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乳腺超声诊断弹性成像概述
乳腺疾病的超声弹性成像
(一)概述
生物组织的弹性与病灶的生物学特性紧密相关,在很大程度上依赖于组织分子构成、组织构成形式,以及ROI与周围组织的关系。某些正常组织和病理组织之间存在着较大的弹性差异。临床医师通过触诊发现乳腺肿瘤,就是利用手指的触觉定性地判断正常乳腺组织与肿瘤组织之间的弹性差异,从而判断有无肿块,以及进一步判断肿块的良恶性。因此,乳腺组织的弹性信息对于乳腺疾病的诊断具有重要意义,但是传统的成像模式如CT、MRI和二维或彩色多普勒超声都无法直接提供组织弹性这一基本的力学属性信息。近年来,弹性成像发展迅速,尤其是超声弹性成像技术,提供了一种崭新的半定量或定量研究组织弹性信息的方法,引起了广泛关注。1991年Ophir首先报道了定量测量软组织应变与弹性模量的方法。Krouskop等研究显示乳腺显微组织的硬度是脂肪组织的10~100倍,而浸润性导管Ca的硬度则远远超过了正常乳腺组织的硬度。
为了更好的理解超声弹性成像的原理,首先介绍一些弹性成像中的基础术语。
(1) 应力与应变
应力(stress)是指力作用于物体,当作用力与弹性平衡时弹性体所呈现的力。应变(strain)是指外力作用于物体,产生形态或提及的改变。
应力与应变式描述物体弹性(elasticity)的基本物理量。
(2) 弹性系数(modulus of elasticity)
弹性系数(modulus of elasticity)为一常数,为应力与应变之比(应力/应变)。
在弹性成像中,通常采用杨氏系数(Young’s modulus, 线性伸长系数)。杨氏系数=应力/应变=F×L/A×△L(F:外力;L:线原长;A:截面积;△L:伸长长度)。组织被压缩时,只内所有的点都会产生一个纵向(压缩方向)的应变,如果组织内部弹性系数分布不均匀,组织内的应变分布也会有所差异。弹性系数大的区域,引起的应变比较小;反之,弹性系数小的区域,相应的应变比较大。
弹性成像的基本原理为弹性成像通过收集被测体的磨时间段内的信号,bined autocorrelation method,CAM),对压缩前、后的射频信号进行分析,估计组织内部不同位置的位移,从而计算出组织内部的应变分布情况。然而组织内部的应变不仅分别与组织的弹性模量分布有关,海域组织的形状和边界等因素有关。因此,应变图像的结果不能完全反映组织弹性模量的差异。目前理论方面的研究主要是通过逆问题的求解,由组织内部的应变分布和边界条件的假设,重建其弹性系数,以便于更准确的反映组织内内在弹性性质。
(二)应用
(1) 操作方法
加压手法分为徒手加压(free-hand)与振动器加压两类。在徒手加压时,手持探头在病灶部分做微小、中等速度的振动(加压-减压),尽量保持振动方向与胸壁垂直。由于组织受压产生的应变与位移,与加压的压力大小有
关,亦可因压放的频率高低而不同,因此在部分仪器的显示屏上,可显示一个综合指标----施加的外力、施加外力的频率,以数字1~7表示。临床实际操作时,一般使仪器显示屏上的压力数字控制在2~3级为宜。弹性图像的取样框应稍大于病灶范围,应包括皮下组织、腺体组织和部分胸肌组织,尽量使病灶居于取样框的中央部位。弹性图可以灰阶或彩色编码成像。
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