浅谈超声弹性成像发展最终改动版
浅谈超声弹性成像发展
何为弹性成像？
这是一个超声成像术语，顾名思义这种成像模式旨在评估
组织的弹性大小，提供更全面的疾病信息。弹性是物质的一种
固有属性，同密度、硬度、温度等一样，反映物质的一个特性。日常生活中人们粗略评估物质的弹性主要看给一种物质施压外
压后物质的形变大小，例如海绵与金属：施加大体相同的压力
后海绵发生巨大的形变，人们认为它是软的；而金属受压后无
明显的变化，人们认为它是硬的。物质的硬度越大，其弹性越小；硬度越小，弹性越大。
为何要测量物质的弹性？
正常组织中不同的解剖结构之间会存在弹性差异。例如,在
正常乳腺中,纤维组织通常比乳腺腺体组织硬,而乳腺腺体组织
又比脂肪组织硬。绵羊肾脏的肾实质与肾髓质或者肾锥体的弹
性系数差异大约为6dB。不同组织弹性模量的差别能达到几个
数量级之上（如表1）。
表1 人体不同组织的弹性值
传统的超声成像中，不同组织的回声强度差异大小主要取决于组织的声阻抗，而其弹性系数差异却远较声阻抗差大（如表2）。
表2 不同人体组织及介质的声阻抗及密度
这决定了超声弹性成像对不同组织、同一组织的不同病理状态的分辨力较传统超声成像灰阶图高。换言之，同一组织中弹性的变化通常与其病理现象有关，正常组织与病变组织之间
存在巨大的弹性差异。例如,恶性的病理损害,例如乳腺硬癌、
前列腺癌、甲状腺癌及肝癌等,通常表现为硬的小结节。越硬
的物质受到外压时应变越小，硬度可反映物质的弹性大小。一
些弥散性的疾病例如肝硬化也会使得肝组织的硬度显着增大。
此外脂肪过多或者胶原质沉积也会改变组织的硬度。
什么是物质弹性的基本参数？
杨氏模量（E），亦称弹性模量／弹性系数。工程物理学上评估
机械材料弹性大小的基本包括杨氏模量、刚性指数等，其实反
映的都是物质的弹性。杨氏模量，1807年由英国科学家young thomas提出，反映物质弹性与硬度的基本参数，单位为Kpa。
此弹性模量（杨氏模量）与人们日常生活中提到的弹性（好／
不好）不同，超声弹性成像中用到的杨氏模量值与硬度呈正比。即物质越硬，物质受压时产生的形变越小，弹性模量（杨氏模
量）值越大。如海绵与金属，施加同一大小的外力，海绵形变
大而杨氏模量小，金属形变小而杨氏模量大。
怎么计算杨氏模量？
目前的几种超声弹性成像模式中应用的推算公式主要包括2种：
1.E＝S/e
（E为应变大小，间接反映弹性系数；S为外加压力；e为物质
受压后形变的大小。主要应用于静态型弹性成像以及定性型
ARFI）
2.E = 3ρC s2（E为弹性模量绝对值大小；ρ为组织密度；C s
为人体组织内剪切波的传播速度。主要应用于一维瞬时剪
切波成像、点式剪切波速度测量法以及2D－剪切波弹性成
像）
以上提到剪切波，那么什么是剪切波，它有哪些特点呢？
剪切波是一种对人体施加一定机械扰动后组织层面间产生
的粘弹滑动力传播的横波（即波传播的方向与质点震动的方向
垂直），属于机械波的一种，在液体及真空中不传播。而剪切
波又是一种极为微弱、振幅与传播距离（数个毫米）都极短的
波，传播速度较慢（1-10m／s）且在组织中传播时间极短（10-
20ms即衰减消失）。越硬的介质中剪切波的传播速度越快。根
据公式2，测得剪切波的传播速度即可计算出局部组织的杨氏模量。可是剪切波的独特特性使得捕捉并获得其传播参数极为困难。
实际上，人体几乎所有的脏器和组织密度均较为相近（如
表1），传统超声纵波在人体组织传播的速度也较为近似（约1540m／s）；而不同人体组织的杨氏模量差却十分巨大，同一
组织中软硬不同的区域剪切波（依靠组织层面间的剪切滑动力
传播）的传导速度亦是数倍甚至数百倍的差异。真正的剪切波
弹性成像从基本原理上是完全独立于传统超声成像的另外一种
成像模式，科学、客观的反映人体组织的弹性。
超声弹性成像的发展历程及基本分类
超声弹性成像最初于1990年左右出现，发展至今已有20余
年的历史，经历了静态应力型弹性成像、一维瞬时剪切波成像
与单点剪切波速度测量，到最近应用的2D-剪切波弹性成像。2013年由欧洲超声生物学与医学委员会（EFSUMB）出版的《超
声弹性成像分类及应用指南》（EFSUMB Guidelines and Recommendations on the Clinical Use of Ultrasound Elastography）中
对目前的几种超声弹性成像模式从原理、应用步骤、临床应用
价值、各种技术的优缺点等方面做了较为详细的介绍，根据成
像原理的不同大致分为3大类：早期传统的静态型弹性成像、剪切波速度测量法及2D－实时剪切波弹性成像（SWE， shearwave elastography）。
不同的弹性成像模式原理及应用究竟有何不同呢？
静态型弹性成像用于评估人体组织弹性大小是基于物质受压后产生形变大小不同的原理，评估的是受压物质的应变（strain）及应变率（strain ratio），主要包括：应变成像（strain elasto- graphy ，SE)以及应变率成像（strain-rate imaging ，SRI)，代表技术产品有hitachi、toshiba等推出的彩色应变弹性
成像（彩色的外压受力后形成的彩色应变图），而定性型ARFI
（ qualitative acoustic ridiational force impulse imaging ，即VTI技术，灰阶型应变图）亦归属于这类弹性成像范畴。这种半定性的弹性成像技术计算物质受压后的形变：E＝S/e（E为应变大小，S为外加压力，e为物质受压后形变的大小）。其基本原理：利用外力沿着声束方向(轴向)缓慢压缩组织(通常在1%左右),分别采集组织压缩前、后的超声射频信号,然后估计组织的位移分布,从而计算得到组织内部的轴向应变分布。假设要观察的组织横向边界无明显变化的条件下,组织受压后纵向应变分布同组织的弹性模量分布有很大的关联,弹性模量小(硬度小)的部位将比弹性模量大(硬度大)的部位有更大的应变,因此应变分布一定程度上能够代表硬度分布。这种技术的外力成因又分为：手动外力式、生理助力式、机械振动式（如图1）。然而这几种外力形成模式中施压外力的大小都不可知，从而这种弹性成像技术最大的弱点在于重复性不佳，人为依赖性过大。另外，这种技术存在一些共同的缺陷：a.不同深度的组织形变大小不同，离外力施压源越远的组织受到的压力越小形变也越小，因此，
图1 几种静态应变弹性成像的应力来源
随着深度的增加静态应变弹性成像的准确度下降；b.同一组织深度上，病灶越大受力也越大，因而病灶大小对静态应力弹性成像的准确性影响也越大；c.静态弹性成像的彩色编码图提供占位整体的形变信息，导致占位病灶内部软硬度分布缺失；d.静态应变弹性图上呈现的是病灶相对于周边组织的相对硬度，在患者脏器存在弥漫性病变（如肝硬化、桥本氏甲状腺炎、结节性甲状腺肿等）的情况下，弹性成像本底硬度增加，占位病灶的硬度可能与本底相同
或者比本底要软，此时极易导致恶性肿瘤的漏诊及误诊；e.这种应变弹性成像无法提供准确的弹性模量值。
图2 静态型弹性成像示例图
后来研发的基于剪切波速度测量的弹性技术都致力于对
人体组织的弹性模量进行定量。基于剪切波的几种弹性成
像模式都应用同一个弹性模量计算公式：E = 3ρC s2（E为
弹性模量值大小，ρ为组织密度，C s为人体组织内剪切波的
传播速度）。
依据欧超联2013发表的超声弹性成像技术分类及应用指南：基于剪切波的弹性技术发展经过了2个阶段。最先产生
的剪切波速度测值法，是继静态应力型弹性成像后
一个较大的突破，初步做到了单点的弹性模量值定量测量。两种代表技术为：TE（transient elasto- graphy，瞬时
剪切波成像）和定量型ARFI（ARFI quantification，定
量型声辐射力脉冲成像，欧超联弹性指南中称其为单点式
剪切波弹性成像；另一种名称为ARFI-VTQ，acoustic radiation force impulse - virtual touch tissue quantification）。
图3 TE技术应用示例图
TE技术的基本原理是在体表施压一个低频机械扰动产
生垂直于体表传播的剪切波，通过超声检测组织内部的剪
切波的振幅,相位及波速等参数来得到其机械属性相关信息。目前主要应用于慢性肝病患者肝纤维化分期诊断（如图3）。作为第一个可以定量提供人体组织弹性模量值的技术，它
在传染病领域内受到了医生的很广泛的认可与应用，对肝
炎患者早期肝纤维化的发现与分期诊断以及早期干预逆转
肝纤维化作出了很重大的贡献。然而它只能提供剪切波的
机械信号，无通用超声图像，只是简单的测值，在临床中应用相当有限，目前只应用到肝脏，其他器官均不适用。另外人们也发现了TE技术的其他众多缺点：a.TE技术测量剪切波平均速度值，测量深度不定，重复性不佳，因此每次测量需重复10次取平均值，操作时间长；b.产生剪切波的机械扰动体感明显，部分患者不易接受；c.探头使用6个月左右需更换，严重降低整体机器的性价比；d.由于其激发产生的剪切波垂直人体体表向深部传播，而剪切波液体中不传播，因此晚期伴腹水的失代偿期肝硬化患者不能应用；e.安装心脏起搏器及较为肥胖的患者亦不适用。
定量型ARFI问世有3年余的时间，目前应用于临床医学科研领域引起了不少医者的关注。
图4 定量型AFRI成像技术的成像原理
基本原理是利用不同角度的声束聚焦到人体组织激发组织产生平行于体表扩散的剪切波，计算激发点旁的数毫米（固定的取样框）距离内剪切波传播的平均速度（如图4）。它可以应用于肝脏和小器官，利用增加声束聚焦点声能来激发组织自发产生剪切波（增加剪切波的振幅与传播距离），测量剪切波通过固定取样框两端之间的速度平均值，得出取样框内组织杨氏模量的平均值（如图5），初步做到了相对于TE更为完善（可定位）的单点式剪切波速度测量。由于不依赖于外力，剪切波在人体组织中传播的速度与组织的硬度关系密切（声能、温度等因素的影响可以忽略不计），ARFI－VTQ技术有效规避了传统静态弹性成像外力不可定的缺点。
图5 点式剪切波速度测量法示例图
但是这种技术推出3年来在临床中的应用相当有限：a.由于其产生剪切波源所需的声能过大，一次聚焦后局部探头晶体过热因而需要3-8s冷却时间方可进行下次聚焦，从而做不到实时的测量；b.在实际应用中发现这种技术的可
重复性及成功率欠佳，常需进行3次以上的测量取平均值应用，因而完成整个检查耗时较长，无法作为常规检查应用
于临床；c.这种技术激发组织产生剪切波所需声能过大一
直受到超声界的质疑，其应用于临床及科研对病人的损伤
程度亦颇有争议，至今ARFI－VTQ技术未通过FDA认证；d.
应用于肝硬度测量时，定量型AFRI技术只可提供剪切波的
传播速度值，无法直接提供弹性模量值；e.部分使用类似
技术的机器提供弹性模量值，但量程最大达到30Kpa，硬度
超过30Kpa的组织无法测量，这与其超声成像采集帧频有限
及后台信号收集处理平台不成熟都有关系。
SWE（实时剪切波弹性成像技术）在欧超联弹
性技术分类指南中被分类命名为2D－剪切波弹性成像。这
项技术由超声科学界巨人Jaque先生（数字化波束形成器、
超9HDI的发明人，带领人类进入数字化超声诊断时代）及
其主要合作伙伴claude先生（phlipe iu22的研发团队领导人）带领的科研团队研发而成，它跨越超声弹性成像上的
几大技术瓶颈，是目前最为成熟、应用最为广泛的超声弹
性成像技术，受到了欧洲、美国、日本及中国广大医者的
认可。
它的成像原理主要包括剪切波的产生、剪切波的捕捉、信息的收集及计算。众所周知，剪切波传播距离极短、极
易衰减，很难捕捉。要形成一幅4-6cm的剪切波弹性图像，
首先必须能产生足够多且可探及的剪切波（至少覆盖4-6cm
长的取样框）：a.探头首先发出多束不同角度的声束聚焦
在人体组织形成单个剪切波源，此波源快速垂直向人体组
织深部移动从而形成一列移动的波源，每个波源产生的剪
切波在横向传播时相遇时发生波的相干增强效应，剪切波
传播距离及振幅明显增加（如图6，即马赫圆锥效应），从
而以较小的、在安全范围内的声能产生足够多足够强大的
剪切波；
图6 单列移动的剪切波源
b.探头顺序激发多列（由探头左—右排列）快速移动的波源；
c.多列移动波源产生并相干增强后的剪切波覆盖整个
感兴趣区（即SWE取样框，长3-6cm）。再接着利用法国声
科影像（SSI，supersonic imagine）的特有专利技术——
极速超声成像技术（高达20000Hz的图像采集帧频）以及软
硬件复合信号处理平台快速计算取样框内每个质点的剪切
波传导速度并即时呈现弹性模量绝对值的彩色编码图（如
图7）。
图7 SWE成像原理及步骤示意图
这种弹性成像技术结合传统二维成像实时观察人体组
织的弹性值（如图8），全面反映一个占位病灶（周边、中央、边缘）内不同区域的弹性值，更敏感、更特异的辅助
临床鉴别诊断，客观间接反映组织不同的病理状态。
图8 SWE成像示例图
SWE技术不依赖外力产生剪切波、做到了安全有效准确
且重复性好的剪切波弹性成像，于2009年通过FDA认证。在
欧美及日本的超声医学界应用相当广泛，特别是早期肝纤
维化的分期诊断以及肿瘤的鉴别诊断、肌骨系统疾病诊疗等。大批的国内外临床研究验证了其在肝纤维化分期诊断
的应用中比TE技术更准确、重复性更好，且大大减少病患
的检查时长。欧美多中心乳腺SWE研究收纳了上千个乳腺病例，充分验证了SWE对乳腺肿瘤的鉴别诊断价值，并将SWE
成像与传统二维超声成像系统结合，提供了全新的乳腺超
声分级诊断系统：传统BI－RADS分级基础上联合SWE成像校正，明显的提高乳腺肿瘤诊断的特异性，减少不必要的穿
刺活检，减少漏诊。它还提供3D－SWE成像应用于肿瘤术前
定位、新辅助放化疗的疗效监测方面。在肿瘤的鉴别诊断
方面，甲状腺、乳腺、肝脏等占位的鉴别诊断、SWE引导下
介入穿刺、肝肿瘤RFA治疗疗效的监测、乳腺与前列腺化疗
的疗效监测等方面，SWE给临床提供了莫大的帮助，有人称
之为继B型超声、C型超声及D型超声以来革命性的E型超声。
其更广阔的临床应用还在开发中，目前在中国各大疾病诊疗中心中都受到了广泛的认可与应用，来自于中国的SWE科研文章越来越多登上了欧美几大影像诊断杂志，如Radiology、Hepatology等。
超声弹性成像发展20余年来，SWE给众多病患及超声医学界交上了一个满意的答卷，作为一种完全独立存在、人为依赖性极低的成像模式，在临床中已作为一种常规的检查方法在应用。在妇科、血管、手外科的应用目前还在科研阶段，期待它能在更大的领域给我们提供帮助与指导。
乳腺超声诊断弹性成像概述
乳腺疾病的超声弹性成像 （一）概述 生物组织的弹性与病灶的生物学特性紧密相关，在很大程度上依赖于组织分子构成、组织构成形式，以及ROI与周围组织的关系。某些正常组织和病理组织之间存在着较大的弹性差异。临床医师通过触诊发现乳腺肿瘤，就是利用手指的触觉定性地判断正常乳腺组织与肿瘤组织之间的弹性差异，从而判断有无肿块，以及进一步判断肿块的良恶性。因此，乳腺组织的弹性信息对于乳腺疾病的诊断具有重要意义，但是传统的成像模式如CT、MRI和二维或彩色多普勒超声都无法直接提供组织弹性这一基本的力学属性信息。近年来，弹性成像发展迅速，尤其是超声弹性成像技术，提供了一种崭新的半定量或定量研究组织弹性信息的方法，引起了广泛关注。1991年Ophir首先报道了定量测量软组织应变与弹性模量的方法。Krouskop等研究显示乳腺显微组织的硬度是脂肪组织的10~100倍，而浸润性导管Ca的硬度则远远超过了正常乳腺组织的硬度。 为了更好的理解超声弹性成像的原理，首先介绍一些弹性成像中的基础术语。(1)应力与应变 应力(stress)是指力作用于物体，当作用力与弹性平衡时弹性体所呈现的力。 应变(strain)是指外力作用于物体，产生形态或提及的改变。 应力与应变式描述物体弹性(elasticity)的基本物理量。 (2)弹性系数(modulus of elasticity) 弹性系数(modulus of elasticity)为一常数，为应力与应变之比(应力/应变)。 在弹性成像中，通常采用杨氏系数(Young’s modulus, 线性伸长系数)。杨氏系数=应力/应变=F×L/A×△L(F:外力；L:线原长；A:截面积；△L:伸长长度)。组织被压缩时，只内所有的点都会产生一个纵向(压缩方向)的应变，如果组织内部弹性系数分布不均匀，组织内的应变分布也会有所差异。弹性系数大的区域，引起的应变比较小；反之，弹性系数小的区域，相应的应变比较大。 弹性成像的基本原理为弹性成像通过收集被测体的磨时间段内的信号，利用自相关技术(combined autocorrelation method，CAM)，对压缩前、后的射频信号进行分析，估计组织内部不同位置的位移，从而计算出组织内部的应变分布情况。然而组织内部的应变不仅分别与组织的弹性模量分布有关，海域组织的形状和边界等因素有关。因此，应变图像的结果不能完全反映组织弹性模量的差异。目前理论方面的研究主要是通过逆问题的求解，由组织内部的应变分布和边界条件的假设，重建其弹性系数，以便于更准确的反映组织内内在弹性性质。 （二）应用 (1)操作方法 加压手法分为徒手加压(free-hand)与振动器加压两类。在徒手加压时，手持探头在病灶部分做微小、中等速度的振动(加压-减压)，尽量保持振动方向与胸壁垂直。由于组织受压产生的应变与位移，与加压的压力大小有关，亦可因压放的频率高低而不同，因此在部分仪器的显示屏上，可显示一个综合指标----施加的外力、施加外力的频率，以数字1~7表示。临床实际操作时，一般使仪器显示屏上的压力数字控制在2~3级为宜。弹性图像的取样框应稍大于病灶范围，应包括皮下组织、腺体组织和部分胸肌组织，尽量使病灶居于取样框的中央部位。弹性图可以灰阶或彩色编码成像。 (2)弹性硬度分级
超声弹性成像技术对甲状腺癌的研究进展
超声弹性成像技术对甲状腺癌的研究进展 【摘要】超声弹性成像是一种新的成像技术，能够提供一种特别的观察方法，与影像学检查相结合，可以提高诊断的准确度，从而使临床医生能更好诊断与治疗及定位。超声弹性成像的基本原理及操作方法的应用以成为国内外发展的必然趋势。 【关键词】超声弹性成像甲状腺癌诊断 近年来，数字信号处理技术在硬件和算法方面的不断进步已成为一种发展趋势，在这种趋势支持下，超声弹性成像日渐成为一种可以无创地探测模式，从而提供一种新的组织病变如癌症的临床检测手段。超声弹性成像最早由Ophir等[1]在1991年提出，由于组织的弹性模量分布与病灶的生物学特性密切相关，传统的计算机断层扫描（CT），磁共振成像（MRI）及常规超声扫查无法直观地展示组织弹性模量这一基本力学属性特征。在超声甲状腺癌的检测和诊断提供重要依据。超声弹性成像是生物组织成像的新模式，是当前超声医学工程学领域的前瞻和热点。 1 弹性成像的基本原理 超声弹性成像是对组织施加一个外部或内部（包括自身的）的动态或静态/准静态或动态的激励，在弹性力学，生物学等物理规律作用下，组织将产生一个响应。 2 超声弹性成像的技术分类 （1）压迫性弹性成像是通过操作者手法施加一定的压力，比较组织受压前后的变化得到一幅相关的压力图该方法是通过操作者手法加压，然后对组织受压前后的变化进行比较，得到相关压力图。 （2）间歇性弹性成像是由Cathe-live等[2]提出，其原理是利用一个低频的间歇振动，使组织发生位移，利用该方法获得ROI中不同弹性系数的组织的相对硬度图。该此项技术[3]可用于评价抗病毒疗法或抗纤维化疗法。 （3）振动性弹性成像又称为超声激发振动声谱成像于1998年由Fatemi等[4]提出，其利用低频振动作用于组织并在组织内部传播，把振动图像用实时多普勒声像图表现出来。 3 超声弹性成像的临床应用 弹性成像一词最初来自于采用静态/准静态压缩的弹性成像的超声弹性成像[3]，狭义的弹性成像仅指这种成像方式，该激励方式是超声弹性成像最基本的方法，也是最常应用于组织的超声弹性成像。其原理是利用探头或者一个探头一
超声弹性成像
百胜超声弹性成像及定量分析(Real-time Elastography Imaging with Quantity ElaXto TM) 百胜超声弹性成像技术-ElaXto TM利用非相干的射频信号频谱应变估计法，分析肿瘤或其他病变区域与周围正常组织间弹性系数的差异、在外部压力作用下产生应变大小的不同，以黑白、伪彩或者彩色编码的方式显示，来判别病变组织的弹性大小，从而实现临床应用中的鉴别诊断。 技术原理： ElaXto TM超声弹性成像技术，亦称实时应变成像技术Real-time Elastography Imaging，其基本原理为：根据不同靶组织（正常及病变）的弹性系数不同，在加外力或交变振动后其应变（主要为形态改变）的不同，收集靶组织在某时间段内的各个片段信号，通过主机处理，再以黑白、伪彩或者彩色编码的方式显示，最终通过对弹性图像的判读诊断靶组织的良恶性质或者组织的特性【图表1】。 图表1：用不同的方式显示组织弹性 在相同外力作用下，弹性系数大，引起的应变小；反之，弹性系数小，相应的应变大。也就是说在同等压力条件下柔软的正常组织变形超过坚硬的肿瘤组织。施加一个外力后，比较加压（用超声探头紧压病变）前后靶组织弹性信息的超声图像、前后病变的应变来说明靶组织的硬度，后者是鉴别病变性质的重要参数。超声弹性成像即是利用生物组织的弹性信息帮助疾病的诊断。 弹性成像技术实现方法 1）弹性成像技术实现方法 这一成像技术一般采用两种方法实现：相干法和非相干法。 相干法：通过互相关技术对施压前、后的射频信号进行时延估计，可以计算出组织内部不同位置的移动，进而计算出组织内部的应变分布情况[1]。 Strain=(△t1-△t2)/△t1 =[(t1b-t1a)-(t2b-t2a)]/(t1b-t1a) 其中t1a，t1b表示没有加压前回波中相邻两个回波界面的回波位置（度量单
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浅谈超声弹性成像发展 何为弹性成像？ 这是一个超声成像术语，顾名思义这种成像模式旨在评估组织的弹性大小，提供更全面的疾病信息。弹性是物质的一种固有属性，同密度、硬度、温度等一样，反映物质的一个特性。日常生活中人们粗略评估物质的弹性主要看给一种物质施压外压后物质的形变大小，例如海绵与金属：施加大体相同的压力后海绵发生巨大的形变，人们认为它是软的；而金属受压后无明显的变化，人们认为它是硬的。物质的硬度越大，其弹性越小；硬度越小，弹性越大。 为何要测量物质的弹性？ 正常组织中不同的解剖结构之间会存在弹性差异。例如,在正常乳腺中,纤维组织通常比乳腺腺体组织硬,而乳腺腺体组织又比脂肪组织硬。绵羊肾脏的肾实质与肾髓质或者肾锥体的弹性系数差异大约为 6dB。不同组织弹性模量的差别能达到几个数量级之上（如表1）。
表1 人体不同组织的弹性值 传统的超声成像中，不同组织的回声强度差异大小主要取决于组织的声阻抗，而其弹性系数差异却远较声阻抗差大（如表2）。
表2 不同人体组织及介质的声阻抗及密度 这决定了超声弹性成像对不同组织、同一组织的不同病理状态的分辨力较传统超声成像灰阶图高。换言之，同一组织中弹性的变化通常与其病理现象有关，正常组织与病变组织之间存在巨大的弹性差异。例如,恶性的病理损害,例如乳腺硬癌、
前列腺癌、甲状腺癌及肝癌等,通常表现为硬的小结节。越硬的物质受到外压时应 变越小，硬度可反映物质的弹性大小。一些弥散性的疾病例如肝硬化也会使得肝组 织的硬度显着增大。此外脂肪过多或者胶原质沉积也会改变组织的硬度。 什么是物质弹性的基本参数？ 杨氏模量（E），亦称弹性模量／弹性系数。工程物理学上评估机械材料弹性大小 的基本包括杨氏模量、刚性指数等，其实反映的都是物质的弹性。杨氏模量，1807 年由英国科学家young thomas提出，反映物质弹性与硬度的基本参数，单位为Kpa。此弹性模量（杨氏模量）与人们日常生活中提到的弹性（好／不好）不同，超声弹 性成像中用到的杨氏模量值与硬度呈正比。即物质越硬，物质受压时产生的形变越小，弹性模量（杨氏模量）值越大。如海绵与金属，施加同一大小的外力，海绵形 变大而杨氏模量小，金属形变小而杨氏模量大。 怎么计算杨氏模量？ 目前的几种超声弹性成像模式中应用的推算公式主要包括2种： 1.E＝S/e （E为应 变大小，间接反映弹性系数；S为外加压力；e为物质受压后形变的大小。主 要应用于静态型弹性成像以及定性型ARFI） 2. E = 3ρC s 2（E为弹性模量绝对值大小；ρ为组织密度；C s 为人体组织内剪切 波的传播速度。主要应用于一维瞬时剪切波成像、点式剪切波速度测量法以
超声剪切波弹性成像关键技术及应用中国科学院深圳先进技术研究院
超声剪切波弹性成像关键技术及应用 二、推荐单位意见 医学超声既是临床疾病诊断的重要手段，也是医疗影像设备产业中的主要支柱。该项目针对肝硬化和乳腺癌早期无创诊断的重大需求和技术瓶颈，发明了基于超声波力学效应的超声剪切波弹性成像技术，实现了剪切波弹性成像理论创新、技术突破和仪器研制。核心技术与器件经过临床测试和转化，形成了具有自主知识产权的专用超声弹性成像以及融合弹性成像的高端超声影像产品，广泛用于临床诊断，取得了突出的经济效益和社会效益。该项目受到专家和行业的高度评价，是源于基础、技术创新开发和产业转化的链条式重大创新成果。 该项目曾获得2015年度“广东省科学技术奖技术发明一等奖”和“中国科学院科技促进发展奖”。中国科学院决定推荐该项目申报2017年度国家技术发明奖。 推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。
项目属生物医学工程学领域。肝脏和乳腺疾病是危害数以亿计国民健康的重大公共卫生问题，尤其是肝硬化和乳腺癌会引起很高致死率，早期诊断是提高治愈率和改善预后的关键。医学超声是肝脏和乳腺重大疾病早期影像筛查的首选方法，但传统B超成像存在肝硬化检测敏感性差、乳腺癌检测特异性差的瓶颈。超声弹性成像利用超声波力学效应实现对人体组织生物力学参数的无创定量测量，是超声影像技术的重大革新，可以为肝硬化和乳腺癌等疾病的临床早期诊断提供关键依据。研发符合我国国情的新一代超声弹性成像技术和装备，推动新型医疗检测诊断技术的广泛应用，对创制高端医疗设备和提高我国重大疾病防治水平均具有重大意义。该项目在国家自然科学基金和科技支撑计划等支持下，历经八年攻关，率先在我国创建了具有完全自主知识产权的“超声剪切波弹性成像关键技术及应用体系”，取得主要技术发明点如下： 1．发明了声辐射力诱导剪切波及定量超声弹性成像理论和方法，为成像设备研发提供理论基础和核心技术支持。首创基于时域有限差分法结合动量张量理论的生物组织中声辐射力计算方法，实现了对声辐射力诱导剪切波的精准控制；建立了基于剪切波传播速度的生物力学参数测量模型；发明了利用尺度不变特征点和希尔伯特变换的实时弹性成像方法，弹性模量测量精度可达±0.5kPa。 2．研制了剪切波超声弹性成像专用核心部件和系列产品，实现了国内自主创新高端超声设备的跨越发展。发明了“声辐射力-成像”双模超声探头，研制了新型快速散热结构，解决了探头在产生声辐射力时温度高、寿命短的难题；发明了低频振荡复合超声探头，解决了振动源干扰回波信号的难题，测量深度达15cm；研制了基于外源式和内源式剪切波的超声弹性成像原理样机；自主研发了具有弹性成像功能的新型超声肝硬化检测仪和彩色超声成像仪两大系列产品。 3．建立了利用超声弹性成像技术检测肝硬化和乳腺癌的方法和体系，为该类重大疾病的早期筛查和诊断开辟了新途径。通过产学研协同技术创新和推广应用，创建了基于超声弹性成像新技术的两种重大疾病早期筛查和诊断评估体系：面向中国人特征的肝硬化早期诊断标准和量化分级体系，及结合病变组织和其浸润边界硬度信息的乳腺癌判别体系，诊断准确率均达到90%以上。 该项目成果获知识产权56项，其中PCT专利5项，发明专利36项，实用新型10项，外观设计3项，软件著作权2项；发表SCI论文30余篇；起草国家标准1项；获2015年广东省科学技术奖一等奖、2015和2016年中国专利优秀奖和2014年中国产学研合作创新成果奖；完成人获2013年国家杰出青年科学基金和2014年陈嘉庚青年科学奖。 该项目产品取得国家三类医疗器械注册证、FDA和CE认证，被评为国家战略性创新产品；近3年累计销售约3800台，其中500余台进入三甲医院，出口1600余台，实现8.74亿元销售额和2.99亿元利润；在国内外1000余家医院推广应用，累计检查3000余万人次，诊断患者近20万人次。项目成果取得了显著的经济效益和社会效益，使我国高端医学超声设备步入世界前列。
超声弹性成像技术的临床应用及研究进展
超声弹性成像技术的临床应用及研究进展 超声弹性成像是根据人体不同组织弹性系数不同的特征成像的一种新技术，它弥补了常规超声的不足，成为医学成像领域的一个研究热点。超声弹性成像已经被广泛应用于乳腺疾病的检查，近年来关于乳腺以外器官的研究报道逐渐增多，如甲状腺、前列腺、肝脏等，并在多种疾病的诊断和鉴别诊断中显示出日益增长的优势。本文就近年来超声弹性成像技术在这些组织器官中的临床应用及相关发展情况进行综述。 标签：超声弹性成像；临床应用；乳腺 近年来，医学弹性成像新技术发展迅速，其中超声弹性成像（Ultrasound Elastography，UE）是这些新技术的典型代表之一。UE这个概念最初是在1991年被Ophir等[1]提出的，它是根据人体不同组织弹性系数的不同，对组织施加一个内部（包括自身的）或外部的动态或者静态（准静态）的激励，在弹性力学、生物力学等物理规律的作用下，组织将产生一个响应，例如位移、应变、速度等的分布产生一定的改变，利用超声成像方法，结合数字信号处理或数字图像处理技术，计算出感兴趣部位组织的形变程度，借图像色彩反映组织的硬度[2]。弥补了常规超声不能反映组织硬度的不足。目前常用的UE技术包括瞬时超声弹性成像（TE）、实时组织超声弹性成像（RTE）及声脉冲辐射力成像发（ARFI）。至今UE已经发展为医学成像领域的一个研究热点，并广泛应用于临床实践中。UE在临床应用最多的是乳腺疾病的检查，近年来其应用也逐渐扩展到其他脏器，如甲状腺、前列腺、肝脏等，现综述如下。 1 UE在乳腺疾病中的应用 我国乳腺癌的发病率逐年上升，早期诊断乳腺肿瘤对手术方案的选择及预后都有重要的意义。常规超声检查不能显示组织的硬度，乳房比较方便进行外部施加微小压缩，因此UE在乳腺检查中的应用最为常见，并且取得了较理想的结果。乳房内不同组织的弹性系数大小顺序为：浸润性导管癌>非浸润性导管癌>乳腺纤维化>乳腺>脂肪组织，弹性系数越大代表组织的硬度越大[3]。对于大小不同的乳腺疾病UE的诊断价值是不同的。李慕蓉等[4]对490例女性患者共570个乳腺病灶行UE检查，发现在直径≤1 cm的病灶中敏感性为91.0%、特异性为99.5%、准确性为98.6%；而在直径>1 cm的病灶中敏感性、特异性和准确性分别为81.6%、96.5%和92.8%。两组在UE的敏感性、特异性和准确性上比较差异具有统计学意义（P＜0.05），说明UE在乳腺小实性病灶中具有良好的诊断价值。明进波[5]对130 例乳腺疾病患者进行分析，通过比较常规超声和UE在不同大小乳腺疾病中的检出率，发现对2 cm以下的乳腺病变UE检出率较常规超声高，而对2 cm 以上的乳腺病变常规超声较UE高。武燕等[6]研究显示常规超声与UE联合诊断3分的检出率明显高于良性病变（分别为96%、6%），乳腺肿块良恶性诊断的准确度、灵敏性和特异性分别为94%、96%和94%，表明UE能有效地提高乳腺良恶性病变的检出率。王志远等[10]对68例患者的87个乳腺肿块（直径均≤1 cm）行UE检查，结果敏感度、特异度和准确率分别为84.00%（21/25）、96.77%（60/62）
彩色多普勒超声(CDU)联合超声弹性成像(UE)、超声高精细血流成像技术(Fine-Flow)诊断小
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/9c18923370.html, 彩色多普勒超声(CDU)联合超声弹性成像(UE)、超声高精细血流成像技术(Fine-Flow)诊断小乳癌的临床价值观察 作者：黄汉美 来源：《健康必读（上旬刊）》2019年第05期 【摘 ;要】目的：探究彩色多普勒超聲（CDU）联合超声弹性成像（UE）、超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）诊断小乳癌的临床价值。方法：纳入232例患者作为研究对象，研究进行时间为2018年6月1日至2018年12月31日，在随机抽签分组的基础上，根据对其实施的诊断方法途径的不同，将其均等分为对照组（116例）和观察组（116例）。对照组患者通过单一的MR动态增强扫描进行诊断，观察组患者通过彩色多普勒超声（CDU）联合超声弹性成像（UE）、超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）进行诊断。对比两组患者诊断的总阳性率，以及良性、恶性小乳癌的临床诊出率。结果：对照组患者中，有81例患者的检测结果为阳性，观察组患者中，有102例患者的检测结果为阳性，组间总阳性率差异显著（P 【关键词】彩色多普勒超声（CDU）;超声弹性成像（UE）;超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）;小乳癌 【中图分类号】R445.1 ;;;;;【文献标识码】A; ;;;;【文章编号】1672-3783（2019）05-0086-01 Clinical value of Color Doppler （CDU） combined with Ultrasonic Elastic Imaging （UE），Ultrasound High Fine Blood flow Imaging （Fine-Flow） in the diagnosis of small Breast Cancer Huang Hanmei Yanbian county traditional Chinese medicine hospital Panzhihua 617109， Sichuan 【Abstract】Objective： to explore the clinical value of color Doppler ultrasound （CDU）combined with （UE）， ultrasound hyperfine flow imaging （Fine-Flow） in the diagnosis of
弹性成像
超声弹性成像 超声弹性成像是一种新型超声诊断技术，能够研究传统超声无法探测的肿瘤及扩散疾病成像，正处于观察研究阶段，可应用于乳腺、甲状腺、前列腺等方面。原理 临床医生通过触诊定性评价和诊断乳腺肿块，其基础是组织硬度或弹性与病变的组织病理密切相关。组织的弹性依赖于其分子和微观结构,新的弹性成像技术提供了组织硬度的图像，也就是关于病变的组织特征的信息。超声弹性成像是利用生物组织的弹性信息帮助疾病的诊断。其基本原理为：根据各种不同组织的弹性系数不同，在相同外力作用下，弹性系数大的，引起的应变比较小；反之，弹性系数较小的，相应的应变比较大。也就是比较柔软的正常组织变形超过坚硬的肿瘤组织。弹性系数小、受压后位移变化大的组织显示为红色，弹性系数大、受压后位移变化小的组织显示为蓝色，弹性系数中等的组织显示为绿色。 优点 生物组织的弹性（或硬度）与病灶的生物学特性紧密相关，对于疾病的诊断具有重要的参考价值。作为一种全新的成像技术,它扩展了超声诊断理论的内涵和超声诊断范围，弥补了常规超声的不足,能更生动地显示、定位病变及鉴别病变性质，使现代超声技术更为完善，被称为继A型、B型、D型、M型之后的E 型超声模式。 分类 超声弹性成像可大致分为：血管内超声弹性成像及组织超声弹性成像两大类。1）血管内超声弹性成像是利用气囊、血压变化或者外部挤压来激励血管，估计血管的运动即位移，得到血管的应变分布，从而表征血管的弹性。2）组织超声弹性成像多采用静态/准静态的组织激励方法。利用探头或者一个探头-挤压板装置，沿着探头的纵向(轴向)压缩组织，给组织施加一个微小的应变。根据各种不同组织的弹性系数不同，再加外力或交变振动后其应变也不同，收集被测体某时间段内的各个信号片段，利用复合互相关方法对压迫前后反射的回波信号进行分析，估计组织内部不同位置的位移，从而计算出变形程度，再以灰阶或彩色编码成像。
超声弹性成像系统
多模式超声波乳腺弹性成像系统 摘要：本项目在研制全数字化宽频彩色超声系统的基础上，使用无外加压的超声剪切波成像方式（Supersonic shear wave imaging, SSI），同时检测乳腺组织中纵波和横波的传播情况；探索设计专用于乳腺的探头激励脉冲，研究检测、处理和分析横波信号的方式，重建出反映组织弹性的物理量；在此基础上研制出具有高清晰度的专用于乳腺检查的多模式超声波乳腺弹性成像系统。为乳腺疾病的诊断，尤其是早期诊断提供高效率、低成本、非创的新手段。本研究不仅可提供更丰富的诊断信息，而且可能成为乳腺疾病检查的首选手段。 关键词：剪切波；弹性超声成像；乳腺病；剪切弹性模量；超声剪切波成像一、立项依据 1．项目的目的及意义 乳腺疾病甚为多见,尤其是乳腺癌是严重危害女性健康的主要疾病之一，目前我国乳腺癌发病率居妇女恶性肿瘤发病率的第二位，并且发病率有逐年上升的趋势，使用非创的方法进行乳腺普查已经成为迫切的需要。虽然钼靶X线摄影对乳腺癌有较高的诊断率,但对致密型乳腺有假阴性的缺陷和增加年轻妇女罹患乳腺癌的危险；核磁共振被认为是评估乳腺癌较为有效的影像学方法之一，但成本较高。超声能弥补上述缺陷，是一种更安全的更适合于普查的诊断方法。但目前采用的超声诊断方法对乳腺疾病鉴别的特异性不强，不能量化，仅能提供组织的结构学和动力学信息，无法提供组织的定量性物理学特性信息-硬度或弹性信息。 肿瘤在组织中生长或扩散，组织的硬度或弹性会随着改变，即肿瘤在出现形态学改变前，其硬度已经发生变化，导致正常组织与病变组织之间存在较大的弹性差异，因而软组织病理的改变往往与组织的硬度相关。如占乳腺癌90%以上的导管癌，其癌变组织的硬度大大不同于周边正常组织；很多处于不同病理阶段的组织硬度也不同，因此生物组织的弹性信息或硬度对疾病的诊断过程具有非常重要的参考作用。在弹性成像方式出现之前，触诊（Palpation）是广泛的检测乳腺肿瘤的诊断方法。触诊的依据是某些正常组织与病变组织之间存在较大的弹性差异，但触诊仅限于确诊表层附近的组织，人为因素大，可重复性差。而现有的医学成像方式包括MRI、CT、B超以及超声多普勒成像均不能提供组织的弹性或硬
超声科简介
超声科简介 超声科简介：超声科始建于1985 年11 月 人员构成：现有医护人员7人， 科室现有的专科设备：科室现有先进的彩色多普勒超声诊断仪三台:GE LOGIO P5、Mindray DC-8、SonoScape S50。每台机器均配备超声彩色图文工作站，对报告及档案实行电脑化管理。
开展的技术项目：超声检查可应用于心血管、颈部血管、四肢血管、腹部、胸腔、妇产、体表小器官及皮下软组织等多种脏器组织和结构,具体应用范围如下： 1. 腹部：肝脏、胆囊、胰腺、脾脏、肾脏、输尿管、膀胱、前列腺、肾上腺、腹膜腔及腹膜后、腹部血管等。 2. 心脏及大血管，心功能检测。 3. 妇产：子宫、卵巢及附件、胎儿及其附属物等。 4. 体表小器官及软组织：甲状腺、乳腺、腮腺、颌下腺、腋窝、腹股沟区、阴囊、睾丸、附睾、精索、皮内及皮下肿物、关节腔、外周血管、颈部血管等。 专科特色： 1.实时三维（四维）超声在产科的临床应用：
超声是一种无创性的诊断方法，易被人们接受，是诊断胎儿畸形的最重要手段。通常产前超声检查均为二维超声，其具有操作简便、无创，可重复检查等优势，但只能对扫查区域的断面图像进行显示，无法形成三维立体图像直观的显示，这使得诊断受到了一定的局限性。四维超声作为超声诊断的新技术、新方法应用于临床，开拓了产科超声的前景，在产前检查尤其胎儿畸形检查方面具有突出的贡献，深受孕妇的欢迎。四维超声能够直观的观察胎儿动作、体表情况乃至于面部表情等方面的微小变化，如张口、笑、伸舌、打哈欠、吮指等,对观察胎儿宫内生理活动、增进亲子感情有一定的临床意义，它可以直观、 立体的显示胎儿颜面部及躯体、肢体畸形，使孕妇及家属易于理解,
浅谈超声弹性成像发展最终改动版
浅谈超声弹性成像发展最 终改动版 The following text is amended on 12 November 2020.
浅谈超声弹性成像发展 何为弹性成像 这是一个超声成像术语，顾名思义这种成像模式旨在评估组织的弹性大小，提供更全面的疾病信息。弹性是物质的一种固有属性，同密度、硬度、温度等一样，反映物质的一个特性。日常生活中人们粗略评估物质的弹性主要看给一种物质施压外压后物质的形变大小，例如海绵与金属：施加大体相同的压力后海绵发生巨大的形变，人们认为它是软的；而金属受压后无明显的变化，人们认为它是硬的。物质的硬度越大，其弹性越小；硬度越小，弹性越大。 为何要测量物质的弹性 正常组织中不同的解剖结构之间会存在弹性差异。例如,在正常乳腺中,纤维组织通常比乳腺腺体组织硬,而乳腺腺体组织又比脂肪组织硬。绵羊肾脏的肾实质与肾髓质或者肾锥体的弹性系数差异大约为 6dB。不同组织弹性模量的差别能达到几个数量级之上（如表1）。
表1 人体不同组织的弹性值 传统的超声成像中，不同组织的回声强度差异大小主要取决于组织的声阻抗，而其弹性系数差异却远较声阻抗差大（如表2）。 表2 不同人体组织及介质的声阻抗及密度
这决定了超声弹性成像对不同组织、同一组织的不同病理 状态的分辨力较传统超声成像灰阶图高。换言之，同一组织中 弹性的变化通常与其病理现象有关，正常组织与病变组织之间 存在巨大的弹性差异。例如,恶性的病理损害,例如乳腺硬癌、 前列腺癌、甲状腺癌及肝癌等,通常表现为硬的小结节。越硬 的物质受到外压时应变越小，硬度可反映物质的弹性大小。一 些弥散性的疾病例如肝硬化也会使得肝组织的硬度显着增大。 此外脂肪过多或者胶原质沉积也会改变组织的硬度。 什么是物质弹性的基本参数 杨氏模量（E），亦称弹性模量／弹性系数。工程物理学上评估 机械材料弹性大小的基本包括杨氏模量、刚性指数等，其实反 映的都是物质的弹性。杨氏模量，1807年由英国科学家young thomas提出，反映物质弹性与硬度的基本参数，单位为Kpa。 此弹性模量（杨氏模量）与人们日常生活中提到的弹性（好／ 不好）不同，超声弹性成像中用到的杨氏模量值与硬度呈正 比。即物质越硬，物质受压时产生的形变越小，弹性模量（杨 氏模量）值越大。如海绵与金属，施加同一大小的外力，海绵 形变大而杨氏模量小，金属形变小而杨氏模量大。 怎么计算杨氏模量 目前的几种超声弹性成像模式中应用的推算公式主要包括2种： 1.E＝S/e （E为应变大小，间接反映弹性系数；S为外加压力；e为物质 受压后形变的大小。主要应用于静态型弹性成像以及定性型 ARFI） 2.E = 3ρC s2（E为弹性模量绝对值大小；ρ为组织密度；C s 为人体组织内剪切波的传播速度。主要应用于一维瞬时剪 切波成像、点式剪切波速度测量法以及2D－剪切波弹性成 像） 以上提到剪切波，那么什么是剪切波，它有哪些特点呢