超聲彈性成像在宮頸癌篩查中的應用研究進展

李桐,王建東

首都醫科大學附屬北京婦產醫院婦瘤科,北京1000100

宮頸癌是中國第二大婦科惡性腫瘤,每年約有10萬新發病例[1].目前,宮頸癌的篩查以"三階梯"模式(細胞學-陰道鏡-病理活檢)為基礎,但是液基薄層細胞學檢查(thinprep cytologic test,TCT)的結果受讀片水平、取材方法等多種因素影響.相關研究表明,TCT的準確率僅有70%～80%,因此提高宮頸癌篩查的檢出率十分必要[2].

超聲彈性成像由Ophir等[3]在1991年首次提出,其原理為與正常組織相比,病變組織的物理屬性(硬度)會發生改變,在受到外力壓迫或聲波脈沖后組織發生不同程度的變形,儀器獲取組織變形參數后將其編碼成不同顏色間接反映組織硬度差異,從而判斷病變的良惡性[4].超聲彈性成像技術按激勵方式的不同可以分為靜態/準靜態壓縮的彈性成像(又稱準靜態彈性成像)、輻射力振動成像、剪切波彈性成像、血管彈性成像和心肌彈性成像[5].目前,在宮頸癌篩查中應用最多的是準靜態彈性成像和剪切波彈性成像.

1 準靜態彈性成像和剪切波彈性成像的原理

1.1 準靜態彈性成像原理

準靜態彈性成像又稱實時組織彈性成像(realtime elastography,RTE)[6-8],即通過對組織施加壓力使組織產生位移,再用儀器測量其位移繪制出圖像.每種生物組織都有其特異的彈性系數,彈性系數是評價組織硬度的一個指標.彈性系數大,受壓后產生的位移小,則組織硬;相反,彈性系數小,受壓后產生的位移大,則組織軟.不同組織的彈性系數不同,同一組織在不同病理狀態下的彈性系數也不同.因此,通過對彈性系數的測量,可以反映組織硬度的變化,進而判斷是否發生病變.

1.2 剪切波彈性成像原理

剪切波彈性成像是近年來新研究的一種通過聲輻射作用于組織的技術,通過探頭發射脈沖在組織不同深度聚焦產生"馬錐赫效應",引起組織位移產生橫波也稱為剪切波.不同組織的硬度不同,其剪切波傳播的速度也不同,測量剪切波的傳播速度,將其轉化為楊氏模量值(E=3pc2,E表示楊氏模量值,p表示組織密度,c表示組織剪切波傳播速度)并記錄.楊氏模量值是反映組織硬度的指標,楊氏模量值越大,表明組織越硬;相反,楊氏模量值越小,表明組織越軟.因此,可以通過比較不同組織楊氏模量值的大小來判斷組織的硬度.采用相關軟件將楊氏模量值編碼成彈性彩圖,可以更直觀地判斷組織的軟硬程度.目前,剪切波彈性成像應用最多的兩種成像方法為實時剪切波彈性成像和超高速剪切波彈性成像.

1.2.1 實時剪切波彈性成像原理 實時剪切波彈性成像與聲輻射沖擊成像、聲觸診組織量化的區別在于其可獲得感興趣區(region of interest,ROI)內最大楊氏模量值、最小楊氏模量值和平均楊氏模量值,從而避免對ROI內的組織硬度一概而論,減少誤差.實時剪切波彈性成像不僅能夠測量局部宮頸組織的硬度,還能夠整體評價宮頸組織的硬度,對可疑病變部位組織重新測量剪切波的傳播速度,可以降低誤診率.

1.2.2 超高速剪切波彈性成像原理 超高速剪切波彈性成像是最新的聲輻射沖擊成像技術,其與實時剪切波彈性成像類似,即通過楊氏模量值和彈性彩圖反映組織硬度,但超高速剪切波彈性成像的聲輻射脈沖更強,超聲波在組織中以平面波傳播,并在組織不同深度連續聚焦,提高了剪切波的傳播速度和時間圖像的分辨率,彈性圖像幀頻達到每秒20 000幀,使圖像更清晰,顏色分辨更明確[9].由于超高速剪切波彈性成像擁有更好的計算機圖形處理器和更快的中央處理運算速度,因此該技術剛剛興起便有研究者將其應用于宮頸癌的篩查[10].

2 準靜態彈性成像和剪切波彈性成像在宮頸組織中的評價方法

2.1 準靜態彈性成像的評價方法

目前準靜態彈性成像在宮頸癌篩查中主要有兩種評價方法,分別為彈性評分法和應變率比值法.

2.1.1 彈性評分法 用超聲探頭輕壓宮頸表面,至壓力指數為3～4時,持續3～4秒,待顏色完全充填ROI后獲得圖像.宮頸組織受壓產生相應的位移,儀器獲取其位移量,通過軟件編碼成紅綠藍三色,形成超聲圖像,醫師根據顏色分布做出診斷.相關研究表明,正常宮頸組織硬度中等,超聲圖像呈綠色;妊娠末期成熟宮頸組織較軟,超聲圖像呈紅色;宮頸惡性腫瘤組織較硬,超聲圖像呈藍色[11].根據Thomas等[12]提出的宮頸彈性圖像5級法對彈性圖像進行評分:1分表示正常,表現為區域中2/3呈綠色,1/3呈紅色,極少呈藍色,宮頸管線清晰,無藍色區域;2分表示基本正常,表現為區域中2/3呈綠色,1/3呈紅色和藍色,宮頸管線清晰,局灶性藍色區域伴有其他顏色;3分表示交界狀態,表現為區域中2/3呈綠色,1/3呈紅色和藍色,宮頸管線基本可見,伴局部藍色區域;4分表示大致異常,宮頸中藍色多于紅色,宮頸管線中斷,存在可疑藍色區域,突出宮頸輪廓;5分表示異常,藍色區域最大,宮頸管線中斷,藍色區域邊緣清晰可見,突出宮頸輪廓.

2.1.2 應變率比值法 應變率比值法是體現組織在壓力下變形速率的度量方法,應變率越大提示壓力下組織變形越快、組織彈性越好.在宮頸組織中選擇一塊RO(I可疑病變區域),同時選擇一塊正常宮頸組織區域作為對照,分別測量兩個區域的應變率,然后計算兩個區域的應變率比值[應變率比值=應變率正常宮頸組織區域/應變率ROI],該比值越大提示ROI組織相較于正常宮頸組織的硬度越大.以靈敏度為縱坐標,1-特異度為橫坐標繪制受試者特征曲線,選取曲線上真陽性率最高且假陽性率最低點作為宮頸良惡性病變的截斷值,計算值≥該截斷值則判斷為宮頸惡性病變.

2.2 剪切波彈性成像的評價方法

剪切波彈性成像僅有1種評價方法,即楊氏模量值評價法.該方法通過比較楊氏模量值的大小和觀察彈性彩圖的顏色來判斷宮頸組織的硬度.彈性彩圖中藍色表示組織較軟,綠色表示組織硬度適中,紅色表示組織較硬,該彩色編碼與彈性評分法彩色編碼軟硬顏色正好相反.

剪切波彈性成像與準靜態彈性成像的區別在于剪切波彈性成像為定量分析,剪切波測量更準確,楊氏模量值的大小可以客觀反映組織間硬度的差異;而準靜態彈性成像評分法為定性分析,應變率比值法是半定量分析.因此,剪切波彈性成像的準確度更高.

3 準靜態彈性成像和剪切波彈性成像在宮頸癌篩查中的應用

3.1 準靜態彈性成像在宮頸癌篩查中的應用

近年來,準靜態彈性成像被廣泛應用于乳腺癌、甲狀腺癌、前列腺癌等惡性腫瘤的診斷研究中[13-16].目前,準靜態彈性成像是超聲彈性成像在宮頸癌篩查研究中應用最多的一種研究方法.多數研究者將彈性評分≥3分作為宮頸癌的診斷標準[17-20],但也有部分研究者將彈性評分≥4分作為宮頸癌的診斷標準[21-22].李欣欣[19]研究顯示,將超聲彈性成像評分≥2分作為截斷值,宮頸癌診斷敏感度為100%(50/50),但特異度僅為64.0%(64/100);將超聲彈性成像評分≥4分作為截斷值,宮頸癌診斷特異度為100%(100/100),但敏感度僅為62.0%(31/50);將超聲彈性成像評分≥3分作為截斷值,此時宮頸癌診斷的敏感度和特異度分別為94.0%(47/50)、91.0%(91/100).岳馨等[20]研究發現,將超聲彈性成像評分≥3分作為截斷值,宮頸癌診斷的敏感度達95.24%(40/42),特異度達90.48%(38/42).而劉宏等[23]研究發現,正常宮頸組彈性評分87.5%為1級,慢性宮頸炎組彈性評分82.3%為2～3級,宮頸上皮內瘤樣病變(cervical intraepithelial neoplasia,CIN)組彈性評分83.9%為2～3級,宮頸癌組彈性評分85.4%為4～5級.該研究將彈評分≥4分作為宮頸癌的診斷標準,而正常宮頸組織、慢性宮頸炎和CIN三者之間不能區分.

多數研究者認為,準靜態彈性成像能夠有效區分宮頸癌與宮頸良性病變及CIN,但是不能區分CIN與宮頸良性病變[24].但是也有研究顯示,準靜態彈性成像能區分CIN組與正常對照組[4].林曉明[4]研究發現,正常宮頸彈性評分多為1分、CIN彈性評分多為2～3分,早期宮頸癌彈性評分為4～5分,且三者之間彈性評分比較,差異均有統計學意義(P<0.01);同時該研究認為,應用應變率比值法評價宮頸癌前病變時,CINⅠ、CINⅡ的應變率與CINⅢ比較,差異均有統計學意義(P<0.05),但CINⅠ的應變率與CINⅡ比較,差異無統計學意義(P=0.377).

3.2 剪切波彈性成像在宮頸癌篩查中的應用

剪切波彈性成像是一種定量評價方法,其廣泛應用于甲狀腺疾病、乳腺疾病、宮頸疾病和腎臟疾病等研究.相關研究表明,正常宮頸前后壁的剪切波彈性成像楊氏模量值比較,差異無統計學意義(P>0.05),且楊氏模量值不隨女性年齡、生理周期和絕經情況的變化而改變[25].由于正常生理狀態不會導致剪切波彈性成像楊氏模量值的改變,因此楊氏模量值的異常能更好地反映宮頸病變的病理狀態.魏珊等[26]研究發現,超高速剪切波彈性成像應用于宮頸癌前病變及宮頸浸潤癌診斷時,宮頸癌組的楊氏模量值與CIN組、正常對照組比較,差異均有統計學意義(P<0.05),但CIN組的楊氏模量值與正常對照組比較,差異無統計學意義(P>0.05).

3.3 準靜態彈性成像與剪切波彈性成像的比較

準靜態彈性成像為定性或半定量研究方法,而剪切波彈性成像為定量方法,能更客觀地反映宮頸組織硬度,因此剪切波彈性成像在原理上更客觀.準靜態彈性成像人為施加壓力和閱讀彩色圖像時會產生主觀影響,而剪切波彈性成像不存在主觀影響,因此結果比準靜態彈性成像更準確.

剪切波彈性成像不僅僅反映宮頸某一點組織的硬度,而是反映宮頸整體的硬度.通過獲得ROI內最大楊氏模量值、最小楊氏模量值和平均楊氏模量值,可以綜合分析宮頸部位的病變,而準靜態彈性成像做不到如此精準.魯蓉和肖螢[27]的研究認為,應用準靜態彈性成像技術測量宮頸組織時若宮頸癌病灶中出現出血壞死灶,宮頸組織對壓力和壓放頻率的感受會被液化部分影響,出現假陰性結果;若病灶中出現鈣化灶則會出現假陽性結果.而剪切波彈性成像能通過綜合評價宮頸組織硬度,對于可疑病灶部位反復測量,不局限于準靜態彈性成像對某一圖像顯色的判斷,可以降低誤診率.

研究發現,準靜態彈性成像和剪切波彈性成像均能顯示病灶范圍,為宮頸癌活檢定位,但準靜態彈性成像較剪切波彈性成像能更精準地顯示病灶邊界[28].徐明等[29]研究認為,剪切波彈性成像比準靜態彈性成像對腫瘤邊緣的判斷更精確.

超聲彈性成像技術不能區分CIN與宮頸良性病變的原因可能為CIN的異型細胞僅存在于上皮層并未突破基底膜浸潤間質,而宮頸癌組織中腫瘤細胞在間質內形成團塊狀或網狀使組織硬度增加更明顯.但也有研究認為,CIN的異型細胞雖未突破基底膜,但是其平滑肌細胞的異型性變理論上會引起組織彈性系數的改變,因此需要大樣本量的進一步研究[30].以上研究表明,超聲彈性成像技術在CIN中的應用仍需進一步深入研究.

魯蓉[2]的研究認為,準靜態彈性成像應變率比值法應用于宮頸癌篩查時,其準確率高于TCT.因此,準靜態彈性成像應用于宮頸癌篩查的研究是很有意義的.大量研究顯示,超聲彈性成像技術可用于判斷肺癌患者是否存在頸部淋巴結轉移[31-34].周春華等[35]研究認為,超聲彈性成像可用于診斷乳腺癌腋窩淋巴結的轉移情況.史俊妮等[36]研究發現,超聲彈性成像技術可用于鑒別惡性淋巴瘤和轉移性淋巴癌.目前已有大量研究顯示,超聲彈性成像技術可用于診斷多種腫瘤淋巴結轉移情況,但是尚無關于宮頸癌淋巴結轉移的研究[37-39].因此,可以開展超聲彈性成像技術在宮頸癌淋巴結轉移的診斷研究,超聲彈性成像技術不僅可以應用于宮頸癌篩查,也可能輔助判斷宮頸癌的分期.

4 小結

超聲彈性成像可以通過對宮頸組織施加外力或發射聲波脈沖的方式,使宮頸組織形變產生位移或剪切波.通過測量宮頸組織位移量和剪切波傳播速度編碼成彩色圖像反映宮頸病變狀態.準靜態彈性成像和剪切波彈性成像在宮頸癌病變診斷研究中均具有篩查作用,但剪切波彈性成像比準靜態彈性成像更加準確.超聲彈性成像技術在宮頸癌篩查、病灶邊緣判定和淋巴結轉移中均具有診斷作用,然目前尚無統一的診斷標準,需要更進一步的研究.