超聲剪切波彈性成像技術(shù)對成年人中腦硬度的定量評估研究

劉銀龍 吳 剛 朱好輝 朱麗敏

河南省人民醫(yī)院 鄭州大學人民醫(yī)院，河南 鄭州 450003

剪切波彈性成像(shear wave elastography，SWE)是一種全新的超聲成像技術(shù)，它能夠提供組織硬度的信息[1-2]，臨床工作中可通過檢測一些組織的彈性模量值來推算這些組織的硬度，通過分析組織硬度屬性的變化對某些疾病進行早期診斷或?qū)Σ∏閲乐爻潭冗M行評估。由于具有簡便、無創(chuàng)、實時、可重復測量等優(yōu)點，SWE技術(shù)被廣泛應用在乙型病毒性肝炎肝纖維化分期的診斷及乳腺、甲狀腺腫塊良惡性的鑒別診斷，但此技術(shù)在中腦的應用未見報道。近年來利用經(jīng)顱彩色多普勒超聲(TCCD)觀察腦實質(zhì)和腦血管方面的研究備受關(guān)注，經(jīng)顱彩色多普勒超聲被用于監(jiān)測腦炎、腦水腫、腦中線移位、腦血管狹窄或閉塞等方面，同時TCCD對某些顱內(nèi)一些腦組織結(jié)構(gòu)的識別也較準確，目前國內(nèi)外也用于觀察帕金森病人黑質(zhì)回聲強弱、測量強回聲面積大小來判斷中腦黑質(zhì)的功能狀態(tài)，并幫助診斷和鑒別診斷原發(fā)、繼發(fā)帕金森綜合征和帕金森疊加綜合征等運動障礙性疾病[3-6]。若能借助經(jīng)顱彩色多普勒超聲通過彈性成像技術(shù)獲得中腦硬度的信息，這對中腦病變的研究會有一定的幫助。本研究旨在借助經(jīng)顱彩色多普勒超聲探查中腦并通過剪切波彈性成像技術(shù)獲取健康成人的中腦彈性模量值，分析在不同操作者、性別、年齡等因素情況下中腦楊氏模量值的差異，為彈性成像技術(shù)在中腦病變的進一步應用奠定基礎。

1 資料與方法

1.1一般資料選取2018-01—2019-06于河南省人民醫(yī)院接受健康檢查的258例健康成人，其中14例中腦超聲不能清晰顯像，未納入本次樣本中。最后進入統(tǒng)計數(shù)據(jù)244例，年齡18～75歲，平均48.2歲；男126例，女118例。受檢者均無腦部疾病史，無高血壓、糖尿病，體重指數(shù)18.5～30 kg/m2。所有檢查均于受檢者及家屬知情同意后完成。按照性別分為男性組、女性組。按年齡分為3組，青年組 85例，年齡18～40歲；中年組81例，年齡41～59歲；老年組78例，年齡60～75歲。

1.2方法采用Philips EPIQ 5彩色多普勒超聲診斷儀，選擇C-1探頭，頻率5～10 MHz，穿透深度16 cm。囑受試者取仰臥位，頭轉(zhuǎn)向一側(cè)，操作者將探頭放置于受試者的顳窗區(qū)域，沿眶耳線水平掃描中腦的橫斷面，顯示的中腦位于圖像中間部位，呈蝴蝶狀。圖像亮度及時間增益補償根據(jù)需要調(diào)整。對每位受檢者中腦進行彈性成像檢查，選擇“Elasto”模式啟動超聲剪切波，將取樣框置于中腦，深度5～6 cm，取樣框Q-BOX大小盡量固定一致，囑受檢者屏住呼吸，待圖像穩(wěn)定之后測量中腦部位的楊氏模量值，同一受檢者均重復測量5次，取平均值記錄。在本研究樣本中隨機選取25例能清晰顯示中腦的受檢者，由兩位高年資、有經(jīng)驗的醫(yī)生分別測量中腦楊氏模量值。

2 結(jié)果

2.1中腦SWE探查成功率258例健康成人中腦超聲彈性成像探查成功率94.6%(244/258)，其中男性探查成功率97.7%(126/129)，女性探查成功率91.5%(118/129)。11例女性、3例男性因聲窗限制不能顯示中腦圖像，未能探查出中腦彈性值。

2.2不同操作者中腦楊氏模量值比較兩名超聲醫(yī)生對本次樣本中隨機選取的25例能清晰顯示中腦的受檢者中腦楊氏模量值分別為(4.66±0.92)kPa、(4.63±0.94)kPa，兩者比較差異無統(tǒng)計學意義(t=0.494，P>0.05)。見圖1。

2.3不同性別組中腦楊氏模量值比較男性組、女性組中腦楊氏模量值分別為(4.68±0.91)kPa、(4.63±0.91)kPa，2組比較差異無統(tǒng)計學意義(t=0.378，P>0.05)。見圖2。

圖1 A：醫(yī)師測量的一受檢者中腦SWE楊氏模量值5.22 kPa；B：另一醫(yī)師測量的同一受檢者中腦SWE楊氏模量值5.00 kPaFigure 1 A：subject image of SWE mesencephalon Young’s modulus showed 5.22 kPa measured by a physician；B：Image of SWE mesencephalon Young’s modulus of the same subject measured by another physician showed 5.00 kPa

圖2 A：男性組受檢者中腦SWE楊氏模量值5.05 kPa；B：女性組受檢者中腦SWE楊氏模量值5.22 kPaFigure 2 A：Image of SWE mesencephalon Young’s modulus showed 5.05 kPa in the male group；B：Image of SWE mesencephalon Young’s modulus showed 5.22 kPa in the female group

2.4不同年齡組中腦楊氏模量值比較青年組、中年組、老年組中腦楊氏模量值比較差異有統(tǒng)計學意義(F=3.193，P=0.000)。見表1。青年組、中年組中腦楊氏模量值比較差異有統(tǒng)計學意義(t=-10.242，P<0.05)，青年組、老年組中腦楊氏模量值比較差異有統(tǒng)計學意義(t=-17.668，P<0.05)，中年組、老年組中腦楊氏模量值比較差異有統(tǒng)計學意義(t=-7.207，P<0.05)。見圖3。

2.5年齡與中腦楊氏模量值之間的相關(guān)性分析中腦楊氏模量值與年齡呈正相關(guān)(r=0.865，P<0.01)。見圖4。

表1 各年齡組中腦楊氏模量值

圖3 A：青年組中腦SWE楊氏模量值3.72 kPa；B：中年組中腦SWE楊氏模量值4.17 kPa；C：老年組中腦SWE楊氏模量值5.42 kPaFigure 3 A：Image of SWE mesencephalon Young’s modulus showed 3.72 kPa in the youth group；B：Image of SWE mesencephalon Young’s modulus showed 4.17 kPa in the middle aged group；C：Image of SWE mesencephalon Young’s modulus showed 5.42 kPa in the old aged group

3 討論

一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如蒼白球-黑質(zhì)色素變性及帕金森病等的發(fā)生與鐵的異常沉積有關(guān)[7-8]，可引起中腦神經(jīng)軸索損害、細胞變性及空泡形成[9]，損害中腦的正常功能并促使細胞壞死，這些病理變化可能會引起中腦纖維化增多，進而導致中腦硬度的改變。如果通過檢測中腦硬度的改變能早期發(fā)現(xiàn)這些疾病，將為臨床預防和控制這些疾病帶來一些幫助。本研究應用剪切波彈性成像(SWE)技術(shù)測量健康成年人中腦硬度值，并分析測量中腦硬度的影響因素，期望為疾病狀態(tài)下中腦硬度改變的研究奠定一些基礎。

剪切波彈性成像的基本原理是聲源振動產(chǎn)生的聲波在傳播過程中會產(chǎn)生輻射力，該輻射力可使受檢測的組織粒子發(fā)生橫向振動形成剪切波，通過檢測該剪切波的速度獲得被檢測組織的硬度[10-14]，即組織彈性絕對值——楊氏模量值(E=3ρc2)，其中E是楊氏模量，c是剪切波傳播的速度，ρ是組織的密度，人體組織密度可設定為1 000 kg/m3。剪切波傳播速度和組織硬度密切相關(guān)，通過測量剪切波傳播速度即可算出組織彈性值[15-18]。組織質(zhì)地越硬，彈性值越大，組織質(zhì)地越軟，彈性值越小[19-20]。

由于SWE是在二維超聲的基礎上對感興趣區(qū)域進行彈性測定的，其測量依賴于顱內(nèi)二維超聲圖像的顯示[21-24]。有研究報道亞洲人中15%～30%的人因顳窗穿透不良而不能檢測到中腦黑質(zhì)，尤其是絕經(jīng)后雌激素分泌減少的老年女性，出現(xiàn)顳窗穿透不良的情況較同齡男性更多見[13-14]。本次研究部分受檢者受顱骨聲窗的影響和限制，顱內(nèi)二維圖像不能顯示，未能探查出中腦彈性值，中腦超聲彈性成像探查成功率94.6%，男性探查成功率略高于女性；探查不成功者也多發(fā)生在中年組和老年組女性，與以往研究結(jié)果相似。

有研究提示部分顱內(nèi)結(jié)構(gòu)超聲顯示不良，是受所使用儀器和調(diào)節(jié)對分辨率的影響，與檢查者操作技巧和熟練度等有關(guān)[25-30]。本次研究中兩名醫(yī)師分別測量了一些受檢者中腦楊氏模量值，檢查結(jié)果差異無統(tǒng)計學意義，說明不同的操作者對SWE楊氏模量測值影響不大。但本次研究比較的是兩位高年資、有經(jīng)驗的醫(yī)師檢測之間的差異，不同年資、不同經(jīng)驗醫(yī)師之間檢測有無差異尚待進一步研究。本次研究還發(fā)現(xiàn)男性組與女性組中腦楊氏模量值差異無統(tǒng)計學意義，與其他研究者運用實時剪切波彈性成像技術(shù)測量健康成人發(fā)現(xiàn)性別對測值無影響結(jié)果類似，在綜合評價中腦硬度時性別因素對楊氏模量值的影響可以忽略。

神經(jīng)細胞死亡的3種機制為興奮性毒性、氧化應激及代謝障礙，它們可以獨立或相互作用導致大腦神經(jīng)退行性變的發(fā)生[31-34]。在增齡過程中伴隨中腦神經(jīng)纖維數(shù)量減少、髓鞘的脫失、神經(jīng)纖維變短、有髓軸突的消失、神經(jīng)纖維排列緊密程度下降及細胞外間隙擴大等[15，35-37]，這可導致中腦內(nèi)的氧化應激、興奮性神經(jīng)毒性及代謝障礙的發(fā)生，引起神經(jīng)細胞凋亡。

本研究發(fā)現(xiàn)各年齡組中腦楊氏模量測值不同，3組間差異有統(tǒng)計學意義，而且隨年齡增加，中腦的楊氏模量值有不斷增高的趨勢，分析原因可能與神經(jīng)細胞凋亡因素有關(guān)，隨著年齡的增加，自身代謝因素的影響和(或)各種外界的一些因素影響，中腦一些神經(jīng)細胞凋亡，膠原變性，纖維化增多，導致中腦硬度的增加。

本次研究存在一些不足，因Elasto PQ無法評估深度超過7 cm的組織彈性，對于部分頭顱左右徑較大，中腦較深的人彈性感興趣區(qū)不能完全包括中腦組織，測量中腦楊氏模量值不準確。另外，取樣框大小隨取樣深度不同會自動變化，無法調(diào)節(jié)，測量會存在一定偏差。以上局限性尚待進一步的研究來解決問題。本研究樣本中老年組3例男性需要不斷調(diào)整取樣框在中腦的位置及角度，或換到另一側(cè)顳窗探查才能測出楊氏模量值，何種原因尚未清楚。

SWE技術(shù)可以用來檢測成年人中腦的楊氏模量值，可以相對客觀地反映組織的硬度，定量分析評價中腦硬度，隨著技術(shù)的不斷推廣和臨床實踐經(jīng)驗的積累，將對臨床早期發(fā)現(xiàn)或評估中腦病變提供一些幫助。