形象来说，弹性E成像就像是深部“触诊”。传统的灰阶超声诊断是显示软组织声特性阻抗的差别，而基于超声的E成像模式则能显示软组织机械特性（如弹性）的差别。E成像的好处在于，超声的回声强度与组织的机械特性是相对独立的两种物理特性，也就是说，声学特征相似的软组织，其机械特性可能有很大差别。这使得我们可以用灰阶成像来清晰地显示解剖结构，同时，还可能利用E成像来区分不同组织的机械特性。

众所周知，组织硬度改变与多种疾病相关，例如恶性肿瘤、肝纤维化、动脉粥样硬化等，已有MRI可用于评价。而超声领域近十年才开始出现能够客观、定性或定量评估组织硬度的超声E成像技术。这类技术在临床上的一些典型应用包括：

1.组织病变的早期发现及鉴别诊断。因为病变形态学改变不明显时组织硬度可能已发生改变，而E成像可有效反映这种改变。

2.提升相关疾病的诊断准确性，例如癌症、慢性肝炎及动脉粥样硬化中病变程度、进展的评估。

3.治疗反应的评估，例如射频消融与化疗等。

对于非粘弹性均质材料，其硬度可用弹性模量来表示；但如果是生物组织，其硬度取决于多种因素，包括组织内脂肪、纤维的含量等。此外，生物组织的弹性本身具有各向异性、粘性及非线性，会因形变方向、程度及比率不同而不同。然而，即使弹性模量计算基于的假设并没有考虑这些因素，它与疾病的相关性依然高度相关。如表1-1所示，用机械测量法测得的切除乳腺癌组织的弹性模量值明显高于正常腺体组织，这也是E成像可用于评估组织病变的重要原因 ^［1，2］。

软组织弹性用弹性模量来表示，例如杨氏模量（E）和剪切模量（G），分别表征组织抵抗压缩及剪切形变的能力，目前已商用的弹性成像仪器相对于直接测得组织形变量而言，这些模量通常由以下两种方法获得：

外部施压 σ并测量应变ε后，应用以下公式（1）计算E（胡克定律）：

激发剪切波并测得其传播速度Cs后，应用公式（2）计算E或G：

这里我们假设一个不可压缩的软组织介质泊松比θ的近似值为0.5，组织密度ρ约等于1。因而对于绝大多数假定不可压缩的各向同性组织，其杨氏模量约等于剪切模量的3倍，或约等于剪切波传播速度2次方的3倍，即

虽然超声评估组织弹性的工作最早可追溯至20世纪70年代 ^［3］，但是以上两种方法的相关研究却都始于20世纪90年代 ^［4-6］。根据外部施加机械激励的不同，方法1称为静态法，又称为应变弹性成像（SE）；方法2称为动态法，又称为剪切波E成像（SWE）。

不论是以上哪种方法，通常现有的弹性测量及成像方法都会引入机械激励并监测由此引发的组织反应，依据与组织剪切形变和弹性回复力相关的检测进行生物力学特性的测量和显示。就此而言，各种不同的成像模式都被统一到一个问题：即如何显示出组织之间弹性模量的差别这一重要信息 ^［7］。

用于产生组织形变的力可以有很多种，如在体表进行按压或振动、借助于体内生理运动。也可以通过电子控制超声探头在指定深度或区域产生声辐射力（acoustic radiation force）。但是无论是采用哪种激励力，力在组织内都会发生分散和衰减，其程度与组织特性密切相关。

声辐射力的大小，与声束推动区域的时间平均强度I及该部位振幅吸收系数α成正比，与声速c成反比，并可因该部位超声的反射或散射而增强。如果不考虑反射和散射的存在，声辐射力强度F=2αI/c ^［8］。其实所有声束都会伴随这样的声辐射力，只不过常规超声诊断应用短脉冲（<2μs），所产生的声辐射力强度太小，不足以激发可测量的组织位移。为了产生能够检测到的微米级别的组织位移，需要设计发射相对长的脉冲（50～1000μs）并使声束聚焦。

另外有几个与超声E成像相关的问题需要说明：

超声是一种纵波，在软组织内的传播速度范围是1350～1600m/s，而剪切波的传播速度与之相比要慢得多，大约1～10m/s ^［9］。与核磁E成像相比，这样的速度差使得超声有可能被应用于精确测量剪切形变的传播过程。超声的高分辨率（毫米级别）也有利于检测非常小的组织质点位移。另外，超声图像的斑点类型图像，对于没有确切组织结构可追踪的情况，仍然能够帮助测量组织位移。这些特点都是超声E成像之所以在临床应用普及方面较其他影像学方法更为快速的原因之一。

超声波与剪切波传播所依赖组织的特性不同，前者依赖组织的声特性阻抗，后者依赖组织的剪切模量。这就导致两种成像的原理有所区别，即不同种类软组织的剪切模量相对差异可能非常大，最高可达5个数量级，而它们的声特性阻抗差异可能并不大。另一个重要区别是超声波可在流体中传播，且其传播速度与声能吸收很大程度上取决于软组织的分子组成，但剪切波不能在非粘性的纯流体中传播，它主要通过连续弹性组织结构来传递。因为超声波散射发生在较大结构水平，但也可以发生在细胞水平，所以不要求结构是连续的。例如，盐溶液中的稀释悬浮细胞会造成超声散射，但不支持剪切形变或剪切波，也就是说剪切波在液体中或摩擦连续中断的组织中不能传播。最后，也是非常重要的一点，不同于超声波传播与散射的情况，大部分软组织的剪切模量随着血管和介质的压力增加而增加。

以上这些基础物理特征奠定了弹性成像呈现病变组织的高度敏感性，一些情况下可显现传统超声成像不能发现的病变。

在组织内产生剪切波的一个必要条件是要施加一个动态的力，在局部组织内产生短暂的剪切形变，就会在组织内以剪切波的形式向外传播。经过检测，能够得到剪切波的传播速度Cs（单位：m/s）。假设剪切波速度不受振源大小和频率的影响，也与组织的位置和方向无关，那么应用剪切波速度Cs就能够通过公式（3）推算出杨氏模量E或者剪切模量G，E=3 ρ C _s ²，而G=E/3（假设组织是不可压缩的），其中ρ是组织的密度，E和G的单位用千帕（kPa）表示。

实际应用中，有些设备支持使用者自行选择显示剪切波速度或者模量，但大部分设备为固定设置、不能自选（通常是由于认证监管原因，如FDA等）。

需要说明的一点是，具备剪切波E成像的超声设备通常显示杨氏模量E，而核磁E成像（MRE）的相关文献多使用剪切模量G。读者在阅读文献过程中，需要理解并识别二者的差别，因为两种模量单位相同（kPa），但E=3G。在发表研究结果时，也需要注明所使用的是哪种模量和相关计算公式。