超声造影联合声辐射力脉冲成像在周围型肺占位中的临床应用价值研究

韦虹 王曌曦 王一淳 周显礼

作者单位：1.哈尔滨医科大学附属第二医院住院处超声科(哈尔滨 150086);2.哈尔滨医科大学附属第四医院医学影像科

肺癌现已成为全球第二常见癌症,发病率逐年升高,5年相对生存率为21%[1]。超声造影检查(Contrast enhanced ultrasonography,CEUS)可以有效弥补常规超声对肺部疾病诊断的不足。声辐射力脉冲成像(Acoustic radiation force impulse,ARFI)可以定量测定组织弹性。因为周围型肺占位紧邻胸膜,所以不受肺脏气体的影响,从而能够被超声检测出来[2]。因此本研究旨在探讨CEUS联合ARFI诊断周围型肺占位的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究选取2019年1月—2021年6月于我院确诊并拟行手术治疗或活检检查的周围型肺占位患者51例(病灶51例),其中男性30例,女性21例,年龄18～80岁,平均年龄(58±14)岁。于术前对入组患者分别行常规超声、CEUS及ARFI检查。排除标准:(1)呼吸活动度大,不能配合屏气者;(2)病灶被肋骨或胸骨等覆盖遮挡;(3)伴有胸腔积液的患者;(4)急性心肌缺血患者。

1.2 研究方法

1.2.1 常规超声 首先参考CT,然后常规超声下对病变进行定位,评估病变的基本信息,包括形态特点、回声特点以及血流的分布。若同一患者存在多个病灶,则选取较大病灶进行分析。

1.2.2 CEUS检查 采用声科Supersonic Aixplorer和飞利浦IU22超声诊断仪,配有凸阵探头(4C1),内置CEUS模式。超声造影剂选择意大利Bracco公司的SonoVue造影剂,使用前溶解于5 mL生理盐水中,震荡摇匀。首先于常规超声下定位病变位置。根据病变位置,嘱患者采取合适体位便于检查。待调整至最佳切面后,切换至CEUS模式,机械指数0.08。取1～2 mL微泡混悬液经肘静脉推注,随后用5 mL生理盐水冲洗,同时开启计时器和动态图像存储功能,造影过程中注意观察病灶内造影剂的灌注情况,观察病变位置的强化模式、增强均匀度以及是否有大片的无增强区域和特殊增强类型。造影结束后,记录病变位置的始增时间(Rise time,RT),即开始注射造影剂到图像中出现明显增强的时间,单位为s。RT反映的是造影剂在血管中的传播速度和灌注情况。同时记录达峰时间(Time to peak,TTP),即从开始注射造影剂到图像中达到最高增强的时间。TTP反映的是造影剂在血管中的滞留时间和血流灌注的持续性,单位为s。

1.2.3 ARFI检查 使用仪器为SiemensAcuson S2000超声诊断仪,4C1凸阵探头,频率1.5～4.0 MHz,调整图像的焦距和增益以获得最佳图像。探头垂直于肋间隙的皮肤表面,在整个检查过程中与肋骨平行。嘱患者尽量屏气或平静呼吸,首先用声触诊组织成像(Virtual touch tissue imaging,VTI)模式综合评估整个病灶的弹性,然后先启动ARFI技术下的VTQ模式,将大小为6 mm×5 mm的ROI框置于无肺内气体遮挡的病变位置,并测量该处剪切波速度(Shear wave velocity,SWV)。SWV是超声检测中用于评估组织硬度的一个重要参数,表示组织中剪切波在传播过程中的速度,单位通常是 m/s。SWV值越高,表示组织的硬度越大。我们测量七次后取平均值记录为最终数据。

1.3 统计分析

采用SPSS 19.0统计分析软件进行统计学处理。对计量资料行Shapiro-Wilk检验,若符合正态分布用均数±标准差表示,并用t检验进行统计分析。若数据不符合正态分布用M(Q1,Q3)表示,并用u检验进行统计分析。分类资料以频数或百分比表示,并用χ2检验。绘制受试者工作特征(Receiver operating characteristic,ROC)曲线,并根据约登指数计算出CEUS各定量参数及VTQ最佳截断值,根据最佳截断值计算CEUS、ARFI及两方法联合的特异性、敏感性、阳性预测值、阴性预测值及准确性,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

在入组的51例病例中,病灶最大直径范围为1.4～14 cm,平均(7.29±2.79)cm。根据术后病理提示良性20例(39.22%),恶性31例(60.78%),其中良性病灶中,14例病理结果提示为炎症相关,3例结核相关,1例真菌感染,1例隐球菌感染,1例为纵隔胸腺瘤;恶性病灶中17例腺癌,8例鳞癌,4例考虑转移癌,1例神经内分泌癌,1例肉瘤。

2.2 常规超声检查结果

根据常规超声检查结果,20例良性病灶中类圆形7例,边缘不整19例,血流丰富6例,内部回声不均匀19例,内部出现坏死11例;31例恶性病灶中类圆形25例,边缘不整31例,血流丰富3例,内部回声不均匀31例,内部出现坏死9例。肿块是否为类圆形在良恶性病灶中有统计学差异(P<0.01),除肿块外形特征以外,其余各超声特征在良恶性区分中差异均无统计学意义(P>0.05)(表1)。

2.3 CEUS检查结果

在入组病灶中,恶性组RT和TTP分别为13.71±4.38 s及19.97±5.73 s,而良性组的RT和TTP分别为9.45±3.38 s及23.15±4.48 s,恶性组的RT较良性组更长,而TTP较短(P<0.05)(表2,图1,图2)。

图1 肺良性病灶的灰阶超声、超声造影及弹性图像Figure 1 Gray-scale ultrasound,contrast-enhanced ultrasound,and elastography images of benign lung lesionsNote:A-D.A 50-year-old male patient presented with pathological findings of chronic inflammation with focal necrosis.A.A wedge of 6.8 cm×5.1 cm hypoechoic inhomogeneity lesions was found in his right lung on gray scale ultrasound.B.The lesion began to enhance at 13 s after the injection of contrast agent;C.The lesion enhancement reached the peak at 20 s;D.The shear wave velocity was 0.92 m/s.

图2 肺恶性病灶的灰阶超声、超声造影及弹性图像Figure 2 Gray-scale ultrasound,contrast-enhanced ultrasound,and elastography images of malignant lung lesionsNote:A-D.A 60-year-old male patient presented with a pathological diagnosis of squamous cell carcinoma;A.On gray-scale ultrasound,an 8.7 cm×5.3 cm round hypoechoic heterogeneous lesion was found in the left lung;B.15 s after the injection of contrast agent,the lesions began to enhance;C.The enhancement of the lesion reached the peak at 19 s;D.The shear wave velocity was 4.32 m/s.

表2 CEUS检查结果统计表

2.4 ARFI检查结果

对入组肿块进行ARFI检查发现良恶性组间VTI评分无统计学意义(P=0.64);恶性组SWV高于良性组,两组间SWV具有统计学差异(2.84±0.99 m/svs.2.25±0.90 m/s,P=0.04)(表3,图1,图2)。

表3 ARFI检查结果统计表

2.5 诊断效能分析

首先利用Logistic回归进一步对具有统计学差异的指标进行分析,包括病灶是否为类圆形、病灶RT、TTP以及病灶SWV(表4)。结果显示,肺占位良恶性组间,病灶的RT、TTP及SWV表现均有差异(P<0.05),分别绘制其ROC曲线(图3-5),其中RT的曲线下面积(Area under the curve,AUC)为0.795,TTP为0.748,SWV为0.661。

表4 多因素逻辑回归分析中各参数特征的相关性

根据ROC曲线计算出RT和TTP的最佳截断值分别为10.5 s及19.5 s,即当RT和TTP均超过最佳截断值时诊断为恶性。依据此诊断标准对CEUS的诊断效能进行计算,敏感度为77.4%,特异度为85.0%,准确性为72.5%。同样根据ROC曲线计算出肿块SWV的最佳截断值为2.02 m/s,由此计算出AFRI诊断恶性占位的敏感度为83.9%,特异度为50.0%,准确性为70.6%。

图3 始增时间的ROC曲线Figure 3 The ROC curve of onset time

本研究中CEUS和ARFI两种检查方法相联合应用时,即两种检查方法同时满足或至少满足其中之一的诊断标准时,被定义为恶性病变。CEUS和ARFI同时满足时诊断恶性的敏感度为83.9%,特异度为80.0%,准确性为68.6%。CEUS和ARFI至少满足其中之一时诊断恶性的敏感度为96.8%,特异度为40.0%,准确性为74.5%(表5)。

表5 各检查方法的诊断效能(%)

图4 达峰时间的ROC曲线Figure 4 The ROC curve of peak time

图5 肿块SWV的ROC曲线Figure 5 The ROC curve of mass SWV

3 讨论

随着肺癌发病率的持续增长以及靶向药物的广泛使用,对肺癌早期进行准确诊断对于提高患者的生存机会和改善预后具有重要意义。尽管CT一直作为诊断肺部疾病的首选检查方法[3],但本研究中的周围型肺占位可以有效避免气体对超声检查的影响,因此超声检查也可以对周围型肺占位进行评估,且超声检查有着低价、便携、无辐射等优点,更可以充分发挥辅助检查的优势。

本研究首先对入组肿块进行了常规超声检查,根据检查结果发现恶性肿块更容易表现为类圆形外形特征,除此之外,良性肿块及恶性肿块的常规超声检查结果均无明显差异。该结果与胡美娟等[4]的研究结果相符。良性病变不存在组织的异常增生,因此病变外形多与累及肺叶或肺段外形相符,而恶性病变存在异常增殖的生物学行为,因此病变常呈类圆形。肿块的常规超声诊断存在较大的人为误差,且诊断效能较低,并不能准确的区分良恶性病灶,提供给临床和患者的可用信息有限,因此对于周围型肺占位的超声检查需要更加准确的方法。

肺的解剖特点与肝脏相似,具有双重血液供应,肺动脉携静脉血参与气体交换,支气管动脉从胸主动脉发出,为肺组织提供血液和营养。超声造影剂自肘静脉注射后早期到达肺动脉及其供应区域,然后到达支气管动脉及其供应区域,因此CEUS可提供病灶的血供来源信息。本研究利用CEUS对病灶的RT和TTP进行评估,发现恶性病灶均需要较长的RT,该研究结果与先前研究结果相符[5-7]。肺恶性肿瘤的血供主要来源于支气管动脉,在超声造影上表现为延迟增强[8-9],肺炎等良性病变由于大部分为肺动脉血液灌注而表现出早期强化。与张琪等[10]和Tang等[6]认为TTP在良恶性组间无统计学意义不同的是,本研究显示恶性病灶的TTP较良性病灶更短,我们认为可能与恶性病灶多由支气管动脉供血,造影剂在呼吸过程中通过支气管动脉很快排出体外有关。此外,本研究根据造影结果的ROC曲线分析发现RT超过10.5 s且TTP超过19.5 s时诊断为恶性的敏感性和特异性分别为77%和85%。然而由于本实验并没有应用辅助软件进行对病灶CEUS结果进行判断,且相对RT而言TTP的判读更会受到人为因素的影响,因此关于良恶性病变TTP的比较还需要扩大样本量以及优化判读方法来进一步研究。

超声弹性成像是一种新的影像学诊断方法,可定量评估组织的硬度信息。相比于应变弹性成像,ARFI具有无需手动加压和定量或半定量测量的优点,可以对病灶的硬度进行更客观地判断。在研究中我们发现恶性肿块的SWV值明显高于良性肿块(P=0.04),这是由于恶性病变细胞代谢紊乱引发的过度纤维胶原聚集和异常血管形成所导致的,而肺内的良性病变主要以炎性病变为主,炎症的主要病理变化为水肿、渗出,因此硬度较恶性病变低[11-12]。此前Ozgokce等[13]在33个胸膜下病变的ARFI前瞻性研究中提出了2.47 m/s的临界值来区分良恶性病变,敏感性和特异性为97.7%。之后我们团队在同样利用ARFI检测周围肺占位弹性评估肿块良恶性的实验中得出SWV截断值为1.951 m/s时灵敏度为70.9%,特异度为69.4%[14]。然而本研究中SWV值超过2.02 m/s诊断为恶性的敏感度和特异度分别为83.9%和50.0%,与先前实验的结论相比敏感度有所提高但特异度下降,我们分析是本实验良性病灶中纤维化重塑而导致硬化的慢性肺炎和肺结核病灶占比较高(9/20),由此对该类病灶需要进一步评估。可见病灶内的纤维化或坏死是弹性检查偏差的重要来源,一些良性的慢性肺病灶内的纤维化硬化或某些特殊恶性肿瘤复杂的异质性会影响诊断结果,因此我们需联合其他检查来提高弹性检查的诊断效能。

本研究将CEUS与ARFI两种方法进行联合应用判断病灶的良恶性。当两种诊断标准均满足时其敏感度为83.9%,特异度为80.0%,阳性预测值为94.1%,阴性预测值为55.9%,准确性为68.6%。该联合方法阳性预测值较高,而阴性预测值和诊断准确率较低,我们分析是由于某些腺癌等特殊恶性肿瘤具有肺动脉供血的情况,可在造影中表现为良性征象[15]。除此之外,我们收集的病灶中还有两例黏液腺癌,在弹性成像上表现为低硬度,其SWV分别为1.57 cm/s和1.28 cm/s,这可能是因为病灶内实性成分少而黏液成分多所致[16]。相比同时满足二者标准定义为恶性或单独应用一种方法判断恶性病灶,至少满足一种诊断标准诊断恶性病灶的灵敏度(96.8%)和准确性(74.5%)更高,然而特异度(40.0%)降低。如上文所述这可能与纳入病灶中肺结核及机化性肺炎等慢性炎症相关[17]。以上结果表明应用CEUS联合ARFI鉴别周围型良恶性肺病变可有效降低漏诊率,准确性更高。

本研究的局限性在于本研究为回顾性研究且入组患者量较少,可能影响超声造影和超声弹性成像截断值的确定。其次研究中没有进行操作者间一致性及操作者内一致性的评价,后续还需要进一步完善。最后,两种方法联合后的部分诊断效能指标并没有很明显的提高甚至出现下降,因此对于周围型肺占位的超声诊断仍需要进一步探究。