第二章 影像检查方法与图像后处理技术

第一节 超声

肝脏作为人体重要的实质性脏器,非常适合应用超声检查技术进行肝脏疾病的诊断和筛查。超声检查是目前无创性判断肝内占位性病变及弥漫性病变最简单易行的影像学诊断方法之一,常用包括二维实时灰阶成像(real time two-dimensional gray scale ultrasound imaging,2D-US)、彩色多普勒成像(color Doppler flow imaging,CDFI)、频谱多普勒成像(spectrum Doppler ultrasonography)、超声造影(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)和超声弹性成像(elastosonography)等,它们可以从形态学、血流动力学、微循环灌注及组织硬度等角度提供相关诊断信息。目前肝脏超声检查仍以常规使用的实时灰阶B型超声为基础,其探头多采用弧形凸阵探头。超声检查技术可以对肝脏的实质部分、肝脏相关血管及与肝脏疾病相关的其他脏器等进行扫查。

(一)超声检查目的和检查前准备

目的主要在于:①确定肝内占位性病灶的存在,并提示定位、定性诊断线索;②确定肝脏弥漫性病变的存在,判断弥漫性肝病所处病理阶段;③鉴别细胞性黄疸和阻塞性黄疸等。
检查前准备:一般无需特殊准备,但由于肝脏毗邻肠道,餐后的肠腔胀气可能会导致肝脏的部分叶段显示不清,因此最好是空腹6~8h,之后进行肝脏的扫查,隔夜空腹状态是最佳检查前准备状态。

(二)常规超声检查方法 1.二维实时灰阶成像技术

二维实时灰阶成像属于辉度调制显示法成像,它通过显示组织器官切面图的亮度变化,来提供人体解剖和结构学的相关信息。组织切面图的亮度与组织的声衰减特性和组织间的声阻抗差等相关。二维实时灰阶成像必须满足一定的条件,常规包括:实时显示(帧频≥8f/s)、高分辨率、高灰阶(灰阶级≥128)等。
二维灰阶超声检查可以评估肝脏形态、结构等肝脏背景情况,明确肝内病灶有无,观察病灶的数目、分布范围、大小、边界、内部回声和形态等。
肝脏背景的评估指标包括:肝脏包膜和边缘、肝内实质回声、肝脏大小、肝脏相关血管内径和走行形态、有无栓子、脾脏大小、脾静脉宽度、胆囊大小和囊壁及囊内容物等。最常见的疾病是门脉性肝硬化。研究显示:门静脉管径与肝纤维化程度呈正相关,门静脉血流速度与纤维化程度呈负相关,肝静脉管径及多普勒频谱波形的变化与肝纤维化程度有显著相关性。肝包膜、实质回声及胆囊壁厚度是判断肝纤维化程度的最佳预测指标,其与肝脏纤维化程度有良好的相关性,有研究将以上指标与血清学指标进行了比较,发现超声评价中度肝纤维化的符合率高于血清学,但二者在判断肝纤维化的总符合率及轻、重度纤维化的符合率方面差异无统计学意义。常规灰阶超声可以明确肝内有无病灶,常见病灶描述如下:病灶内部回声为无回声、低回声、等回声、高回声、强回声、混合回声等;均质、不均质等;形态圆形、类圆形、椭圆形、不规则形等;边界清晰、欠清晰、模糊;有无包膜;后方回声有无改变等。

2.彩色多普勒和频谱多普勒成像技术

多普勒成像(Doppler imaging)是一种通过多普勒技术获取人体组织器官或血管内血流运动速度的分布情况,并以灰阶或彩阶的方式形成运动速度分布图的成像技术。彩色多普勒是一种用彩色图像实时显示血流的方向和相对速度的技术,方法为在二维灰阶声像图的基础上设置一个取样框,通过计算机的分时处理等方法,在得到二维声像图的瞬间获得取样框内的多普勒信号,经过计算机的信息处理后,将二者叠加形成实时彩色图像。在此基础上,又发展了彩色能量图和方向能量图及彩色多普勒组织成像法等:能量型彩色多普勒对高速血流的显示不产生彩色混迭,不能显示血流方向、速度和性质等;彩色多普勒组织成像法一般应用于观察心肌组织运动情况。频谱多普勒也可以在二维声像图(或合并彩色图像)的基础上设置一个取样门,以频谱图像显示,形成双幅实时图像:二维实时图像(或合并彩色图像)在上半幅、频谱图像在下半幅。频谱多普勒又分为脉冲频谱多普勒(pulsed wave Doppler,PWDoppler)及连续波多普勒(continuous wave Doppler,CW-Doppler)两大类。
彩色多普勒和频谱多普勒超声成像技术可以协助鉴别管道(血管、胆道或其他管道结构)性质、识别动脉与静脉、显示肝脏相关血管包括门静脉、肝动脉、肝静脉等的血流走向、流速、测定和评估血流动力学参数。常用血流信号描述如下:血流信号出现部位如周边、中央,血流信号形态如点状、条状、条形等;血流信号总体描述为少许或较丰富等,动态呈动脉样、静脉样等。肝脏常用频谱多普勒为脉冲波多普勒成像,可测量所显示血流的血流动力学参数,为临床提供相关诊断和鉴别诊断信息。常用血流动力学参数主要包括:收缩期血流速度(PSV),舒张期血流速度(EDV),平均速度(Vm),搏动指数(PI),阻力指数(RI)等。

(三)超声造影

超声造影即造影剂增强超声(contrast enhanced ultrasound),利用超声造影剂在声场中的非线性效应和所产生的背向散射来获得对比增强图像。超声造影具有较高的时间分辨率,可以对病灶微循环灌注进行实时动态观察,安全性高,可以在较短间隔内重复注射造影剂进行检查。经过多年发展,造影剂增强超声已经成为临床上常用的诊断技术,这得益于超声微泡造影剂及配套成像技术的飞速发展。超声造影剂和低机械指数谐波成像技术的发展,有效弥补了传统常规超声和多普勒超声在肝脏的应用局限性,该技术可以实时动态连续观察超声微泡对组织的强化过程,以获取组织微循环血流灌注等信息,此过程类似于增强CT和增强MRI。常用低机械指数谐波成像技术主要包括:脉冲反向谐波(pulse inversion harmonic,PIH)成像、对比脉冲序列(contrast pulse sequence,CPS)造影成像技术、脉冲编码谐波(pulsed coded harmonic,PCH)造影技术、造影匹配成像(contrast tuned imaging,CnTI)、纯净造影谐波成像(pure contrast harmonic imaging)等。第一代造影剂包括Albunex、ELevovist等,其由于微泡内含空气,包膜较厚、弹性差、且包裹的空气易溶于水等因素,导致第一代造影剂在体内持续时间短且容易破裂。第二代超声造影剂包括Optison、Sonovue、Sonazoid等,其内包裹高密度惰性气体(不易溶于水或血液),外膜薄而柔软、稳定时间长,且振动及回波特性好。目前国内最普遍使用的超声造影剂Sonovue是纯血池造影剂,其微泡在低声压下震而不破,能产生较强的非线性谐波信号,从而实现非爆破性实时超声造影,同时,Sonovue经肺部排泄,无肝肾毒性。也有一些超声造影剂如Sonozoid等,可滞留在肝脏和脾脏,能获取延迟或血管后期相,目前即将获批进入中国市场。现在常用的超声仪器也是配备低机械指数谐波成像技术的成品机,超声造影时一般无需另外调节机械指数等参数。
检查前准备:检查前告知并签署知情同意书、详细询问病史以明确检查目的并排除禁忌证、患者检查前需空腹6~8h、必要的仪器操作和准备等。观察内容:描述病灶增强开始时间及消退时间、增强程度、增强形态及不同时相的动态变化模式等。适用症:肝内结节或占位性病灶的定性诊断、需增强影像学检查但增强CT和MRI检查有禁忌的患者、CT和MRI检查未能给出明确诊断的患者、不同影像学检查诊断肝内病灶结论不同时、肝肿瘤消融介入或手术后定期随访、肝移植术后并发症的评估、肝脏纤维化及肝硬化的评估等。
肝脏超声造影的时相通常分为动脉相(0~30s)、静脉相(31~120s)、延迟相(121s~),超声造影从注射超声造影剂即刻开始实时动态连续观察超声微泡对组织的强化过程,而增强CT和增强MRI一般从动脉早期20s刚开始扫描肝脏,对于在动脉早期20s前即灌注并已消退的病灶则无法捕捉病灶快进快退的灌注信息。同时,超声造影剂可以作为载体,辅助实现药物携带、基因治疗等靶向治疗。然而超声造影往往需要固定在某一个切面进行检查,因此无法同时全面了解其他部位病变的信息。另外,对于二维灰阶超声显示困难的部位和病灶,其造影效果通常也不理想。

(四)超声弹性成像

弹性成像(elastograhpy)的概念首次由美国Ophir教授在1991年提出,它可以对生物组织的硬度进行量化测量和弹性成像。弹性技术主要包括超声弹性成像(elastosonograhpy)与磁共振弹性成像(MR elastograhpy)技术等,促进了无创评估肝脏纤维化程度的发展。超声弹性成像因灵敏度和特异度高、操作简便、价格价廉、无辐射、易重复、患者屏气时间较短、患者接受度高等独特优势,近年来发展迅速,目前已成为无创性评估肝纤维化的可靠方法。
目前,应用于肝纤维化诊断的超声弹性成像技术主要分为两类:应变式弹性成像(strain elastography)和剪切波弹性成像(shear wave speed elastography)技术。实时组织弹性成像(real-time elastography,RTE)是应变式弹性成像的代表,以在浅表器官如甲状腺、乳腺等的应用较有价值。应用于肝脏的超声弹性技术主要是剪切波超声弹性技术:包括瞬时弹性成像(transit elastography,TE)、点式剪切波弹性成像(point shear wave elastography,pSWE)、二维/三维剪切波弹性成像(2D/3D shear wave elastography,2D/3D SWE)。其中,瞬时弹性成像以Fibroscan为代表,是最早应用于临床检测肝脏弹性杨氏模量的技术,也是多年来被国内外各大临床指南所推荐的经典检查方法。其通过体外低频发射器的震动产生一个瞬时低频脉冲激励,使肝组织产生瞬间位移和剪切波,跟踪并采集剪切波即可测定肝脏硬度。它可以给出组织弹性模量的E值和肝脏受控衰减参数(controlled attenuation parameters,CAP),其中组织弹性模量用来评估肝纤维化程度,剪切波速度越大,肝硬度测值越高,感兴趣区(region of interest,ROI)内肝组织越硬。肝脏受控衰减参数CAP值也可以定量反映肝脏脂肪含量。由于瞬时弹性成像没有实时的图像引导,因此无法避开非目标区域,对于肥胖、肋间隙过窄、肺气肿、伴肝内巨大肿块等患者,常常无法得到正确有效的测量结果,对伴腹腔积液的患者则无法进行肝脏弹性测量。而pSWE及2D-SWE是基于声辐射力脉冲(acoustic radiation force impulse,ARFI)成像的弹性成像方法,由于成像原理不同且具备了灰阶超声的图像引导功能,因此其可以有效避开无效测量,适用于伴腹腔积液的患者。pSWE所使用的声辐射力脉冲在不同深度进行冲激诱发,多条声束在较大范围内对组织进行推挤,可形成组织硬度分布图。pSWE反映的是组织在声束轴向上的硬度,测得的数据是感兴趣区的平均值,常见 pSWE 有 VTQ、STQ、ElastPQ、SWM 等。 2DSWE采用多波成像平台,探头发射高速聚焦声束即声辐射力脉冲对组织施加激励,利用“马赫锥(Mach cone)”原理,可在组织中产生足够强度的剪切波,并利用超高速成像技术(>5 000帧/s)捕获、追踪剪切波,通过测量组织中不同位置剪切波的传播速度来反映组织硬度,以彩色编码技术实时显示出组织弹性分布图。常见 2D-SWE有 STE、SSI、ElastQ等。2018年世界超声联合会发布的最新肝脏超声弹性指南指出:不同机器的诊断精度相似,在严格遵循规范化操作的前提下可以提高SWE的诊断准确性,pSWE及2D-SWE对肝脏硬度的测量成功率高于TE,尤其是对肥胖患者。
检查前准备:详细询问病史以明确检查目的并排除合并症,患者检查前需空腹2~4h,禁咖啡、吸烟、餐饮等,隔夜空腹效果最好。运动后需休息10~20min,嘱患者检查时适当平静屏气配合检查等。
但值得注意的是:虽然肝纤维化程度是影响肝脏弹性硬度测值的最主要因素,但其他因素如炎症反应和坏死分级、脂肪含量等也可能会影响肝脏弹性测值。在肝脏淤血性损害、急性病毒性肝炎、肝小静脉闭塞症、胆汁淤积性疾病等病理情况下,肝脏弹性硬度也可升高。因此,基于复频剪切波的肝脏黏弹性测量和基于声波衰减的黏性测量也具有重要意义,但目前尚在萌芽阶段。前期仿体和动物实验表明:黏性与肝脏炎症坏死及动态病理变化相关。初步临床实验显示急性肝损伤者肝脏具有低弹性测值和高黏性测值,频散斜率(黏性参数)与坏死分级相关。因此,在日常工作中,医师需结合临床的其他诊断指标对肝纤维化程度进行综合性评估。