声脉冲辐射力成像技术在肝脏局灶性病变的诊断及介入治疗中的应用

钟志方 崔建华

肝脏局灶性病变(focal liver lesion, FLL)是临床上常见的肝脏疾病，对FLL良恶性的鉴别诊断一直是影像和临床工作者的研究热点。常规超声具有经济，便捷，可重复，无辐射等优点，基本能反应FLL的异常图像特征，可以应用于普查[1]。但由于常规超声技术本身的局限，对病灶定性能力较弱。声脉冲辐射力成像（acoustic radiation force impulse, ARFI）技术是在超声弹性成像基础上建立的一项新兴成像技术，是一种无创性测得靶组织硬度信息的新方法，目前，国内外已有临床资料报道声触诊技术用于无创评价肝纤维化具有重要意义[2-3]。

1 ARFI基本原理及生物学基础

1.1 ARFI技术的基本原理 Ophir等于1991年最早提出超声组织弹性成像[4]，其利用生物组织的力学特性差异，通过区分外力作用下不同生物组织的应变而进行成像。Taylor等将超声弹性成像技术分为3种[5]：压迫性弹性成像、瞬时弹性成像及振动性弹性成像。ARFI技术属振动性弹性成像，其基本原理为利用短时程(＜1s)、高能量聚焦声脉冲作用于组织感兴趣区（Region of interest,ROI），使其产生瞬时、微米级(1～10μm)纵向和横向的位移,同时发射声脉冲序列探测组织位移，利用这二个方向的位移形变波衍生出声触诊组织成像（virtual touch tissue imaging,VTI）及声触诊组织量化（virtual touch tissue quantification,VTQ）两种技术。VTI先确定需要探测组织弹性的感兴趣区，然后向感兴趣区发射推进脉冲，同时发出序列的超声脉冲波束，产生纵向剪切波，利用相关法运算，得出一灰阶图像，以黑白表示组织相对硬度。灰阶的明暗反映组织硬度，属定性诊断。VTQ是感兴趣区组织受到推进脉冲波作用后，组织会产生伴有横向传递运动的剪切波，序列探测脉冲波将收集到细微变化，系统会记录并演算出剪切波传播的速度。并以剪切波速（Shear wave velocity,SWV）代表组织硬度，SWV以m/s为单位，属定量诊断。组织越硬，弹性系数越大，提示组织弹性位移越小，VTI图像灰度越大，剪切波速越高。ARFI在成像的技术方法上克服了静态/准静态弹性成像对深部组织无法有效施压的局限性，使得弹性成像的应用领域从浅表器官扩展到较深的人体器官，对于腹部检查具有重要意义[6]。

1.2 弹性成像的生物学基础 弹性是生物组织的重要特性，不同组织结构及相同组织结构在不同病理状态下弹性不同，细胞成分及排列不同导致生物体组织具有不同的弹性指数，并以硬度的形式表现，硬度反映的是组织与组织间的阻抗、血管改变以及肿瘤扩张导致的实体压力[7]。生物组织的弹性(或硬度)与其生物学特性紧密相关，与组织的分子构成及分子所构成组织的形式关联密切，并且受周围相邻组织硬度的影响[8]。组织的硬度可以随着肿瘤的发生、发展、恶变而不同,利用这一特性, 超声弹性成像就可对良恶性肿瘤进行鉴别诊断[9]。

2 ARFI技术在肝脏局灶性病变中的应用

Fahey等[10]于2008年将ARFI应于腹部肿瘤，对7例肝脏肿瘤进行ARFI成像。他们研究结果发现，二维超声图像显示肝细胞性肝癌（Hepatocellular carcinoma，HCC）平均对比度为2.9dB，VTI图像平均对比度为7.5dB；转移性肝癌二维超声图像平均对比度为3.1dB，VTI图像平均对比度为9.3dB，提示VTI图像的对比度优于普通二维超声，但AFRI技术对肿块的鉴别诊断有待进一步研究。Cho等[11]应用ARFI对转移性肝癌及胆管细胞癌、HCC、血管瘤病灶进行测量，发现SWV平均值分别为2.18m/s、2.45m/s、1.51m/s，SWV在HCC和肝血管瘤组间差异有统计学意义，以SWV≥2.0m/s诊断肝脏恶性肿瘤的敏感度和特异度分别为89%和81%。与B超图像相比，VTI图像对68% 病灶能显示同等程度或更清晰的边界,说明ARFI在鉴别肝脏肿瘤良恶性中有潜在的应用价值。Shuang-ming T等[12]对128个肝脏局灶性病灶进行ARFI研究，结果表明，恶性病灶SWV平均值为3.14m/s高于良性病灶SWV平均值1.35m/s，并提出SWV为2.22m/s界值鉴别诊断肝脏局灶性病变良恶性的敏感度、特异度、准确度分别为89.7%、95.0%、92.2%。也有相反的研究结果，Heide R等[13]应用VTQ对62个局灶性肝脏病变及周边肝实质进行VTQ测定，结果显示局灶性病变的SWV高于肝脏实质SWV，但肝脏良性病灶和恶性病灶的SWV差异没有统计学意义。该研究认为不同病理类型病灶VTQ测值不同，但是VTQ不能鉴别肝脏局灶性病变的良恶性。国内类婷婷等[14]对76个肝局造性病灶行ARFI检测，结果VTI声像图中，77.50%恶性病灶呈灰黑色；36个良性病灶中，36.11%呈灰黑色，38.89%与周围组织等亮度，25.00%呈灰白色，肝脏良恶性病灶VTI声像图差异有统计学意义。VTQ结果显示，良性病灶SWV明显低于恶性病灶，但肝细胞癌、胆管细胞癌及转移性肝细胞癌三者之间SWV无明显差异。以SWV＝2.04m/s为临界点鉴别肝脏局灶性病变的良恶性，其敏感度、特异度和准确率分别是82.5%、80.60%和81.58%。而吴刚等对53个肝局灶性病灶行VTQ检测，并对30例健康志愿者肝剪切波速度进行测量对比，结果显示恶性肿瘤的硬度明显大于血管瘤和正常肝组织，肝细胞性肝癌和胆管细胞癌硬度大于肝转移癌[15]。

以上研究认为ARFI技术有望成为一种新的鉴别肝良性病变与恶性肿瘤组织参数特征的无创性检查方法，但对于原发性肝癌与转移性肝癌之间硬度差异有无统计学意义尚存在争论，且对VTQ鉴别临界点的确定还没能得到统一结果，有待临床进一步研究。

魏凌琳等[16]对96个肝脏局灶性病变研究，病灶不同检查者不同体位的VTI声像图硬度特征的Kappa均大于0.61，病灶及周围肝实质不同检查者不同体位的SWV值的组内相关系数（ICC）均大于0.71，说明ARFI检查的稳定性与重复性良好。

3 ARFI技术在引导肝局灶性病变介入治疗中的应用

3.1 ARFI与肝局灶性病灶穿刺活检 超声引导下穿刺，尤其是中心静脉置管、组织穿刺活检等已经在临床上广泛应用，然而穿刺针的角度及穿刺针与空间偏移成像平面之间的组织成像问题往往是普通二维超声引导穿刺时需要克服的困难。Rotemberg V等[17]报道，ARFI技术采用标准的可视化诊断扫描仪创建弹性位移图像，能够增加穿刺针的可视性，ARFI能成功定位偏离层面轴线1.5mm甚至2mm的针尖，此外，穿刺针可视化运算法则能在0°～35°之间很好的应用，同时ARFI能显示病灶及其与周围组织的硬度。ARFI技术有望在肝脏局灶性病变的穿刺活检中发挥其重要作用。

3.2 ARFI在肝癌射频消融中的作用 动物肝脏射频消融实验表明[18-19]，与常规超声相比，ARFI技术能更清晰地显示病灶周围组织结构和肿块动态变化，并在体外实验得到证实。Kwon HJ等[20]对38例HCC患者，包括8例HCC射频消融后复发的患者行ARFI检测，研究认为肝癌射频消融后，VTI声像图多表现为黑色，显示病灶的边界较二维超声更加清晰，SWV值多为X.XXm/s ，而复发灶的VTI图像多表现为较浅的灰度，即亮色，ARFI技术有助于区分复发病灶与射频治疗后的病灶，并能够指导病灶的后续治疗。

4 RFI技术的安全性及影响因素

AFRI对组织硬度进行检测时，对人体的影响包括热力学作用及空化效应。Fahey等[21]评价了ARFI在腹部应用时的热力学作用特点：声脉冲时间短，产生能量少，组织升温幅度＜0.7℃，在安全范围内(1.0℃)；空化效应常见于低频、高机械指数(MI＞1.9)超声波的应用过程,而ARFI为高频聚焦脉冲，机械指数＜1.9，产生空化效应的可能性较低[22]。

声衰减使ARFI技术受到限制,VTI不能检测到深度＞10cm的组织位移变化,VTQ技术只能准确测量深度＜8cm的组织。病灶的顺应性也是ARFI技术的限制因素,检查时须要求患者屏气或尽量使所测组织保持静止状态[23]；对于年龄大、肥胖、术后早期或身体条件差者,成像质量及所测值的准确度较差。

综上所述，ARFI技术可以较好的应用于肝脏局灶性病变，有望成为今后无创性鉴别肝脏局灶性病变良恶性的重要检查方法，并可指导局灶性病变的介入治疗，具有良好的临床应用前景。部分学者对于肝脏恶性肿瘤的VTQ研究结果略有不同，可能是由于选取病灶大小不同等原因导致，对于体积较大的肝脏恶性肿瘤，内部新生血管较多，并可伴有局部液化、坏死，这些改变均会影响病灶的生物学硬度从而影响SWV测值。目前对肝局灶性病变良恶性鉴别的VTQ临界点的确定尚无统一的标准，有待临床大样本、大小病灶分类研究，以待得出更加准确、统一的诊断结果。

[1]钱林学,刘玉江,丁惠国.小肝癌的影像学诊断进展[J].世界华人消化杂志,2010,18（5）：479-486.

[2]王兴田,王荣,崔建华,等.慢性乙型肝炎患者肝剪切波速度与肝纤维化分期的相关性研究[J].中华超声影像学杂志,2011,20（12）：1043-1046.

[3]Friedrich-Rust M, Wunder K, Kriener S, et al. Liver fibrosi s in viral hepatitis： noninvasive assessment with acoustic radiation force impulse imaging versus transient elastography[J]. Radiology, 2009, 252(2)： 595-604.

[4]Ophir J, Céspedes I, Ponnekanti H, et al..Elastography：a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues[J].Ultrason Imaging,1991,13(2)： 111-134.

[5]Taylor LS，Porter BC, Rubens DJ, et a1. Three dimensional sonoelastography： Prin-ciples and practices[J].Phys Med Bid, 2000,45(6)：1477-1494.

[6]王彬,李发琪.声辐射力弹性成像：弹性成像的新发展[J].中国医学影像技术,2011,27(4)：852-856.

[7]Paszek MJ，Weaver VM.The tension mounts：mechanics meets morphogenesis and malignancy[J]. J Mammary Gland Biol Neoplasia，2004，9（4）：325-342.

[8]Greenleaf JF, Fatemi M, Insana M. Selected methods for imag ines elastic properties of biological tissues[J].Annu Rev Biomed Eng,2003,5：57-78.

[9]Krouskop TA, Wheeler TM, Kallel F, et al. Elastic moduli of breast and prostate tissues under compression[J]. Ultrason Imag ing, 1998,20(4)：260-274.

[10]Fahey BJ, Nelson RC, Bradway DP, et al. In vivo visualiza tion of abdominal malig- nancies with acoustic radiation force elas tography[J].Physics in Medicine and Biology,2008,53(1)：279- 293.

[11]Cho SH, Lee JY, Han JK.Acoustic radiation force impulse elastography for the evaluation of focal solid hepatic lesions： preliminary findings[J]. Ultrasound Med Biol ,2010,36(2)：202-208.

[12]Shuang-Ming T, Ping Z, Ying Q, et al. Usefulness of acous tic radiation force impulse imaging in the differential diagnosis of benign and malignant liver lesions[J]. Acad Radiol, 2011, 18(7)： 810-815.

[13]Heide R, Strobel D, Bernatik T, et al. Characterization of focal liver lesions (FLL)with acoustic radiation force impulse (ARFI)elastometry[J].Ultraschall Med, 2010, 31(4)： 405-409.

[14]类婷婷,王兴田,崔建华,等.声脉冲辐射力成像技术鉴别诊断肝脏良恶性局造性病变[J].中国医学影像技术,2012,28（3）：524-528.

[15]吴刚，王琦，杨龙，等.定量声辐射脉冲成像技术评价肝肿瘤特性的初步研究[J].中华超声影像学杂志，2011,20(3)：226-229.

[16]魏凌琳.肝脏局灶性病变的超声弹性成像研究[D]：[硕士学位论文].福建医科大学,2011.

[17]Rotemberg V, Palmeri1 M, Rosenzweig S, et al. Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI)Imaging-Based Needle Visualizati on. Ultrason Imaging[J]. 2011,33(1)： 1-16.

[18]Fahey BJ, Hs u SJ, Wolf PD, et al. Liver ablation guidance with acoustic radiation force impulseim aging：challenges and opp or-tunities[J].Phys Med Biol, 2006, 51(15)：3785-3808.

[19]Fahey BJ, Nel son RC, Hsu S J, et al. In vivo guidance and assessment of liver radiofrequency ablation with acoustic radia tion force elastography[J]. Ultrasound Med Biol,2008,34(10)：1590-1603.

[20]KWon HJ, Kang MJ, Cho JH，et al.Acoustic radiation force impulse elastography for hepatocellular carcinoma-associated radiofrequency ablation[J].World J Gastroenterol, 2011,17(14)：1874-1878.

[21]Fahey BJ, Nightingale KR, Nelson RC, et al. Acoustic radia tion force impulse imaging of the abdomen： demons tration of feasibi lity and utility[J].Ultrasound Med Biol,2005,31(9)：1185-1198.

[22]Nightingale K, Soo MS, Palmeri M, et al. Imaging tissue mechanical properties using impulsive acoustic radiation force[J].IEEE International symposium on Biomedical Imaging： Nano to Mac ro,2004,1：41-44.

[23]Clenert DA, Stock K, Klein B, et al. Evaluat ion of acoust ic ra-diation force impulse (ARFI)imaging and contrast enhanced ultrasound in renal tumors of un known etiology in comparison to histological findings[J].Clin H em orheol Microcirc, 2009,43(1)：95-107.