超聲探頭壓力對甲狀腺實時剪切波彈性成像楊氏模量值的影響

崔智飛， 張波濤， 李蒙迪， 鄧仝彤， 楊月杰， 張澤明

實時剪切波彈性成像(shear wave elastography，SWE)通過瞬時脈沖在被檢查者體內形成剪切波，可經過測量其傳播速度直接計算組織的彈性值即楊氏模量[1]。現已有國內外研究指出SWE可判斷甲狀腺結節的良惡性[2,3]，但不同meta分析研究結果顯示SWE診斷甲狀腺結節良惡性的楊氏模量值差異較大[4-6]，這可能與目前SWE測量時超聲探頭預壓程度無明確統一規范有關，在操作過程中超聲探頭預壓程度可能會直接導致被測量目標形成人為硬化而造成測量結果不同。本研究通過評估超聲探頭不同壓力對甲狀腺良惡性結節的SWE楊氏模量值的具體影響程度，探討超聲探頭預壓水平的合理區間，為提高SWE鑒別甲狀腺結節良惡性的準確度提供依據。

材料與方法

1.病例資料

選擇2016年3月-2017年2月間，在我院接受甲狀腺SWE檢查，并知情同意參加本研究的患者共116例，其中甲狀腺正常者39例，良性增生性結節58例，甲狀腺乳頭狀癌19例。

2.檢查方法

患者取仰臥位，合理暴露頸部。采用Aixplorer超聲診斷儀(SuperSonic Imagine，France)線陣探頭(SuperLinearTM SL 15-4)行常規甲狀腺超聲檢查，并選取實性病變區域，避開鈣化區及囊性病灶區域，定位感興趣區(region of interest，ROI)行SWE檢查。超聲探頭縱切選擇最佳測量切面，調節選擇適當取樣框并在其中選定ROI后穩定圖像3～5 s，采集圖像時患者暫停呼吸，保存圖片，記錄ROI內的平均楊氏模量值(Emean)。

3.探頭預壓程度設定

由于目前臨床尚無帶壓力傳感器的超聲探頭，本研究采用半定量方法通過反復嘗試，自定義四種患者可耐受的超聲探頭預壓水平。醫師測量前先手持超聲探頭在被檢者一側預壓電子秤(精度0.1 g)，記錄其數值并感受此壓力下手握探頭的感覺，此后立即將探頭以盡可能相同的感覺預壓到被檢查者頸部待檢區域進行超聲檢查。

定義四種超聲探頭預壓程度如下：預壓1級，電子秤讀數約為10 g，此時超聲探頭和皮膚表面之間耦合劑清晰可見；預壓2級，電子秤讀數約為50 g，此時超聲探頭緊貼皮膚而未下壓皮膚，耦合劑幾乎不可見；預壓3級，電子秤讀數約為150 g，此時超聲探頭輕微壓縮甲狀腺皮膚；預壓4級，電子秤讀數約為300 g，此時甲狀腺上皮膚被大量壓縮。上述四種預壓水平均未對被檢查者造成任何不適。

4.圖像處理

在SWE圖像穩定后，取Q-box時選擇盡可能多結節的部分(默認直徑2 mm)，或者將1 cm直徑的Q-box定位于正常薄壁的中心。測量探頭不同預壓水平時，每次測量均將探頭移開患者皮膚，反復測量四次，取四次的平均值作為最終楊氏模量值。SWE楊氏模量值范圍為0～180 kPa，采用藍、綠/黃、紅色分別表示楊氏模量的低、中、高。記錄四種預壓水平時SWE測量甲狀腺的平均楊氏模量值，記錄患者甲狀腺結節的直徑和對不同預壓水平的軸向應變程度，采集結節與皮膚的距離等臨床數據。同時依據Cochrane圖書館協作規定的系統檢索策略，檢索關于SWE鑒別診斷甲狀腺良惡性腫瘤的最近5年的相關文獻，分析相關報道中關于預壓水平描述、最佳診斷點選擇及其敏感性、特異性。

5.統計學分析

結 果

1.一般資料分析

本研究共納入116例患者，其中甲狀腺正常者39例(33.62%)，良性增生性結節患者58例(50.00%)，甲狀腺乳頭狀癌患者19例(16.38%)。良性增生性結節組軸向直徑為(15.64±6.71) mm，與乳頭狀癌組[(12.44±4.89) mm]差異無統計學意義(t=1.915,P=0.059)。良性增生性結節組結節與皮膚的垂直距離為(9.32±5.63) mm，與乳頭狀癌組[(7.04±4.19) mm]差異無統計學意義(t=1.621,P=0.109)。58例良性增生性結節患者中有23例(39.65%)出現部分囊性病灶，19例乳頭狀癌患者中有1例(5.26%)出現部分囊性病灶，兩組囊性病灶的比例差異無統計學意義(χ2=7.890，P=0.05)；58例良性增生性結節中有7例(12.07%)檢出鈣化灶，19例乳頭狀癌中有4例(21.05%)檢出鈣化灶，兩組差異無統計學意義(χ2=0.943，P=0.331)。本研究在采集圖片、測量楊氏模量值時均排除含有囊性病灶或鈣化灶的區域進行分析，從而避免這些因素對SWE測量結果產生影響。

2.超聲探頭不同預壓水平對SWE楊氏模量值的影響

對比不同預壓程度下的甲狀腺SWE圖像，可以發現測量的SWE楊氏模量值均隨著預壓程度的增加而增高(圖1)。

同一預壓水平下，乳頭狀癌組的SWE楊氏模量值最高，正常甲狀腺實質組最低。隨著超聲探頭預壓水平的增加，三種組織類型測量的SWE楊氏模量值也隨之增高，其中乳頭狀癌組的SWE楊氏模量值的增加值最大，正常甲狀腺實質組最小。預壓1級與預壓4級之間，SWE楊氏模量值的差異分別為正常實質組10.71 kPa(差異率203.28%)，良性結節組為25.67 kPa(差異率241.20%)，乳頭狀癌組為75.33 kPa(差異率438.12%)。在不同預壓水平下，乳頭狀癌較良性增生性結節具有更大的變異性(表1，圖2)。

圖1 四種超聲探頭預壓程度下甲狀腺實質的SWE圖像。a) 預壓1級，平均SWE楊氏模量值為11.3kPa； b) 預壓2級，平均SWE楊氏模量值為12.6kPa； c) 預壓3級，平均SWE楊氏模量值為18.2kPa； d) 預壓4級，平均楊氏模量值為26.1kPa。

壓力水平正常實質組(n=39)良性增生性結節組(n=58)乳頭狀癌組(n=19)預壓1級10.37±2.94(4.54～17.96)19.24±7.01(6.87～42.68)22.39±1.73(7.01～56.40)預壓2級12.77±3.10(6.82～21.65)26.25±7.87(9.32～57.44)38.57±17.86(15.65～97.88)預壓3級16.44±3.66(10.05～24.68)32.79±9.49(11.76～61.25)64.25±25.23(25.64～128.76)預壓4級21.28±2.93(14.46～29.37)43.53±12.02(15.14～85.91)97.74±37.61(30.26～184.29)

表2 不同病變類型在不同預壓水平下的楊氏模量值兩兩比較結果

注：*軸向應變以預壓1級為基準。

不同組織類型之間的SWE楊氏模量值兩兩比較，除良性增生性結節組與乳頭狀癌組在預壓1級水平時測得的楊氏模量值差異無統計學意義(P=0.082)外，其它預壓水平下兩兩比較差異均有統計學意義(P值均<0.05，表2)。

討 論

隨著普通超聲及SWE技術的日漸成熟，甲狀腺結節的檢出率也越來越高[7]，因此準確鑒別結節的良惡性至關重要。利用不同組織類型的SWE楊氏模量值的差異來鑒別甲狀腺良惡性結節已經取得一定效果[8]，但不同文獻對于最佳診斷點的選擇及診斷的敏感性、特異性差異均較大，同時不同研究對于SWE操作時超聲探頭的預壓程度描述也存在一定差異，大多以輕壓、充分接觸皮膚等來描述探頭的預壓程度[9]。超聲探頭在操作過程中帶來的額外壓力會導致甲狀腺結節的人為硬化或組織變硬[10]，目前已有體外甲狀腺力學研究表明預壓程度會對其硬度及超聲測量結果產生影響[11]，但臨床上目前仍未明確。因此，本研究嘗試通過半定量的方式分析超聲探頭預壓水平對不同甲狀腺組織類型的SWE楊氏模量值的影響。

由于目前臨床上使用的超聲探頭尚未應用壓力傳感器裝置，因此本研究通過對116例患者嘗試在舒適、耐受的情況下，將預壓水平分為四級，研究不同預壓水平下對SWE楊氏模量值的影響程度。目前大多數文獻報道對甲狀腺進行SWE測量時給予超聲探頭預壓程度的描述多為用最小的壓力或輕壓。對于操作者來說主觀性較強，因此容易造成研究、測量結果的不一致[9]。本研究結果顯示，同一組織類型中隨著預壓程度的增加，在預壓4級時結節的彈性應變達到23%～30%，而不同組織類型的SWE楊氏模量值均有不同程度增高；其中乳頭狀癌的SWE楊氏模量值隨預壓程度的變化最大，這可能是不同研究對良惡性甲狀腺結節鑒別結果產生差異的一個原因。如Veyrieres等[12]和Szczepanek等[13]分別研究SWE對甲狀腺良惡性腫瘤的鑒別能力，這兩項研究都記錄了惡性和良性結節的SWE楊氏模量值(惡性：115 kPa，174 kPa;良性：41 kPa，55.6 kPa)。相比之下，在Bhatia等[14]和樂堅等[15]的報道中，SWE測量良惡性結節的楊氏模量值(惡性：43.1 kPa，38.83 kPa;良性26.2 kPa,21.67 kPa)明顯低于上述兩項研究結果。

圖2 不同結節在預壓1～4級下的SWE彈性模量變化盒須圖。

本研究結果顯示甲狀腺良、惡性結節隨著超聲探頭預壓程度的增加，其SWE楊氏模量值差異愈發明顯(P<0.05)，在預壓1級時兩組差異無統計意義(P=0.088)，可見低水平預壓程度時良、惡性結節的SWE測量值差異較小。Syversveen等[16]報道通過增加超聲探頭的壓力可以改變腎臟SWE的測量結果；Barr等[17]通過SWE評估乳房組織良惡性情況時，被檢測結節的彈性應變從最小預壓(0～10%)到最大預壓(> 40%應變)改變明顯，其研究乳腺的良惡性組織在低水平預壓程度時SWE楊氏模量差異較大，而高預壓水平時良、惡性組織的SWE楊氏模量差異減小。

本研究中，經過多次嘗試使用電子稱來半定量確定四種被檢測者可以耐受的壓力程度，顯然對于帶有壓力傳感器的超聲探頭開發也是一個新的研究方向。目前即使確定了甲狀腺SWE測量時的最佳預壓水平，因為目前超聲探頭仍無法顯示被檢測者接受到的預壓程度，在實際操作中也會存在一定難度。

本研究存在以下不足：首先，本研究只針對甲狀腺一種組織進行不同壓力下的SWE測量，對其他組織的測量結果是否具有普適性尚不明確；其次，對于預壓壓力的預定義只能盡量做到手感一致，而在實際操作中肯定會存在差異，從而導致結果不精確。

綜上所述，本研究結果顯示超聲探頭的預壓程度對甲狀腺正常組織、良性結節和乳頭狀癌的SWE測量結果具有顯著影響。在不同預壓水平的測量結果中，乳頭狀癌較良性增生性結節具有更大的變異性，但在低預壓水平時，良、惡性甲狀腺結節之間的楊氏模量值差異不大。在今后的研究中，仍需要采用完全定量的方法來進一步分析超聲探頭不同預壓水平對SWE測量結果的影響，以找到最佳預壓程度，規范臨床操作，提高惡性結節的檢出準確度。

參考文獻：

[1] Vlad M,Golu I，Bota S,et al.Real-time shear wave elastography may predict autoimmune thyroid disease[J].Wien klin Wochenschr,2015,127(9-10):330-336.

[2] Azizi G,Keller JM,Mayo ML,et al.Thyroid nodules and shear wave elastography:a new tool in thyroid cancer detection[J].Ultrasound Med Biol,2015,41(11):2855-2865.

[3] 蔡文佳,何文,金占強,等.新型實時剪切波彈性成像診斷甲狀腺疾病[J].中國醫學影像技術,2016,32(5):651-654.

[4] Zhang B,Ma X,Wu N,et al.Shear wave elastography for differentiation of benign and malignant thyroid nodules:a meta-analysis[J].J Ultrasound Med,2013,32(12):2163-2169.

[5] Azizi G,Piper K,Keller JM,et al.Shear wave elastography and parathyroid adenoma:A new tool for diagnosing parathyroid adenomas[J].Eur J Radiol,2016,85(9):1586-1593.

[6] Szczepanek-Parulska E,Wolinski K,Stangierski A,et al.Biochemical and ultrasonographic parameters influencing thyroid nodules elasticity[J].Endocrine,2014,47(2):519-527.

[7] 雷國龍,陸永萍,呂燕芬,等.實時剪切波超聲彈性成像對正常甲狀腺的定量研究[J].中國超聲醫學雜志,2015,31(2):101-103.

[8] 李奧,彭曉靜,袁濤,等.實時剪切波彈性成像定量及定性評價乳腺良惡性實性病變[J].中國超聲醫學雜志,2016,32(2):114-117.

[9] Park AY,Son EJ,Han K,et al.Shear wave elastography of thyroid nodules for the prediction of malignancy in a large scale study[J].Eur J Radiol,2015,84(3):407-412.

[10] Liu B,Liang J,Zheng Y,et al.Two-dimensional shear wave elastography as promising diagnostic tool for predicting malignant thyroid nodules:a prospective single-centre experience[J].Eur Radiol,2015,25(3):624-634.

[11] Lyshchik A,Higashi T,Asato R,et al.Elastic moduli of thyroid tissues under compression[J].Ultrason Imaging,2005,27(2):101-110.

[12] Veyrieres JB,Albarel F,Lombard JV,et al.A threshold value in Shear Wave elastography to rule out malignant thyroid nodules:a reality?[J].Eur J Radiol,2012,81(12):3965-3972.

[13] Szczepanek-Parulska E,Wolinski K,Stangierski A,et al.Comparison of diagnostic value of conventional ultrasonography and shear wave elastography in the prediction of thyroid lesions malignancy[J].PloS One,2013,8(11):e81532.

[14] Bhatia KS,Tong CS,Cho CC,et al.Shear wave elastography of thyroid nodules in routine clinical practice:preliminary observations and utility for detecting malignancy[J].Eur Radiol,2012,22(11):2397-2406.

[15] 樂堅,常才,范亦武,等.剪切波彈性成像對甲狀腺病灶的鑒別診斷價值初探[J].中華超聲影像學雜志,2014,23(3):263-264.

[16] Syversveen T,Midtvedt K,Berstad AE,et al.Tissue elasticity estimated by acoustic radiation force impulse quantification depends on the applied transducer force:an experimental study in kidney transplant patients[J].Eur Radiol,2012,22(10):2130-2137.

[17] Barr RG,Zhang Z.Effects of precompression on elasticity imaging of the breast:development of a clinically useful semiquantitative method of precompression assessment[J].J Ultrasound Med,2012,31(6):895-902.