超聲彈性成像在宮頸癌篩查中的應(yīng)用研究進(jìn)展

李桐,王建東

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院婦瘤科,北京1000100

宮頸癌是中國第二大婦科惡性腫瘤,每年約有10萬新發(fā)病例[1].目前,宮頸癌的篩查以"三階梯"模式(細(xì)胞學(xué)-陰道鏡-病理活檢)為基礎(chǔ),但是液基薄層細(xì)胞學(xué)檢查(thinprep cytologic test,TCT)的結(jié)果受讀片水平、取材方法等多種因素影響.相關(guān)研究表明,TCT的準(zhǔn)確率僅有70%～80%,因此提高宮頸癌篩查的檢出率十分必要[2].

超聲彈性成像由Ophir等[3]在1991年首次提出,其原理為與正常組織相比,病變組織的物理屬性(硬度)會(huì)發(fā)生改變,在受到外力壓迫或聲波脈沖后組織發(fā)生不同程度的變形,儀器獲取組織變形參數(shù)后將其編碼成不同顏色間接反映組織硬度差異,從而判斷病變的良惡性[4].超聲彈性成像技術(shù)按激勵(lì)方式的不同可以分為靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)壓縮的彈性成像(又稱準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像)、輻射力振動(dòng)成像、剪切波彈性成像、血管彈性成像和心肌彈性成像[5].目前,在宮頸癌篩查中應(yīng)用最多的是準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像和剪切波彈性成像.

1 準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像和剪切波彈性成像的原理

1.1 準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像原理

準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像又稱實(shí)時(shí)組織彈性成像(realtime elastography,RTE)[6-8],即通過對(duì)組織施加壓力使組織產(chǎn)生位移,再用儀器測(cè)量其位移繪制出圖像.每種生物組織都有其特異的彈性系數(shù),彈性系數(shù)是評(píng)價(jià)組織硬度的一個(gè)指標(biāo).彈性系數(shù)大,受壓后產(chǎn)生的位移小,則組織硬;相反,彈性系數(shù)小,受壓后產(chǎn)生的位移大,則組織軟.不同組織的彈性系數(shù)不同,同一組織在不同病理狀態(tài)下的彈性系數(shù)也不同.因此,通過對(duì)彈性系數(shù)的測(cè)量,可以反映組織硬度的變化,進(jìn)而判斷是否發(fā)生病變.

1.2 剪切波彈性成像原理

剪切波彈性成像是近年來新研究的一種通過聲輻射作用于組織的技術(shù),通過探頭發(fā)射脈沖在組織不同深度聚焦產(chǎn)生"馬錐赫效應(yīng)",引起組織位移產(chǎn)生橫波也稱為剪切波.不同組織的硬度不同,其剪切波傳播的速度也不同,測(cè)量剪切波的傳播速度,將其轉(zhuǎn)化為楊氏模量值(E=3pc2,E表示楊氏模量值,p表示組織密度,c表示組織剪切波傳播速度)并記錄.楊氏模量值是反映組織硬度的指標(biāo),楊氏模量值越大,表明組織越硬;相反,楊氏模量值越小,表明組織越軟.因此,可以通過比較不同組織楊氏模量值的大小來判斷組織的硬度.采用相關(guān)軟件將楊氏模量值編碼成彈性彩圖,可以更直觀地判斷組織的軟硬程度.目前,剪切波彈性成像應(yīng)用最多的兩種成像方法為實(shí)時(shí)剪切波彈性成像和超高速剪切波彈性成像.

1.2.1 實(shí)時(shí)剪切波彈性成像原理 實(shí)時(shí)剪切波彈性成像與聲輻射沖擊成像、聲觸診組織量化的區(qū)別在于其可獲得感興趣區(qū)(region of interest,ROI)內(nèi)最大楊氏模量值、最小楊氏模量值和平均楊氏模量值,從而避免對(duì)ROI內(nèi)的組織硬度一概而論,減少誤差.實(shí)時(shí)剪切波彈性成像不僅能夠測(cè)量局部宮頸組織的硬度,還能夠整體評(píng)價(jià)宮頸組織的硬度,對(duì)可疑病變部位組織重新測(cè)量剪切波的傳播速度,可以降低誤診率.

1.2.2 超高速剪切波彈性成像原理 超高速剪切波彈性成像是最新的聲輻射沖擊成像技術(shù),其與實(shí)時(shí)剪切波彈性成像類似,即通過楊氏模量值和彈性彩圖反映組織硬度,但超高速剪切波彈性成像的聲輻射脈沖更強(qiáng),超聲波在組織中以平面波傳播,并在組織不同深度連續(xù)聚焦,提高了剪切波的傳播速度和時(shí)間圖像的分辨率,彈性圖像幀頻達(dá)到每秒20 000幀,使圖像更清晰,顏色分辨更明確[9].由于超高速剪切波彈性成像擁有更好的計(jì)算機(jī)圖形處理器和更快的中央處理運(yùn)算速度,因此該技術(shù)剛剛興起便有研究者將其應(yīng)用于宮頸癌的篩查[10].

2 準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像和剪切波彈性成像在宮頸組織中的評(píng)價(jià)方法

2.1 準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像的評(píng)價(jià)方法

目前準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像在宮頸癌篩查中主要有兩種評(píng)價(jià)方法,分別為彈性評(píng)分法和應(yīng)變率比值法.

2.1.1 彈性評(píng)分法 用超聲探頭輕壓宮頸表面,至壓力指數(shù)為3～4時(shí),持續(xù)3～4秒,待顏色完全充填ROI后獲得圖像.宮頸組織受壓產(chǎn)生相應(yīng)的位移,儀器獲取其位移量,通過軟件編碼成紅綠藍(lán)三色,形成超聲圖像,醫(yī)師根據(jù)顏色分布做出診斷.相關(guān)研究表明,正常宮頸組織硬度中等,超聲圖像呈綠色;妊娠末期成熟宮頸組織較軟,超聲圖像呈紅色;宮頸惡性腫瘤組織較硬,超聲圖像呈藍(lán)色[11].根據(jù)Thomas等[12]提出的宮頸彈性圖像5級(jí)法對(duì)彈性圖像進(jìn)行評(píng)分:1分表示正常,表現(xiàn)為區(qū)域中2/3呈綠色,1/3呈紅色,極少呈藍(lán)色,宮頸管線清晰,無藍(lán)色區(qū)域;2分表示基本正常,表現(xiàn)為區(qū)域中2/3呈綠色,1/3呈紅色和藍(lán)色,宮頸管線清晰,局灶性藍(lán)色區(qū)域伴有其他顏色;3分表示交界狀態(tài),表現(xiàn)為區(qū)域中2/3呈綠色,1/3呈紅色和藍(lán)色,宮頸管線基本可見,伴局部藍(lán)色區(qū)域;4分表示大致異常,宮頸中藍(lán)色多于紅色,宮頸管線中斷,存在可疑藍(lán)色區(qū)域,突出宮頸輪廓;5分表示異常,藍(lán)色區(qū)域最大,宮頸管線中斷,藍(lán)色區(qū)域邊緣清晰可見,突出宮頸輪廓.

2.1.2 應(yīng)變率比值法 應(yīng)變率比值法是體現(xiàn)組織在壓力下變形速率的度量方法,應(yīng)變率越大提示壓力下組織變形越快、組織彈性越好.在宮頸組織中選擇一塊RO(I可疑病變區(qū)域),同時(shí)選擇一塊正常宮頸組織區(qū)域作為對(duì)照,分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)區(qū)域的應(yīng)變率,然后計(jì)算兩個(gè)區(qū)域的應(yīng)變率比值[應(yīng)變率比值=應(yīng)變率正常宮頸組織區(qū)域/應(yīng)變率ROI],該比值越大提示ROI組織相較于正常宮頸組織的硬度越大.以靈敏度為縱坐標(biāo),1-特異度為橫坐標(biāo)繪制受試者特征曲線,選取曲線上真陽性率最高且假陽性率最低點(diǎn)作為宮頸良惡性病變的截?cái)嘀?計(jì)算值≥該截?cái)嘀祫t判斷為宮頸惡性病變.

2.2 剪切波彈性成像的評(píng)價(jià)方法

剪切波彈性成像僅有1種評(píng)價(jià)方法,即楊氏模量值評(píng)價(jià)法.該方法通過比較楊氏模量值的大小和觀察彈性彩圖的顏色來判斷宮頸組織的硬度.彈性彩圖中藍(lán)色表示組織較軟,綠色表示組織硬度適中,紅色表示組織較硬,該彩色編碼與彈性評(píng)分法彩色編碼軟硬顏色正好相反.

剪切波彈性成像與準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像的區(qū)別在于剪切波彈性成像為定量分析,剪切波測(cè)量更準(zhǔn)確,楊氏模量值的大小可以客觀反映組織間硬度的差異;而準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像評(píng)分法為定性分析,應(yīng)變率比值法是半定量分析.因此,剪切波彈性成像的準(zhǔn)確度更高.

3 準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像和剪切波彈性成像在宮頸癌篩查中的應(yīng)用

3.1 準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像在宮頸癌篩查中的應(yīng)用

近年來,準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像被廣泛應(yīng)用于乳腺癌、甲狀腺癌、前列腺癌等惡性腫瘤的診斷研究中[13-16].目前,準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像是超聲彈性成像在宮頸癌篩查研究中應(yīng)用最多的一種研究方法.多數(shù)研究者將彈性評(píng)分≥3分作為宮頸癌的診斷標(biāo)準(zhǔn)[17-20],但也有部分研究者將彈性評(píng)分≥4分作為宮頸癌的診斷標(biāo)準(zhǔn)[21-22].李欣欣[19]研究顯示,將超聲彈性成像評(píng)分≥2分作為截?cái)嘀?宮頸癌診斷敏感度為100%(50/50),但特異度僅為64.0%(64/100);將超聲彈性成像評(píng)分≥4分作為截?cái)嘀?宮頸癌診斷特異度為100%(100/100),但敏感度僅為62.0%(31/50);將超聲彈性成像評(píng)分≥3分作為截?cái)嘀?此時(shí)宮頸癌診斷的敏感度和特異度分別為94.0%(47/50)、91.0%(91/100).岳馨等[20]研究發(fā)現(xiàn),將超聲彈性成像評(píng)分≥3分作為截?cái)嘀?宮頸癌診斷的敏感度達(dá)95.24%(40/42),特異度達(dá)90.48%(38/42).而劉宏等[23]研究發(fā)現(xiàn),正常宮頸組彈性評(píng)分87.5%為1級(jí),慢性宮頸炎組彈性評(píng)分82.3%為2～3級(jí),宮頸上皮內(nèi)瘤樣病變(cervical intraepithelial neoplasia,CIN)組彈性評(píng)分83.9%為2～3級(jí),宮頸癌組彈性評(píng)分85.4%為4～5級(jí).該研究將彈評(píng)分≥4分作為宮頸癌的診斷標(biāo)準(zhǔn),而正常宮頸組織、慢性宮頸炎和CIN三者之間不能區(qū)分.

多數(shù)研究者認(rèn)為,準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像能夠有效區(qū)分宮頸癌與宮頸良性病變及CIN,但是不能區(qū)分CIN與宮頸良性病變[24].但是也有研究顯示,準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像能區(qū)分CIN組與正常對(duì)照組[4].林曉明[4]研究發(fā)現(xiàn),正常宮頸彈性評(píng)分多為1分、CIN彈性評(píng)分多為2～3分,早期宮頸癌彈性評(píng)分為4～5分,且三者之間彈性評(píng)分比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);同時(shí)該研究認(rèn)為,應(yīng)用應(yīng)變率比值法評(píng)價(jià)宮頸癌前病變時(shí),CINⅠ、CINⅡ的應(yīng)變率與CINⅢ比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),但CINⅠ的應(yīng)變率與CINⅡ比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.377).

3.2 剪切波彈性成像在宮頸癌篩查中的應(yīng)用

剪切波彈性成像是一種定量評(píng)價(jià)方法,其廣泛應(yīng)用于甲狀腺疾病、乳腺疾病、宮頸疾病和腎臟疾病等研究.相關(guān)研究表明,正常宮頸前后壁的剪切波彈性成像楊氏模量值比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),且楊氏模量值不隨女性年齡、生理周期和絕經(jīng)情況的變化而改變[25].由于正常生理狀態(tài)不會(huì)導(dǎo)致剪切波彈性成像楊氏模量值的改變,因此楊氏模量值的異常能更好地反映宮頸病變的病理狀態(tài).魏珊等[26]研究發(fā)現(xiàn),超高速剪切波彈性成像應(yīng)用于宮頸癌前病變及宮頸浸潤(rùn)癌診斷時(shí),宮頸癌組的楊氏模量值與CIN組、正常對(duì)照組比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),但CIN組的楊氏模量值與正常對(duì)照組比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05).

3.3 準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像與剪切波彈性成像的比較

準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像為定性或半定量研究方法,而剪切波彈性成像為定量方法,能更客觀地反映宮頸組織硬度,因此剪切波彈性成像在原理上更客觀.準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像人為施加壓力和閱讀彩色圖像時(shí)會(huì)產(chǎn)生主觀影響,而剪切波彈性成像不存在主觀影響,因此結(jié)果比準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像更準(zhǔn)確.

剪切波彈性成像不僅僅反映宮頸某一點(diǎn)組織的硬度,而是反映宮頸整體的硬度.通過獲得ROI內(nèi)最大楊氏模量值、最小楊氏模量值和平均楊氏模量值,可以綜合分析宮頸部位的病變,而準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像做不到如此精準(zhǔn).魯蓉和肖螢[27]的研究認(rèn)為,應(yīng)用準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像技術(shù)測(cè)量宮頸組織時(shí)若宮頸癌病灶中出現(xiàn)出血壞死灶,宮頸組織對(duì)壓力和壓放頻率的感受會(huì)被液化部分影響,出現(xiàn)假陰性結(jié)果;若病灶中出現(xiàn)鈣化灶則會(huì)出現(xiàn)假陽性結(jié)果.而剪切波彈性成像能通過綜合評(píng)價(jià)宮頸組織硬度,對(duì)于可疑病灶部位反復(fù)測(cè)量,不局限于準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像對(duì)某一圖像顯色的判斷,可以降低誤診率.

研究發(fā)現(xiàn),準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像和剪切波彈性成像均能顯示病灶范圍,為宮頸癌活檢定位,但準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像較剪切波彈性成像能更精準(zhǔn)地顯示病灶邊界[28].徐明等[29]研究認(rèn)為,剪切波彈性成像比準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像對(duì)腫瘤邊緣的判斷更精確.

超聲彈性成像技術(shù)不能區(qū)分CIN與宮頸良性病變的原因可能為CIN的異型細(xì)胞僅存在于上皮層并未突破基底膜浸潤(rùn)間質(zhì),而宮頸癌組織中腫瘤細(xì)胞在間質(zhì)內(nèi)形成團(tuán)塊狀或網(wǎng)狀使組織硬度增加更明顯.但也有研究認(rèn)為,CIN的異型細(xì)胞雖未突破基底膜,但是其平滑肌細(xì)胞的異型性變理論上會(huì)引起組織彈性系數(shù)的改變,因此需要大樣本量的進(jìn)一步研究[30].以上研究表明,超聲彈性成像技術(shù)在CIN中的應(yīng)用仍需進(jìn)一步深入研究.

魯蓉[2]的研究認(rèn)為,準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像應(yīng)變率比值法應(yīng)用于宮頸癌篩查時(shí),其準(zhǔn)確率高于TCT.因此,準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像應(yīng)用于宮頸癌篩查的研究是很有意義的.大量研究顯示,超聲彈性成像技術(shù)可用于判斷肺癌患者是否存在頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移[31-34].周春華等[35]研究認(rèn)為,超聲彈性成像可用于診斷乳腺癌腋窩淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移情況.史俊妮等[36]研究發(fā)現(xiàn),超聲彈性成像技術(shù)可用于鑒別惡性淋巴瘤和轉(zhuǎn)移性淋巴癌.目前已有大量研究顯示,超聲彈性成像技術(shù)可用于診斷多種腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況,但是尚無關(guān)于宮頸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的研究[37-39].因此,可以開展超聲彈性成像技術(shù)在宮頸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷研究,超聲彈性成像技術(shù)不僅可以應(yīng)用于宮頸癌篩查,也可能輔助判斷宮頸癌的分期.

4 小結(jié)

超聲彈性成像可以通過對(duì)宮頸組織施加外力或發(fā)射聲波脈沖的方式,使宮頸組織形變產(chǎn)生位移或剪切波.通過測(cè)量宮頸組織位移量和剪切波傳播速度編碼成彩色圖像反映宮頸病變狀態(tài).準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像和剪切波彈性成像在宮頸癌病變?cè)\斷研究中均具有篩查作用,但剪切波彈性成像比準(zhǔn)靜態(tài)彈性成像更加準(zhǔn)確.超聲彈性成像技術(shù)在宮頸癌篩查、病灶邊緣判定和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中均具有診斷作用,然目前尚無統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn),需要更進(jìn)一步的研究.