超微血流成像技术临床应用及展望

张斯棋，卢 漫,2△

(1.川北医学院医学影像学院，四川 南充 637000 ;2.四川省肿瘤医院·研究所，四川省癌症防治中心，电子科技大学医学院超声医学中心，四川 成都 610041)

传统的多普勒成像采用壁滤波器去除杂波和运动伪影，导致低速分量的损失，通常无法评估低速流量(3～5 cm/s)小血管(<1 mm)的血流信号[1～3]。超声造影提高了血流的敏感度和分辨率，但超声造影检查需要静脉注射造影剂[4,5]，为有创检查，且造影剂价格昂贵，加重患者经济负担。超微血流成像技术(superb microvascular imaging, SMI)是一种新型的超声成像技术，该技术分析了杂波运动的特点，采用自适应算法识别和去除组织运动[6]，消除杂波伪影，同时保持对低血流速度的敏感性。与超声造影相比，SMI具有更高的分辨率和帧频，可以在不使用造影剂的情况下显示更低的血流速度和更小的血管，能对与血管生成密切相关的疾病进行早期诊断，在疾病活动分级和监测治疗反应方面具有独特优势，特别是依赖于血管生成的癌性肿块的转移可用SMI来进行实时的随访和监测。本文综述SMI原理及其在临床应用研究现状，以及该领域的最新研究进展。

1 SMI发展概况及原理

SMI是近几年开发的一种多普勒超声技术系统，自2014年7月以来已经作为常规超声检查。SMI是一种新的超声图像处理技术，它采用一种独特的算法，通过消除基于组织运动分析的信号来最小化运动伪影[7,8]。它使用先进的杂波抑制技术从血管中提取流量信号，采用血管增强算法来增强血管结构显示，有先进的混合显示模式，使血流与组织更平滑自然的叠加显示，能够更好的侦测小血管(如微动脉)的低速血流，显示细微血流信号。

SMI为非侵入性，且对微血管的描述能力优于传统超声多普勒技术。SMI为高级微血管成像，具有两种工作模式：cSMI为彩色SMI，mSMI为单色SMI。前者用彩色编码的多普勒信号同时显示传统的灰度超声，可获得更好的图像。而单色SMI是一种通过排除其背景信息来提高血管系统灵敏度的单色模式信息的方式，只关注血管系统，输出结果为灰度图像[9,10]。

2 SMI的临床应用

2.1 乳腺肿瘤良恶性评估乳腺肿瘤细胞产生的血管生成因子直接刺激新血管的生长，导致肿瘤血管增生[11]。因此，肿瘤血管的临床评估有助于乳腺癌的诊断、治疗方案的选择和预后的预测。评价肿瘤血管生成的金标准是微血管密度的免疫组化。微血管密度在乳腺浸润性导管原位癌中最高，并与更高的转移可能性相关[12]。提示恶性肿瘤的超声多普勒征象，如血管增生、中心血管增生、穿透性或分支性血管，有助于鉴别乳腺肿瘤良恶性[13～15]。Xiao等[16]指出，穿透性、针状或放射状排列的血管更有可能在乳腺恶性病变中被发现。采用了血流分布模式分析乳腺肿瘤良恶性，将乳腺肿瘤微血管构成分为5种类型：无血管型、线状型、树状型、根毛样型和蟹爪样型。根据他们的研究，前三种类型最常见于良性病变，而后两种类型最常见于恶性病变。以根毛样和蟹爪样形态作为恶性肿瘤的诊断标准时，SMI和超声造影具有相似的诊断能力。SMI对微血管具有较高的敏感性，可以更详细地评价微血管分布，提高乳腺肿瘤的诊断水平[17]。

2.2 甲状腺结节评价超声是目前临床诊断甲状腺结节的首选诊断工具，高分辨率超声检查能发现人群中甲状腺结节患病率20%～76%，其中甲状腺结节中甲状腺癌的患病率为5%～15%[18～21]。甲状腺实性结节是甲状腺癌的危险因素[22]，低回声、边缘不规则、纵横比大于1和微钙化等特征有助于将甲状腺病变归类为恶性结节[23～25]。研究表明，甲状腺结节中血流增多与恶性相关[23]，与彩色多普勒和能量多普勒超声相比，SMI可以更详细地显示结节内血流，从而提高甲状腺癌的检出率[24]。在恶性结节中，SMI显示了结节周围血管血流中断和结节内部微细血管的紊乱，良性结节显示出结节周围血管血流完整，呈环状体征，以及结节内部微细血管分支走形清晰。SMI为区分良性和恶性甲状腺结节提供了一种安全，低成本的替代方案[26]。

2.3 甲状腺结节消融肿瘤血管生成是肿瘤生长、侵袭和转移的基础[27]。评估肿瘤消融区是否消融彻底，常见影像学评估方法有常规超声、超声造影、CT、MRI 等。超声评估通常是检测肿瘤消融区域是否有血供。肿瘤微波消融后，二维超声显示消融区域通常为低回声区，边界模糊，评估消融区域范围困难。Yan等[28]根据以下标准确定甲状腺未完全消融的结节：彩色多普勒超声显示结节边缘有血流信号；超声造影显示结节边缘有少量造影剂灌注的不规则残余组织；SMI显示结节边缘有微血管灌注的残余组织。以超声造影结果作为判断结节是否完全消融的标准时，用SMI评价结节完全消融的准确性、敏感性和特异性分别为100%、90.2%和98.2%。彩色多普勒超声对消融后结节内血流的显示并不准确，因为消融后的加热效应和组织气化可能会产生显著的伪影。虽然超声造影是评估消融效果的首选方法，但其为有创且需经静脉注入造影剂。与传统多普勒超声相比，SMI技术提高了信噪比，可以检测到>0.1 mm/s的微血管血流信号[7]。更重要的是，SMI在临床环境下监测消融病灶更方便、无创，无需使用造影剂。上述研究结果均表明，SMI可以作为评估消融病灶体积变化和消融范围的重要工具[28]。

2.4 肝纤维化评估肝纤维化在预测肝细胞癌的发展中起重要作用，因此准确评估肝纤维化至关重要[29]。肝活检是目前肝纤维化分级的参考标准，但这种方法是有创的，可能引起并发症[30]。 Kuroda等[31]研究表明SMI显示了详细的肝脏血管结构图，在纤维化阶段，肝脏血管的分布存在显著差异。晚期肝纤维化患者的肝血管树数量明显高于其他阶段。此外，肝血管树数量早期预测晚期肝纤维化的ROC曲线下的面积为0.911，表明其准确性很高。同样，Balik等[32]也发现SMI比其他多普勒成像技术能更好地显示肝血管树状结构，尤其是单色SMI可以通过区分小血管的钝性程度来区分轻、重度纤维化。虽然超声造影也可动态观察肝血管树状结构[33]，但属有创检查且价格昂贵。SMI技术的出现，能够减少不必要的肝活检和造影剂的使用。

2.5 颈动脉斑块新生血管评价不稳定斑块破裂导致血栓形成是引起心肌梗死、中风等临床并发症的主要原因，不稳定斑块与斑块内新生血管的发生密切相关[34～36]。研究表明，斑块内新生血管可进一步促进斑块生长[34]。斑块内新生血管生长发生在颈动脉斑块形成之前的脂肪条纹形成期间，对斑块形成、发展起关键作用，最终会促进斑块的生长和不稳定性。因此，通过超声成像技术准确观察新生血管，可以更好地评估颈动脉斑块的稳定性。SMI是一种新的非超声造影成像方法，能有效地评价颈动脉粥样硬化斑块的新生血管形成，可作为临床预测脑卒中危险性的一种新方法[7]。

2.6 肌肉骨骼疾病诊断Chen等[37]研究显示，在腕管综合征患者中SMI的血流显示率(即有血流信号的患者数/总患者数)显著高于能量多普勒超声和彩色多普勒超声。与传统多普勒成像相比，SMI显示神经内血管的敏感性更高。另外，Lim等[38]研究了19例类风湿关节炎患者、27例骨关节炎患者、16例炎性关节炎患者、9例银屑病性关节炎患者和12例没有明确诊断的患者，分别使用能量多普勒及SMI对关节内血管进行检测评估。研究表明，SMI在评估关节血管方面优于能量多普勒超声，SMI是可用于不同肌肉骨骼疾病诊断和治疗计划制定的有效工具。但是这些研究的样本量较小，报告的研究成果相对有限，未来需进一步深入探索。

2.7 新生儿睾丸评估传统彩色多普勒超声在检测儿童年龄组睾丸血流存在一定的困难，因为儿童睾丸内的血管管径细小，可能导致假阳性诊断[39]。SMI具有比其他多普勒技术更高的帧速率(>50帧/秒)，以减少与运动和噪声相关的伪影。由于SMI没有过滤器来区分流动信号和运动，可捕捉到微流动，特别是单色SMI，在检测新生儿睾丸血管方面更具优势[8]。Keeli等[40]研究表明，单色SMI在检测新生儿正常睾丸的动脉血流尤其是隐睾检查，相比于其他多普勒检查方法更为精确。

2.8 产科应用SMI在胎盘评价中的临床应用价值和前景已被证实[41]。Hasegawa等[6]研究表明， SMI能清晰显示胎盘小血管的低速血流。SMI可显示胎盘中来自脐动脉至外周毛细血管的分支呈绒毛树状，若SMI未能在胎盘中检测出绒毛树状血管结构，则考虑胎盘梗死。此外，SMI能显示妊娠14周时胎儿大脑中的小血管，不仅能显示Willis动脉环，而且脑实质表面的外周血管都能被精确地显示出来。SMI可用于监测胎盘血流和胎儿某些组织和器官结构中血流的异常，特别是胎盘附着异常血流的检测，这使得SMI在产科领域有特别的价值。

3 总结

SMI是一种新型多普勒超声成像方式，相比传统超声多普勒可更灵敏地检测到血管，特别是微血管，在一定程度上可以减少超声造影剂的使用，减轻患者的经济负担，并在患者有超声造影的禁忌症时，发挥诊断作用。但迄今为止还没有明确评估微血管定量方法的临床标准，只能以半定量分数的形式。相信随着研究的不断进展，SMI可在一定程度上替代超声造影等有创检查，应用前景广阔。