声弹性成像在深静脉血栓中的应用

第四节　声弹性成像在深静脉血栓中的应用

深静脉血栓形成（deep vein thrombosis，DVT）是指血液在深静脉腔内不正常的凝结，是血管外科的常见病、多发病。其中最重要的是下肢近端深静脉血栓形成与肺栓塞。它具有高发病率、高病死率、高后遗症三大特征。目前在我国深静脉血栓的患病率及确诊率近年来呈逐年递增的趋势。经典的Virchow理论认为静脉管壁损伤、腔内血流滞缓、血液高凝状态是深静脉血栓的三大病理基础。不过诊断深静脉血栓单纯依靠临床症状和体征并不可靠，需要借助影像学诊断手段。血管彩色多普勒超声检查为敏感性与准确性均较高的无创性检查，目前已成为深静脉血栓患者诊断的首选方法，且床旁超声检查对于制动患者有较其他影像手段无可替代的优势。另外下肢静脉顺行造影虽被公认为深静脉血栓诊断的“金标准”，但因其属创伤性检查，且费用较高，使其应用范围受到一定限制，多用于无创检查不能确诊的患者及取栓前检查。而放射性核素检查、CT静脉造影术和MRI静脉造影术（MRV）均具有较好的诊断灵敏度与特异度，且能显示整条静脉血管。静脉血栓形成后，无论是选择溶栓治疗还是外科手术，对深静脉血栓判断的重要内容之一就是要了解血栓的栓龄。尽管诊断血栓的方法很多，但常规超声技术对估计血栓栓龄（thrombus age）和鉴别新、旧血栓仍有一定的局限性，也就给选择深静脉血栓最佳后续治疗方法带来困难。

随着血凝块时间的延长，它的质地将逐渐变硬。这是因为在早期血栓内绝大多数为红细胞和呈均匀分布的少量白细胞，新鲜时湿润，有一定弹性，与血管壁无粘连，经过一段时间后，由于血栓内水分被吸收而变得干燥、无弹性。另外，随着时间的推移血栓发生机化，血栓更多的是由胶原蛋白成分和成纤维细胞组成。随着这种变化的发生，血栓与管壁的结合更为紧密，也就是血栓更为稳定。正是由于上述的变化，使得声弹性成像研究血栓的形成时间具有重要的物理基础。

一、声弹性成像的基本原理

声弹性成像（acoustic elastography）的概念最早是由Ophir等在1991年提出，但直至2004年才出现可以在超声仪上使用的设施与软件。国内外学者通过其在人体多个脏器及血管等领域进行了有益探索。弹性是人体组织的基本物理特性之一，不仅正常人的各种组织弹性有很大差别，即使同一脏器的正常组织与病理组织结构的弹性模量也具有较大不同。声弹性成像就是应用超声手段测定组织弹性参数的技术。其基本原理就是对组织施加一个内部或外部的激励，使被测组织以位移、应变、速度的再分布方式产生一个响应，从而可根据所测组织内部应变的大小或弹性参数来判定组织的硬度。即所测组织内部应变若较小，提示组织较硬；所测组织内部应变大，则提示组织柔软。此时结合数字信号处理或数字图像处理的技术，分析组织受压时组织形变前后超声或射频信号的变化，就能测得该组织内部应变，弹性模量等力学参数。弹性成像也可用磁共振技术获取。

血管内弹性成像是利用气囊、血压变化或者外部挤压来激励血管，估计血管的运动即位移（一般为纵向），得到血管的应变分布，从而表征血管的弹性。血管内声弹性成像技术是Ophir等在1991年提出的，它是一种对血管壁和动脉硬化斑局部力学特性进行的成像技术。国内李仰梅等以超声成像为基础的血管壁弹性显微成像试验，获得了实际血管壁真正意义上的横断面弹性显微图像，将血管力学实验研究推进到了细微结构层次。血管弹性成像可用于估计粥样斑块的组成成分、评价粥样斑块的易损性、估计血栓的硬度和形成时间，甚至观察介入治疗和药物治疗的效果，具有重要的临床价值。

组织弹性成像基本原理主要是通过对组织施加一个内部（包括自身的）或外部的动态或者静态或准静态的激励，收集被测体的某时间段内的各个片段信号，通过灰阶或彩色编码成像显示不同组织（包括正常和病理组织）的硬度（视觉定性），也可计算不同组织之间的硬度比（应变比值），或计算组织的剪切波传播速度来反映组织的硬度，或测量组织的弹性模量绝对值。采用加压式弹性成像时，组织被压缩时，组织内各部分会产生一个沿压缩方向的应变，如果组织内部弹性分布不均，组织内的应变分布也会有所差异。弹性系数大的区域，应变较小，反之则应变较大。近年来发展的实时组织弹性成像（RTE）是将受压前后的回声信号移动幅度变化转化为实时彩色图像，通过彩色图像反映不同组织的硬度。俞清等研究表明RTE能较有效地分辨不同硬度的物体，反映的是被测体与周围组织相比较的硬度相对值，物体的大小和位置深度对弹性分级均有一定影响。

二、声弹性成像相关技术

目前有关声弹性成像的技术有多种，如压迫性弹性成像（compression elastography）、瞬时弹性成像、振动性弹性成像（vibration sonoelastography）以及剪切波弹性成像。

（一）压迫性弹性成像

最早的弹性成像便是使用压迫性弹性成像的技术方法，它通过操作者手持探头施加一定的外力，比较组织受压前后的变化得到一幅相关的压力图。通过调节弹性成像的感兴趣区，比较加压过程中感兴趣区内病变组织与周围正常组织之间弹性的差异。但手工加压法人为影响因素较多，产生的应变与位移可因施加压力大小的不同而不同，也可因压、放的频率快慢而不同。

（二）瞬时弹性成像

瞬时弹性成像是应用一个频率的间歇振动造成组织位移，然后用组织反射回来的声波去发现组织的移动位置。通过这种方法可得到感兴趣区中不同弹性系数的组织的相对硬度图。它由Catheline等于1999年提出。该技术价格便宜，检查速度快，临床应用时不依赖于操作人员，重复性好。可用于无创诊断肝纤维化，监测肝脏疾病的发展，还可用于评价抗病毒疗法或抗纤维化疗法。

（三）振动性弹性成像

曾叫做超声激发振动声谱成像，后来被称为振动声成像，它由Fatemi和Greenleaf于1998年发明。该技术用一个低频率（小于1kHz）的振动作用于组织并在组织内部传播，产生一个振动图像并通过实时多普勒超声图像表现出来。振动性弹性成像是一种新的弹性成像技术，声辐射力脉冲技术（acoustic radiation force impulse，ARFI），就是其中之一。它在成像时先确定需要进行弹性检测的感兴趣区，探头发射推力脉冲，组织受力后产生纵向压缩和横向振动，收集这些细微变化可获得一个横向低频剪切波，反映该区域受力后纵向压缩而横向膨胀位移的低频剪切波传导速度，即弹性参数，单位m/s，间接反映该区域组织的弹性程度。国外已有学者将ARFI技术应用于乳腺、心脏、动脉硬化斑块以及高强度聚焦超声、射频引起的消融区域的检测与评估。

（四）剪切波弹性成像

经射频脉冲激励，使组织内部产生瞬时剪切波，获取剪切波在被测组织中的传播速度与应变。它测定组织的弹性力学参数具有高精度以及高空间分辨率的优点。首台能测量组织弹性绝对值的超声系统是法国Supersonic Imagine公司推出Aixplorer型实时剪切波弹性成像超声诊断仪：其特点为：①采用“马赫锥”原理，通过发射声辐射脉冲对组织施加激励，可在组织中产生足够强度的剪切波；②通过超高速成像技术（最高速度可达20 000Hz）探测剪切波，精确度达1mm/s；③采用彩色编码技术实时显示组织弹性图；④根据杨氏模量与剪切波关系分析系统（Q-box^TM）自动计算出织弹性绝对值；⑤杨氏模量值越大，物体越硬。