Title：Microvascular Flow Imaging: A State-of-the-Art Review of Clinical Use and Promise
Year： 2022
Authors：Muhammad Usman Aziz, MD
Journal Name：Radiology
DOI：https://doi.org/10.1148/radiol.213303
超声由于其广泛的易用性和良好的安全性，被广泛用作评估内脏、血管和软组织各种临床状况的最有效的初始诊断模式。彩色多普勒血管网络成像在评估许多疾病过程（从充血和缺血到器官、肿瘤和血管的梗死和血流模式）以及评估治疗结果方面具有重要价值。
彩色多普勒超声使用测量运动目标（如循环血液）反射后的相位变化。与传统多普勒成像相比，功率多普勒成像通过描述多普勒频移的幅度提高了血流敏感性。然而，它通常不能显示较小的血管和较慢的毛细血管血流。频谱多普勒波形分析对识别静脉或动脉血流至关重要，波形模式可提供血管异常信息。虽然这是一种有用的定量方法，但它缺乏在评估组织血管时提供二维成像能力。
灌注是指单位时间内的血液流量（动脉流入量和静脉流出量之间的差值）。血管评估在炎症、缺血、损伤和肿瘤血管生成评估中至关重要。可用诊断工具充分成像血管对改善诊断、治疗和治疗后监测至关重要，通常需要使用对比增强超声（CEUS）、CT或MRI进行进一步成像。灌注通过使用微泡造影剂进行CEUS评估，可显著改善浅表和深部器官系统的评估。然而，尽管存在成本更高、潜在肾毒性的静脉CT和MRI造影剂以及CT的辐射风险，但CEUS的使用受到限制，尤其是在紧急情况下，可能无法获得CEUS。
最近，开发了许多工具，用于在不使用静脉造影剂的情况下评估低速流下的较小血管。这些工具自适应过滤随机运动，同时保留流动血液对方向运动的检测，从而相对于彩色或能量多普勒进行更灵敏、更高分辨率的血流评估。与能量多普勒成像类似，这些技术通常在灰度图像上描绘血流图，但没有方向信息。这些技术还容易受到其他限制，包括角度依赖性、深度依赖性，以及在低信噪比情况下普遍性能不佳。这种描述小血管内血流的新方法在本文中称为微血管流成像（MVFI）。本文的目的是回顾新兴MVFI工具的背景和物理原理，并回顾MVFI在成人和儿科人群中的当前应用。
CEUS灌注成像标准CEUS是MVFI广泛使用的理想工具。超声图像对比度增强的作用机制依赖于微气泡内的气核，产生大的后向散射信号，并对振荡压力波产生非线性响应。注射造影剂静脉注射以清除肺毛细血管床，允许通过毛细血管。大多数商业系统使用无损技术优化来自超声造影剂的非线性信号，以更好地将微泡信号与周围组织的信号分离。虽然特定的脉冲序列取决于制造商，但它们都努力最大限度地利用非线性微泡信号，同时抑制组织信号，以在“仅对比度”或“减去组织”图像上创建类似血管造影的血管系统图像。包括对比信号强度随时间变化的定量分析，可以间接测量血流、组织总灌注或其他灌注动力学。
非对比剂增强型超声MVFI的现状高级血流检测方法尚未达到与CEUS相同的慢血流和灌注检测灵敏度水平，无法评估对比剂和洗脱动力学。然而，与传统的彩色或能量多普勒成像相比，慢血流检测灵敏度有了显著的临床相关改善。
从历史上看，彩色多普勒和功率多普勒一直是观察非相干增强微血管血流的主要工具，它们依赖于使用接收到的超声回波中多普勒频移的方向（对于彩色多普勒）或幅度（对于功率多普勒）重建图像。虽然这些模式背后的精确算法各不相同，但所有这些模式都依赖于一系列方法来降低噪声，同时提高对较慢多普勒信号的灵敏度。这些不断发展的方法包括运动抑制和其他伪影消除技术，以及消除杂波的自适应滤波方法（如奇异值分解）。显示模式因制造商而异，但通常模拟彩色或功率多普勒模式的显示，使用多种颜色提供叠加在数据上的流量信息。
CEUS的诊断应用包括评估病变的动脉特征和血管或器官内的血流程度。在这篇综述文章中，我们详细介绍了MVFI减轻CEUS在多器官和血管临床应用中使用的能力。超声MVFI肝脏超声的临床应用是检测和评估各种肝脏状况最常见的诊断方式。肝脏从肝动脉和门静脉接受独特的双重供应，通常通过彩色多普勒成像进行血管评估。CEUS通常用于评估肝血管和肝脏局灶性病变。肝脏独特的双重血液供应为肝脏局灶性病变提供了独特的CEUS特征。
肝细胞癌是最常见的原发性肝癌，也是肝硬化患者最常见的死亡原因之一。超声被用来筛查发展为肝细胞癌的高风险患者，筛查项目显示死亡率降低。肝细胞癌的诊断和治疗高度依赖于造影增强成像，包括超声、CT和MRI，使用超声放射肝脏成像和放射评估数据系统，CEUS的诊断准确性与CT和MRI相当。在非肿瘤增强MVFI中，58%的患者显示肿瘤血管，从缺如（0级）到50%以上的病变（4级），而彩色和能量多普勒成像显示的肿瘤血管为14%；然而，对深度大于4cm的病灶的评估有限。其他研究证实了这一发现，与常规超声成像相比，MVFI显示肝脏病变的微血管密度增加（图1）。此类因素因为患者的身体习惯和运动可能会限制这项技术的适用性。
图1：一名16岁女孩，患有隐源性肝硬化，其肝脏局灶性病变在连续的超声图像中增大，其肝细胞癌图像。（A，B）通过右肝叶的纵向灰度图像。（A） 在基线US图像上，病灶（箭头）轻微高回声，伴有低回声晕。（B）微血管血流显像显示肥厚的外周血管（粗箭头）和不规则分布的异常中央血管（细箭头）。（C） 肝脏局灶病变的对比增强超声（箭头所示）显示，注射对比剂后26秒出现早期动脉增强，31秒动脉增强更强烈。
MVFI在评估非肝细胞癌肿瘤方面显示出更高的价值。血管瘤是肝脏最常见的良性肿瘤，通常在超声、CT或MRI中偶然发现。在超声，血管瘤通常表现为无明确颜色或能量多普勒血流的回声性病变。在CEUS，血管瘤表现为不连续的周边结节状强化，逐渐填充。据估计，高达90%的血管瘤具有结节状边缘或斑点状血管模式（图2）。
图2：一名39岁男性因镜下血尿而就诊，经左肝叶血管瘤纵向图像，在超声发现偶发孤立性肝损伤。（A） B型扫描显示等回声病变（长箭头），伴有偏心低回声成分（短箭头）。（B） 在微血管血流显像中，在肝局灶性病变的外围（箭头）观察到周围球状血管。（C） 对比增强超声检查显示，18秒时呈球状强化（短箭头），病灶向心充盈（长箭头）。
局灶性结节增生是第二常见的肝脏良性肿瘤，通过灌注技术在大多数患者中发现了轮辐状血管模式。这种辐条轮模式是由于分叶状结节被放射状疤痕组织分割，延伸至周围的结果（图3）。
图3：一名14岁女孩的右肝叶纵向图像，该女孩有脂肪肝和偶发的肝脏局灶性病变。（A） B型超声显示，与背景肝实质相比，肝脏病灶（箭头）反射率较低。（B）病灶的微血管血流图像显示了所谓的血管辐条轮分布（箭头）。（C） 动脉期进行的对比增强超声检查证实了这种辐条轮血管化模式（水平箭头），注射对比剂后13秒中心血管，服用对比剂后38秒病灶增强（垂直箭头）。随后的MRI扫描证实了超声检查发现的局灶性结节增生。
MVFI是对偶然发现的肝脏病变进行灰度、彩色和频谱多普勒评估的额外有用工具，可提高诊断可信度（图4）。有趣的是，我们经常在临床上使用MVFI来帮助发现和评估肝血管系统中的慢血流与血栓，特别是在肝硬化患者和移植后肝脏中，减少了CT或MRI辅助成像的需要（图5）。如果MVFI显示血块内有血管，则可能有助于检测肿瘤血栓，然后通过脉冲多普勒显示动脉血流来证实。
图4：一名55岁男性肝肿块出血性肝囊肿。（a）彩色多普勒灰阶图像显示肝脏中有一个等回声纹理的实性肿块，多普勒无彩色血流。（B） 相应的微血管血流显像（MVFI）未显示任何内部血管；然而，一些后侧面被认为太深，无法确定特征。（C） 对比增强T1加权MRI显示病灶高信号。（D） 减法图像上未发现增强，证实了MVFI的评估结果。
图5：（A）一例肝功能试验升高的成人患者的灰阶和彩色多普勒超声图像，左门静脉（LPV）内无临床意义的彩色血流。（B） 频谱多普勒图像显示左门静脉血流缓慢。（C） 微血管血流显像显示了内部血管，这证实了通畅性。
胆囊超声是用于评估胆囊和右上象限疼痛的初始诊断方法。胆囊炎症是腹痛的常见原因，并伴有严重后遗症，如胆囊穿孔，与单纯的急性炎症重叠，可能导致诊断不确定性、发病率和死亡率增加。急性胆囊炎和穿孔可观察到胆囊壁和周围胆囊周围液体的扩张和增厚。与传统的彩色和能量多普勒超声相比，在炎症中胆囊壁应用MVFI可以改善血流检测。在怀疑患有胆囊炎的患者中也观察到类似的发现，从而提高了穿孔诊断的诊断，这在手术或介入放射学中得到了证实。
图6：（A）超声灰阶图像显示一名65岁女性患者的胆囊壁不规则，伴有上腹部疼痛。如图所示，胆囊附近的肝脏中有液体聚集。（B） 能量多普勒模式显示胆囊壁最浅部分仅有有限的血管。（C） 微血管血流图像和灰度图像显示胆囊壁弥漫性血管，胆囊壁不规则部分无明确血流。（D） 胆囊造口管放置的现场图像证实胆囊局部穿孔，造影剂漏入邻近集合。
胆囊癌是一种侵袭性和致命的恶性肿瘤；诊断结果为根治性切除，3年生存率低于20%。MVFI在评估胆囊病变的血管模式（如形态学结构、分支和口径变化）方面显示出有效性，显示恶性肿瘤中存在更多的弯曲微血管或口径突变。使用对比剂后，超声表现更高，准确率从65%提高到约84%，尤其是病变导致壁增厚。这一发现与MVFI的流量不足形成对比，这是MVFI应用的一个例子，避免了进一步测试的需要（图7）。在MVFI上可以观察到的胆结石镜面反射伪影可以与血流区分开来，因为伪影不会运动，而血管会显示脉动。
图7：一名67岁新冠肺炎阳性男子的图像，他出现发烧和腹痛。（A） 灰阶超声图像显示胆囊腔内有一个大的等回声肿块，与胆囊肿瘤有区别。（B） 胆囊壁可见有限的彩色多普勒；因此，胆囊肿块内无血流表明有淤积而无肿瘤的可能性很低。（C） 微血管血流图上胆囊壁和邻近肝脏血管的描述增加，胆囊肿块内无血管，提高了诊断效率。（D） 随访CT证实胆囊内缺乏对比增强肿块。
肾脏良恶性实性和囊性病变常见。超声通常是肾脏成像和CT和MRI偶然发现的不确定肾脏肿块的初步诊断工具。一些患者可能有一定程度的肾功能急性降低或可能发展为造影剂引起的肾损伤，从而限制静脉注射肾毒性造影剂给药。可用的超声造影剂没有肾排泄期，也没有肾毒性；这对肾功能受损的患者来说很理想。在初次检查时，使用MVFI进行评估的能力将比放置静脉导管和使用对比剂更快。
MVFI已用于评估肾囊性病变分类的准确性。它比单纯的彩色多普勒表现更好，可能是一种更准确区分良性和恶性囊性肾肿块的可行工具。肾囊肿在超声检查中经常有间隔，CT或MRI未观察到，这是由于超声的空间分辨率较高所致。在超声上对间隔或结节较厚的实性和囊性病变的血流进行可靠描述，有助于对需要在增强CT、MRI或超声上进一步评估的肾病变进行分层（图8）。
图8：一名53岁男性患者（Bosniak IV型）偶然发现肾囊性病变。（A） 彩色多普勒图像上的囊性和实性混合病变，内部血管较少。（B） 微血管血流显像显示，肿块和间隔的固体成分内有较大的离散性内部血管（箭头），增加了诊断Bosniak IV型肾细胞癌的诊断。（C） 随后的超声造影显示血管间隔和壁结节，与囊性肾细胞癌一致。（D） 随后的CT证实存在囊性肾细胞癌。
肾细胞癌是泌尿系最常见的恶性肿瘤之一，在超声经常是偶然发现。仅用彩色多普勒进行评估是有限的，MVFI检测肾实质性病变血流的灵敏度接近82%，而彩色和能量多普勒成像的灵敏度分别为42%和47%。MVFI也有助于区分良性和恶性实体肿瘤；恶性病变中观察到较高级别的血管。
有报道称，MVFI在肾微血管血流筛查中应用于血液透析前患者的小肿瘤筛查。在里面一项研究，与彩色和能量多普勒成像相比，MVFI显示肾皮质血管改善。这意味着可能应用于评估可能的肾梗死，也可能在移植前后评估中有价值（图9）。
图9：一名有创伤史的28岁男子的图像。（A） 超声多普勒图像显示右肾不均匀区域，中下极血流相对较少。梗死区内的低回声区（白色箭头）表示有出血和液体的裂伤，这在CT上可以观察到。
浅表器官测试-睾丸血流的程度在许多良性和恶性疾病以及紧急情况下具有临床意义。Durmaz和Sivri通过比较彩色多普勒和能量多普勒以及MVFI技术评估睾丸血管，MVFI在描述所有年龄组的睾丸血流和体积方面表现最佳。MVFI也有助于评估伴有精索静脉曲张的睾丸微循环减少。我们发现成像技术在提高睾丸梗死诊断可信度方面具有临床实用价值（图10）。
图10：一名50岁男性的图像，无诱因，左侧睾丸突然疼痛。（A） 彩色多普勒图像显示左侧睾丸低回声区，无明确的内部血管。（B） 与彩色多普勒图像相比，微血管血流图像更好地描述了周围血管延伸至低回声区边缘（箭头），从而提高了其诊断价值。（C） 对比增强超声（CEUS）显示无与节段性梗死一致的内部血管。
淋巴结-超声的淋巴结评估是区分良性炎症性腺病和恶性腺病的标准护理方法，使用灰阶和彩色多普勒检查结果。血管通畅性是转移性淋巴结的一个重要特征，被认为总体上有更多的血管，而不仅仅是在正常淋巴结中观察到的肺门血管。很少有研究检测MVFI在鉴别良恶性淋巴结中的诊断价值节点。在一项对147名患者的研究中，与结核性淋巴结炎相比，恶性或转移性淋巴结的内部血管检测的灵敏度约为89%，与能量多普勒成像（灵敏度为54%）相比，恶性和良性淋巴结的鉴别（灵敏度为87%）在统计学上有显著改善。
乳头状甲状腺癌通常会扩散到局部淋巴结，准确检测这些淋巴结对分期和预后、手术决策以及潜在的消融剂量至关重要。在最近的一项研究中，MVFI显示了近95%的高度特异性和86%的准确率，能够根据异常血管增多正确识别这些淋巴结是否有转移。在能量多普勒成像不确定的80个淋巴结中，34个在本研究中MVFI被重新分类为恶性肿瘤（恶性风险为94%）。这些发现表明，MVFI在这些适应症方面表现出色，可能有助于准确地优先考虑患者进行进一步评估，包括组织取样或PET/CT，但仍需进一步研究。
血管疾病微循环评估是心血管系统最重要的组成部分之一。微循环障碍与更高的死亡率相关，尽管在其他方面优化了更大的血管流量。因此，调节良好、功能良好的微循环系统可能与改善预后相关。灌注评估有限使用导管血管造影、CT、MRI和常规US技术等常规方法。MVFI可用于多种不同的适应症，如颈动脉斑块血管和术后并发症的表征。我们在临床上使用MVFI来描述缓慢血流，并将缓慢血流与周围上肢和下肢血管、腹盆血管和器官以及浅表软组织肿块中的血栓区分开来。
颈动脉斑块通常导致动脉栓塞，斑块容易破裂，含有来自外膜血管的微血管。在稳定的钙化斑块中未观察到这一发现。最近的研究显示，非钙化颈动脉斑块中新生血管的视图非常清晰，组织学标本证实了这一点，与对比增强超声相比，特异性为100%。另一项研究显示，MVFI处的微血管密度与组织学新生血管、炎症和斑块异质性相关，表明斑块易损性。颈动脉内膜切除术在手术期间和手术后都与颅内微栓塞有关。
在MVFI中，94%的微栓子患者出现了斑块内的血流，而57%的无微栓子的患者出现了血流，这再次表明了MVFI在帮助预测手术期间和手术后的不良事件方面的价值。其他炎症病因学原因，如大血管血管炎，表明炎症涉及内三分之一的介质，壁血管有助于诊断活动性炎症。MVFI用于显示微血管延伸至中膜，与活动性Takayasu动脉炎相一致，后者在使用类固醇后6个月内消失。进一步的研究证实了这一点，与氟脱氧葡萄糖PET摄取相比，MVFI具有100%的特异性和97%的敏感性。
儿科应用此前，微血管流超声已应用于多种儿科适应症，其在帮助检测和描绘新生儿大脑微血管解剖、隐睾微血管流和卵巢病理异常作为组织存活指标方面都具有不小的用途。此外，MVFI在描述正常和高度膀胱输尿管反流方面可能发挥着越来越大的作用，其优点是避免了侵入性导管操作。
因为MVFI描述的是小血管，所以它的作用可以扩展到儿科实践中的各种其他临床场景。事实上，MVFI可以很容易地描述局灶性结节增生（与供血血管和中央血管巢相关）中血管分布的特征性“辐条轮”模式（图3），从而在无需使用超声造影剂的情况下进行诊断。
MVFI的另一个很有前景的新应用是实体器官损伤的随访，因为它可以描述小动脉假性动脉瘤，可以作为给药前的初步筛查，也可以作为一种独立的技术。如果发现假性动脉瘤并进行保守治疗，MVFI可以证明是一种有效、安全、廉价的方法，可以定期进行，以确保假性动脉的完全消融和/或自血栓形成（图11）。
图11：一名14岁男孩在踢足球时摔倒在肘部，造成4级脾裂伤，其脾脏纵向超声图像。（A） 伤后第5天的US图像显示脾血管附近的脾骨折平面（长箭头）内有一个小的无回声损伤（短箭头）。（B） 微血管血流图显示脾动脉假性动脉瘤（箭头所示），对比剂注射后55秒的（C）增强超声（CEUS）图像（箭头所指）证实了这一点。3天后的随访检查，微血管血流显像（D）和CEUS（E）均显示假性动脉瘤（D和E中的箭头）在没有任何干预的情况下自发血栓形成。
根据我们的经验和所提供的案例，MVFI是彩色多普勒成像的一个重要补充，可能会减少或消除功率多普勒成像的需要。在彩色多普勒之后选择功率多普勒或MVFI来提高慢速血流检测的灵敏度，可能取决于扫描仪的能力和患者因素。如果患者存在并且有临床表现，可以对其进行分类，以接受进一步的专用成像，例如在肾脏病变模棱两可的情况下。考虑到MVFI在检测和描述不同器官系统良性和恶性病变方面的能力，MVFI也可能有助于评估治疗反应。初步研究评估了子宫内膜癌和前列腺癌的血管增多。MVFI可用于确定治疗前和治疗后（如移植、消融）的残余和复发疾病血管评估，但后续成像可能需要CEUS、CT和MRI。
其他潜在的应用可能包括评估血管介入的并发症，如血管内支架修复。在Cantisani等人的一项研究中，MVFI用于评估先前主动脉腔内支架修复术后的并发症，以及CT血管造影、CEUS和常规US。在检测内漏方面，MVFI的敏感性分别为75%和63%，特异性分别为98%和96%。
结论
彩色和能量多普勒成像和对比增强超声（CEUS）成像在血管和器官疾病的完整超声描述中越来越重要。越来越敏感的微血管血流成像超声技术的发展扩展了非对比增强超声有助于诊断和排除病理异常。进一步的研究和经验将为未来的应用提供信息，包括良恶性疾病的鉴别、快速血管评估以及治疗前后的适应症。
