临床前超声在肝脏应用的讨论

　　与MRI和PET/CT相比，超声的实时特性、其在临床前实验室中的小足迹以及超声成像的廉价特性使其成为临床前成像实验室中的重要元素。然而，非专业研究人员使用超声波获取图像的简易性也导致了用于获取测量值的扫描平面的报告不够严谨。这种缺乏严谨性导致了对生理值的“正常”范围缺乏共识。心率、温度、麻醉类型和深度的影响也影响心脏测量，且在任何研究中都必须报告。

　　计算能力的巨大增长已经导致器官和肿瘤的3D体积的采集时间以及运动心脏的4D采集的减少。尽管这些额外的成像维度无疑将导致更精确的体积测量，但尚不清楚它们提供额外诊断信息的潜力。然而，对于非专业的超声用户来说，获取3D数据比从单个2D成像平面更容易实现结构的可视化。

　　尽管在临床社区内广泛使用，但是诸如应变、应变率和剪切波成像的技术仍然在临床前社区内获得牵引力。应变和应变率值及其在心动周期内的最大值的时间可能被证明是有用的，作为心肌功能障碍的早期指标，类似于在临床研究中发现的指标。已经在一个商业临床前平台上开发了使用剪切波成像来测量肝脏中的纤维化。当然，这些技术可以提供有用的诊断信息的证据是令人鼓舞的，但需要更多的研究来验证临床前啮齿动物模型，并且与临床研究类似，必须了解该技术的局限性。

　　在过去的30年中，造影剂的开发一直在进行，最初的重点是开发突出来自血管结构的超声信号的试剂。由于特定对比成像技术依赖于基于从微泡散射的非线性信号生成图像，因此需要对这些信号具有足够频率带宽和灵敏度的换能器。在临床应用中使用的频率下，这是容易实现的(对于4 MHz中心频率的换能器，二次谐波在8 MHz)，并且用于对比成像的换能器通常至少对二次谐波敏感，即基本发射频率的两倍。然而，在临床前频率，这更具挑战性——为了捕捉二次谐波产生的信号，需要更宽的带宽传感器(20 MHz中心频率，二次谐波产生于40 MHz，次谐波产生于10 MHz)。因此，往往是较低频率的临床前换能器已经针对特定对比成像进行了优化，因此，特别是在小鼠和斑马鱼研究中，当进行对比研究时，空间分辨率会立即降低。电容式微机械超声换能器(CMUTs)的发展可以为更高分辨率的对比微泡工作提供解决方案。CMUTS依赖于电容的变化来产生超声波，而不是压电现象，并且因为它们可以被微加工，所以很容易制造出重量轻的2D阵列。此外，它们可以在宽带宽上操作，因此可以用于在临床前动物模型中最佳空间分辨率所需的较高频率下从造影剂产生和检测非线性信号。

　　超分辨率成像可用于生成非常高分辨率的图像。使用造影微泡的稀疏分布，由此将单个微泡视为点源，并且在多个超快帧采集上，可以建立分辨率超过所发射超声的衍射极限的合成图像。虽然图像需要大量的后期处理，但这些图像在细节上非常精致。改进的计算能力将提高生成这些图像的速度。

　　尽管只有一种为临床前应用制造的市售造影剂，但是脂质包裹的微泡可以在实验室环境中制造。这些微泡可以配制成不仅用作对比增强剂，而且用作治疗诊断剂，因为靶向配体可以相对容易地附着到脂质壳上，并且药物有效载荷可以掺入或装载到微泡壳上。

　　尽管已知药物有效载荷可以通过高压声脉冲对造影微泡的声辐照来释放，但是在高度受控的条件下获得的结果的转化在试管内尚未有效转化为临床前和临床研究。然而，单分散微泡的发展与商业临床前扫描仪中驱动电子设备的增加相结合，有可能促进专门为这些独特的微泡制剂定制的新成像序列，并提供新的和令人兴奋的治疗诊断学应用。

　　最后，人工智能(AI)的使用是一个令人兴奋的研究领域，正在临床超声工作量管道中进行评估。在临床超声成像中，目前正在评估AI的自动特征检测、图像优化和量化。在临床前超声成像领域，人工智能现已融入一个临床前超声平台，可自动定义边界并完成左心室功能测量。虽然结果表明，所获得的超声图像的质量是AI量化的一个限制因素，但对于非专业的临床前超声用户来说，AI可能会使扫描仪更容易使用，使图像分析更容易和更快速地实施。