超声剪切波弹性成像的技术进展
李强
【摘 要】[摘 要] E成像，又称为实时剪切波弹性成像，该技术是近来兴起的一种实时二维弹性成像技术，它与静态弹性成像技术有本质的区别，与瞬时弹性成像技术以及声辐射力弹性成像技术相比，在技术上也有了新的进展。本文介绍了弹性成像的相关原理，以及现阶段应用于临床的弹性成像技术，并着重探讨了实现E成像快速、实时、大范围检测的技术方法，尤其是在剪切波产生、检测、成像方面采用的技术，如“马赫圆锥”动态的相干增强技术，一次并行发射、接收的超高频成像技术。同时对E成像技术的研究及其临床应用进展做了综述，最后对剪切波弹性成像技术的未来应用进行了展望。 【期刊名称】中国医疗设备 【年(卷),期】2017(032)007 【总页数】6
【关键词】[关键词] E成像；声辐射力脉冲；马赫圆锥；超高频；杨氏模量；声束形成
【文献来源】
devices_thesis/0201211456644.html
https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_china-medical-
引言
超声诊断技术的发展，包括A型（Amplitude）、B型（Brightness）、M型（Motion）、C型（Color）、D型（Doppler）超声等，经历了一个由“点”（A型超声）、“线”(M型超声）、“面”（二维超声）、“体”（三维超声）的发展过程[1]。目前，出现了应用超声原理测量组织硬度（弹性）的诊断方式。
1991年，Ophir等[2]根据不同组织间的弹性模量比声阻抗差大几个数量级的原理，提出了超声弹性成像（Ultrasonic Elastography，UE）的概念，并且由此逐渐形成了用于临床的弹性成像设备，其中剪切波弹性成像，即E成像技术（Shear Wave Elastography，SWE）开始逐渐发展。SWE能够以二维形式结合传统超声成像而定量、实时显示组织弹性值，其在乳腺病变定性诊断中的价值已经被证实，同时Dr. James Trotter认为：“SWE已经成为肝脏疾病在诊断的重要工具”[3-4]。
1 弹性成像的基本原理
弹性成像旨在评估组织弹性，测量组织因受压迫而产生的形变[5-6]。组织弹性通常使用杨氏模量表达，其单位为Pa或kPa。该过程分为3步：① 组织内压力的产生。组织内压力有多种不同的来源，可以是外部压力，也可以是内部的压力，有静态稳定的压迫，也有单频振动激励或声脉冲对组织产生剪切波；② 应用超声技术测量因压力产生的组织位移；③ 根据压力与位移的关系估算弹性模量。
2 弹性成像的技术分类
2.1 静态型弹性成像技术
静态型弹性成像技术的基本原理：当外界向某个固体组织均匀施加一个压力或称应力（Stress，s）时，会导致该组织内部产生形变，即应变（Strain，e），见图1。其理论基础为，在介质内应力分布均匀的情况下，弹性与应变/位移成反比[7]。杨氏模量（E）是施加的应力与所产生的应变之间的比值，表达了组织的硬度：E=s/e (1)
测量组织因静态稳定受压迫而产生的形变：对被检查者体表施加一个稳定均匀
地压力，采集超声探头在同一位置施加前和施加后的两组超声射频信号，计算和显示因加压所导致的组织形变，现在其临床实用性已经被广泛研究，但由于无法确切知晓对组织内部所施加的压力值。因此静态型弹性成像不能计算出杨氏模量E，无法做定量评价[8-9]。 2.2 振动声成像技术
利用具有频差的超声波束同时聚集于组织，聚集区受到交变辐射力作用向往辐射声波，采集此信号，推导出聚集区域的弹性信息[10-11]。该技术是一种定量评价手段，但不能够实时成像，有人对GE公司的Vivid 7超声机进行了振动声成像研究[12]，振动声成像技术更适合核磁共振系统[13]。 2.3 基于剪切波的成像技术
基于剪切波的成像技术基本原理：声源振动产生声波，声波有纵波、横波和表面波3种形式。当声波在传播途径上被反射或吸收时，会产生声辐射力，该力会使此处的组织粒子产生横向振动，从而产生剪切波，它是一种横波，见图2。受剪切模量影响，剪切波在不同软组织内的传播速度差别亦非常显著，可达到几个数量级。基于剪切波的弹性成像技术使用脉冲在体内产生剪切波[14-15]，然后通过测量其传播速度直接计算组织的弹性值。剪切波在一种介质中的传播速度与生物组织的纵向模量相关，因此组织的弹性模量可以通过测量其速度而进行推算。
剪切波与组织硬度相关，杨氏模量（E）与剪切波的传播速度（c）之间直接相关：
上式中，ρ即组织的密度（kg/m3），一般认为等于水的密度，为1000 kg/m3，测量剪切波的传播速度vs，就能计算出组织的弹性值。
超声剪切波弹性成像的技术进展
