應(yīng)用超聲彈性成像技術(shù)評價(jià)移植腎硬度的研究進(jìn)展

戴俊臣，陳 琴，周 果，吳 昊，邱金鑾

(1.遵義醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義 563003；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院超聲科，四川 成都 610072)

△通訊作者

應(yīng)用超聲彈性成像技術(shù)評價(jià)移植腎硬度的研究進(jìn)展

戴俊臣1，陳 琴2△，周 果2，吳 昊1，邱金鑾1

(1.遵義醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義 563003；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院超聲科，四川 成都 610072)

超聲彈性成像技術(shù)是一項(xiàng)新的超聲技術(shù)，其發(fā)展和推廣應(yīng)用需要長期、大量的臨床研究。本文從超聲彈性成像的原理、發(fā)展、分類、運(yùn)用于腎臟的理論依據(jù)、不同種類彈性成像在移植腎中的應(yīng)用及現(xiàn)階段彈性成像的影響因素方面進(jìn)行綜述，希望促進(jìn)超聲彈性成像技術(shù)在移植腎方面的應(yīng)用。

超聲彈性成像；移植腎

當(dāng)前我國腎臟移植手術(shù)普遍開展，腎移植技術(shù)日趨成熟，腎移植技術(shù)和近期存活率已達(dá)世界先進(jìn)水平，但長期存活率與國外發(fā)達(dá)國家仍有很大差距。慢性移植腎腎病(chronic allograft nephropathy，CAN)是移植腎功能遠(yuǎn)期失功的首位原因。生物組織彈性或硬度的大小主要依賴于物質(zhì)的分子構(gòu)成和這些分子構(gòu)成在宏觀及微觀上的組織形式。傳統(tǒng)的觸診即是醫(yī)生通過手的觸碰了解患者體表或臟器組織的硬度情況，至今及以后仍將普遍采用。但由于個(gè)體主觀因素及缺乏量化等因素的影響，此法存在較大的局限性。在醫(yī)學(xué)影像檢查廣泛應(yīng)用的今天，以影像為基礎(chǔ)的彈性成像技術(shù)解決了這一難題，為臨床提供了更多的信息，逐漸成為臨床關(guān)注的熱點(diǎn)。超聲彈性成像是彈性成像中的一種，根據(jù)其原理不同又分為助力式和聲力式。助力式超聲彈性成像目前主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)組織彈性成像(real-time tissue elastography，RTE)，聲力式超聲彈性成像包括瞬時(shí)彈性成像(transient elastography，TE)、聲輻射力脈沖彈性成像(acoustic radiationforce impulse imaging，ARFI)及超高速剪切波成像(supersonic shear imaging，SSI)[1～3]。

1 超聲彈性成像技術(shù)工作原理

超聲彈性成像的基本原理是對組織施加一個(gè)內(nèi)部或外部的動態(tài)或靜態(tài)的激動，利用探頭或特定裝置，沿探頭方向縱向壓縮組織，在生物力學(xué)、彈性力學(xué)等物理因素作用下，組織將產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)(如位移、應(yīng)變)。根據(jù)響應(yīng)不同，利用超聲成像方法，結(jié)合數(shù)字信號或數(shù)字圖像處理技術(shù)，直接或間接反映組織內(nèi)部位移屬性的差異[4]。

2 超聲彈性成像的發(fā)展?fàn)顩r及超聲彈性成像應(yīng)用于移植腎的理論依據(jù)

1991 年Ophir等[1]首次提出彈性成像的概念并首次將壓迫性超聲彈性成像應(yīng)用于臨床。經(jīng)過多年的實(shí)踐，彈性超聲的研究成為目前超聲領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前，主要應(yīng)用于乳腺、前列腺、甲狀腺等[5～7]淺表組織器官，且在乳腺、甲狀腺疾病方面研究更為深入，技術(shù)更加成熟。近幾年，超聲彈性成像在肝臟方面的研究也普遍開展?；诟闻K超聲彈性成像研究的基礎(chǔ)，腎臟超聲彈性成像也在不斷發(fā)展。

慢性腎病(主要是腎小球疾病)是彌漫性腎病中最為常見的，也是移植腎功能遠(yuǎn)期失功的首位原因。其主要表現(xiàn)為進(jìn)行性腎小球硬化、腎小管萎縮、腎間質(zhì)纖維化、血管內(nèi)膜增生等。這些都會導(dǎo)致移植腎的硬度發(fā)生變化，腎功能惡化。而且，目前臨床上缺乏可靠、無創(chuàng)、準(zhǔn)確的評估慢性腎病病理改變的方法；移植腎緊貼于腹壁，位置表淺，無腸道及其內(nèi)容物干擾，所以能夠有效實(shí)現(xiàn)超聲彈性成像。

3 RTE在移植腎檢查中的應(yīng)用

RTE需要檢查者手持探頭以固定頻率向組織施壓，比較加壓過程中同一層次的正常組織及病變組織的彈性應(yīng)變率，然后用不同顏色表示其相對硬度。主要機(jī)型有美國 GE 公司 LOGIQ E9，日立HI VISION Preirus彩色多普勒超聲儀，Philip Elast PQ等。祝志敏等運(yùn)用RTE在移植腎方面進(jìn)行了一系列研究。其首先對53例同種異體腎移植患者(其中穩(wěn)定組24例，急性排斥組29例)研究[8]發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定組與急排組使用5分法評分后，以3分為界兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，認(rèn)為超聲彈性成像5分法對移植腎急性排斥的診斷有幫助，可以用于移植腎急性排斥的診斷及治療后的復(fù)查監(jiān)測。隨后，其對55例同種異體腎移植手術(shù)患者(其中穩(wěn)定組26例，排斥組29例)研究[9]發(fā)現(xiàn)，排斥組移植腎體積及錐體高度增大、葉間動脈收縮期最大流速減低，阻力指數(shù)(RI)增高，排斥組皮質(zhì)應(yīng)變均值(MEAN)小于穩(wěn)定組，皮質(zhì)硬度大于穩(wěn)定組，認(rèn)為RTE有助于早期診斷移植腎急性排斥反應(yīng)。其后續(xù)[10]對40例腎移植患者檢查發(fā)現(xiàn)，RTE用于移植腎檢查具有典型的超聲彈性成像聲像圖特點(diǎn)，其定量分析值較穩(wěn)定。李嫚等[11]對34例腎移植患者以血肌酐(Scr)男性110 μmol/L、女性90 μmol/L為界分正常組及慢性排斥組，其彈性指數(shù)E均為腎皮質(zhì)區(qū)(E2)>腎髓質(zhì)區(qū)(E1)>腎竇區(qū)(E3)，慢性排斥組E2、E-ratio(E2/E3)均較正常組增大、E1及E3無明顯改變。曾碧丹等[12]檢查46例腎移植患者，其中穩(wěn)定組26例，CAN組20例(病理證實(shí))發(fā)現(xiàn)，CAN 組髓質(zhì)/皮質(zhì)(B/A)、皮質(zhì)AREA%均大于SF 組，皮質(zhì)MEAN 值小于SF 組，組間髓質(zhì)MEAN、AREA%差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Ozkan 等[13]通過RSE 測量42例腎移植患者移植腎皮質(zhì)的硬度，發(fā)現(xiàn)腎實(shí)質(zhì)彈性指數(shù)與彩色多普勒超聲阻力指數(shù)(RI)和搏動指數(shù)(PI)呈明顯正相關(guān)，只是觀察者間的差異較大。

4 TE及ARFI在移植腎檢查中的應(yīng)用

TE 及ARFI 技術(shù)是將聚焦聲脈沖作用于組織感興趣區(qū)，使其產(chǎn)生瞬時(shí)的縱向壓縮及橫向振動，以縱向壓縮為基礎(chǔ)對組織進(jìn)行彈性成像，稱為聲觸診組織成像技術(shù)(virtual touch tissue imaging，VTI)；而橫向振動以剪切波的形式向周邊擴(kuò)散傳播，利用相鄰波峰時(shí)間差計(jì)算剪切波速度(shear wave velocity，SWV)，稱為聲觸診組織定量(virtual touch quantification，VTQ)，SWV 越高表示所測組織硬度越大。TE 屬于一維瞬時(shí)彈性成像系統(tǒng)，無聲像圖引導(dǎo)，主要機(jī)型有法國Echosense Fibroscan，而ARFI 整合于常規(guī)二維超聲系統(tǒng)中，更有利于感興趣區(qū)域的定位，主要機(jī)型有西門子公司Acuson S2000等。Arndt 等[14]對57例同種異體腎移植患者的研究表明腎實(shí)質(zhì)(皮質(zhì)與髓質(zhì))硬度與腎間質(zhì)纖維化程度的正相關(guān)性明顯，與腎小球?yàn)V過率呈明顯負(fù)相關(guān)；TE 連續(xù)顯示的硬度改變有助于說服肌酐穩(wěn)定的部分移植腎患者接受診斷性活檢，研究認(rèn)為TE 最有前景的應(yīng)用是追蹤移植腎實(shí)質(zhì)硬度(移植腎實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu))隨時(shí)間的改變，但在移植腎功能惡變的情況下，TE 不能取代活檢。Lukenda等[15]對52例移植腎患者(其中23例經(jīng)活檢證實(shí)有腎功能障礙)進(jìn)行TE隨訪檢查發(fā)現(xiàn)，移植腎彈性強(qiáng)度和腎小球?yàn)V過率(eGFR)高度負(fù)相關(guān)，即eGFR越高，移植腎的彈性強(qiáng)度越小。此外，移植腎彈性強(qiáng)度與腎活檢的間質(zhì)纖維化程度之間呈高度正相關(guān)。Syversveen 等[16]對30 例同種異體腎移植患者的檢查發(fā)現(xiàn)，VTQ 無法明顯區(qū)分無纖維化與輕度纖維化的移植腎之間的差異，觀察者不同測得的VTQ 數(shù)值差異亦較大，且無法證實(shí)VTQ 是否能夠反映移植腎纖維化程度隨時(shí)間的變化。Stock 等[17]將18 例經(jīng)病理證實(shí)的CAN 患者的VTQ 值與彩色多普勒超聲檢測結(jié)果進(jìn)行比較，證實(shí)VTQ 值、RI 值均與移植腎纖維化程度有相關(guān)性，但兩者間無明顯相關(guān)性，推測兩者是解釋移植腎纖維化程度的兩個(gè)獨(dú)立因素。后續(xù)其研究[18]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在急性腎小管壞死、環(huán)孢素毒癥腎病及CAN均表現(xiàn)為RI 增高的疾病中，經(jīng)過病理證實(shí)僅發(fā)生急性T 細(xì)胞介導(dǎo)的CAN 其顯示的ARFI 均值增大約15%，這一結(jié)果對不同類型CAN 的鑒別診斷有很大幫助。趙靜等[19]研究發(fā)現(xiàn)，VTQ 均值與GFR 呈顯著負(fù)相關(guān)，與弓形動脈RI 無顯著相關(guān)性，而RI 與GFR無顯著相關(guān)性。He等[20]對102例腎移植患者(其中腎功正常52例，腎功異常50例)檢查結(jié)果做ROC曲線，發(fā)現(xiàn)與RI相比用SWV診斷移植腎功能障礙的敏感性及特異性均較高，從而得出結(jié)論ARFI比彩色多普勒結(jié)果RI更準(zhǔn)確的量化診斷移植腎的功能。任秀昀等[21]運(yùn)用ARFI技術(shù)檢查98例腎移植患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植腎皮質(zhì)剪切波速度：動脈RI 增高患者>移植腎功能異?；颊?移植腎功能正常者。

5 SSI在移植腎檢查中的應(yīng)用

SSI是通過精確控制聲波輻射脈沖，以超音速(20000 Hz)在組織的不同深度連續(xù)聚焦，增加剪切波的產(chǎn)生，獲得剪切波速度，將超高時(shí)間分辨率的剪切波速度圖像進(jìn)行彩色編碼，并記錄剪切板在組織中的傳播過程并合成組織彈性圖。最后定量測量反映組織彈性的楊氏模量值[22]。主要機(jī)型有法國聲科SuperSonic Imagine。Grenier等[23]對43 例腎移植患者的研究表明(腎皮質(zhì)彈性的變異系數(shù)分別為20%和12%)。腎皮質(zhì)硬度和臨床參數(shù)與腎臟半定量Banff 得分及腎間質(zhì)纖維化的程度沒有相關(guān)性。但是，腎皮質(zhì)硬度在慢性病變和所有腎臟基礎(chǔ)病變的Banff 總得分呈顯著相關(guān)。結(jié)論SSI 定量測量移植腎硬度，是一種無創(chuàng)的整體評估組織惡化程度的檢測手段，具有前瞻性意義。剪切波超聲彈性成像可能為腎臟疾病提供常規(guī)超聲之外的診斷信息。

6 移植腎超聲彈性成像的影響因素

移植腎超聲彈性成像的影響因素眾多。首先，薛立云等[24]選用豬的離體腎組織并分別以脂肪、肌肉和肝不同介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)深度越大物體SWV 越小，介質(zhì)不同，物體SWV 之間有顯著差異。俞清等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，隨著物體放置深度的增加，彈性分級相應(yīng)地增加。由于移植腎位置較表淺，可以準(zhǔn)確地測量移植腎組織的彈性。但如果移植腎患者皮膚及皮下脂肪較厚，移植腎彈性的測量可能會受影響。其次，無論使用何種彈性成像技術(shù)測量移植腎組織的彈性，都必需熟知腎的相關(guān)特性，必需熟知相關(guān)的影響因素。如剪切波傳導(dǎo)速度易受多種機(jī)械性參數(shù)、功能性指數(shù)參數(shù)的影響，如：各向異性及血流狀態(tài)。準(zhǔn)確評價(jià)這些因素對剪切波的影響對于減少測量誤差，增加測量的重復(fù)性、準(zhǔn)確性十分重要。目前國內(nèi)外許多關(guān)于慢性肝病的研究表明血流動力學(xué)對組織硬度有潛在影響，因此推斷腎臟纖維化可能也繼發(fā)于腎血流動力學(xué)改變[26～28]。Syversveen等[29]應(yīng)用ARFI 測量移植腎，發(fā)現(xiàn)彈性測值與探頭作用于腹壁的壓力相關(guān)，壓力增大將導(dǎo)致測值升高。Gennisson等[30]研究發(fā)現(xiàn)組織的各向異性程度等結(jié)構(gòu)特征、尿道壓力及血流指數(shù)會影響剪切波傳導(dǎo)速度及腎組織(尤其是皮質(zhì)) 的彈性值。腎臟實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)的各向異性非常明顯，腎髓質(zhì)的亨利氏環(huán)和直管、皮髓質(zhì)內(nèi)的集合管近乎平行走行，它們都近乎垂直于腎被膜延伸至腎乳頭，腎組織的各向異性在皮質(zhì)可達(dá)30%，在髓質(zhì)高達(dá)50%。因此，如果超聲聲束平行于這些結(jié)構(gòu)剪切波的傳播方向便垂直于這些結(jié)構(gòu)，途經(jīng)較多的血管及集合管界面，傳導(dǎo)速度便被減弱，彈性測值便減低。相反，如果超聲波束垂直于這些結(jié)構(gòu)，剪切波傳導(dǎo)過程中界面干擾較少，彈性測值相對較高。此外，血管壓力也明顯影響彈性測值，尤其是皮質(zhì)的血管壓力。其進(jìn)一步研究表明，當(dāng)腎動脈結(jié)扎后腎組織彈性測值降低明顯；相反，當(dāng)腎靜脈結(jié)扎后腎組織彈性測值卻顯著升高。尿道梗阻后對腎組織的彈性測值影響很大，呈線性上升。

7 ARFI技術(shù)新進(jìn)展：聲觸診組織成像定量技術(shù)(VTIQ)

VTIQ又稱“鷹眼”技術(shù)，是第三代剪切波速度成像技術(shù)。它是將剪切波彈性成像與定量同屏操作、顯示，在瞬間獲取感興趣區(qū)的絕對硬度值。其具有下列特點(diǎn)：①剪切波彈性成像具有實(shí)時(shí)回饋系統(tǒng)用以評價(jià)彈性圖像的質(zhì)量；②剪切波彈性成像同時(shí)具備速度、時(shí)間、位移、質(zhì)量等多種模式顯示；③剪切波測速范圍0.5～10 m/s，可視可調(diào)，并可以設(shè)定最低和最高閾值；④剪切波測量感興趣區(qū)最小可達(dá)1mm×1mm，并隨深度變化自動調(diào)節(jié)。其區(qū)別于以往彈性成像最大的優(yōu)點(diǎn)是：具有質(zhì)量控制模式，可以觀察取樣圖像的優(yōu)劣。測試者可以通過質(zhì)量控制模式區(qū)分哪里的剪切波速度估算是準(zhǔn)確的，哪里不準(zhǔn)，此舉有助圖像識別。這在一定程度上克服TE、ARFI、SWE應(yīng)變彈性成像方法的局限性及不同操作者之間的差異性，使彈性成像重復(fù)性更高[31]。目前，此技術(shù)在甲狀腺及乳腺等[32，33]淺表器官上的應(yīng)用已有研究，在移植腎方面的研究尚無報(bào)道。

移植腎對每個(gè)腎移植患者及其家人都極為重要。粗針穿刺組織學(xué)活檢是目前診斷CAN的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但是因?yàn)槠錇閯?chuàng)傷性檢查，有可能對移植腎產(chǎn)生損傷，影響移植腎功能；還存在術(shù)疼痛后出血及一系列并發(fā)癥，給患者帶來了諸多不便與痛苦，使得臨床應(yīng)用的普遍性受限。而且病理檢查結(jié)果往往需要等到穿刺后5～7日，治療也因診斷的滯后而受到影響。在移植腎組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微小變化時(shí)，即疾病的早期或可逆階段通過無創(chuàng)檢查方法早期診斷CAN，并且評估移植腎的治療及預(yù)后，提高移植腎患者的長期生存率，具有重要的臨床價(jià)值。超聲彈性成像檢測腎臟彈性技術(shù)的出現(xiàn)可以為臨床提供更多的診斷信息。這種無創(chuàng)性的評價(jià)移植腎硬度的方法可能會成為臨床診斷的新手段。

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Ultrasonic elastography techniques to evaluate the research progress of graft hardness

DAI Jun-chen，CHEN qin，ZHOU Guo，WU Hao，QIU Jin-luan

R445.1；R692

B

1672-6170(2015)03-0153-04

2014-12-10；

2015-01-13)