王亞丹 馮帥 韓志會(huì) 鄭馳超 閆平 彭虎 合肥工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系 (合肥 230009）

超聲診斷中耳炎的研究進(jìn)展

王亞丹 馮帥 韓志會(huì) 鄭馳超 閆平 彭虎 合肥工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系 (合肥 230009）

中耳炎是一種臨床常見疾病，兒童的發(fā)病率較高，治療不及時(shí)可能導(dǎo)致兒童聽力下降和語言障礙。因此早期準(zhǔn)確診斷中耳炎有著重大意義。本文詳細(xì)介紹了超聲在中耳炎診斷中的研究進(jìn)展，給出了超聲診斷中耳積液的原理方法和檢測(cè)結(jié)果，并與其他診斷方法做了比較。指出超聲診斷的優(yōu)勢(shì)和不足，展望了應(yīng)用超聲診斷中耳炎的發(fā)展前景。

中耳炎 超聲診斷 中耳積液

0.引言

中耳炎是累及中耳和乳突氣房的炎性病變過程，是兒童門診中最普遍使用抗生素的癥狀，也是僅次于呼吸道感染的最常見的兒科疾病[1]。中耳炎會(huì)導(dǎo)致中耳積液的產(chǎn)生，中耳腔的持續(xù)積液影響鼓膜動(dòng)度，形成對(duì)聲音傳導(dǎo)的屏障，從而引起聽力下降[2]。兒童分泌性中耳炎（OME）發(fā)病率較高。大量研究資料表明，有大約80%的兒童都得過分泌性中耳炎，多數(shù)在6個(gè)月～4歲時(shí)發(fā)病。1歲及1歲以內(nèi)發(fā)病的占50%，2歲以內(nèi)發(fā)病則增加到60%。部分OME患者在3個(gè)月內(nèi)自愈，但有30%～40%的兒童會(huì)反復(fù)出現(xiàn)分泌性中耳炎，有5%～10%的患兒癥狀會(huì)持續(xù)1年以上[3]。不準(zhǔn)確的診斷會(huì)造成抗生素用量不適，不及時(shí)的治療可能會(huì)導(dǎo)致兒童未來的聽力受損，嚴(yán)重者引起的并發(fā)癥甚至?xí)＜吧?，因此，及時(shí)準(zhǔn)確診斷并治療中耳炎具有重大的臨床意義。

目前診斷中耳積液的方法有耳鏡檢查、聲導(dǎo)抗測(cè)試、診斷性鼓膜穿刺、耳部薄層CT掃描以及超聲診斷。其中鼓膜穿刺被認(rèn)為是診斷中耳積液的“金標(biāo)準(zhǔn)”[4]。鼓膜表面麻醉后，在耳顯微內(nèi)鏡下，鼓膜前下方根據(jù)鼓膜大小做鼓膜切開或穿刺，若有漿液樣或粘液樣液體流出則可證實(shí)分泌性中耳炎的存在。但是由于是有創(chuàng)檢查這類診斷方法很難被兒童及家長(zhǎng)接受。CT掃描由于其放射線損傷同樣難以被接受。2004年美國(guó)兒科學(xué)會(huì)、美國(guó)家庭醫(yī)師學(xué)會(huì)和美國(guó)耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)會(huì)發(fā)表《分泌性中耳炎的診斷和處理指南》（簡(jiǎn)稱指南）強(qiáng)烈推薦對(duì)OME臨床應(yīng)用鼓氣耳鏡作為主要診斷方法[5]。耳鏡檢查的敏感度和特異度分別為90%和80%，且其準(zhǔn)確性與臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)[6]。聲導(dǎo)抗檢測(cè)是通過聲刺激所引起的中耳傳音結(jié)構(gòu)生物物理變化來觀察聽覺系統(tǒng)功能狀態(tài)的一種客觀測(cè)試方法。耳鏡檢查和聲導(dǎo)抗測(cè)試都依賴于耳道內(nèi)的壓力，檢查時(shí)需要患者的良好配合，兒童的反抗行為以及外耳道內(nèi)的耳垢都會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。超聲診斷相比其他診斷方法具有無創(chuàng)、準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)，并且能診斷出中耳積液的類型（漿液性和粘液性）。因此，研究超聲診斷中耳炎，一直備受關(guān)注。

1.超聲診斷中耳積液的原理及方法

超聲波是高頻聲波，安全性高，常被應(yīng)用于軟組織成像。超聲探頭發(fā)射的聲波，經(jīng)軟組織反射回超聲換能器而形成圖像，所成圖像與超聲波穿過不同組織的聲阻抗有關(guān)，超聲經(jīng)過不同聲阻抗的組織會(huì)得到不同特點(diǎn)的圖像。正常的中耳腔內(nèi)無積液，腔內(nèi)氣體的聲阻抗明顯低于鼓膜的聲阻抗，因此超聲到達(dá)鼓膜時(shí)，聲波幾乎全部被反射，超聲換能器檢測(cè)到的回波信號(hào)只有一個(gè)。而當(dāng)中耳腔內(nèi)有積液時(shí)，會(huì)顯著降低鼓膜與中耳腔界面的反射系數(shù)，使一部分聲波透過鼓膜經(jīng)中耳腔到達(dá)骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，而后反射回?fù)Q能器，超聲換能器會(huì)接收到兩個(gè)回波信號(hào)。

圖1. 中耳炎診斷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖

圖2. 積液類型的箱線圖

基于上述理論，高頻超聲檢測(cè)中耳積液的超聲裝置[7]如圖1。系統(tǒng)包括探頭、超聲發(fā)射接收電路、USB 傳輸接口和上位機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer，PC）端。將中心頻率10 MHz、直徑0.5 mm的寬頻帶單陣元超聲換能器置于狹長(zhǎng)水囊之中，水囊充滿水并伸入外耳道，使其前端與鼓膜接觸。當(dāng)中耳充滿積液時(shí)，由于液體對(duì)超聲能量的吸收，回波信號(hào)強(qiáng)度大幅下降，并伴有2個(gè)反射脈沖；當(dāng)中耳內(nèi)無積液時(shí)回波信息為單一反射脈沖，幅值較強(qiáng)。此方法對(duì)外界的噪聲干擾不敏感，對(duì)病患的臨床配合也沒有什么要求，且對(duì)于提高診斷靈敏度與特異性都有重要的臨床價(jià)值和研究意義。

對(duì)中耳炎的檢測(cè)中，不僅需要檢測(cè)出是否有積液存在，而且要檢測(cè)出積液類型。在Rahul Set等[8]的研究中，對(duì)41只耳朵通過鼓膜切開手術(shù)取中耳積液，觀察發(fā)現(xiàn)積液明顯的分為兩種類型（圖2），即漿液性（低粘度）和粘液性（高粘度）。所有粘液性積液的粘度檢測(cè)值均大于漿液性，且粘液性積液的粘度值均大于400 CP（粘度單位）。由于粘度不同的積液對(duì)超聲波能量的衰減不同，可根據(jù)回波幅值判斷出積液類型，從而在治療時(shí)適量使用抗生素。

2.超聲診斷中耳炎的發(fā)展歷史

超聲被應(yīng)用于檢測(cè)中耳積液已有很多年的研究。Abramson等第一次應(yīng)用A型超聲檢測(cè)是否有積液存在[9]。A型超聲檢測(cè)是一種簡(jiǎn)單的方法，根據(jù)超聲產(chǎn)生回波的波峰來判斷是否有積液，如前面所述，無積液時(shí)超聲到達(dá)鼓膜就會(huì)反射回探頭，只顯示一個(gè)回波波峰。當(dāng)中耳有積液時(shí)，有一部分超聲波被鼓膜反射回探頭，另一部分穿過鼓膜經(jīng)積液到達(dá)內(nèi)耳的骨性結(jié)構(gòu)，再反射回探頭，

會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)回波波峰?；诖丝稍\斷出是否有中耳積液存在，但是此方法并不能檢測(cè)出積液類型。

Alvord等[10]設(shè)計(jì)了眼科扇形B超掃描器，用二維方式證明了中耳積液的存在。吳志修等[11]用帶有測(cè)試掃描平面的腔內(nèi)超聲換能器（20Mhz），對(duì)可能患有中耳炎的6名兒童的12只耳朵進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出10只患病耳朵，證明了超聲應(yīng)用于中耳炎診斷的實(shí)用性。Discolo等[12]用A型超聲證明了超聲可用于診斷中耳積液和積液類型，認(rèn)為超聲有潛力成為一種高精度診斷中耳炎的方法，

但是需要超聲探頭技術(shù)的改進(jìn)。Odile Clade等[13]設(shè)計(jì)了一種新型的20MHZ超聲探頭，超聲發(fā)射元素以3×3的格式排列在探頭的凸圓表面（半徑5mm），此探頭可使超聲波垂直打在鼓膜上以獲得最佳的回波信號(hào)。Rahul Set等[8]應(yīng)用這種探頭對(duì)56個(gè)患者（年齡跨度6個(gè)月到17歲）進(jìn)行檢測(cè)，證明對(duì)中耳積液特性（漿液性、粘液性或者化膿性）的敏感性和特異性至少為94%。Junho Song等[14]設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的、可移動(dòng)的、性價(jià)比高的超聲傳感器系統(tǒng)，超聲換能器和鼓膜之間以水囊作為中間傳輸介質(zhì)，通過測(cè)量超聲反射回波信號(hào)的幅值和波峰數(shù)來判斷是否存在積液。在Junho Song團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，周盛等[7]研制了一種高頻檢測(cè)儀，用此高頻超聲來診斷無需過多的患者配合，不會(huì)對(duì)患兒造成疼痛感與創(chuàng)傷性，且對(duì)于提高診斷靈敏度與特異性都有重要的研究意義。另外，Chin-Kuo Chen等[15]在耳朵外部用1MHZ超聲回波脈沖檢測(cè)乳突積液，為非侵入性檢測(cè)中耳炎避免接觸不適提供了參考。

3.中耳內(nèi)積液粘度分析

超聲用于檢測(cè)中耳炎時(shí)根據(jù)中耳腔內(nèi)有無積液，超聲換能器接收回波的不同，顯示不同的回波形態(tài)。中耳腔內(nèi)有積液時(shí)，回波信號(hào)中有兩個(gè)脈沖信號(hào)，振幅會(huì)因中耳內(nèi)積液的粘度不同而表現(xiàn)不同，當(dāng)積液稠厚時(shí)其粘度越大，超聲回波衰減的越多，顯示的第二脈沖波形的振幅就越?。▓D3）。隨著積液粘度增大，第二回波振幅減小，有如圖4的變化關(guān)系。

Discolo等的研究根據(jù)超聲回波的幅值建立了二元邏輯回歸模型[12]（圖5），用數(shù)學(xué)模型判斷積液類型。A1為第一脈沖波形振幅，A2為第二脈沖波形振幅。當(dāng)A2+0.306A1-1.04＞0時(shí)，判斷積液為漿液型，當(dāng)A2+0.306A1-1.04＜0時(shí)，判斷積液為粘液型。

圖3. 對(duì)不同中耳積液樣本的超聲記錄

圖4. 積液粘度對(duì)回波振幅的影響（cst是粘度單位：厘池）

圖5. 二元線性回歸模型區(qū)分積液類型

4.超聲診斷中耳疾病的其他應(yīng)用

高頻超聲可對(duì)人體中耳實(shí)時(shí)成像，是一種相對(duì)簡(jiǎn)便微創(chuàng)的方法，輔助臨床醫(yī)生診斷和檢測(cè)中耳疾病，也可應(yīng)用于評(píng)估手術(shù)干預(yù)。有研究發(fā)現(xiàn)20～50MHZ的高頻超聲對(duì)中耳成像可以有很高的分辨率，能夠識(shí)別一些臨床狀況，如聽骨分離和中耳腫塊[16]。通過鼓膜破孔向中耳腔內(nèi)滴入液體超聲介質(zhì)，在外耳道的高頻超聲探頭發(fā)射超聲波，可獲得滿意圖像，準(zhǔn)確診斷膽脂瘤型中耳炎[17]。

另外，多普勒超聲技術(shù)可應(yīng)用于診斷側(cè)竇血栓形成（LST），LST是一種由中耳炎引起的罕見且危險(xiǎn)的顱內(nèi)并發(fā)癥[18]，LST的死亡率在5%到 10%之間[19]。通常用CT和磁共振成像診斷LST，CT診斷輻射性強(qiáng)且準(zhǔn)確性不高，磁共振成像是診斷LST非常精準(zhǔn)的方法，但是此方法診斷是侵入性過程，并且風(fēng)險(xiǎn)很大。Gul A等[20]對(duì)慢性中耳炎患者頸內(nèi)靜脈和動(dòng)脈的直徑和流速進(jìn)行了多普勒檢測(cè)，并用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為超聲多普勒技術(shù)可作為一種簡(jiǎn)單可靠非侵入性的方法診斷LST。由于早期診斷的重要性，如果患者特別是慢性中耳炎患者出現(xiàn)頭痛、耳鳴、惡心、發(fā)燒等癥狀，使用超聲多普勒技術(shù)診斷LST，及時(shí)治療。

5.前景展望

超聲診斷具有無創(chuàng)簡(jiǎn)便、無輻射、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床診斷各類疾病。超聲診斷中耳積液與其他診斷方法相比除了這些優(yōu)勢(shì)外，比常規(guī)無創(chuàng)診斷方法（耳鏡檢查和聲導(dǎo)抗測(cè)試）的準(zhǔn)確率要高，而且可以檢測(cè)出積液類型。早期的診斷可以使患者得到及時(shí)治療，防止產(chǎn)生更嚴(yán)重的并發(fā)癥，避免不必要的痛苦。準(zhǔn)確的檢測(cè)出炎癥程度，可以使治療過程中避免濫用抗生素。

超聲應(yīng)用于診斷中耳炎雖然已經(jīng)歷經(jīng)多年發(fā)展，取得了很大進(jìn)展，但仍然有很多方面需要繼續(xù)研究改進(jìn)。首先，超聲探頭的改進(jìn)和研發(fā)。在超聲波檢測(cè)過程中，超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實(shí)現(xiàn)的。探頭的性能直接影響超聲波的特性，影響超聲波的檢測(cè)性能。其次，超聲成像算法的改進(jìn)。對(duì)采集到的回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，定量的得出所檢測(cè)中耳積液的粘度值，更準(zhǔn)確的反映出炎癥程度。最后，改進(jìn)檢測(cè)裝置。使檢測(cè)裝置更簡(jiǎn)便，檢測(cè)結(jié)果更直觀，更適宜于兒童患者配合診斷，也方便醫(yī)護(hù)人員操作。不僅如此，由于中耳炎在兒童群體的高發(fā)病率，如果能夠研制出便攜式檢測(cè)裝置，并傳輸數(shù)據(jù)至電腦或手機(jī)，勢(shì)必是一種很大的突破。

超聲診斷中耳炎及中耳類疾病以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注，一直發(fā)展較快，也獲得了越來越多的肯定。但仍然需要廣大研究者們不斷改進(jìn)技術(shù)，以期獲得臨床的廣泛應(yīng)用。

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The Progress of Research on Ultrasonic Diagnosis of Otitis Media

WANG Ya-dan FENG shuai HAN Zhi-hui ZHENG Chi-chao YAN Ping PENG Hu Department of Biomedical Engineering, Hefei University of technology (Hefei 230009)

Otitis Media is a common clinical disease, especially in children. Therefore, early and accurate diagnosis of otitis media is of great significance. This paper describes the progress of research on ultrasonic detection of Otitis Media. We present the principle and the methods of ultrasonic diagnosis of middle ear effusion as well as the test result. Moreover, other diagnostic methods are compared with ultrasound. We also point out the advantages and disadvantages of ultrasonic diagnosis and the application prospect of ultrasonic diagnosis of Otitis Media.

Otitis Media, ultrasonic diagnosis, middle ear effusion

1006-6586(2016)05-0009-05

R445.1

A

2016-03-16

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)：61201060)，國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：61501163）和安徽省自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：1408085MF116）資助。

彭虎，通訊作者