超声E成像临床应用指南
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四、动态弹性成像技术在临床应用中面临的挑战和机遇

动态超声弹性成像技术是典型多学科交叉的产物,该技术涉及医学、生物、计算机、力学、材料科学、化学和软物质物理等多个学科 [46]。尽管该技术在临床疾病诊疗方面显示了很好的应用前景,但由于其涉及的原理及软组织本身的复杂性,目前还缺乏成熟的临床操作规范和指南。这需要来自不同领域的相关专家通力合作。目前,该技术在肝病诊断方面已经积累了大量数据,国内外相关研究机构基于此已经对肝脏剪切波弹性成像的临床操作给出了一些初步建议 [47],在这一方面,国内有些学者,如郑荣琴教授课题组,做出了重要贡献 [48-51]。动态超声弹性成像技术在其他脏器上的应用所积累的数据量不如肝脏方面多,其所涉及的原理和数据分析方法也面临诸多挑战。本章基于作者过去6年间和临床专家的合作,以及在基础研究方面的工作积累,对该技术在具体临床应用中面临的挑战和机遇作简单讨论。
1.由于高频剪切波的强耗散特征,一般只有频率在2000Hz以下的剪切波才能被目前的方法相对准确追踪,根据软组织弹性模量的大致变化范围可以估计,对应这一频率范围的剪切波的波长,在典型软组织中一般在几个毫米或厘米尺度。当被测软组织(如肿瘤和动脉粥样硬化斑块)的特征尺度和剪切波的波长可比较时,公式(1)和(3)理论上不再适用,此时剪切波的波速不仅依赖于物理参数(如初始剪切模量和密度),还依赖软组织的几何尺寸。目前,这一问题还需要系统研究,特别是基于仿体实验的定量研究。
2.对于血管、膀胱、肌腱和角膜等薄壁软组织,各种内外激励所激发出的弹性波表现为导波,即弹性波在这些层状介质中传播时,由于边界的约束和引导而成为导向应力波。和前面提到的作为体波的剪切波不同,频散和多模态是导波的两个关键特征,图2-9示意了浸没在液体中的薄板中的导波对称和反对称模态,及一阶反对称模态对应的频散曲线。导波的频散特性决定其相速度除了依赖系统的物理参数,还和这些薄壁软组织的壁厚有关。针对这类软组织,近几年发展了导波弹性成像技术 [52-56],但是这些技术还没有在临床上得到广泛使用。
3.软组织或多或少会呈现粘弹性变形行为,上面提到的方法中均没有考虑软组织粘弹性所导致的频散。如何基于剪切波弹性成像表征软组织的粘弹性特性参数是值得研究的重要问题,也得到了一些国内外学者的关注 [57,58]。鉴于软组织粘弹性变形行为的复杂性,目前无论是在实验测量技术,还是在数据分析方法方面都需要进一步开展系统的研究工作。
4.目前文献中报道的临床实验多是直接进行在体测量,考虑到诸多因素影响,基于在体测量很难定量评价一个新的弹性成像技术和相应的数据分析方法的有效性。由于仿体材料相对简单且可对其力学特性进行独立表征,理论上仿体实验可用于定量评价动态超声弹性成像技术和相关数据分析方法 [59,60]。尽管文献中有些仿体实验结果报道,针对动态超声弹性成像技术,还需要结合其具体临床应用,开展更多的仿体实验。
图2-9 浸没在液体中的薄板中的导波
A. 反对称模态;B.一阶对称模态;C.一阶反对称模态对应的频散曲线 [56]