【原】多参数成像超声在泌尿外科领域的应用

影像采集技术前沿：超声

超声（US）是临床实践中最常用的成像工具。包括对比增强超声 (CEUS) 和弹性成像在内的创新已将 US 转变为多参数成像工具，允许在同一会话中评估病理状况的不同特征。泌尿外科US已是被用于诊断和治疗目的的主要医学领域之一。3D 成像作为 2D US 的宝贵补充，是许多当前可用的 US 机器中广泛使用的功能。诸如超声增强 CL、腔内超声、微超声、PAI 和 SR-UMI 等新技术的发展可能会通过扩大包括泌尿外科在内的临床应用领域来彻底改变现代医学诊断。

关键词

• 超声波
• 泌尿科
• 对比增强超声
• 三维超声弹性成像
• 超声增强化学发光
• 光声成像
• 超分辨率超声微血管成像

    自 1960 年代初以来，超声（US）已成为临床实践中最常用的成像工具。由于US技术的巨大进步及其诊断效率导致美国用户数量的增加。包括对比增强超声 (CEUS) 和弹性成像在内的创新已将 US 转变为多参数成像工具，允许在同一会话中评估病理状况的不同特征。由于新技术的发展，US的未来似乎更加光明，这些新技术可能会通过扩大其临床应用领域来彻底改变现代医学诊断。显然，泌尿科是需要将超声用于诊断和治疗目的的主要医学领域之一。

6.2技术

6.2.1三维超声

6.2.1.1原则

     目前，三维 (3D) US 成像是许多超声机器中广泛使用的功能。这种具有无限视角和多平面能力的技术允许获取和存储从特定感兴趣区域获取的数据集，可以通过多平面显示、表面渲染或体积计算进行进一步分析 。与灰度 US 相比，该技术为形态学评估和疾病过程 提供了卓越的可靠性和最终结果的一致性。

6.2.1.2泌尿外科应用

膀胱

    3D US 在规划和指导前列腺癌治疗、测量膀胱尿量以及在盆底疾病中对尿道括约肌进行成像方面非常有用。作为一种筛查工具，它在肿瘤检测方面优于二维 (2D) U

支持虚拟超声膀胱镜检查的 3D US 是一种检测膀胱肿瘤的非侵入性创新技术。由于膀胱管腔与其壁之间的梯度，表面渲染算法通常可以显示膀胱表面的详细视图，从而能够以较低的成本显示和表征膀胱壁异常，并且没有辐射暴露。与传统的膀胱镜检查相反，没有医源性创伤或感染的风险，因为该技术不需要导管插入术。然而，虚拟膀胱镜检查有一些固有的局限性，例如无法确认检测到的肿块的组织病理学性质。由于虚拟超声膀胱镜检查的结果可与计算机断层扫描 (CT) 和磁共振 (MR) 成像相媲美，因此该技术可能是膀胱癌筛查和随访的有用替代方案。然而，它不能排除常规膀胱镜检查对黏膜异常评估的需要，因为它不足以证明在常规膀胱镜检查中表现为细微的黏膜颜色变化的扁平或壁内病变（原位癌）[ 1 ]。此外，这项技术显然不能取代病理分期，随着 3D US 技术的进一步改进，这可能是未来关注的焦点。

阴茎

     3D US 也可以作为 2D US 的有价值的补充，并能够更好地评估佩罗尼病中阴茎斑块的大小、形状和位置，因为它可以使操作员在冠状轴上可视化器官。从技术上讲，探头应该以最佳速度沿着检查的组织移动，保持恒定的位移方向和角度，因为在采集过程中即使是轻微的不规则也可能会干扰最终图像，并导致在冠状视图中评估斑块不准确。在 3D US 上，可以在没有患者参与的情况下采集图像后对斑块进行定性和定量评估，从而显着减少采集时间并提高患者舒适度 [ 8 ]。这也将 2D US 的主观性质转变为客观检查，以便在后续随访期间由另一位医生进行评估，这可能是 2D US [ 8 ] 的一个挑战。此外，3D US 似乎对治疗结果的评估非常满意，因为它可以对整个斑块进行成像，评估治疗对斑块大小、形状和回声的影响，并比较治疗前后的图像。然而，该技术仍然存在一些限制，与检查者的个人技能和病例严重程度的可变性有关，这会影响 2D 和 3D US 检查的长度和质量。

6.2.2对比增强超声

6.2.2.1原则

         CEUS 始终作为传统 B 型和彩色多普勒超声 (CDUS) 的延伸应用。该技术由超声造影剂 (UCA) 介导，主要用于评估静脉注射后的大血管和微血管系统，从而增强来自流动血液的 US 信号，尽管它们也可以注入体腔，例如膀胱用于评估膀胱输尿管反流 [ 9 ]。从技术上讲，CEUS 检查需要对比度特定的 US 模式，包括由微泡 UCA 振荡引起的非线性响应和由组织反射的线性 US 信号之间的分离 [ 10]。为了减少来自组织的非线性谐波 US 信号，使用基于低机械指数 (MI) 的低声压。除了减少组织谐波和伪影之外，为了最大限度地减少微泡破坏，优选 MI 值低于 0.3 的检查。然而，大多数美国系统能够以较低的 MI 值（例如 0.08 或 0.05）执行 CEUS 检查。与最近广泛使用的低 MI 特定模式相反，UCA 最初是为了增强多普勒 US 信号而开发的，基于更高的 MI 技术 [ 9 ]。

       大多数US系统都有一个具有固有双分割显示功能的显示器，其中低 MI CEUS 图像与传统的 B 模式图像一起显示。因此，CEUS 窗口能够可视化来自显着反射结构的稀有信号，例如钙化或具有较大声阻抗差异的界面，具体取决于各自的 MI 和增益设置。从诊断的角度来看，应注意每个病灶的增强特征。在这方面，应描述时间行为、相对于周围组织的增强程度和分布模式。大多数具有单动脉供血的器官的血流动力学包括两个阶段；动脉期表现出进行性增强，静脉期表现出平台期，随后逐渐降低。UCA 在成人和儿童人群的各种应用中安全使用，对患者构成的风险最小 [ 9 , 10 , 12 ]。它们可以安全地用于肾功能不全的患者，没有造影剂相关肾病或肾源性系统性纤维化的风险，因为它们在生理上不会通过肾脏排泄。与碘化 CT 剂和基于钆的 MR 造影剂相反，过敏反应的风险非常低。最常见的不良反应包括头痛 (2.1%)、恶心 (0.9%)、胸痛 (0.8%) 和胸部不适 (0.5%)，其程度较轻且为短暂性 [ 9 ]。由于 UCA 不含碘，因此它们对甲状腺功能没有任何影响。

6.2.2.2泌尿外科应用

肾

     UCA 给药后，动脉蒂和主要分支首先增强，然后是节段、叶间、弓状和小叶间动脉以及整个皮质和髓质的增强 [ 13 ]。然而，肾脏集合系统中没有 UCA，因为 UCA 不被肾脏排泄。肾脏的流动动力学包括两个阶段；皮质期有皮质强化，实质期有皮质和髓质强化。值得注意的是，慢性肾病患者的对比增强效果较弱且较早消退]。CEUS 可用于诊断缺血性肾脏疾病，例如在其他增强的肾脏内表现为楔形非增强区域的梗塞 [ 15 ]。在常规 B 模式和多普勒超声检查结果模棱两可的情况下，CEUS 可以区分肾肿瘤与模拟肾肿瘤的解剖变异，即“假肿瘤”。该技术还可用于根据 Bosniak 标准将复杂囊肿定性为良性或恶性，其准确性至少与 CT 成像相同；尽管病变钙化对 CEUS 评估的准确性提出了挑战 ，但它在未来也有可能在对恶性囊性病变患者进行分期方面发挥作用。

       CEUS 可用于非手术性肾脏病变的随访和表征不确定的肾脏病变，因为它比 CT 更敏感地检测缺血管病变中的血流 [ 16 , 19 ]。尽管表明肿瘤快速生长和易发生缺血性坏死的不均匀强化已被发现是肾细胞癌 (RCC) 的主要 CEUS 特征，无论其亚型如何 [ 20 ]，但据报道，≤3 cm 的肿瘤主要表现为均匀强化更频繁 [ 21]。最近，CEUS 成像特征包括快速冲洗和代表纤维假包膜的肿瘤周围的病灶边缘样增强已被注意到有助于区分 RCC 与肾血管平滑肌脂肪瘤，这确实会对临床治疗决策产生影响 ]。CEUS 可用于检测和监测复杂急性肾盂肾炎中肾脓肿的消退情况，表现为非强化区域。对比增强排尿尿路超声检查，其中 UCA 可以通过经尿道膀胱导管或通过耻骨上穿刺进行膀胱内给药，可用作女孩疑似膀胱输尿管反流的初步检查。反流的诊断涉及一个或两个输尿管和/或盆腔系统出现 UCA。该技术可用于在保守或手术治疗后对女孩和男孩的实体进行随访 [ 9 ]。

移植肾血流动力学变化的定量 CEUS 评估仍被认为是移植评估的一个研究领域。

膀胱

临床上，CEUS 对血尿患者腔内病变的鉴别诊断非常有帮助，因为它可以显示肿瘤的血管化和增强，而不是非增强血肿 [ 24 , 25 ]。超声检查显示，UCA 给药后膀胱黏膜和黏膜下层表现出早期和强烈的增强，而肌肉层具有较少和延迟的增强。然而，尽管在识别肌肉层浸润方面优于传统的 B 型超声，但 CEUS 在膀胱肿瘤局部分期和分级方面的作用是有限的 [ 26 , 27 ]。CEUS 在检测小（<1 cm）病变和大的扁平斑块状肿瘤方面的作用是有限的 [ 9]。

前列腺

      对于疑似前列腺癌的区域，CEUS 上最有用的特征是与周围组织相比快速流入和/或增加的最大增强。然而，已经提出通过对比超声色散成像 (CUDI) 技术进行计算机辅助量化，通过估计像素是否属于预定义的恶性或良性前列腺区域 [ 28 , 29 , 30 ] 来帮助解释 CEUS。此外，还引入了 4D 对比增强经直肠超声 (TRUS) 成像，从而能够客观量化源自 CUDI [ 31 ] 的成像数据。尽管在一张图像中压缩了 CEUS，但最近有报道称，结合使用 CUDI 地图的定量分析对于临床显着前列腺癌的定位性能与仅使用 2D CEUS 读数的定性分析相似 [ 30 ]（图6.1）。此外，CUDI 将 CEUS 视频的所有信息压缩在单个图像中可以缩短读取时间，并实现存储设备/网络上的低数据消耗和轻松的文件传输 [ 30 ]。另一方面，通过将 CEUS/CUDI 与诸如评估组织硬度的弹性成像等互补技术相结合的多参数超声 (mpUS) 方法，可能会提高检测和诊断的准确性。

图 6.1

学习程序。CEUS 对比增强超声、CUDI对比超声色散成像、US超声（转载自 Postema AW、Gayet MCW、van Sloun RJG 等人（2020）用于前列腺癌定位的色散分析对比增强超声：与根治性前列腺切除术的相关性标本。World J Urol doi：https ://doi.org/10.1007/s00345-020-03103-4 。[印刷前电子版]经许可）

      CEUS 还被用于在接受消融治疗的患者随访期间观察灌注缺损 [ 34 ]。有趣的是，据报道，CEUS 在评估前列腺动脉栓塞 (PAE) 的疗效方面具有潜在作用，可在介入后早期或什至在可以描绘前列腺梗塞的现场进行 [ 35 ]。作者推测，该技术可用于记录 PAE 的技术成功并预测相关的临床益处 [ 35 ]。

最近，一种用于尿道内尿流成像的新型高帧 US 框架，即对比增强的尿动力学矢量弹丸成像已被开发出来，以评估诸如良性前列腺增生 (BPH) 等泌尿病理学因素对排尿的功能影响，这可能有助于制定针对下尿路症状患者的个性化治疗策略 [ 36 ]。

阴囊

     阴囊的流动动力学涉及动脉增强，随后在几秒钟内完成实质增强，并在可变时间段内增强下降，导致几乎 3 分钟的最小残余增强。CEUS 可以通过显示一个或多个被正常睾丸血管分隔的缺血性实质小叶来识别节段性梗塞 [ 37 , 38 ]。亚急性节段性梗死特征性地表现出病灶边缘的增强，随着时间的推移逐渐减弱，最终随着病灶形状和收缩的变化而消失。

睾丸 CEUS 可以勾画出睾丸创伤中的不可行区域，从而能够进行器官保留治疗，这可能难以用传统的多普勒超声评估，因为即使在可行区域，受伤的睾丸也经常是血管不足的，这是由于睾丸水肿影响了血管流动。CEUS 还提供骨折线和睾丸内血肿的清晰描绘 。

在患有严重附睾睾丸炎的患者中，CEUS 不仅可以识别早期发展阶段的脓肿形成，还有助于评估大脓肿的完整程度，从而允许及时治疗。CEUS 可以帮助区分直径小于 1.5 厘米的血管化和非血管化局灶性睾丸病变，在彩色多普勒超声上显示无血流，这对于排除恶性肿瘤至关重要 [ 9 ]。尽管洗入和洗出时间-强度曲线可能有助于区分恶性和良性肿瘤，但不同组织学类型的定性和定量 CEUS 分析可能重叠（图6.2）。此外，CEUS 不常规用于治疗偶然发现的睾丸病变 。

图 6.2

( a , b ) CEUS，Leydig 细胞良性肿瘤。( a ) 彩色多普勒显示高血管、低回声实体瘤。( b ) 具有时间-强度曲线的 CEUS 显示出强烈的增强和快速清除（紫色曲线）。绿色曲线对应于邻近正常实质的增强（转载自 Rocher L, Ramchandani P, Belfield J (2016) Incidentally detected non-palpable testiculartumour in adult at scrotal超声：放射学检查结果对管理的影响放射学审查和建议ESUR 阴囊成像小组委员会。Eur Radiol 26:2268–2278 经许可）

6.2.3弹性成像

6.2.3.1原则

美国弹性成像是一种尖端的成像方式，它允许在施加力的影响下测量和显示软组织的生物力学特性 [ 45 ]。从技术上讲，所有弹性成像方法的扫描仪内的信号处理都从测量组织位移作为空间位置和时间的函数开始，这是通过互相关跟踪、多普勒或其他信号处理方法执行的 [ 46]。基于在剪切波影响下揭示组织刚度的相关位移数据，不同的弹性成像方法创建弹性图或执行弹性测量，定性显示为黑白或彩色图像，或作为与相关参数相关的一些参数的数值量化剪切波[ 45 ]。因此，超声弹性成像技术可以分为定性（“应变弹性成像”，SE）或定量（“剪切波弹性成像”，SWE）。

    应变弹性成像 (SE) 涉及通过手动压缩向感兴趣区域内的组织施加力，其中施加的力相对于剪切传播时间到感兴趣深度变化缓慢，并且图像采集展示了定性的组织特性  .在剪切波弹性成像 (SWE) 上，用于产生低频机械（剪切）波的声辐射力会导致组织位移，用于评估组织硬度。与 SE 相反，SWE 允许更精确的组织压缩标准化，因为纹理的压缩可以通过多个聚焦超声波束使用可重复和均衡的电子声波来实现 [ 48 ]。SWE 技术基于对穿过目标组织的剪切波速度的测量，可用于定量和实时地动态映射和反映感兴趣区域的组织刚度特性 。与应变弹性成像相比，SWE具有基于组织真实弹性值定量评价软组织刚度、重复性强、临床应用价值高等优点。因此，它是研究内脏器官弹性的更有用的方法。总的来说，SWE被认为是目前最前沿的超声弹性成像技术。

      SWE 方法包括瞬态弹性成像 (TE)、点剪切波弹性成像 (pSWE) 和多维 SWE（2D-SWE 和 3D-SWE），它们基于由受控施加力 (TE) 或通过量化引起的瞬态剪切变形由声辐射力脉冲 (ARFI) 引起的组织位移 。根据评估组织硬度的位置，弹性成像方法可能涉及单个位置，如 pSWE，或样本盒内的更大区域，如 2D-SWE。在声辐射力脉冲 (ARFI) 弹性成像上，这是一种最新的剪切波技术，能够测量由 ARFI 压缩产生的垂直于压缩方向的组织应变波散射的速度，组织刚度水平成正比到相关的 SW 速度值 。

在大多数 SE 超声系统上，可以使用实时显示的指示器（质量指数）来确认压缩/减压程度是否适合生成可重复和可再现的 SE 图像。用于横波速度估计的质量因子也可用于 2D-SWE 方法。对于基于 ARFI 的方法，如果四分位距 (IQR) 值（即第 75 和第 25 个百分位数之间的差异）小于中位数的 30%，则使用类似于 TE 的测量质量评估方法。

6.2.3.2泌尿外科应用

肾

        除了用作诊断慢性同种异体移植肾病的附加工具外，目前美国肾脏弹性成像对天然肾脏异常的作用是有限的。SE 的使用主要是一种定性技术，假设感兴趣组织的均匀变形，由于与器官深度相关的挑战，通常仅限于表面位置的肾移植，应用可重复的均匀外部变形并具有绝对刚度测量。

     肾脏弹性成像已被用于慢性肾脏病 (CKD) 的无创评估，特别是用于肾功能尚未受到显着影响的早期阶段，或用于疾病监测 [ 52 ]。至于 SWE，关于肾硬度与纤维化或肾功能之间的相关性，文献中报道了相互矛盾的结果 [ 46 , 53 , 54 , 55 , 56 ]。肾脏的各向异性描绘以及与 CKD 进展中的纤维化进展相关的肾脏灌注变化已被推测对肾脏僵硬有影响，并解释了结果之间的一些差异。肾弹性成像的进一步应用是在存在反流性肾病和肿瘤的情况下评估硬度。该技术还可能通过改进对不明确病变的识别和对肿瘤硬度的评估，在肾脏肿块的检测和表征中发挥作用 [ 59 ]。值得注意的是，不同类型肾脏病变之间弹性成像值的重叠归因于病变的异质性 [ 58 ]。

膀胱

   高频 US、SWE 和双工多普勒的组合用于获得关于膀胱壁结构、生物力学和血流动力学变化的对照参考数据，已被证明具有评估与下尿路疾病相关的膀胱壁变化、区分膀胱病理学的潜力临床实践作为诊断测试，甚至用于识别高风险发展膀胱病理学的个体 [ 60 ]。

前列腺

      作为多参数 MRI 的潜在替代方案，前列腺的实时 TRUS 弹性成像可以可靠地用于检测可疑区域以进行靶向活检。在经直肠探头引起轻微压迫的 SE 上，前列腺的低回声硬性病变通常被认为是可疑的恶性肿瘤 。该技术还可以比较可疑病变和相邻正常前列腺组织之间的刚度，并通过测量两个感兴趣区域之间的应变比来提供半定量信息。在这方面，据报道，应变比以高灵敏度（100%）和高阴性预测值（100%）提高前列腺癌的检测[ 63]。由于腺体大小可能会影响弹性成像结果 ，因此使用 SE 引导的靶向活检补充了传统系统活检的使用，特别是对于前列腺体积较小的患者。

    在 SWE 上，与 SE 相反，直肠壁不需要压缩，低回声僵硬病变意味着恶性，类似于 SE [ 64 ]。已发现该技术可用于区分前列腺癌和良性组织，具有很高的诊断准确性 。该技术还可以可靠地预测癌症的等级。此外，已发现定量美国 SWE 测量的组织硬度在预测临床局限性前列腺癌根治性前列腺切除术后术后生化复发方面具有作用]。

实时弹性成像的诊断准确性似乎是一种有用的系统性工具，与前列腺特异性抗原水平的升高相当吻合，可能有助于避免未来不必要的活检 [ 65 ]。重要的是，在 mpUS 期间使用弹性成像作为分类测试，然后是 CEUS，或将该技术结合到 MR 成像-TRUS 融合中，提高了前列腺癌诊断的准确性。

最近，多参数机器学习涉及开发基于随机森林的分类器，用于基于共同注册的 B 模式、SWE 和 CEUS 的 PCa 多参数分类，已被证明具有改进单一美国模式进行本地化的技术可行性。66 ]。因此，计算机辅助的 mpUS 已被认定为临床医生在活检靶向方面很有前景 [ 66 ]（图6.3）。

图 6.3

图像平面示例，显示 B 模式 ( a )、杨氏模量 (SWE) ( b )、Péclet 数 ( c )、时空相关性 ( d )、色散相关参数 ( e )、冲入时间 ( f )、速度 ( g )、相对于图像中值的速度 ( h )、2-mm 速度熵 ( i ) 和生成的多参数图 ( j）。在每张图中，前列腺和区域分割用白色表示，钙化用蓝色圈起来，组织病理学证实的恶性和良性 ROI 分别用红色和绿色表示（转载自 Wildeboer RR、Mannaerts CK、van Sloun RJG 等人） . (2020)基于 B 模式、剪切波弹性成像和对比增强超声放射组学的前列腺癌自动多参数定位。Eur Radiol 30:806–815 经许可）

阴囊

     尽管能够评估睾丸异常区域硬度的弹性成像技术被认为在评估睾丸局灶性病变方面很有前景，但 SE 和 SWE 技术在良性和恶性肿瘤之间的组织硬度发现存在重叠。在这方面，弹性成像在睾丸肿瘤评估中的作用仍在发展中 [ 44 ]。然而，建议在 mpUS 期间将弹性成像与 CEUS 结合使用，以表征偶发的局灶性睾丸病变，而不是作为独立技术使用。在弹性成像中，据报道，由于肿瘤性睾丸病变导致组织硬度增加，而良性睾丸过程（如睾丸炎和梗塞）减少（图6.4）。另一方面，已经研究了 SWE 在评估睾丸病理学方面的作用，包括肿瘤过程、梗塞、扭转或睾丸炎，以及扭转后精子发生的评估 [ 68 , 69 , 70 , 71 , 72 ]。该技术还可以区分精原细胞瘤和非精原细胞病变 [ 73]。值得注意的是，据报道， SWE提示睾丸微结石症、不孕症、睾丸未降 [48、74、75、76] 中背景实质的硬度值升高。

图 6.4

( a , b ) 几种肿瘤的剪切波弹性成像 (Aixplorer, Supersonic Imaging, Aix en Provence)。( a ) 非精原细胞性生殖细胞肿瘤，与相邻牙髓相比，病灶硬度强 (79.8 kPa/4.4 kpa)。( b ) 良性 Leydig 细胞瘤：硬度轻度增加 (6.7 kPa+/-1.9 kPa) (转载自 Rocher L, Ramchandani P, Belfield J (2016)阴囊超声检查成人不可触及睾丸肿瘤：影响放射学检查结果 ESUR 阴囊成像小组委员会的放射学审查和建议。Eur Radiol 26:2268–2278 经许可）

与评估邻近白膜的局灶性病变相关的挑战包括邻近该区域的纤维化、中心和外围区域之间 SWE 测量的可变性以及相关测量点缺乏标准化。

阴茎

      最近，据报道，用于在阴茎感兴趣区域 (ROI) 上生成剪切波速度图的二维阴茎超声振动弹性成像 (PUVE) 技术具有评估勃起功能障碍/佩罗尼病患者和他们未来的心血管风险 。

6.2.4超声增强化学发光

6.2.4.1原则

     与可以以足够的空间分辨率进行组织成像的浅层器官相反，在使用磁场或传统 US 的情况下，由于能量损失，深层组织的成像仍然具有挑战性。生物发光 (BL) 是一种在分子水平上起作用的光学成像方法，其独特之处在于它涉及通过酶促反应从活细胞中产生和释放光。另一方面，化学发光 (CL) 技术不需要类似于 BL 的外部光源，是一种先进的发光成像形式，其中发光增强剂用于增加低水平光发射的强度。尽管 CL 广泛用于组织成像，但主要挑战是由于散射光而增加的噪声。US，特别是聚焦 US，可以通过减少光散射来增加 CL 的强度，同时提高空间分辨率，可以与 CL 结合用于双重成像，这有望用于生物组织的更深成像。事实上，US 增强 CL 将通过提供高分辨率图像对未来的实际医学成像产生重大影响，这将有助于更准确的诊断。

6.2.5腔内超声

6.2.5.1原则

     腔内成像程序涉及引入 45 MHz 3.5 Fr (1.7 mm) 血管内超声探头，轴向分辨率为 200 μm，横向分辨率为 200-250 μm。通过输尿管口，然后通过使用自动回拉系统沿整个肾盂和输尿管缩回和重新定位成像探头进行图像采集。

6.2.5.2泌尿外科应用

       腔内超声 (ELUS) 可能对评估上尿路肿瘤具有价值，作为诊断输尿管肾镜检查结合活检作为诊断标准的替代方法。在离体环境中，将光学相干断层扫描 (OCT) 和与 3D CT 共同配准的 ELUS 数据集与完整的肾输尿管切除术标本的组织学进行比较，ELUS 能够区分输尿管的所有解剖层识别可疑病变，尽管不可能确定肿瘤是否存在任何侵袭，从而进行适当的分期。与 OCT 相比，ELUS 对正常输尿管和输尿管病变的成像深度有所增加，同时产生的图像分辨率较低。作者得出结论，OCT 和 ELUS 的结合可以同时实现上尿路的高分辨率成像和更大的成像深度信息。

6.2.6微超声

6.2.6.1原理及泌尿外科应用

     微超声作为一种新的高分辨率实时成像方法，用于前列腺活检，已被发现在检测具有临床意义的前列腺癌方面很有前景 [ 83 ]。该技术涉及一种新的高分辨率 29-MHz US，其分辨率是传统 US 分辨率的三倍，能够详细评估相关的前列腺组织特征 [ 84 ]。尽管提供了针对以高灵敏度检测到的可疑区域的实时活检，但已注意到微超声具有低特异性，这限制了其作为临床显着前列腺癌的诊断工具的临床应用 。

6.2.7光声成像

6.2.7.1原理及泌尿外科应用

     光声成像 (PAI) 是一种基于光声 (PA) 效应的新型无创软组织医学成像模式，指的是由脉冲激光照射的物体产生声波。因此，PAI 包括产生高对比度成像的光学成像和通过 PA 效应在深部组织成像中产生高分辨率的 US 成像的组合。尽管目前可用的用于癌症诊断的医学成像模式，如 US、CT 和 MR 成像已经很好地建立并在实践中广泛使用，但它们存在与癌症诊断低灵敏度和特异性相关的固有问题 [ 88]。更重要的是，它们对于癌症组织的早期检测效率不高。 然而，PAI 具有在早期检测癌症的潜力，因为它能够在多个波长上提取组织样本的发色团（氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、脂质、水）特征[ 89 ]。癌组织中丰富的脱氧含量以及缺乏的氧含量使 PA 成像系统能够对用于癌症组织检测的光学生物标志物进行成像 [ 89 , 90 ]。由于生色团在不同波长下具有不同的吸收特征，因此在给定波长下的 PA 成像可以产生高对比度的光学活性相应生色团图像。     在多光谱光声 (MPA) 成像中，与早期肿瘤快速生长相关的组织血管生成可以通过血液和其他组织成分之间的光吸收系数差异来检测，这使得 PA 成像能够进行功能成像 。

      总体而言，与当前的成像技术（如美国的 MRI）相比，使用美国换能器进行的 PA 图像采集可产生稳健且不易出错的联合配准图像，从而实现结构和功能成像[ 92 ]。此外，由于其非电离辐射特性，PA 成像也是安全的，这使得它在不久的将来非常有希望用于癌症检测。最近，有人提出了一种基于 PA 成像的自动化深度学习模型，用于同时检测人类切除的甲状腺和前列腺组织中是否存在癌症（图6.5和6.6）。作者推测，该模型也可能是用于癌症诊断的体内 PA 图像分析的起点 。

图 6.5

( a ) 组织标本，( b ) 前列腺组织病理学，恶性区域被包围，( c ) 在 760 nm 波长处获得的 PA 图像，( d ) 在 850 nm 波长处获得的 PA 图像，( e ) 显示 dHb 吸收的 PA 图像， ( f ) PA 图像显示 HbO2 [ 3 ] 的吸收。在 PAimage ( e ) 的脱氧血红蛋白通道处拍摄的圆圈区域显示存在恶性区域，因为脱氧血红蛋白吸收更多的光以产生更高的像素强度区域。脱氧血红蛋白的存在是癌症存在的有力指标 [ 3]。在 760 nm 波长的 PA 图像中，被恶性组织包围的区域对应于较高的像素强度 [ 3 ]。以前的工作要求人类通过组织病理学幻灯片、基于照片的图像和基于 PA 的图像的共同配准来提取与癌症和非癌症区域相对应的环绕的感兴趣区域。该手动过程非常费力且耗时（转载自Jnawali K、Chinni B、Dogra V、Rao N（2020 年）使用多光谱光声成像进行自动癌组织检测。Int J Comput Assist Radiol Surg 15:309–320 with允许）

图 6.6

PA 信号数据采集设置示意图。声学透镜用于聚焦光声产生的 US 波，并通过线性 US 换能器阵列（图中未显示）对其进行检测（转载自Jnawali K、Chinni B、Dogra V、Rao N（2020 年）Automatic cancer tissue detection using multispectral光声成像。Int J Comput Assist Radiol Surg 15:309–320 经许可）

6.2.8光声断层扫描

6.2.8.1原理及泌尿外科应用

    光声断层扫描 (PAT) 使用US换能器阵列进行信号收集，已被提议作为一种潜在的替代 MR 成像融合活检来改善前列腺活检 [。PAT 涉及吸收体和脉冲光之间的相互作用，其中能量被转换为热量，由此产生的局部热力学膨胀释放声波，可以通过US换能器检测到 。这可以对主要的内源性吸收剂进行更深入的成像，例如脱氧和含氧血红蛋白、脂质和水。作者得出结论，通过使用 1064 nm PAT 和基于US纹理的特征分析作为实时多模态成像技术，与目前使用的全身采样方案相比，降低每个前列腺的活检芯总数是可能的，这需要未来在-体内研究。

6.2.9超分辨率超声微血管成像

6.2.9.1原理及临床应用

     已经开发了基于微泡的超分辨率超声微血管成像 (SR-UMI) 或超分辨率超声定位显微镜 (ULM)，以克服传统US成像在空间分辨率和穿透深度之间的妥协]。它是一种下一代美国成像方式，依赖于脉管系统中单个对比微泡的定位和跟踪。这种新颖的成像工具在临床相关的穿透深度提供了大约十倍的成像分辨率改进。它已成功应用于包括癌症成像在内的广泛临床应用 。然而，SR-UMI 的临床转化可能具有挑战性，因为在给定的累积时间内检测到的微泡数量有限。最近，已经提出了一种基于卡尔曼滤波器的方法，用于鲁棒的 MB 跟踪和更精确的血流速度测量，同时减少了 MB 的数量，从而提高了成像性能。基于呈现的 SR-UMI 图像和获得的定量结果，已发现相关方法可以显着提高 SR-UMI 的鲁棒性，这对其临床转化至关重要 。另一方面，Huang 等人开发了另一种技术。通过打破采集时间和 MB 浓度之间的内在权衡来简化 ULM 的临床翻译。由于循环中的 MB 数量应足以完全遍历所有感兴趣的脉管系统，以便在 ULM 上成功重建微脉管系统，因此作者提出了一种后处理技术，将空间重叠的 MB 事件分离为具有稀疏 MB 的亚群浓度，减少了对稀释 MB 注射的需求，并缩短了重建微血管系统所需的 ULM 成像的长采集时间。

参考