助力乳腺癌診斷的超聲彈性成像技術「專利獎巡禮」

2020-12-05 IP創新贏

分享IP智慧 傳播最IN科技

小贏說：

全球乳腺癌的發病率自上世紀70年代一直呈上升趨勢，但自90年代開始死亡率卻逐步下降。早發現、早治療是提高治癒率的關鍵；今天我們就來談談助力乳腺癌早診斷的超聲彈性成像技術。

專利號：ZL201110159194.6

專利名稱：一種彈性成像中的位移檢測方法及裝置

專利權人：深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司

乳腺癌作為高發癌症，這麼大個病，不得用上大型影像設備CT、MRI才行麼？最少也得用上鉬靶吧，超聲這種小巧、無創的影像設備，也能診斷乳腺癌？

在這裡，就讓小贏來和大家談談超聲的發展以及什麼是超聲彈性成像吧。

超聲診斷大家都比較熟悉，其發展經歷了一維（A型）、二維（B型）、M型、都卜勒超聲（D型）多個階段。目前，隨著超聲彈性成像技術的進步和成熟又發展到了一個新的階段。

1.什麼是超聲彈性成像？

超聲彈性成像是測量人體內不同組織硬度和彈性，利用組織生物學特性的相關性成像的技術。例如，乳腺中的結節、腫瘤與周圍的脂肪等組織的硬度和彈性不同，通過超聲彈性成像技術可以將其成像顯示。

最早的超聲彈性成像技術採用「應變」彈性成像技術，其專利技術可以追溯到1990年申請的WO1991007657A1。其原理是：對組織實施軸向或縱向的壓縮使組織發生應變，然後收集被測組織壓縮前後反射的超聲回波信號，估計組織內部位移的變化並計算出其應變程度。具體實施方式是（參考下圖）：馬達200帶動軸向構件201以及與其相連的超聲波源202向前擠壓目標組織204，超聲波源206發射超聲，接收器207接收回波信號，由此計算出組織的彈性變化曲線。

WO1991007657A1的說明書附圖

此後，科學家們又研發出了「剪切波」超聲彈性成像技術。其原理是（參考下圖）：對組織施加縱向的振動或者脈衝時，組織周圍會出現橫向穿過組織的剪切波，在不同硬度的組織中剪切波傳輸的速度不同，採集並計算剪切波速度得到成像結果。與「應變」彈性成像技術相比，「剪切波」超聲彈性成像技術能夠實現定量測量。

剪切波原理的示意圖

2.測量組織硬度意義是什麼？

還是以乳腺癌的診斷為例，乳腺組織中腫塊越硬，則其惡性的可能性越高。特別是對較小的早期病灶，傳統B超很難對其硬度進行判斷，但是超聲彈性成像可以清晰的圖像。特別是現在的超聲彈性設備同時結合「應變」和「剪切波」兩種彈性成像技術，進一步提高了診斷的可靠性。

與傳統B超相比，超聲彈性成像能夠更清晰的提示乳腺是否組織符合惡性表現。（參考下圖，藍色區域的硬度小，紅色區域的硬度高）

乳腺組織的應變彈性成像圖

在「應變」彈性成像的基礎上，在利用「剪切波」彈性成像，能進一步發現該乳腺組織邊緣硬度較高，形成了「硬環徵」，是惡性乳腺組織的典型病理特徵之一。因此診斷提示高度懷疑乳腺癌。

乳腺組織的應變彈性成像圖

3. 金獎專利與超聲彈性成像

由金獎專利的發明名稱「一種彈性成像中位移檢測的方法及裝置」，就能發現該專利涉及到超聲彈性成像的核心——「位移」也就是上文中說的組織變形。

那麼在此專利之前的位移檢測方法有三種：

1.基於相移的方法：速度快但成像質量差；

2.基於互相關的時域檢測方法：成像質量好但對硬體的計算速度要求太高，通常計算速度很慢；

3. 基於組織都卜勒的方法：對硬體要求低，但成像質量差。

而本金獎專利解決的技術問題就是：計算速度快，成像質量好。

其原理為：由於組織彈性形變時，隨著形變的傳遞，相鄰採用點之間的位移差別非常微小，故預先找好位移檢測估計點的位置，可以有效地減小冗餘計算量，提高運算速度。

ZL201110159194.6中位移搜索策略圖

其關鍵點在於：獲取一對I/Q基帶信號幀數據，根據上一計算點的位移結果來引導（採用在上個節點位置增加較小偏移量的方式）搜索目標點在第二圖像幀中的位置。隨後經過互相關相位計算，得到縱向位移也就是組織的應變結果，從而反應了組織的彈性差異。

4. 金獎專利的應用

該金獎專利的申請時間是2011年，申請人是深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司（以下簡稱邁瑞醫療），小贏通過查閱該公司官網，一款DC-8彩色都卜勒超聲系統於2012年開始銷售，可以實現超聲彈性成像。

臺式彩超DC-8

再來簡單介紹一下申請人邁瑞醫療。該公司目前是我國醫療器械領域的龍頭企業，目前在創業板上市，根據公司財報，2019年實現營收165億元，淨利潤達到46.81億元。公司2019年僅研發投入一項，達到了14.66億元，接近營業收入的9%。

根據小贏的統計分析，邁瑞醫療非常重視專利布局，自2006年以來每年在全球申請發明專利均超過200件，近年來更是保持在300-400件/年的水平。其中超聲類的發明專利申請佔20%左右，超聲彈性成像技術相關的專利數量約佔總量的5%。

邁瑞醫療發明專利申請的技術組成

在超聲診斷領域，2017年，邁瑞醫療攜手全國16家頂級醫院，針對中國人的身體特點，建立了中國首套超聲彈性臨床診斷標準。2019年，邁瑞醫療的推出了全新的高端彩超DC-90。

希望以邁瑞醫療為代表的我國醫療器械企業繼續發力，為造福社會，促進我國高端醫療設備的高質量發展再貢獻新力量。

本文作者：

審協北京中心光電部 黃曦

本文為作者授權原創首發，文中觀點僅代表作者個人觀點，未註明圖片均來自網絡搜尋引擎。文中ZL……為中國專利號 ，轉載請進入公眾號回復「轉載」。

責任編輯：劉鶴 | 編輯：賀嘉

相關焦點

  • 超聲造影及彈性成像評價乳腺癌新輔助化療療效的研究進展
    超聲造影和彈性成像作為新興的超聲檢查手段，不僅可評估瘤體大小，還可以對其腫物內血管及組織成分變化進行早期功能評價。本文就超聲造影及彈性成像技術在NAC療效評估中的應用進展進行綜述。 1. 超聲造影也存在局限性：①對於體積較大的乳腺癌病灶，超聲造影無法在同一切面上體現腫瘤的全貌，也無法留取足夠的正常組織作為對比；②對於多灶性並且不在同一平面的乳腺癌患者，超聲造影每次僅能評估其中的單個病灶，上述因素均可能對化療效果的評估產生影響。
  • 超聲彈性成像技術鑑別乳腺良惡性病灶的病理基礎及應用進展
    我國國家癌症中心2018年發布的報告顯示，乳腺癌仍高居女性惡性腫瘤發病率榜首。相關研究表明乳腺癌5年生存率與診斷分期呈顯著負相關，Ⅰ期5年生存率可達95.2%，Ⅲ～Ⅳ期5年生存率僅為58.4%，因此早期發現、診斷及治療對於乳腺癌預後至關重要。
  • 超聲彈性成像技術在甲狀旁腺疾病中的應用進展
    超聲對於頸部疾病的檢查具有顯著優勢，其對於甲狀旁腺疾病的診斷特異度高。超聲彈性成像是超聲新技術，通過獲得組織彈性係數評估組織硬度，已逐漸應用於甲狀旁腺疾病。本文對超聲彈性成像技術在甲狀旁腺疾病中的應用進展進行綜述。
  • 常規超聲及彈性成像在淺表淋巴結定性診斷中的研究進展_淋巴結顯像...
    臨床觸診對位置較深，肥胖患者或者腫大不明顯的淋巴結往往易漏診。超聲檢查具有實時、便捷、費用低廉等優點，對可疑淋巴結檢出率高，已成為目前診斷淺表淋巴結疾病的首選影像學檢查方法。近年來，超聲彈性成像技術的發展使其在在淺表淋巴結疾病的診斷及評估中應用愈發廣泛。本文對近年來常規超聲及彈性成像在淺表淋巴結定性診斷中的研究進展進行綜述。
  • 「超聲剪切波彈性成像關鍵技術及應用」獲國家技術發明獎
    該項目由邁瑞醫療與中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱深圳先進院）鄭海榮研究員領銜的超聲團隊共同研發，憑藉十年的學術與產業化積累所完成的，利用超聲波力學效應實現對人體組織生物力學參數的無創定量測量，是超聲影像技術的重大革新，能為肝硬化和乳腺癌等疾病的臨床早期診斷提供關鍵依據，對創製高端醫療設備和提高我國疾病防治水平具有重大意義。
  • 超聲彈性成像技術在深靜脈血栓分期中應用的研究進展
    然而，彩色都卜勒超聲不能評估血栓的形成時間、分期及脫落風險。臨床上主要依賴於患者的症狀描述和臨床醫師的經驗判斷來估計血栓形成時間並進行分期，對急性期血栓患者的診斷欠準確。 1991年，Ophir等提出的超聲彈性成像技術，近年來得到迅猛的發展。
  • 面對來勢洶洶的乳腺癌,不妨做個 ABVS 檢查更安心
    因此，「早發現、早診斷、早治療」非常重要，如果能將腫瘤扼殺在搖籃裡，治療效果往往事半功倍。目前，常規的乳腺檢查方法主要包括 X 線鉬靶檢查、超聲檢查和核磁共振。X 線鉬靶對於較小乳房或緻密性乳腺組織（PS：中國女性多為緻密性乳腺組織）的乳腺癌的診斷敏感性較低，因此，超聲檢查成為 X 線鉬靶診斷乳腺疾病的重要輔助影像學方法。
  • 功率放大器在超聲--電磁耦合彈性成像研究中的應用
    隨著近年來納米技術的飛速發展,具有獨特光學、聲學、電學以及磁學等特性的納米材料常用於腫瘤標誌物的特異識別，能有效提高各種影像技術對癌症診斷的靈敏度和準確度,為醫療診斷提供了重要的參考依據。將納米技術與超聲彈性成像相結合，本文開展了基於磁納米粒子的超聲-電磁耦合彈性成像的新方法研究。
  • 熱成像技術檢測乳腺癌?被美國FDA打臉了!
    但有個問題是，熱成像技術只是乳腺癌的輔助檢查手段，而非獨立的確診手段。宣傳上怎麼寫的？綠色、健康、無輻射，可判斷身體各個系統疾病及腫瘤的早期預警，對乳腺疾病診斷準確率達90%以上。 這樣宣傳，很容易誤導！好像乳房有沒有健康問題，做個熱成像就可以了。
  • 超聲診斷乳腺囊實性病變現狀及新技術應用進展
    近年來超聲新技術如超聲彈性成像、超聲造影、三維超聲成像等用於乳腺疾病，對於鑑別良惡性病變發揮重要作用。本文就常規超聲聯合新技術診斷乳腺囊實性病變的應用進展進行綜述。 3.2 彈性成像  彈性成像是近年來漸趨成熟的一項技術，可用於評估組織的硬度。
  • 磁共振彈性成像技術在非酒精性脂肪性肝病的應用現狀
    目前，磁共振彈性成像技術作為一種無創檢查應用於NAFLD肝纖維化的分期診斷已取得重大進展，筆者將主要闡述磁共振彈性成像技術（magnetic resonance elastic imaging，MRE）的原理基礎及其在NAFLD疾病中的應用現狀。
  • 乳腺癌全程管理離不開精準診斷
    每年10月是乳腺癌防治公益活動宣傳月。人們對乳腺癌的認知不斷提升，從事乳腺癌臨床工作的醫護人員正向著乳腺癌全程管理的模式努力前行。篩查、確診、分型、術式、病理、複查、轉歸，從始至終，全程管理的每個診治環節都少不了精準診斷的身影。
  • 超聲新技術在甲狀腺結節中的一站式應用
    近年來，醫療技術的不斷改進，有研究表明超聲引導下微波消融對該疾病患者的治療效果較為顯著，不但可以保護患者的甲狀腺生理功能，而且基本不影響患者的美觀度。現就超聲新技術在甲狀腺結節的診斷、鑑別診斷及治療中的研究進展予以綜述。
  • 患上乳腺癌後開發AI診斷模型，MIT女學者獲「AI諾貝爾獎」
    那麼這位首屆「AI諾貝爾獎」得主，究竟有何厲害之處？但與此同時，在技術上可以做到的，卻連最簡單的事情都沒有解決，比如，診斷延遲、無法收集數據，以及用作診斷研究中的統計缺陷等。2018年，她正式成為「Susan Komen」基金會學者，一個由51位專家組成，專注於乳腺癌研究的美國規模最大的乳腺癌組織。
  • 「觸診成像」成為乳腺疾病的早期診斷及治療的臨床依據(圖)
    據統計每年全球新增乳腺癌患者120萬，每年死於乳腺癌50萬，乳腺疾病尤其是惡性腫瘤已經成為威脅女性健康的主要疾病之一。　　今年4月，景德鎮市婦幼保健院婦女保健科引進了「乳腺觸診診斷儀」，其靈敏度相當於人手4倍，可發現2-5mm小的腫塊，並能分辨良惡性，在進行乳腺疾病(腫瘤)的早期篩查、診斷的同時，進一步提高乳腺檢查的敏感性和診斷的準確性，保障了女性健康。
  • GE醫療與中山大學附屬腫瘤醫院聯合舉辦中國乳腺癌篩查標準化論壇
    論壇上，GE醫療與國內五家在乳腺癌防治方面已頗有建樹的醫療機構一起啟動了「自動乳腺容積成像（ABUS）技術應用於乳腺癌診斷多中心研究」項目，探尋乳腺癌篩查的「中國模式」。 美國的多中心臨床研究顯示*4，GE ABUS乳腺超聲技術聯合鉬靶X射線檢查可以有助於更準確地診斷出乳腺癌惡性病症。
  • 遠大醫藥搶佔全球高端醫療器械市場先機 血管內超聲光學同步成像...
    ，後文簡稱「科納維」）研發的一款血管內超聲光學同步成像系統「NOVASIGHTHybridSystem」（後文簡稱：「NOVASIGHT」）繼美國FDA、加拿大HealthCanada獲得上市許可後，於日本正式通過醫療器械註冊審批並上市。值得一提的是，NOVASIGHT也因其創新性被我國監管部門納入特別審批程序的「綠色通道」。
  • 診斷不準可能導致過度治療,超聲、鉬靶、核磁共振怎麼選?
    診斷不準可能導致過度治療，超聲、鉬靶、核磁共振怎麼選？過去的十月，是「乳腺癌關愛月」。 乳腺癌位居女性惡性腫瘤發病率首位。國家癌症中心發布的2017年《中國腫瘤登記年報》顯示，乳腺癌每年新發病例約27.9萬，並以每年約2%的速度遞增。早期篩查，是乳腺癌得以早診早治的關鍵。然而，篩查也需要規範，不是拍個片子算數。
  • 超聲影像診斷在醫學上的應用及發展
    現在，沒有一個醫院可以離得開超聲影像診斷技術，超聲影像診斷具有高空間解析度、高軟組織對比、實時快速成像、操作方法簡便、無禁忌、無損傷、可重複、可提攜和經濟等特點，它與CT、MRI、同位素顯像一起構成了臨床醫學中必不可少的四大影像診斷技術。
  • CT檢查對肺炎診斷是有益的嗎?
    而因為密度、厚度差異，穿透後的X光帶來「差異性」的螢光、感光效應，則就是X光成像的原理。 簡單概括就是X光利用「密度、厚度差異」而帶來「差異性成像」。 CT的基礎原理跟X光一樣，只是它是斷層成像，利用電腦數位化成像。