20 MHz 與50 MHz超聲皮膚成像與測量的比較研究

冉夢龍 劉德華 張婧秋 涂平 楊淑霞 李航100034北京大學(xué)第一醫(yī)院皮膚病與性病科

·論著·

20 MHz 與50 MHz超聲皮膚成像與測量的比較研究

冉夢龍 劉德華 張婧秋 涂平 楊淑霞 李航100034北京大學(xué)第一醫(yī)院皮膚病與性病科

目的了解20 MHz和50 MHz兩種超聲頻率下人體不同部位皮膚的成像特點(diǎn)，比較兩種頻率超聲測量皮膚厚度時的信度。方法招募健康志愿者39名，年齡18～39歲。采用20 MHz和50 MHz超聲對受試者全身20個部位皮膚進(jìn)行超聲成像，由3名醫(yī)師分別測量各人體部位表皮與真皮的厚度，分析超聲圖像，并通過計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)判斷不同頻率超聲測量不同部位皮膚厚度時的信度。結(jié)果兩種頻率超聲測量各部位表皮時組內(nèi)相關(guān)系數(shù)基本小于或接近0.7，信度不理想；在光滑平坦的人體部位，兩種頻率超聲測量真皮時組內(nèi)相關(guān)系數(shù)基本大于0.75，信度較高。20 MHz超聲可以充分顯示真皮與部分皮下組織，50 MHz超聲僅能顯示真皮層結(jié)構(gòu)，但對細(xì)節(jié)成像更清晰。在一些解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不平整的部位，兩種頻率超聲在成像深淺、細(xì)節(jié)分辨能力方面各有利弊。結(jié)論20 MHz和50 MHz超聲作為無創(chuàng)影像工具能夠很好地反映表皮及真皮結(jié)構(gòu)；在人體不同部位，要根據(jù)兩種頻率超聲的成像特點(diǎn)進(jìn)行選擇。

超聲檢查；皮膚結(jié)構(gòu)；皮膚厚度；組內(nèi)相關(guān)系數(shù)

超聲是一種傳統(tǒng)的無創(chuàng)影像檢查技術(shù)。理論上，超聲頻率與成像分辨率成正比，與穿透深度成反比。20 MHz與50 MHz超聲探頭的軸向和側(cè)向分辨率均可達(dá)到50 μm，并且50 MHz超聲穿透深度約為 4 mm，而 20 MHz超聲的穿透深度可達(dá) 1 cm［1］。這兩種頻率的超聲基本可以滿足皮膚成像需求，可成為皮膚無創(chuàng)檢查工具。然而，它們在皮膚成像時的區(qū)別、人體不同部位皮膚結(jié)構(gòu)對超聲成像的影響都還不清楚。針對上述問題我們采集不同部位皮膚超聲圖像，并進(jìn)行信度分析，為兩種頻率超聲進(jìn)一步應(yīng)用于皮膚科臨床打下基礎(chǔ)。

對象與方法

一、對象

招募皮膚完全發(fā)育成熟、無明顯老化的青中年健康志愿者39名，年齡18～39歲，女20名，男19名。本研究通過北京大學(xué)第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，受試對象均簽署知情同意書。

二、方法

超聲成像部位：額部、面頰、鼻背、鼻翼、下頜、頸部、前胸、上腹、下腹、背部、腰部、股前、脛前、小腿屈側(cè)、手背、手掌、足背、足跟、指甲、趾甲。分別使用20 MHz和50 MHz超聲探頭采集39名受試對象上述部位的超聲圖像，超聲設(shè)備為MEDA MD?300S皮膚超聲診斷系統(tǒng)（天津邁達(dá)有限公司）。定義真皮層為中等回聲，表皮則為高回聲，皮下組織為低回聲，以此可明確區(qū)別超聲圖像中表皮、真皮、皮下組織等結(jié)構(gòu)。3名皮膚科醫(yī)師經(jīng)統(tǒng)一培訓(xùn)后，分別獨(dú)立判讀皮膚超聲圖像，并測量圖像中表皮與真皮的厚度（指甲和趾甲除外），對結(jié)果進(jìn)行一致性比較和分析，總結(jié)成像特點(diǎn)。

三、統(tǒng)計(jì)分析方法

應(yīng)用stata9.0軟件，對3名醫(yī)師測量的表皮與真皮厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用混合效應(yīng)模型和Consistency類型，通過計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)判斷不同頻率超聲測量不同部位皮膚厚度時的信度。組內(nèi)相關(guān)系數(shù)大于0.75說明信度良好；對于定量數(shù)據(jù)，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)越高，信度越高。

結(jié) 果

一、皮膚結(jié)構(gòu)的一般超聲成像特點(diǎn)

在20 MHz和50 MHz超聲下，表皮層通常表現(xiàn)為強(qiáng)回聲，細(xì)帶狀，有時可見“三線征”，即上下2條強(qiáng)回聲帶加中央1條中等至弱回聲帶；真皮為較寬厚的中等回聲區(qū)域，在部分影像中可以看到真皮深層回聲比淺層略強(qiáng)；皮下層表現(xiàn)為低回聲，其中可見條索狀或網(wǎng)格狀、強(qiáng)至中等回聲帶，這些回聲帶應(yīng)是脂肪筋膜結(jié)構(gòu)中的纖維結(jié)締組織及神經(jīng)組織。

二、人體不同部位皮膚超聲成像特點(diǎn)

在較為平坦的部位，20 MHz和50 MHz超聲皮膚成像較為清晰，能夠明確區(qū)分表皮層、真皮層與皮下層（圖1A、1B），成像特點(diǎn)符合上述一般規(guī)律。20 MHz超聲圖像即使是在真皮最厚的區(qū)域（如背部、腰部）也能完整地呈現(xiàn)出真皮全層及皮下組織（圖2A），但有時表/真皮邊界不夠清晰，在解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不平整的區(qū)域（如鼻部、手、足），超聲圖像難以清晰反映結(jié)構(gòu)層次（圖1C）。在50 MHz超聲圖像中，皮膚各層次更加分明，區(qū)別度更高，在解剖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且不平整的區(qū)域能夠提供結(jié)構(gòu)層次更為清晰的圖像（圖1D），但是在真皮較厚的區(qū)域圖像不能完全反映出真皮的全貌，部分真皮深層未能完整成像（圖2B），皮下組織基本無法成像。

圖1 不同區(qū)域皮膚20 MHz和50 MHz超聲圖像 1A、1B：平坦區(qū)域（前胸）皮膚；1C、1D：解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不平整區(qū)域（鼻背）皮膚；1E、1F：甲

在手足指、趾甲區(qū)域，20 MHz和50 MHz超聲均能很好地反映甲的解剖結(jié)構(gòu)，甲板顯示為高回聲的亮影，甲母和甲床顯示為低回聲暗影。在20 MHz超聲圖像中，可以清楚地觀察到甲母、甲床的結(jié)構(gòu)和回聲強(qiáng)弱（圖1E）。50 MHz探頭由于穿透力較差，甲母和甲床顯示為無回聲區(qū)，但是甲板成像非常清晰（圖1F）。

在胡須較濃密的男性志愿者下頦區(qū)域，50 MHz超聲圖像中可以看到縱向平行排列的低回聲條帶，反映該區(qū)域存在大量毛囊（圖2C、2D）。

在足跟區(qū)域，20 MHz和50 MHz超聲均不能很好地成像，圖像中僅見一條線狀強(qiáng)回聲帶，其后為雜亂的低回聲，甚至無回聲（圖2E、2F）。

不同區(qū)域皮膚在20 MHz和50 MHz超聲下的表現(xiàn)特點(diǎn)總結(jié)見表2。

三、20 MHz和50 MHz超聲測量皮膚厚度的信度

3名醫(yī)師對不同部位皮膚厚度測量的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)見表1。結(jié)果顯示，在表皮厚度測量方面，不管是使用20 MHz還是50 MHz探頭，各部位（除外面頰部位）的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)都小于或接近0.7。而在真皮厚度測量方面，不同部位的測量結(jié)果有較大差異。根據(jù)人體解剖結(jié)構(gòu)特征、超聲成像特點(diǎn)和真皮厚度測量的信度，可將全身皮膚分為3類：光滑、平坦、結(jié)構(gòu)一致的區(qū)域（額部、面頰、下頜、頸部、前胸、上腹、下腹、背部、腰部、股前、脛前、小腿屈側(cè)），結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域（鼻背、鼻翼、手掌、手背、足背、足跟），甲（指甲、趾甲）。

在光滑、平坦、結(jié)構(gòu)一致的區(qū)域，除50 MHz超聲測得的腰部真皮厚度組內(nèi)相關(guān)系數(shù)較低外，兩種頻率超聲探頭所測得的其他真皮厚度組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均大于0.8，多數(shù)接近或超過0.9。在結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不平整的區(qū)域，兩種頻率的超聲探頭所測得的結(jié)果組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均小于0.75。由于20 MHz和50 MHz的超聲均不能很好地穿透表皮，無法對足跟處皮膚厚度進(jìn)行準(zhǔn)確測量。而對于指甲和趾甲，由于其解剖結(jié)構(gòu)的特殊性，未納入表皮、真皮厚度測量的范疇中。

討 論

超聲作為一種傳統(tǒng)的無創(chuàng)影像檢查技術(shù)，由于其分辨率的局限性，過去很少被用于皮膚檢測。隨著20 MHz、50 MHz及更高頻率探頭的出現(xiàn)，其分辨率和穿透深度已從理論上滿足了皮膚檢測的需要，使超聲應(yīng)用于皮膚科領(lǐng)域成為可能。

超聲影像是縱剖面成像，符合皮膚病理閱片習(xí)慣，皮膚科醫(yī)生更容易接受和學(xué)習(xí)；此外，在現(xiàn)今能夠臨床應(yīng)用的皮膚影像技術(shù)中，超聲穿透深度最深，理論上應(yīng)能反映皮膚各層次的結(jié)構(gòu)和變化［2］。目前，超聲在皮膚科潛在的應(yīng)用領(lǐng)域包括：①判斷皮膚腫物的性質(zhì)、范圍及其與周圍組織的關(guān)系［3?5］；②通過病變部位與正常組織的超聲影像對比，對硬皮病、瘢痕等炎癥或腫物的療效進(jìn)行評判［6?8］；③由于通過超聲影像可以判斷藥物被注射的層次和范圍，還可采用超聲對糖皮質(zhì)激素局封等治療進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。然而，要想真正實(shí)現(xiàn)超聲在皮膚科的臨床應(yīng)用，還必須對常用超聲探頭的成像特點(diǎn)和優(yōu)勢有充分的了解。

圖2 特殊區(qū)域皮膚20 MHz和50 MHz超聲圖像 2A、2B：真皮最厚區(qū)域（背部）皮膚；2C、2D：終毛區(qū)域皮膚；2E、2F：足底皮膚

表1 20 MHz和50 MHz超聲分別測量不同部位表皮、真皮厚度的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）

表2 20 MHz和50 MHz超聲在觀察不同區(qū)域皮膚時的特點(diǎn)

本研究結(jié)果提示，在光滑、平坦、結(jié)構(gòu)一致的區(qū)域（額部、面頰、下頜、頸部、前胸、上腹、下腹、背部、腰部、股前、脛前、小腿屈側(cè)），20 MHz和50 MHz超聲均能很好地反映皮膚各層結(jié)構(gòu)。相較而言，20 MHz超聲穿透力較強(qiáng)，對皮下組織也能很好地成像，在需要觀察皮膚深層結(jié)構(gòu)時是較好的選擇。50 MHz超聲分辨率更高，對表/真皮界限區(qū)別清楚，能更好地觀察表皮及真皮淺層變化。

對于解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不平整的區(qū)域，如鼻背、鼻翼、手背、手掌、足背，20 MHz超聲對解剖細(xì)節(jié)的反映能力不足，50 MHz高頻超聲更有利于區(qū)別不同的解剖結(jié)構(gòu)。因此，對這些區(qū)域的皮膚進(jìn)行超聲檢測時，應(yīng)首選50 MHz超聲探頭。足跟部角質(zhì)層極厚，20 MHz和50 MHz超聲均不能完全穿透，因此無法應(yīng)用超聲技術(shù)觀察該部位病變。由此推斷，一些表皮增生、角化過度的皮損也會影響高頻超聲的穿透，在這種情況下應(yīng)考慮通過物理或藥物手段去除過多的角質(zhì)后再進(jìn)行超聲檢測。

20 MHz超聲由于穿透力好，可以完整地顯示甲母和甲床的結(jié)構(gòu)，故而需要觀察甲母、甲床時應(yīng)選用該頻率探頭；50 MHz超聲僅能顯示甲板，但甲板回聲圖像非常銳利，所以需要觀察甲板本身變化時首選50 MHz探頭。

測量皮膚各層次厚度及相關(guān)信度研究，不僅對檢測患者皮膚實(shí)時生理狀態(tài)、比較治療前后效果有實(shí)際意義，而且可以間接提示不同頻率超聲在不同狀態(tài)下檢測的準(zhǔn)確性。在使用20 MHz和50 MHz超聲對表皮、真皮厚度進(jìn)行測量時，表皮和真皮以及不同區(qū)域的真皮之間測量結(jié)果的信度有較大差異，這與皮膚本身的解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有密切關(guān)系。表皮本身平均厚度不足1 mm，在測量過程中可能受到諸多外在因素影響，因此，不管在哪種頻率的超聲圖像中，其厚度測量的信度均較差。對于真皮而言，光滑、平坦、結(jié)構(gòu)一致的區(qū)域由于解剖層次清晰，在超聲圖像中真皮與皮下組織的界限易于分辨，因而厚度測量的信度良好；而解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不平整的區(qū)域，由于其本身皮下組織菲薄，真皮下缺少脂肪組織，而血管、軟骨、肌腱等結(jié)構(gòu)交錯存在，使得其超聲圖像較為復(fù)雜，難以明確分辨真皮與皮下組織的界限，因此不同醫(yī)師間測得的厚度差異較大，信度較差。

因此，20 MHz和50 MHz超聲技術(shù)是皮膚影像學(xué)的重要組成部分，能為皮膚科醫(yī)師提供無創(chuàng)、縱向、皮膚全層的影像。不同頻率超聲探頭有不同的適應(yīng)證，故而要針對檢測的目的選擇恰當(dāng)頻率的超聲。

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A comparison of 20?MHz and 50?MHz ultrasonography in imaging and measuring the skin

Ran Menglong,Liu Dehua,Zhang Jingqiu,Tu Ping,Yang Shuxia,Li Hang
Department of Dermatology and Venereology,Perking University First Hospital,Beijing 100034,China

Li Hang,Email:drlihang@126.com

ObjectiveTo investigate imaging characteristics of human skin in different sites by using 20?MHz and 50?MHz high?frequency ultrasonography,and to compare the reliability of skin thickness measurement by the above two approaches of ultrasonography.MethodsA total of 39 healthy volunteers aged 18-39 years were enrolled into this study.Then,20?MHz and 50?MHz ultrasonography were separately performed to image 20 different sites on the body,and the thickness of the epidermis and dermis were measured and evaluated by 3 dermatologists independently.The ultrasonic images were analyzed,and the intraclass correlation coefficient（ICC）was used to assess and compare the reliability of skin thickness measurement by 20?MHz and 50?MHz ultrasound.ResultsThe ICC values were less than or close to 0.7 in epidermal thickness measurement at almost all the tested sites between 20?MHz and 50?MHz ultrasono?graphy,suggesting poor reliability.However,20?MHz and 50?MHz ultrasonography showed excellent reliability in dermal thickness measurement with the ICC greater than 0.75 at almost all the tested smooth and flat body sites.The 20?MHz ultrasound could provide clear images of the dermis and subcutaneous tissue,while 50?MHz ultrasound could only provide clearer images of the dermis in details.In some uneven sites with complex anatomical structures,20?MHz and 50?MHz ultrasound probes had their own advantages and disadvantages in imaging depth and detail resolution.ConclusionsThe 20?MHz and 50?MHz ultrasono?graphy both can serve as non?invasive imaging techniques to show structures of the epidermis and dermis better.In different parts of human body,ultrasound frequencies should be selected according to their imaging characteristics.

Ultrasonography;Skin structure;Skin thickness;Interclass correlation coefficient

李航，Email：drlihang@126.com

10.3760/cma.j.issn.0412?4030.2017.07.004

2017?04?18）

（本文編輯：顏艷）