【word】 实时B超引导下的瞬时弹性肝纤维化评估

【word】 实时B超引导下的瞬时弹性肝纤维化评估 实时B超引导下的瞬时弹性肝纤维化评估 实时B超引导下的瞬时弹性肝纤维化评估 LiverFibrosisAssessmentUsingTransientElastographyGuidedwith Real-TimeB-ModeUltrasoundImaging 郑永平,麦德民,黄铮铭.张忠【摘要]肝纤维化是一种慢性的肝脏损害,严重的损害更会导致肝硬化.肝硬化在西方是前十位 伟,周永进,何俊峰导致死亡的病.最近,超声瞬时弹性测量被用来评估肝脏硬度,取得较好的结果.然而,在测量 香港理工大学医疗科技及资讯学过程中,目前的设备不能提供足够的图像引导来确定肝脏的位置.所以,我们的目标是设计和验 系,香港证一台实时B超图像引导下的瞬时弹性成像系统.我们的研发是基于传统的B型超声扫描系统,而 B型超声探头被安装在机械振动器的轴心上.振动会产生弹性剪切波,并在肝脏组织中传播.当 测量时,实时B超图像会生成以查看组织的静态和动态信息.另外,6000帧,s的实时A型超声也会 用以追踪在选定位置弹性剪切波的传播.弹性剪切波的传播速度是与组织的弹性相关的,所以我 们能够计算出杨氏模量.我们以自制的不同弹性的仿体进行了一系列的测试,将得出的结果与现 有的瞬时弹性测量系统和传统力学测量作比较,得出的结果相当符 合.另外,对于正常人体的初 步测试,现有的系统和我们系统测出的杨氏模量分别为5.8kPa和 (7.5?2.1)kPa.我们已经成功地 研发了实时B超引导下的瞬时弹性测量系统对肝纤维化的评估.进 一步的评估正在进行中. 【关键词】瞬时弹性成像;肝纤维化;软组织;弹性成像;超声;瞬态M 超 ZHENGYong-ping,MAKTak--rnan, HUANGZheng-ming.CHEUNG Chung.waiJames,ZHOUYong叫in, HEJun—feng DepartmentofHealthTechnologYand Informatics,TheHongKongPolytechnic University,HongKong,China Abstract:Liverfibrosisisakindofchronicdamageoftheliver.Theprogressionofliverfibrosiswill resultincirrhosiswhichisoneofthetop10causesofdeathinthewesternworld.Recently,adevice developedbasedOiltransientultrasoundelastographyshowspromisingresultsforliverstiffness measurement.However,thisdevicedoesnotprovideenoughvisualguidance fortheliverbeingtested duringmeasurement.Weaimtodesignandvalidateatransientelastographysystemwithreal-time B-modeultrasoundimagingforliverfibrosisassessment.Ourdevelopmentisbasedonaconventional B-modeultrasoundscanner,whichconsistsofaB—modeultrasoundprobefi xedalongtheaxisofa mechanicalvibrator.Theinducedshearwavepropagatesthroughthelivertissue.Duringmeasurement, B-modeultrasoundimagingisgeneratedinreal—timetoviewthemorpholog icalinformationand dynamicmotionofthetissue,andanA-modeultrasoundwithaframerateof6000f/sisgenerated totrackthepropagationofshearwavewithinaselectedregion.Thepropagationspeedoftheshear waveisrelatedtothetissuestiffnessandthusYoung’smoduluscanbecalculated.Thesystemwas testedusingaseriesofcustom—madephantomswithdifferentstiffnessandth eresultswerecompared withthosemeasuredbyanexistingtransientelastographysystemandmechanicaltesting.Theresults showedthattheelasticitymeasuredbyournewmethodagreedwellwiththose obtainedbyother methods.Forthepreliminaryinvivoassessment.theYoung’smodulusofanormalmalesubjeetis5.8 kPaand7.5?2.1kPaobtainedbytheexistingandoursystems,respectively.Insummary,wehave successfullydevelopedatransientultrasoundelastographysystemwithreal-timeB-modeimagingfor theassessmentofliverfibrosis.Furtherevaluationofthesystemisbeingconducted. Keywords:transientelastography;liverfibrosis;softtissue;elasticityimaging;ultrasound;transient M—mode [中图分类号】R445.1【文献标志码]B doi:10.39696.issn.1674—1633.2011.01.009 【文章编号]1674—1633(2011)01—0034—04 收稿日期:2010—11一O1 基金项目:香巷理工大学(J—BB69)以及香港创新科技基金本文作者: 郑永平,教授. (GHP/047/09)支持.作者邮箱:ypzheng@itee.org 342011年第26卷01期VOL26No.01 1概述 1.1肝纤维化 肝纤维化是一种慢性的肝损害,严重的损害更会导致 肝硬化,形成结节和肝功能改变….肝硬化的并发症可包 括肝衰竭,门静脉高压症和肝癌[2-3]a最后,肝硬化会导致 死亡.在西方,肝硬化是前十位会导致死亡的病】.据报道, 在20世纪80年代初,智利的肝硬化死亡率约为每10万人 口中分别有55名男性和l4名女性l41.苏格兰在2002年的 肝硬化死亡率为每10万人口中分别有45.2名男性和19.9 名女性,这是肝硬化死亡率最高的西欧国家l.因此,人们 对肝纤维化诊断系统的需求很高.在这种情况下,研究人 员研发出来各种肝纤维化的诊断 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,例如肝活检,超声 成像,血清标记和磁共振弹性成像等. 1-2肝纤维化的评估 肝活检是诊断肝纤维化的黄金 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ….这是一种侵入 性的方法,主要以针插入肝脏以取出肝脏组织检查.然而, 肝活检是受到一定限制的.其中最重要的限制是采样误 差】.这是因为肝纤维化是不会均匀地影响整个肝脏.另 外,被取出的肝组织非常少,约1~0000肝脏大小.因此, 被取出的肝组织可能不包含纤维化组织.Regev等f2002年) 报告说,在某些情况下,有33.1%的测试者,他们肝脏的 左叶和右叶至少有一个纤维化阶段的相差,这样的情况会 导致诊断错误】.另一个限制是同一观察者以及不同观察 者间的重复性问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 】.这个问题可能导致高达20%的肝纤 维化阶段诊断错误川.因此,肝活检可能不是一个有效的 诊断方法. Fibroscan(Echosens,巴黎,法国)是一种利用瞬时弹 性成像技术的无创诊断肝纤维化系统].它采用A型超声 去追踪在肝组织传播的弹性剪切波.弹性剪切波在肝组织 的传播会对超声回波造成扰动.这些扰动可用以形成弹 性图像.利用瞬时弹性测量技术,肝脏弹性和肝纤维化阶 段有着十分显着的相关性.Ganne,Carrie等(2006年)已 证实瞬时弹性成像技术的准确度很好….而对于同一观 察者以及不同观察者重复性问题,它有较好的重复性…], 而且与肝活检相比有较好的表现1121~此外,它的测量时 间短,一般不超过10min,且测量成本相对较低.因此, Fibroscan似乎是一个很有潜力的肝纤维化测试系统.然而, Fibroscan有其局限性.主要的限制是未能提供足够的图像 引导.由于Fibroscan基于A型超声形成弹性图像,它不能 提供足够的图像引导来确定肝或纤维化组织的位置.这样 可能会影响重复性和测量精度,更重要的是很难做到对肝 脏的同一部位进行长期的定位监测.这在治疗效果评估和 病情发展的监测中非常重要.因此,具有实时B超图像引 导下的瞬时弹性肝纤维化评估系统将较为可取. 血清标记”是测量一个或多个血液或血清样本中的分 子,这些分子作为肝纤维化的替代标志物.这些血清标记 包括prothormbin指数和PGA指数.Oberti等(1997年)报 告说,在一项涉及243名患有慢性酒精性肝病或肝病毒病 人的研究中,prothormbin指数表现出最高的诊断准确率约 为86%[131~一些血清标记能表现良好的准确性,但一些则 会受到病因的影响,令精度有所下降. 实时弹性成像0是一种无创的成像方法,它可以通过 比较和分析肝组织移位的程度以显示组织弹性.Friedrich— Rust等f2007年)发现从实时弹性成像所获得的弹性分数和 临床所用的肝纤维化分级系统有极显着的相关性1141~但是, 同一观察者以及不同观察者间的重复性并不如瞬时弹性成 像. 磁共振弹性成像(MRE)[16-171是使用机电振动器以产 生弹性剪切波在肝脏组织传播,该弹性剪切波的传播会对 肝脏组织造成周期性波动,用MRI追踪这些波动以产生 弹性图像.据报导,MRE能够诊断和评估肝纤维化[18-191~ Huwa~等(2006年)报告,MRE是一个能准确诊断肝纤维 化分级的方法[20]o相比其他技术,MRE包括几个优点,如 适用于肥胖病人等.但是,MRE的成本高于其他方法并且 测量时间较长,所以MRE的优势被它的高成本和较长的测 量时间抵消了. 根据上述探讨,超声瞬时弹性测量是一种可取的无创 肝纤维化诊断方法.其有操作简单,精度高,成本低,测 量时间短的优势.目前的超声瞬时弹性测量,它未能提供 足够的图像引导来确定肝脏的位置.这样一来,操作人员 就要训练有素,而且要有足够的经验,这才能正确地找到 肝脏的位置.如果在测量的过程中以实时B超图像来提供 图像引导,操作员就可以较容易地确定位置,甚至能找到 肝硬化组织.图像引导是一个优势,E’II够用于长期监测 肝纤维化阶段变化,因为医生可以准确地观察该纤维化组 织.因此,我们研发实时B超图像引导下的瞬时弹性肝纤 维化评估系统,而且是便携式系统,可用于现场检查,如 在学校或健康中心,促进肝纤维化的普查. 2}i溶 2.1研发实时B超图像引导下的瞬时弹性成像探头 我们的实时B超冈像引导下的瞬时弹性成像系统是在 传统的B型超声成像系统SIUICTS一8800(汕头市超声仪 器研究所有限公司)上进行改造,一个B型超声波探头被 固定在机械振动器的轴心上(如图1所示)机械振动器能 产生约50Hz的低频振动波.被引发的弹性剪切波在肝脏 组织传播,而弹性剪切波的传播速度是和组织弹性相关的. 如果肝组织较硬,弹性剪切波的传播速度会增加,否则速 度会降低.被引发的弹性剪切波应在一定的频率范同内, 以避免有太大的衰减. 在测量过程中,实时B超图像会生成,以供操作者观 2011年第26卷O1期VOL.26No.0135 脏弹性 图1实时B超图像引导下的瞬时弹性成像系统以及B型超声波 探头被固定在机械振动器的轴心上 察组织的形态信息和动态变化.每隔几秒,聚焦的超声束 在选定的位置生成一个特殊的超声图像,这个特殊的超声 图像采用高达6000帧/s的超高采样速率,我们将之定义为 瞬态M超.在此特殊的超声图像生成时,振动器也开始振 动以产生弹性剪切波.在25帧/s的其中1帧,瞬态M型 超声会代替B超来追踪弹性剪切波在肝组织中的传播.弹 性剪切波在肝脏组织传播会对超声回波造成扰动(如图2 所示).然后,该特殊的超声图像被加以处理,以提高弹性 剪切波在肝脏组织传播的痕迹.我们就可以跟据该痕迹以 确定弹性剪切波的速度从而计算出组织的弹性.具体的计 算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 如下Il: E=3PV 其中E为杨氏模量;P为组织的密度,在这里我们取P为 1000kg/m.;V为剪切波的传播速度.考虑到肝组织几乎不 可压缩的特性,在这里我们假设肝组织的泊松比为0.5. I1II/ 128~512帧 (Sk~10k帧)/s _振动感兴趣区域可移动到不问深度和位鼹 瞬态M型超声有扰动的瞬态M超声 图2实时B超图像引导下的瞬时弹性成像系统的成像原理在 25帧/s的其中i帧,瞬态M型超声会代替B型超声去追踪弹性剪 切波在肝组织的传播. 2.2仿体弹性测量 我们利用仿体对系统进行了一系列的弹性测量,当中 的仿体包括标准仿体(A1和A2)及自制的琼脂/明胶仿体 (B1一B6),它们都具有不同弹性以测试我们系统对不同弹 性的辨别能力.标准仿体得出的结果会跟Fibroscan作比较, 362011年第26卷O1期VOL.26No.01 而自制的琼脂/明胶仿体得出的结果则会跟力学测量作比 较. 2.3活体肝脏弹性测量 使用我们的系统,初步测量了一个正常年青男性的肝 脏弹性.这名男性31岁,没有乙型及丙型肝炎病毒.这名 测试者需要平躺着以及将他的右手放在他的头部.我们会 先大约确定肝脏的位置,之后将B型超声探头定位于肋骨 之间的位置.通过实时B超图像,我们能够准确地确定肝 脏的位置,并且确定选定的位置没有血管以影响测试的结 果.我们采集了1O个弹性数据以作平均及进行分析. 3结果 蛊 燃 祆 饕薰 蛔l 截 留 赣 R:O.86?’ / / /’ //? ‘/ 000.5101.52.02.S3.03.S4.O 力学测援方法的杨氏模援/kPa 图3在琼脂/明胶仿体的瞬时弹性成像测量和力学测量得出的 杨氏模量相关性 图4肝脏的弹性图像左边的是肝脏的实时B型超声图像,右边 是弹性图像,从弹性图像的斜率可以计算出肝脏的弹性. 对于仿体A1,Fibroscan和我们系统测出的杨氏模量分 别为32.4kPa和35.4kPa.对于仿体A2,Fibroscan和我们 系统测出的杨氏模量分别为15.9kPa和19.8kPa.对于仿 体Bl,B6,我们将得出的结果作相关性比较,根据我们的 系统及力学测量结果,得出的皮尔逊相关系数是0.86(如图 3所示),这说明他们之间有着很好的线性关系.在正常人 体的初步测量中,Fibroscan和我们系统测出的杨氏模量分 别为5.8kPa和(7.5?2.1)kPa.图4显示了一个典型的活 体测量结果.我们可以看到肝脏的B型超声图像以及分辨 出三根血管.所以我们可以选定一个合适的位置以进行测 试(黄色的范围).除了B型超声图像之外,图4也显示了 弹性图像,从弹性图像的斜率可以计算出肝脏的弹性. 4讨论 根据仿体A1和A2的结果,观察到我们系统的测量结 8642O8642O 果是非常接近Fibroscan的测量结果.但是,两个结果都是 倾向比Fibroscan的大,这是一个有趣的现象,我们要进一 步研究.根据仿体B1,B6的结果,皮尔逊相关系数是0.86, 证明有很好的线性关系,这说明我们的系统是有潜力的, 因为力学测量方法是一个标准的方法去评估材料特性,而 绝对值的差异是南于不同的测量方法造成的,特别是粘弹 性在不同测试方法下的表现,这需要进一步的研究. 尽管结果令人鼓舞,我们发现弹性剪切波的振动频率 会严重影响杨氏模量的测量结果.当振动频率从50Hz增加 到400Hz,仿体的杨氏模量会有较大的变化.这结果表明, 振动频率的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 化对肝脏弹性测量是非常重要的.初步测 试结果已表明我们的实时B超声图像技术引导是非常有用 的,能够协助操作员正确地找到肝脏的位置,而且成功利 用我们的系统对肝脏弹性进行测量,并且得到令人鼓舞的 结果. 5结论 我们已经成功研发了实时B超图像引导下的瞬时弹性 成像系统对肝纤维化的评估.在测量过程中,实时B超图 像可以提供足够的引导,使操作者可以准确地找到肝脏的 位置以及选取适当的肝脏组织进行测量,以避开血管.进 一 步的临床活体肝纤维化测试正在进行中. 致谢 该项目部分由香港理工大学(J—BB69)以及香港创新科技 基金(GHP/047/09)的支持.我们也感谢中国广东汕头市超声 仪器研究所工程师对我们工作的支持.在此我们也要感谢香 港威尔斯亲王医院的陈力元教授,黄炜粲教授以及黄丽虹医生, 支持我们使用FibroScan仪器. 【参考文献】 【1】FriedmanSL.Liverfibrosis—frombenchtobedsideUI.Joumal ofHepatology,2003,38:$38一$53. 12】2MartiniFH.Fundamentalsofanatomyandphysiology【M】.3rd ed.NewJersey:PrenticeHall,1995. 【3】FoucherJ,ChanteloupE,VergniolJ,eta1.Diagnosisofcirrhosis bytransientelastography(FibroScan):aprospectivestudyU】. 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