在不同时间点实时弹性成像对兔肝脏创伤诊断价值研究

2018-09-04 02:52王栋安力春田江克于腾飞谢霞皋月娟刘燕青靳颖
锦州医科大学学报 2018年2期
关键词:平均值弹性数值

王栋安力春田江克于腾飞谢霞皋月娟刘燕青靳颖

(1.武警后勤学院附属医院,天津300162;2.解放军总医院超声科,北京100853;3.解放军302医院超声科,北京100039;4.清华大学附属北京清华长庚医院超声科,北京102218)

随着现代化科技的发展,人类社会快节奏的生活,人类参与到各种自然环境、社会环境生活更加频繁。各种自然灾害如地震、飓风,以及各种人为灾祸如车祸、坠落伤、打架等也常常为人们所见。根据世界卫生组织最新的预测结果显示,大概到2020年创伤导致的死亡将提高到所有死亡因素的第二位[1]。国外学者Tanovic[2]等曾经报道在1992年到1993年萨拉热窝战争期间有1 106名腹部创伤患者,肝创伤患者所占比率是14.9%。

临床中肝脏创伤在腹部实质性脏器创伤中严重时难以控制,容易产生严重的并发症,如果诊断治疗不正确或不及时会导致患者死亡,由于各种原因导致的肝脏创伤引起中等以上出血量的患者中,只有三成患者能及时赶到医院进行治疗,另外的七成患者或在事发现场当场死亡或在救护车送往医院路上死亡[3]。因此争取在 “黄金救治时间” (Golden Hour)[4]挽救患者的生命便成为一项艰巨的任务。对于肝脏创伤存在不易搬运等特点,超声不但可以在床旁给予实时诊断,还可以进行院前超声 (prehospital ultrasound)诊断、治疗,因此腹部创伤超声重点评估 (focused abdominal sonography for trauma,FAST)已成为腹部创伤患者入院后诊断是否出血的标准诊治程序[5]。除常规超声外,超声造影(contrast-enhanced ultrasonography,CEUS)也在肝脏创伤诊断和治疗中的诊断中得到了应用[6-11]。超声造影对创伤活动性出血的识别是判断伤情和局部注射给药的基础,2007年在美国 J Trauma杂志上发表了CEUS诊断肝脏创伤及活动性出血的研究[12]。然而我们发现在临床实际情况中,虽然 “金标准”增强CT(contrast-enhanced computed tomography,CECT)可以对患者实施理想的诊断,但同时也存在着不便搬运的特点,不能够床旁或院前诊断,且价格较昂贵,存在放射性。CEUS可以很好的弥补CECT的不足,但也存在着需要注射造影剂,同时需要患者或家属事先签署知情同意书,存在操作过程相对繁琐和造影剂过敏的可能。因此,需要提高肝脏创伤诊断效率和效益,探索一种既可以床旁和院前实施,又不需要注射造影剂,诊断操作便利的方法,才能为后续的治疗提供有力的保障。

随着超声技术进一步发展,实时组织弹性成像技术 (real-time elastography,RTE)的出现,成为了一种不同于以往检查手段的全新成像模式。目前,弹性成像 (ultrasonicelastography,UE)在肝脏方面的研究国内外已有不少报道[13],国内学者安力春等[14]通过对121名成年健康男性在呼吸时相呼气末和吸气末的两个不同时相,利用实时剪切波弹性成像技术对肝脏弹性模量值进行统计测量。国外学者Yeh等[15]通过弹性模量测量新鲜离体肝脏标本和肝肿瘤标本。类似国外研究如Osaki A等[16]通过非酒精性脂肪肝患者和正常人的感兴趣区实施声辐射力激励的声辐射力脉冲成像技术(ARFI)。由此可见,弹性成像在肝脏病变中有重要的应用价值,但是到目前为止,还未发现实时弹性成像RTE在肝脏创伤方面的SCI研究报道。

综上,本研究通过实时组织超声弹性成像技术对兔肝脏创伤诊断价值探讨,从而为肝脏创伤诊断提供一个新的诊断方法做出前沿探索。

1 材料与方法

1.1 动物建模

选取40只健康新西兰兔,雄性,称重范围均在2.0~3.0 kg之间,实验前动物禁食12 h。以3%戊巴比妥钠肌肉注射麻醉 (剂量为30 mg/kg)。实验兔仰卧位固定于兔台,经耳缘静脉建立静脉通路,以平衡盐溶液维持血容量。使用褪毛器充分褪去肝脏对应位置胸部及腹部兔毛,在无菌操作下经右上腹肋缘下切口,逐层开腹,充分暴露肝脏。选择易观察位置,避开胆囊、血管、肝边缘等位置,在肝脏分叶较大部位用镊子划破肝脏包膜,再用止血钳沿创伤病灶处进一步加深扩展创伤病灶,其深度约0.5 cm以内,创伤病灶长度控制在1.0~2.0 cm范围内,见图1。如此建立 “#”型创伤病灶,即共四条创伤伤痕,两两相交叉。

1.2 使用仪器

使用GE LOGIQ-E9型彩色多普勒超声诊断仪,具备实时弹性成像RTE技术功能。

1.3 检查与测量方法

1.3.1 将超声探查深度调整为2 cm,将探头1/3或2/3位置处放置于肝脏创伤病灶表面,先对创伤病灶进行常规二维灰阶超声扫查,观察病灶大小、形态、回声,周边组织情况。

进入RTE模式,二维图像与RTE图像相对照,观察两者图像特征。手规则上下垂直加压,使探头规则轻触肝脏表面。观察显示器中图像质量柱,尽量保持呈绿色满格状态,同时下方的压力曲线尽量呈规则的锯齿状,两个共同符合时为此刻最佳图像,重复动作一段时间以便搜集到更多的弹性情况。选择创伤病灶所在区域,即感兴趣区域(region of interest,ROI),呈黄色圆圈所示,调节合适位置,以便能完全覆盖创伤病灶。在组织同一水平线上选择对比区域 (正常区域),呈青色。下方X轴会随着时间自动分成几个相等时间段,Y轴对应的是弹性指数,可见两条曲线,黄色曲线为感兴趣区域 (创伤病灶)弹性数值,青色曲线为对照正常组织弹性曲线数值。在读取数值时,不考虑第一个和最后一个时间刻度数值,读取期间之内的最高值与最低值,并计算平均值,重复以上过程3次,选择压力曲线锯齿较规则者为易。再测量弹性应变比值 (strain ratio,SR),呈现E2/E1曲线,即正常组织压力值/感兴趣区域 (创伤病灶)弹性数值曲线。可见黄色始终水平值为1,青色在黄色线的上方或者下方,取值时与测量弹性数值相同,计算其平均值,见图2。

1.3.2 应用 “五分法”评分,分别在第10、30、60分钟不同时间点进行创伤评分。

1.4 观测数据

1.4.1 弹性相关数值测量:在建立新西兰兔肝脏“#”型40个创伤病灶基础上,在创伤灶建立前和建立后第10分钟、30分钟 (35个)、60分钟 (30个)测量3次测定时间内弹性成像数值和弹性应变比值SR最大值、最小值,并计算弹性成像数值平均值和弹性应变比值SR平均值。

1.4.2 病理检查:在第10、30、60分钟弹性成像检查完成后,在5只新西兰兔创伤部位取材即刻浸泡于10%福尔马林中,包埋、切片、染色,4×10倍和20×10倍显微镜下观察。

1.5 统计学分析

2 结 果

2.1 实时弹性成像平均值与弹性应变比值SR平均值

(1)从表1得出,在创伤灶建立第10分钟时,此时 “#”型创伤组实时弹性成像平均值小于对比组实时弹性成像平均值,两者之间差异具有显著统计学差异,P<0.01。在创伤灶建立第30分钟时,“#”型创伤组实时弹性成像平均值大于对比组实时弹性成像平均值,但两者之间差异无统计学意义,P>0.05。最后,在创伤灶建立60分钟时,“#”型创伤组实时弹性成像平均值大于对比组实时弹性成像平均值,具有显著统计学意义。同时我们也发现 “#”型创伤组弹性平均值随着时间的推移 (10~60分钟),数值逐渐增大,硬度逐渐增强;(2)3个时间点 (10、30、60分钟)弹性应变比值SR平均值分别为 (2.06±0.68), (0.97±0.31),(0.63±0.28),显示随着时间增加,弹性应变比值SR平均值逐渐变小,说明创伤病灶硬度逐渐增大。

表1 不同时间点两组弹性成像值的比较

2.2 “#”型创伤实验中感兴趣区及病灶区病理图片

见图1-3。

2.3 创伤弹性评分

(1)根据本实验及之前预实验摸索的经验,参考弹性成像对甲状腺、乳腺结节的评分标准,归纳出了创伤弹性成像评分标准,RTE对于肝脏创伤弹性评分。1分:病灶区呈较均匀一致的红色,或有少许绿色;2分:病灶区中心呈红色,周边呈绿色;3分:病灶区红绿相间 (见图4);4分:病灶区主体呈绿色,或有其他颜色;5分:病灶区蓝色为主,或以蓝绿相间; (2)根据本次实验不同时间点得出的创伤弹性成像图像评分见表2。

从表2中可以看出创伤病灶在第10分钟的弹性成像评分主要以1和2分为主,图像主要呈红色为主,可能有少许绿色。在第30分钟的弹性成像评分主要以4分为主,图像是与对比区域类似,呈绿色较多。在第60分钟的弹性成像评分主要以5分为主,图像是蓝色为主,或蓝绿相间。通过以上结论,我们可以总结出随着时间的增加,图像由红色向绿色过度,弹性数值由小变大,硬度由软变硬。

表2 创伤弹性评分及所占比例

3 讨 论

弹性成像 (ultrasonic elastography,UE)是由1991年国外Ophir等[17]首次提出,主要分为应变弹性成像、剪切波弹性成像和实时弹性成像RTE。实时弹性成像RTE是一种不同于以往检查手段的全新成像模式,可以通过评估组织的弹性变化,获取组织内部硬度分布的信息图像。其基本原理为根据不同组织 (即病灶观察组织与周边正常组织相对比)的弹性系数不同,在施加外力后其应变也不同,收集被检测组织某时间段内的各个片段信号,再采用灰阶和彩色编码叠加在二维图像上,用图像彩色来反应组织的硬度。弹性系数的大小,受接受到压力后位置移动变化大小所决定。当受压后位移变化大,弹性系数小,显示为红色,说明质地较软;当受压后位置变化小,弹性系数就小,显示为蓝色,说明质地较硬;位于两种情况之间时图像呈绿色,表示弹性系数中等。目前国际上通常使用RTE对甲状腺[18-19]和乳腺[20-21]病灶进行研究,通过感兴趣区域 (病灶区)结节的软硬程度判断结节的良恶性,说明RTE能够实时动态反应病灶部位情况。

在实时弹性成像RTE对乳腺结节良恶性的研究中,ACR已经制定了分类标准。2003年ACR的BI-RADS分类标准中乳腺BI-RADS4级结节表示恶性可能性为3%~94%,推荐穿刺活检。2004年ACR将乳腺BI-RADS4级结节进一步分级[22]。在实时弹性成像RTE对甲状腺结节良恶性的研究中也已经有了类似的分级通常采用四分法,即四种级别[23-24]。

目前,国际上RTE对于肝脏创伤的研究处于空白,更没有RTE对肝脏创伤的分级评分。因此本实验根据实际图像情况,摸索出对于随着时间增加,短时间 (约10 min)内肝脏创伤感兴趣区多呈红色,弹性系数较小,病灶质地较软;较长时间(30 min)肝脏创伤创伤感兴趣区绿色为主,或有少许其他颜色,弹性系数有所升高,病灶质地逐渐变硬;长时间 (60 min)肝脏创伤感兴趣区以蓝色为主,或蓝绿相间,弹性系数较高,病灶质地较硬。将以上变化分为5个评分,病灶组织由软变硬,每一个评分都代表图像处于与之对应的颜色状态。

与实时弹性成像对甲状腺和乳腺结节的诊断一样,实时弹性成像并不能提供百分之百的诊断正确率,由于客观上存在客体差异、创伤严重程度、发生时间长度等情况,实时弹性成像对肝脏创伤的诊断并不能保证每一个评分 (图像对应颜色)都与创伤发生时间完全对应。

在本研究中,实时弹性成像数值平均值、弹性应变比值SR平均值和实时弹性成像对肝创伤评分之间有着一定的相关性。从第10分钟到30分钟,可以看出实时弹性成像数值平均值升高,而弹性应变比值SR平均值随着时间降低,实时弹性成像对肝创伤评分从以1~2分为主,说明创伤病灶区由软变为较硬,图像以由红变绿转变。从第30分钟到60分钟,可以看出实时弹性成像数值平均值进一步升高,而弹性应变比值SR平均值随着时间进一步降低,实时弹性成像对肝创伤评分从以4、5分为主,说明创伤病灶区由硬度逐渐增强,图像以蓝绿相间为主。以上过程与病理也有一定相关性,在第60分钟时,肝脏病灶区充血出血,淋巴细胞侵润更明显,出血区肝小叶结构收到破坏更严重。同时,由于时间增加硬度变硬,考虑是时间增加情况下炎性因子和凝血机制启动。

相对于实时弹性成像在甲状腺、乳腺等脏器病变的诊断中,对于肝脏创伤的诊断仍然属于探索阶段。尤其是在进行实时弹性成像数值测量中受新西兰兔呼吸影响较大,数据差距较大,同时还要避开肝脏大血管、胆囊和肝脏包膜交界处等位置。但相信在以后对人肝脏创伤的研究中出现上述情况较少,主要是人体正常情况下呼吸较稳平稳。因此,实时弹性成像对肝脏创伤的诊断一定会像对甲状腺、乳腺诊断一样,有望成为种新的肝脏创伤诊断方法。

(此文图1-4见附页1)

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