back Pain不是一种疾病,而是以背部疼痛为代表的一种的临床症状。Low Back Pain根据背部疼痛的持续时间可以分为急性下背痛(Acute Low Back Pain),次急性下背痛(Subacute Low Back Pain)和慢性下背痛(Chronic Low Back Pain)。Acute Low Back Pain是指背部疼痛持续时间小于6周。Subacute Low Back Pain是指背部疼痛时间持续6~12周。Chronic Low Back Pain是指背部疼痛持续12周以上。90%Acute Low Back Pain(Subacute Low Back Pain)在6周内可自然恢复,但是2%~7%会发展成Chronic Low Back Pain。75%~85%Acute Low Back Pain(Subacute Low Back Pain)会复发或者发展成Chronic Low Back Pain[1,2]。

Low Back Pain是现代社会非常常见的问题。据统计,大约80%的人,一生中都会有Low Back Pain的经历,许多人更是因其丧失劳动能力,从而被迫离开工作岗位,对国家的经济造成影响。因此,找到Low Back Pain的成因,提高康复率和减少复发率是当前最具挑战性的工作。Low Back Pain多与高负荷体力劳动、频繁弯腰、扭转动作、拉推抬动作、重复性动作、长期保持静态姿势和频繁抖动相关[1,2,3,4,5,6]。如Low Back Pain高发人群有护士、飞行员、出租车司机等。这类人群需要在工作中长期保持坐姿或者频繁弯腰,腰部易处于疲劳状态,从而导致Chronic Low Back Pain[4,5,6]。可以说,大多数Low Back Pain来源于肌骨骼问题[3]。如Acute Low Back Pain多是由支撑背部的肌肉痉挛或者肌肉韧带的突然损伤触发。但是Low Back Pain的真正成因非常复杂,仍然是一个亟待解决的问题。脊柱系统的结构不稳定被视为造成Low Back Pain最可能的原因[7]。腰背肌肉是整个腰背脊柱系统结构稳定的重要构成,腰背肌功能的研究对于理解Low Back Pain的真正成因具有重要的指导意义。Hodges等[11]以证明腹横肌(Transversus Abdominis)和腹内斜肌(Internal Oblique Muscles)在脊柱稳定中有着最关键的作用。肌电图学(Electromyography,EMG)是最早用于评估肌肉的方法,已经被广泛地应用于Low Back Pain中腰背肌肉的评估和研究。但是肌电信号容易受到各种潜在因素的影响,如电极位置,放大器,肌肉类型等。除此之外,对于深层肌肉肌电无法实现无创的检测。这些都制约了肌电信号在腰背肌肉评估中的应用。而定量超声(Quantitative Ultrasound)作为一种可靠的逐步成熟的研究方法,可以实现无创的深层肌肉测量,在肌肉功能的评估中正扮演着越来越重要的角色。本文总结了研究Low Back Pain的主要问题,并且介绍EMG和Quantitative Ultrasound在其中的应用现状。

1 脊柱系统稳定性与Low Baok Pain

脊柱系统的基本生物力学功能包括:支持身体不同部分之间的相对运动、负重和保护脊髓与神经根[8]。脊柱的机械稳定性在整个脊柱系统有着至关重要的作用。有大量的研究[7,8,9,10,11,12]试图确认脊柱的结构不稳定及其与Low Back Pain之间的关系。Panjabi[7]指出,脊柱稳定系统由3个子系统构成:被动肌骨骼musculoskeletal system肌肉骨系统。肌肉骨骼系统子系统,主动肌骨骼子系统和神经子系统,见图1。被动肌骨骼子系统包含脊椎、椎间盘、脊柱韧带和椎间小关节。主动肌骨骼子系统由围绕脊柱的肌肉和肌腱组成,用以对脊柱施加需要的力。神经子系统由神经和中枢神经系统构成,通过监控生物传感信号来决定脊柱结构稳定所需条件,并且指导主动肌骨骼子系统施加力以满足结构稳定。这3个子系统互相交互,共同协作,最终确保了整个脊柱的结构稳定。任何一个子系统的功能退化都可能影响或损伤其他两个子系统,并可能影响整个脊柱稳定系统的功能。如腰背肌收缩能力的下降可直接影响脊柱的结构稳定性,造成椎间小关节或者椎间盘的损伤,从而造成Low Back Pain。因此,理解整个脊柱稳定系统对于Low Back Pain的诊断、治疗和康复有着重要的意义。Panjabi发现[12],Low Back Pain患者的身体易于摇摆,预示着神经肌肉控制系统对维护整个脊柱稳定较缺乏效率,同时,他还发现,脊柱活动中立区(Neutral Zone)会直接影响疼痛的程度。

腰背肌是主动肌骨骼子系统的重要组成部分,在整个脊柱稳定系统中起着至关重要的作用[13,14,15,16,17]。Panjabi[12]利用体外实验和数学模型表明,脊柱肌肉对于脊柱稳定性有着关键的作用。因此,理解腰背肌功能对于Low Back Pain的诊断和治疗具有十分重要的价值。van Dieen等[9]发现,Low Back Pain患者为了维持脊柱稳定使得肌肉反应模式与正常人有着明显的区别。占飞等[16]发现,可以针对Chronic Low Back Pain患者腰屈伸肌存在屈伸肌力的下降及失衡进行肌力训练以恢复屈伸肌对腰椎主动稳定和功能性活动的作用和避免Low Back Pain的反复发作。有大量研究试图去理解疼痛与肌肉收缩活动之间的关系。两种模型已经被提出用以理解躯干肌的肌肉收缩活动与Low Back Pain的联系[13]:疼痛-痉挛-疼痛模型和疼痛适应模型。在疼痛-痉挛-疼痛模型中,疼痛造成肌肉的过度活跃,如肌肉痉挛,进一步引起疼痛,从而形成一个恶性循环[14]。与之相对的,在疼痛适应模型中,疼痛将会根据肌肉活动的类型(对抗或协同)来加重或者减轻肌肉的收缩活动[15]。大量研究者试图去验证这两种不同模型的正确性。现在,疼痛适应模型是应用较广泛的一种模型。

肌肉收缩和功能评估在Low Back Pain研究中是不可或缺的重要一环。目前,可以通过EMG、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging)、近红外光谱(Near infrared spectroscopy)、活组织检查(Muscle Biopsy)和超声成像的方法来评估腰背肌肉功能[18]。其中,只有EMG和超声成像可以提供实时便捷的肌肉功能评估,所以EMG和超声成像是使用最广泛的两种测量方法。

2 肌电图在Low Back Pain研究中的应用

肌电图原理是记录肌肉收缩和静止状态时产生的生物电信号,并且以此来评估肌肉的功能状态。根据使用方法,肌电图可以分为表面肌电图(无创)和肌肉针极肌电图(有创)。通过提取腰背肌肉的原始肌电信号的特性参数,肌电信号已经广泛的应用在下背痛各个阶段研究中[11,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32]。最普遍使用的肌电参数是幅度均方根(Root Mean Square,RMS)、初始的中值频率(Initial Median Frequency,IMF)、中位频率(Median Frequency,MF),平均功率频率(Mean Power Frequency,MPF)和瞬时中值频率(Instantaneous Median Frequency,IMDF)。RMS是一段时间内(512或者256个采样点)瞬间肌电图振幅平方平均的平方根,取决于力量负荷和肌肉本身的特性。其他频率参数需要对原始肌电信号应用傅立叶变换,一般用频率参数的相对下降值判别肌肉疲劳度。IMDF是最近用来在运动时实现可重复检测的一个重要肌电参数[22]。

肌电图已经被大量地应用在脊柱稳定系统的生物力学模型的建模中。Cholewicki等[23]采用肌电来分析肌肉的力量和硬度,并以此作为整个脊柱模型的参数,进而分析脊柱结构稳定与Chronic Low Back Pain直接的联系。通过这些模型的分析,越来越多的研究表明,肌肉的收缩功能对Low Back Pain的形成和康复有着关键作用。Low Back Pain患者对疼痛的感觉和惧怕还会造成在实际测量中低估肌肉的最大随意收缩(Maximal Voluntary Contraction)[25]。王健等[20]证明,在运动负荷实验过程中,Low Back Pain患者腰部肌肉的肌电信号有多种不同于正常人的信号特征。Hodges等[11]发现,Chronic Low Back Pain的Transversus Abdomins的收缩比正常人有明显的延迟。肌电信号还被大量应用在腰背肌肉疲劳的测量中,在不需要最大随意收缩的情况下,耐力测试的肌电信号可以有效实现定量测试肌肉疲劳度。受试者在实验中一般被要求卧倒并固定臀部与腿部,同时需要维持固定姿势或者保持腰背肌肉最大随意收缩[26]。Oddsen等[22]用BAS背部分析系统(The Back Analysis System)系统发现,Chronic Low Back Pain的腰背肌肉收缩效率较低和不易感觉疲劳,并且对侧的腰背肌肉的RMS较正常人大。这是因为Low Back Pain患者因疼痛感低估自身肌肉最大随意收缩,造成实际腰背肌肉收缩达不到“真正”最大随意收缩。同时,Roy[27]也利用BAS系统发现,Low Back Pain患者在维持固定收缩时的肌电信号MF变化比正常人大,这说明该病患者腰背肌肉本身的易疲劳特性。这预示着肌肉类型可能发生了变化,而实际的活体检测也证明了这个论断[28]。而通过针对特定肌肉进行4周的康复练习,可以有效地改善肌肉的易疲劳特性。以上研究都表明,Low Back Pain和肌肉收缩有着相当大的联系,可以针对对Low Back Pain患者的相关肌肉进行特定治疗,从而有效提高其康复率。已经有研究者采用肌电信号作为Low Back Pain康复运动的生物反馈信号来辅助康复运动和评估实际效果。肌电信号还被应用在Low Back Pain患者的步态分析中。Arendt-Nielsen等[24]应用肌电信号对Chronic Low Back Pain患者进行步态分析,他们发现,疼痛适应模型可以用来解释Low Back Pain患者的行走中肌肉收缩的作用和反应。除此之外,研究者还试图采用肌电信号帮助区分Low Back Pain患者,提高诊断效率。Poosapadi-Arjunan等[30]建议,使用表面肌电信号的方差区分正常人和Low Back Pain患者的步态。

在实际实验中,表面肌电图可以实现大多数腰背肌肉功能的测量。电极一般附着在脊柱附近位置,比较常用的标志位置是L1,L2和L5。但是腰背肌肉构成比较复杂和肌电信号容易受到各种潜在因素的影响,所以难以单独定位某一块特定肌肉的肌电信号。同时,对于腹腔内的深层肌肉,Transversus Abdomins和Internal Oblique Muscles,必须采用有创的肌肉针极肌电图以实现较为精确的测量。Quantitative Ultrasound作为一种新的测量方法,可以有效的克服这些限制,已经被应用在Low Back Pain的研究中。

3 Quantitative Ultrasound在Low Back Pain研究中的应用

超声成像是一种无创实时的成像方法,超声是第一种可以辅助诊断肌肉疾病的成像技术[33]。随着超声技术的趋于成熟,大量的研究者利用二维超声图像去定量的评估肌肉的功能状态,并把结果应用在生物力学的研究领域[34,35,36,37]。Quantitative Ultrasound主要是利用二维的超声图像去评估分析肌肉活动时的状态变化。其作为一种可靠的逐步成熟的研究发法,在Low Back Pain的研究中正扮演着越来越重要的角色。

在二维超声图像中,Quantitative Ultrasound主要采用肌肉横断面积(Cross-Sectional Area)、横断面厚宽比(Thickness-width Ratio)、肌纤维长(Fascicle Length)、肌肉厚度(Muscle Thickness)和羽状角(Pennation Angle)等结构性参数来表述肌肉的状态变化。基于腰背肌肉的类型,肌肉厚度变化是最常被用在Low Back Pain肌肉功能研究中的Quantitative Ultrasound参数[38,39,40]。实验中,受试者一般被要求躺或坐在实验桌上并固定臀部与腿部,超声图像只在受试者放松和最大随意收缩时采集。Mc Meeken等[38]证实,Transversus Abdomins的肌肉厚度变化与其Transversus Abdomins电信号变化有很好的相关性。John和Beith[39]也证实,在等距扭转腰背时,腹外斜肌肌肉厚度变化和肌电信号变化有很好的相关性。在执行相同的等距伸腿时,Low Back Pain患者的Transversus Abdomins肌肉厚度变化较正常人小,这和肌电的测量结果相似[41]。这些预示,在下背痛研究中可以用肌肉厚度变化反映肌肉收缩活动。许多可靠性和差异性分析实验也证明,Quantitative Ultrasound可以可靠地应用在Low Back Pain研究中[42,43,44,45]。越来越多的研究表明,深层肌肉(Transversus Abdomins、Internal Oblique Muscles和多裂肌)对维持脊柱稳定有着关键的作用[46,47,48]。研究表明[47],在不同坐姿下(坐在椅子上或坐在瑜伽球上),Low Back Pain患者的Transversus Abdomins肌肉厚度差异比正常人明显,这预示着为了维持脊柱稳定Low Back Pain患者的Transversus Abdomins需要更大限度的收缩。Hides等[49]发现,Acute Low Back Pain的疼痛感消失后,多裂肌并没有恢复正常,这也从另一个侧面说明了Low Back Pain复发率高的原因。有研究者[48,50]指出,Low Back Pain的康复活动需要特别针对深层肌肉(Transversus Abdomins、Internal Oblique Muscles和多裂肌)以降低复发率。经过特定的肌肉康复练习Transversus Abdomins和多裂肌的厚度和大小会有非常明显的减小,而且Low Back Pain的复发率有明显下降[48]。在现阶段的研究中,Quantitative Ultrasound作为一种直观可视的生物反馈信号来指导肌肉康复练习和评估肌肉康复练习效率[51,52,53]。Van等[51]采用超声图像辅助多裂肌锻炼,有超声辅助的受试者多裂肌的自愿收缩比没有超声辅助的有更好增强,并且锻炼持续的有效时间也长于没有超声辅助的受试者。Teyhen等[53]采用超声图像评估6种腰背加强练习(Trunk-strengthening Exercises)的效果,他们发现,仰卧起坐(Abdominal Crunch)和水平正撑(Horizontal SideSupport)对Transversus Abdomins和Internal Oblique Muscles锻炼效果更好,同时,年龄不会影响这些练习的效果。

Quantitative Ultrasound在Low Back Pain的研究还处于起步阶段,仍然存在一些不足之处。首先,Quantitative Ultrasound只在静止状态下测量肌肉厚度,这不足以反应整个肌肉收缩活动的过程。需要把Quantitative Ultrasound进一步的扩展到运动时的肌肉功能测量。其次,现阶段大多数研究者都是通过手工手工提取超声参数这是一项繁重的工作,严重限制Quantitative Ultrasound在Low Back Pain研究中的推广应用。最后,研究者已经开始试图用超声结合生物力学测试去分析腰背痛患者的肌肉肌肉硬度和疲劳程度,而超声作为一种实时便捷的手段,可以实现定量分析肌肉硬度和疲劳程度[54,55,56]。

4 小结

定量超声 篇6

1 资料与方法

1.1一般资料

选择2011 年5 月~2013 年6 月在浙江省嘉兴市中医医院 (以下简称“我院”) 就诊92 例颈动脉粥样斑块患者, 其中男62 例, 女30 例, 年龄51~82 岁, 均在我院常规超声检查颈动脉时发现颈动脉斑块患者;92例患者共检出129 个颈动脉硬化斑块, 按照斑块性质分为3 组, 其中软斑组39 个, 混合性斑块组54 个, 硬斑块组36 个, 临床排除脑部出血性病变, 排除心源性、低血压性脑梗死, 经常规超声检查, 至少有1 个斑块厚度>1.5 mm, 且斑块位于颈动脉分叉处附近。

1.2 仪器及方法

采用日立EUB6500、EUB7500 型彩色超声诊断仪, 线阵探头, 频率5~13 MHz。受检者平静呼吸, 呈仰卧位, 充分暴露颈部, 先行常规颈动脉超声检查, 利详细描述斑块的厚度、形态、位置, 内部回声, 有无钙化及狭窄, 以及彩色多普勒血流信息, 依据Hodgson的斑块分类标准[5], 将斑块分为软斑块组、混合性斑块组、硬斑块组。选取最大厚度斑块, 在清晰显示二维图像后, 切换至弹性成像模式, 在颈动脉的长轴切面, 固定探头于斑块处, 选取弹性成像ROI区, 包括颈动脉斑块, 且感兴趣区面积为病灶2 倍以上, 手持探头做微小振动, 将仪器显示屏上代表压力与压放频率的综合数字指标控制在2~3 为宜。 采用双幅画面同步显示, 实时观测二维成像图和弹性成像图, 同时弹性图中颈总动脉血流色彩显示红色时固定图像, 采用不同颜色的编码区别不同组织内部的弹性高低, 在ROI内部, 将斑块区域定义为A区, A区的选择尽量将全部斑块包括在内, 其应变值用ROI A表示;将颈总动脉内的血液成分区域定义为B区, B区的选择尽可能多的包括血液成分组织, 其应变值用ROI B表示, 计算B/A值即应变率, 即SR值。

超声弹性成像评分:采用4 分评分法对颈动脉粥样硬化斑块进行评分[2], 具体的评分标准如下:①1分:斑块表面几乎完全呈现为绿颜色;②2 分:斑块内部呈现为绿色与蓝色的混合, 但绿颜色占主要部分;③3分:斑块呈现出以蓝颜色为主, 板块周边部分可见绿色;④4 分:斑块几乎完全呈现为蓝色。

1.3 统计学方法

采用统计软件SPSS 16.0 对数据进行分析, 正态分布计量资料 (各组斑块ROI A值、SR值) 以均数±标准差 (±s) 表示, 多组间比较采用方差分析, 两两比较采用LSD-t检验。 计数资料以率表示, 采用 χ2检验。采用直线相关分析对相关性进行检验。以P < 0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同类型斑块ROI A值及SR值分析

三组斑块共129 个, 软斑块组39 个, 斑块厚度1.5~5.2 mm, 混合斑块组54 个, 斑块厚度1.5~4.7 mm, 硬斑块组36 个, 斑块厚度1.5~5.7 mm。 三组斑块的ROI A值及SR值比较差异均有高度统计学意义 (F =167.034、886.361, P < 0.01) 。 其中软斑块组ROI A值 (0.0029±0.0008) 高于混合性斑块组 (0.0016±0.0007) 及硬斑块组 (0.0002±0.0001) , 差异均有高度统计学意义 (t = 0.0013、0.0027, P < 0.01) ;混合性斑块组ROIA值高于硬斑块组, 差异有高度统计学意义 (t =0.0014, P < 0.01) 。 软斑块组SR值 (2.18±0.40) 低于混合性斑块组 (5.61±2.29) 及硬斑块组 (44.69±8.88) , 差异均有高度统计学意义 (t = 3.43、42.51, P < 0.01) ;混合性斑块组SR值低于硬斑块组, 差异有高度统计学意义 (t = 39.08, P < 0.01) 。 见表1。

2.2 三组斑块弹性评分结果

三组弹性评分各分值所占比例差异有统计学意义 (χ2= 5.62, P < 0.05) ;其中软斑块组与混合性斑块组、硬斑块组弹性评分各分值所占比例比较, 差异均有统计学意义 (χ2= 4.76、6.91, P < 0.05) ;混合性斑块组与硬斑块组弹性评分各分值所占比例比较, 差异均有统计学意义 (χ2= 8.51, P < 0.05) 。 见表2。

注:ROI A:斑块弹性应变值;SR:颈总动脉与斑块弹性应变值之比

2.3 斑块弹性评分与斑块ROI A值及SR值相关性研究

直线相关分析得出, 斑块弹性评分与斑块ROI A值及SR值均成正相关性 (r = 0.758、0.835, P <0.05) 。

3 讨论

颈动脉斑块是引起缺血性脑卒中重要原因, 不同类型的颈动脉斑块对于临床后果不一, 不稳定斑块易于破裂, 引起严重急性脑血管事件。 常规超声依据斑块的声学特征将斑块分为软斑、混合斑、硬斑。 软斑、混合性斑块属于不稳定斑块, 病理成分以脂质成分居多, 溃疡出血, 组织硬度低, 硬斑属于稳定性斑块, 纤维组织、平滑肌成分居多, 组织硬度大。超声弹性技术能够反映被检测组织的弹性 (硬度) 。

超声弹性成像技术由国外学者提出[6], 弹性成像原理是将受压前后回声信号移动幅度的变化转化为实时彩色图像, 利用色彩的不同来反映组织的硬度, 方占军[7]研究以实时弹性成像技术评价脑卒中患者颈动脉斑块软硬度, 他们认为:软斑块表现为黄绿色或者以绿色为主, 混合性斑块表现为蓝绿相间, 而钙化斑则完全为蓝色所覆盖。 但是沿用乳腺超声弹性评分标准, 超声弹性成像评分目前国内外对于其它还没有统一标准[8,9,10], 同时由于观察者弹性评分主观性较强, 容易造成误差。 弹性成像中定量参数弹性成像ROI A值、SR值, 作为一个量化指标, 越来越受到关注。

本研究中显示硬斑块组ROI A均值及SR均值与混合性斑块组及软斑块组ROI A均值及SR均值有明显差异。说明弹性成像定量参数能够反映不同类型的斑块。本研究同时还显示软斑块、混合性斑块、硬斑块ROI A值呈负相关, 随斑块硬度增大, ROI A值逐渐减小, SR值则相反。 斑块的病理组织成分的差异导致不同, 弹性成像ROI A值及SR值与病理组织改变密切相关, 软斑块组病理特征脂质成分多, 纤维组织及平滑肌成分少, 炎性活跃, 组织硬度小, 可形变能力强, 弹性成像上表现为斑块弹性成像ROI A值大, 混合性斑块组由于斑块的溃疡、出血及纤维化、钙化成分增多, 硬度较软斑大, 硬斑块组由于纤维组织、平滑肌成分多, 脂质成分少, 无溃疡及出血, 组织硬度较大, 可形变能力差, 弹性成像上表现为斑块弹性成像ROI A值小。 弹性应变率 (SR值) 反映的是正常组织与病灶的形变的比值, 因此变化趋势与ROI A值正好相反[11,12]。

本研究不足之处在于弹性成像ROI A值直接反映每个斑块组织形变的指标, 但由于弹性成像对于压力及压放频率要求较高, 导致数值的可重复性差。 SR要求有同等深度参照物对照, 本研究中由于颈动脉斑块周围没有同等组织, 因此在弹性成像过程中尽量保持显示屏上代表压力与压放频率的综合数字指标控制在2~3 为宜, 多次重复测量, 同时选用颈总动脉血流作为参照物, 减少误差。

弹性成像定量参数具有直观, 可重复比较优点, 应用于颈动脉硬化斑块, 可能较弹性彩色图及弹性评分图更为准确提供不同斑块的硬度信息, 可以提供不同类型斑块更客观组织的软硬度信息。

摘要：目的 评价实时超声弹性成像定量参数评价颈动脉粥样斑块的价值。方法 选择2011年5月2013年6月在浙江省嘉兴市中医医院就诊的颈动脉粥样斑块患者92例患者, 共检出129个颈动脉硬化斑块, 按照斑块性质分为3组:软斑块组 (39个斑块) 、混合性斑块组 (54个斑块) 、硬斑块组 (36个斑块) , 分别对各个斑块行超声弹性成像技术检查, 记录并比较各个斑块感兴趣区弹性应变值 (ROI A值) 及应变率 (SR) 。采用超声弹性成像评分评价各组斑块, 并分析与ROI A值及SR值的相关性。结果 ①三组斑块的ROI A值及SR值比较差异均有高度统计学意义 (F=167.034、886.361, P<0.01) 。其中软斑块组ROI A值 (0.0029±0.0008) 高于混合性斑块组 (0.0016±0.0007) 及硬斑块组 (0.0002±0.0001) , 差异均有高度统计学意义 (t=0.0013、0.0027, P<0.01) ;混合性斑块组ROI A值高于硬斑块组, 差异有高度统计学意义 (t=0.0014, P<0.01) 。软斑块组SR值 (2.18±0.40) 低于混合性斑块组 (5.61±2.29) 及硬斑块组 (44.69±8.88) , 差异有高度统计学意义 (t=3.43、42.51, P<0.01) ;混合性斑块组SR值低于硬斑块组, 差异有高度统计学意义 (t=39.08, P<0.01) 。②三组弹性评分各分值所占比例差异有统计学意义 (χ2=5.62, P<0.05) ;其中软斑块组与混合性斑块组、硬斑块组弹性评分各分值所占比例比较, 差异均有统计学意义 (χ2=4.76、6.91, P<0.05) ;混合性斑块组与硬斑块组弹性评分各分值所占比例比较, 差异均有统计学意义 (χ2=8.51, P<0.05) 。③斑块弹性评分与斑块ROI A值及SR值均成正相关性 (r=0.758、0.835, P<0.05) 。结论 超声弹性成像斑块弹性ROI A值及SR可以定量反映不同类型颈动脉斑块质地, 可以作为常规超声评估斑块稳定的组织学参考。

定量超声 篇7

骨质疏松症是一种由于骨密度(Bone Mineral Density,BMD)减少,导致骨骼强度降低,多孔易折的病症。定量超声技术是一种新的骨密度测量技术,该技术采用BUA和SOS作为参数反映骨密度的大小,实现骨质疏松症的检测,其中SOS参数和骨密度具有较好的相关性,得到广泛的关注[1,2,3]。SOS测量中的骨骼传播时间定标方法影响SOS测量结果,不同定标方法测量的SOS结果各不相同。文献[4]总结了国内外现有的定标方法。然而哪种定标方法最适合于SOS测量,目前尚无定论,本文主要通过实验研究不同的定标方法与骨密度的相关性,找出相关性最高的定标方法,从而选出SOS测量骨密度的最优定标方法,提高骨质疏松症诊断精度,为超声检测骨密度的临床医学应用提供一定帮助。

1 理论

1.1 SOS测量原理[2]

SOS测量是对骨骼的超声传播速度进行测量。具体测量系统如图1所示,测量时发射探头发射超声波透射过骨样本,被接收探头接收后送入计算机进行处理。

设没有骨样本时,超声透过水的传播时间为t1。不改变两探头位置,在两探头间放置被测骨样本,如图1所示,测得两探头之间的超声传播时间为t2。则可知超声在设超声波在水中的

传播速度为cw,超声波在骨样本中的传播速度为cs。设被测物体的宽度为d,可得:

对式(1)变形可得:

由式(2)可知,cs取决于Δt。因此精确测量Δt是获得准确SOS的关键。

1.2 传播时间定标方法

传播时间定标是指根据接收信号波形特征,确定两个接收信号之间的时延Δt。现有确定Δt的定标方法很多,常见的是根据接收信号的第一到达峰值、起始点值、接收信号最大值、过零点平均值、峰值点平均值等之间的时间差来确定。具体如图2所示,图中绿色线为水的接收信号,蓝色线为骨样本的接收信号,图中标明了最大值点和第一峰值点及起始点。

测量时先确定接收信号的定标点,得到接收信号的传播时间t1、t2,即可以得到接收信号之间的时延Δt。图1为采用最大值定标时,得到传播时间t1、t2。同样可以得到其他定标方式对应的接收信号时延。过零点平均值和峰值平均值定标是指发射接收信号的多个零点或峰值对应的时延的平均值。

2 实验

本次实验样本为离体牛胫骨中松质骨部分,共8块样本,样本薄厚均匀,厚度在2~10mm之间。实验采用聚焦型超声探头,如图3(a)所示,其中心频率为1MHz,系统采样率为20Msps,时间分辨率为0.05μs,电压分辨率为0.1m V,发射电压峰峰值为50V,接收放大倍数20~60d B范围内可调。实验时在室温下进行,设水中超声速度为1500m/s。

(a)实验用骨样本和传感器

(b)测量骨样本重量

图3骨密度测量实验(参见右栏)

实验时先测量骨样本的SOS,再测量样本的骨密度。具体的实验步骤如下:

(1)测量骨样本的SOS。采用实验系统对骨样本进行测量,得到接收信号。采用不同的定标方式测量出对应传播延时时间Δt。

(2)采用游标卡尺测量出牛骨厚度d,每个样本测量五次取平均值。

(3)将Δt和d代入式(2)中得到不同定标方法的SOS。

(4)测量骨样本的BMD。先对骨样本进行脱脂处理,然后测量体积、重量,如图3(b)所示,计算BMD值。

(5)计算不同定标方法的SOS和BMD的相关性,从而确定相关性最优的定标方法。

3 结果

通过实验可以得到骨样本的BMD值,分布在0.4~1mg/cm3之间,并测量出五种定标方式的SOS值,分布在1.5~3.5km/s之间。这些测量结果与文献[5,6]相符,可见本实验所得结果基本正确。具体如图4和图5所示。

图4为纵坐标为最大值和峰峰值平均值定标所得到的SOS结果,横坐标为对应的BMD值,可见这两种定标方式所得SOS和BMD基本满足线性关系,SOS随BMD的增大而增大,可见二者相关性较好。最大值定标所得S O S与B M D相关性r=0.8384(p=0.0093)。而峰峰值平均值所得SOS与BMD相关性r=0.7423(p=0.0349)。可见最大值略优于峰峰值。

(a)起点(b)第一峰值点(c)过零点平均值

图5起点、第一峰值点、过零点平均值定标所得的SOS结果

图5为起点、第一峰值点、过零点平均值定标所

得的SOS结果与BMD的关系,由图可见,这三种定标方式所得SOS和BMD相关性较差,测量结果和拟合直线方差较大,二者不满足线性关系,尤其是起始点和第一峰值点的测量结果存在明显错误。起点定标所得S O S与B M D相关性r=-0.0 7 6 6(p=0.8 5 6 8),第一峰值点为r=-0.1 3 6 0(p=0.7482),过零点平均值为r=0.3774(p=0.3567)。

综上可见,在上述的五种定标方式中,最大值点定标所得SOS相关性最好,而起始点和第一峰值点最差。其原因在于透过骨骼的接收信号幅值较为微弱,信噪比较低,因此起始点较难确定,从而导致误差增加。另一方面由于骨骼对不同频率的超声信号衰减不同,透过骨骼的信号波形发生变化,使得第一峰值也难以确定,从而导致起始点和第一峰值点测量SOS误差较大,从而影响测量结果。

4 总结

目前SOS计算过程中,由于不同的定标方式导致时延有所不同,从而导致SOS计算结果出现误差。本研究主要通过实验方式确定不同定标方法对SOS测量结果的影响,以SOS和BMD的相关性为标准,确定最优的定标方法。实验结果表明,最大值定标方式适合于计算SOS。

摘要：定量超声技术是一种新的骨密度测量技术,该技术采用宽带超声衰减(Broadband UltrasonicAttenuation)和超声声速(Speed of Sound,SOS)作为参数反映骨密度。其中SOS和骨密度具有较好的相关性,而得到广泛的研究。SOS测量中的传播时延的定标方式严重影响测量结果,文章测量了常见的五种定标方式所对应的SOS,并通过实验验证不同的定标方式所得到的SOS与骨密度的相关性。实验结果表明最大值定标方式的相关性最高(r=0.8384),为SOS最优定标方法。本研究有助于骨密度的精确测量,提高骨质疏松症的临床诊断能力。

关键词：骨密度,超声声速,定标,最大值

参考文献

[1]Wear KA,Nagaraja S,Dreher M L.Relationshipsof quantitative ultrasound parameters with cancellousbone microstructure in human calcaneus in vitro[J].J.Acoust.Soc.Am.2012,131(2):1605-1612

[2]郑驰超.超声测量骨密度及超声成像的若干方法的研究[D].合肥:中国科学技术大学,2010.

[3]Toyras J,Nieminen M T.Bone mineral density,ultrasound velocity,and broadband attenuationpredict mechanical properties of trabecular bonedifferently[J].Bone.2002,31(4):503-507.

[4]Wear KA.AMethod for improved standardizationof in vivo calcaneal time-domain speed-of-soundmeasurements[J].IEEE Transactions on Ultrasonics,and Frequency Control,2008,55(7):1473-1479.

[5]Mizuno K,Matsukawa M,Otani T.Effects ofstructural anisotropy of cancellous bone on speedof ultrasonic fast waves in the bovine femur[J].IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control,2008,55(7):1480-1487.