超声新技术在肝细胞癌诊断中的应用进展

2019年2月11日 17:40:39 来源: 医学综述
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  肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)占肝癌的80%~90%,是原发性肝癌的最常见类型。肝炎病毒复制活跃是诱发HCC的原因之一,中国每年新发肝癌病例约35.6万,占全球的50%。HCC恶性程度高,预后差,致死率高。据统计,其在中国致死性恶性肿瘤中居第二位,仅次于肺癌。因此,及时发现、正确诊断及早期治疗是提高HCC患者存活率的有效手段。

  目前,诊断HCC的方法主要包括:①影像学检查,如CT、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、正电子发射计算机断层显像、超声检查及数字减影血管造影;②实验室检查,包括肝功能、血清肿瘤标志物(甲胎蛋白、癌胚抗原、糖类抗原19-9等)、肝炎病毒等;③组织病理学检查。虽然组织病理学是诊断HCC的金标准,但其有创性、转移的风险、组织取样的局限性等限制了临床应用。

  近年来,超声影像技术的发展及临床应用大大提高了HCC的检出率、确诊率。其中,超声造影(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)能通过各时相的灌注特点反映肿瘤的微血管密度及分布特点;超声弹性成像(ultrasound elastography,UE)可以测量HCC的硬度值,通过肿瘤与肝实质硬度比或肿瘤内不同区域的硬度差反映HCC的组织构成及分化程度。它们极大地提高了超声诊断HCC的准确性和敏感性,现就超声新技术在HCC诊断中的应用进展予以综述。

  1.HCC的起源和病理特点

  1.1HCC的起源

  目前,关于HCC的起源主要有两种观点:①肝癌细胞源自肝干细胞的异常分化;②肝癌细胞是因成熟肝细胞的去分化所致。但更多的研究支持前者。在自然进化过程中,肝细胞具有强大的再生功能,这有助于保护肝脏在执行解毒功能过程中一旦受到损害能通过自身细胞的再生以维持正常的生理功能。

  人感染肝炎病毒体后,病毒会特异性侵袭成熟肝细胞,在肝细胞内完成病毒DNA的复制并合成大量病毒颗粒,而后作为内源性抗原与主要组织相容性复合体Ⅰ类分子结合,呈递至肝细胞表面。细胞毒性T淋巴细胞能特异性识别并杀伤病毒结合体,造成对肝细胞的杀伤;同时,病毒还能诱发肝细胞产生Fas抗原,表达Fas抗原的肝细胞与Fas抗体结合,导致肝细胞自身凋亡。受损的肝细胞破裂释放出大量病毒颗粒感染正常的成熟肝细胞。

  多重因素导致大量肝细胞损伤,机体迅速启动代偿机制诱导残余的成熟肝细胞再生以维持正常的生理功能。但由于肝炎病毒难以清除,肝细胞的损伤与再生持续存在,直至肝炎后期肝炎病毒仍广泛感染肝细胞,并干扰肝细胞的分裂增殖能力。此时,肝细胞再生主要依靠肝干细胞———卵圆细胞。卵圆细胞是一种未分化细胞,具有多分化潜能,肝实质严重受损时其被激活增殖分化成肝实质细胞。而乙型肝炎病毒通过改变卵原细胞增殖过程的微环境,诱导其发生恶性分化,在肝小叶内无序地穿插生长,形成HCC的起源。

  1.2HCC的病理特点

  国际卫生组织制订了HCC的病理分级标准,将HCC分为三级:①Ⅰ级(高分化),形态结构为较细的小梁状、条索状,似正常肝细胞索。②Ⅱ级(中分化),形态结构为较粗的小梁状、团块状,也有腺管状和乳头状。瘤细胞大小不一致,可有少数瘤巨细胞,胞质嗜碱性,有的细胞透明。③Ⅲ级(低分化),形态结构为实性片状,有的为腺管状,细胞和胞核异形性明显,胞质呈强嗜碱性。

  2.CEUS技术在HCC诊断中的应用

  2005年巴塞罗那肝癌全球会议后,国内外制订的肝癌诊疗规范均将CEUS作为HCC的三大常规影像检查方法之一。现对CEUS诊断HCC的基础原理及临床应用概述如下。

  2.1基本原理

  超声造影剂也称微泡造影剂,微泡是壳膜包裹某一种气体的复合体,直径与红细胞相似,其经静脉推注进入血液循环系统,但不向组织内弥散。超声造影的原理是将血液中的造影剂微泡作为散射体,产生大量的散射信号,与周围形成高声阻抗差。然后,应用声学成像技术提取血液中造影剂微泡的回波信息,实现对血管的清晰显示,特别是对微细血管的显示,从而反映组织的灌注特点。

  2.2CEUS技术对HCC的诊断价值

  CEUS是利用微泡造影剂对肿瘤的灌注进行全程、实时、动态、连续观察,并可重复检查。HCC具有特征性灌注模式,由于HCC具有增生杂乱、扭曲扩张的新生血管,血供来自动脉,并存在大量的动静脉交通支,故推注造影剂后HCC在动脉期快速增强,在门静脉期和延迟期快速减退,即“快进快出”的灌注特征。由于HCC的分化程度不同,肿瘤内血流的供应方式和微血管密度也不同。其中,高分化HCC常伴有肝动脉、门静脉供血,动脉期过后造影剂微泡仍从门静脉向肿瘤内持续灌注,这可能是造影剂“慢出”的病理基础,因此“快进慢出”是高分化HCC的典型灌注模式。而微小的HCC由于滋养血管较少,动脉期、门静脉期灌注缓慢,灌注模式多不典型,有的表现为短暂的轻微增强。

  有研究将肿瘤区内造影剂的到达时间、灌注强度等参数应用软件处理后绘制成时间-强度曲线(time-intensity curve,TIC)进行定量分析,结果表明HCC的达峰时间、廓清时间明显提前,灌注强度大于肝实质,TIC呈“快上快下”型特点,这与HCC“快进快出”的灌注特点相一致。利用TIC的形态特点,可鉴别HCC与肝脏良性肿瘤,良性肿瘤的TIC上升、下降均较为平缓,达峰后持续一段平台期。

  一项多中心前瞻性研究发现,CEUS可准确鉴别肝脏良、恶性肿瘤,准确度达90.3%,灵敏度为82.3%,特异度为93.3%,其对肝脏恶性肿瘤的阳性预测值为95.8%,明显优于普通超声。另有文献报道,CEUS诊断HCC的灵敏度为91.3%,特异度为90.0%。虽然CEUS诊断HCC的研究较为成熟,但对CEUS特征的判断受诊断医师的主观影响较大:对于动脉期高增强的判断医师之间有较高的一致性,而对延迟期廓清的判断存在一定分歧。

  2.3肝脏影像报告和数据管理系统(liver imaging reporting and data system,LI-RADS)

  LI-RADS由美国放射学院首次提出,并分别于2013、2014年进行了修正。LI-RADS为CT或MRI提供了肝脏肿瘤的分级诊断标准,其主要针对有HCC高风险的患者,特别是监测肝硬化背景下肝内结节的变化趋势。基于LI-RADS分级标准,有学者建立并验证了CEUSLI-RADS,并将LI-RADS规定的CT、MRI报告描述术语对应于CEUSLI-RADS的CEUS报告描述术语,如将LI-RADS中的“动脉期强化、实质期减退”分别对应于CEUSLI-RADS的“动脉期灌注、延迟期廓清”。

  与LI-RADS的分级标准一致,CEUSLI-RADS共分为5级:1级为肯定良性,如肝囊肿;2级为可能良性,如肝血管瘤;3级为可疑HCC;4级为可能HCC;5级为肯定为HCC。有门静脉栓子时,无论是否发现肝内原发灶均分为CEUSLI-RADS5级;具有恶性肿瘤的造影特征,但不一定是HCC的肝内恶性肿瘤分为CEUSLI-RADSM级;如果肿瘤已经接受过肿瘤消融、经导管动脉栓塞等介入治疗则分为CEUSLI-RADST级。有5个中心进行了大样本联合研究表明,CEUS对HCC的灵敏度为62%,CEUSLI-RADS5级对HCC的诊断具有较高的特异度(98.5%)。

  另一项研究结果显示,若将CEUSLI-RADS3级病灶排除、CEUSLI-RADS1~2级病灶归为阴性、CEUSLI-RADS4~5级病灶归为阳性,则CEUS对HCC的诊断符合率为87.4%(90/103)、灵敏度为100%(71/71)、特异度为59.4%(19/32)、阳性预测值为84.5%(71/84)、阴性预测值为100%(19/19)。

  有研究联合CT和CEUS两种方法对肝脏肿瘤进行LI-RADS分级,结果显示其诊断肝脏恶性肿瘤的灵敏度为99.2%,特异度为83.3%。因此,CEUSLI-RADS分级诊断系统为CEUS评价HCC建立了诊断标准,依据CEUSLI-RADS分级标准应用CEUS对肝脏肿瘤的恶性度进行分级诊断,可以实现超声报告描述一致化、诊断结果标准化,以帮助临床医师制订合理的治疗方案。

  3.UE技术在HCC诊断中的应用

  UE自1991年由Ophir等提出就成为超声医学领域的研究热点。目前,其已应用于浅表器官(如甲状腺、乳腺)肿瘤定性、肝脏纤维化分级及前列腺疾病的诊断和研究。

  3.1基本原理

  UE的基本原理是对组织施加一个纵向激励(内部或外部),组织内各点均会产生纵向的应变,收集组织应变前后的回波信号,结合数字信号处理技术,可以得到组织内的应变分布。组织内的弹性系数分布不均时,应变分布会出现差异,从而得到组织的生物学特性。收集感兴趣区域内各个片段信号,利用超声成像方法直接或间接反映出组织内部弹性系数差异,提供诊断信息。UE分为应变力弹性成像(strain elastography,SE)和剪切波弹性成像(shear wave elastography,SWE)两大类。

  SE在甲状腺、乳腺等浅表器官的研究开展早、研究更为深入;而SWE克服了SE的探头施加压力大小、频率等人为影响因素,在诊断腹部脏器病变(肝脏纤维化、肾脏实性损害等)方面显示出独特优势。声脉冲辐射力成像(acoustic radiation force impulse,ARFI)于2001年问世,属于SWE技术。由于组织被压缩产生纵向形变的同时会产生横向剪切波,而组织的弹性与纵向位移成反比,与横向剪切波速的平方成正比,故通过测量剪切波的传播可以反映组织的弹性。

  ARFI技术是通过换能器发射短时、高能量的聚焦超声波束,作用于组织内的局部区域,使其产生瞬时的纵向位移和横向剪切波。ARFI技术将纵向应变与横向应变相结合,可以计算组织内部的泊松比分布,估计组织内部的移动性;与SE技术相比,ARFI技术应用的声脉冲稳定,可用于良恶性肿瘤的鉴别及深部组织(肝脏、肾脏、脾脏等腹部器官)的弹性检查。其包括声触诊组织成像(virtual touch tissue imaging,VTI)和声触诊组织量化(virtual touch tissue quantification,VTQ)技术。

  VTI通常是获取组织的纵向位移信息,以弹性图像形式反映组织的硬度;而VTQ技术利用序列探测脉冲波收集横向剪切波信息并计算,用速度值代表组织的应用。因此,ARFI技术具有以下优势:降低操作者间的差异,可重复性高;可量化组织硬度;聚焦超声波束穿透力强,可用于深部组织测量;对比度转换效率高等。

  3.2UE技术对HCC的诊断价值

  近年来,关于肝脏肿瘤的UE研究多采用ARFI技术。一些研究认为,ARFI技术可以鉴别诊断肝脏良、恶性肿瘤,恶性肿瘤的VTQ值大于良性肿瘤,灵敏度为96.4%,特异度为65.8%;在恶性肿瘤中,肝转移癌和胆管细胞癌的VTQ值大于HCC。也有研究认为,应用VTQ值定量诊断肝脏良、恶性肿瘤差异无统计学意义。VTQ值的大小主要与肿瘤的病理组织构成相关。

  HCC按肝细胞的排列方式可分为4种类型:①小梁型。此型分化较好,肝癌细胞排列较正常肝细胞密集,但肝细胞索未被破坏,保持板状规则排列结构,且某些高分化的小梁型HCC组织结构与正常肝组织非常相似。②紧密型。肝癌细胞密集排列,构成巢状或片状,多数为低分化HCC。③腺泡型。肝癌细胞排列成腺管状,中央变性或实性小梁塌陷而形成腺腔。④硬化型,散在的肝癌细胞周围间质中存在大量的纤维组织。可见,HCC的病理组织学特点为癌细胞体积小、核质比高、排列紧密,含纤维组织,所以肿瘤质地硬,VTQ值高。但是与癌组织结构致密、纤维组织含量多的肝转移癌和胆管细胞癌相比,HCC容易发生一些变化(大片坏死、癌细胞脂肪变性或透明细胞变性),这可能是HCC的VTQ值小于肝转移癌和胆管细胞癌的VTQ值的原因。

  而肝脏良性肿瘤,以肝血管瘤为例,多含毛细血管网或肝窦扩张,纤维组织含量少,因此VTQ值低。随着HCC的生长(直径>5.0 cm),周围正常细胞受压,周围组织发生纤维化反应,纤维结缔组织和大量浸润的炎细胞构成HCC的假包膜,假包膜组织致密,硬度高于正常肝组织。同时,HCC内部结构紊乱(窦状隙扩张及组织的非液化性坏死)、中心出血坏死等会导致其硬度减小,故在同一病变不同位置测量的VTQ值也不同,这是由病理组织结构不同造成的。

  由于应用超声UE技术测量组织的弹性值,鉴别诊断肝脏肿瘤的良恶性具有较高的敏感性和特异性,其还可以评价HCC的病理组织构成特点、周围组织浸润范围等,弥补常规超声检查的不足。

  4.存在的不足

  虽然CEUS和UE技术在诊断HCC方面均独具优势,但目前仍存在一些不足:①一些血供丰富的良性肿瘤(肝脏血管平滑肌脂肪瘤)或非HCC恶性肿瘤的CEUS表现与HCC相似。有研究发现,83.2%的胆管细胞癌的CEUS表现与HCC相同,即造影剂“早进早退”。②依照LI-RADS标准,将HCC的CEUS表现分级,其中LR-3级、LR-4级的判定受检查者主观因素影响较大。③ARFI技术感兴趣区小,单一测量点的弹性值可能受肿瘤内部组织的异质性(坏死、出血、受压、肝窦扩张、紫癜、纤维化等)影响,不能代表HCC的弹性值。

  虽然目前应用UE诊断肝脏肿瘤已有大量研究,但诸多研究结果均存在差异,这可能由每组研究中的样本含量差异、肿瘤类型及所占比例差异等因素造成,故有待大数据进一步研究。

  5.小结

  中国乙型肝炎病毒感染的患者较多,随着病程进展,大多数患者会发展为肝硬化合并肝内结节,成为HCC高危人群。因此,定期监测肝内结节变化,给予准确诊断和分期,对患者的治疗和预后有重要作用。超声作为无创的影像学检查方法,特别是近年来一些新技术的发展,对HCC的诊断已经由灰阶、彩色二维超声拓展为CEUS技术、UE技术。这些新技术可以检测HCC的硬度质地、内部微血管的分布特点及密度,提供HCC的病理组织学信息,丰富了诊断依据,极大地提高了诊断的准确性,在临床应用较为广泛。未来,若能联合应用常规二维超声、CEUS及UE技术,实现多模态检测HCC,将极大地提高超声对HCC的诊断效能。