膀胱超聲彈性振動成像技術(shù)和尿動力學(xué)檢查評估膀胱順應(yīng)性的臨床評價

杜 喬，張 輝，朱 江，李穎毅

(寶雞市人民醫(yī)院泌尿外科，陜西寶雞 721000)

泌尿系統(tǒng)的生理功能與膀胱的順應(yīng)性密切相關(guān)。生理和神經(jīng)功能的異常使膀胱排泄功能惡化而導(dǎo)致膀胱順應(yīng)性降低[1-3]。判斷膀胱順應(yīng)性目前主要依賴于尿動力學(xué)檢查(urodynamic study，UDS)。UDS主要通過膀胱內(nèi)導(dǎo)管來對逐漸充盈膀胱、并通過兩個壓力傳感導(dǎo)管同時測量逼尿肌壓力(detrusor pressure，Pdet)來反映膀胱逼尿肌的順應(yīng)性。通過UDS檢查，能夠觀察膀胱在不同體積液體負(fù)荷下的生理和神經(jīng)反應(yīng)，并得出漏尿點、膀胱過度活動能力和膀胱順應(yīng)性等指標(biāo)[4-5]。盡管UDS的準(zhǔn)確性較高，但由于UDS屬于侵入性檢查并且檢查成本較高，因此，期望能夠通過其他侵入性小、成本較低、可靠性較高的輔助檢查來動態(tài)監(jiān)測患者的膀胱順應(yīng)性。目前可通過膀胱壁的其他性能參數(shù)來間接反映膀胱壁機械性能[6-8]，如基于超聲測量的膀胱重量和膀胱壁厚度的非侵入性技術(shù)已被用于評估膀胱生理和神經(jīng)功能狀態(tài)。但也有研究認(rèn)為這些方法尚不能夠完全替代UDS檢查[9]。就目前而言，探索能夠直接測量不同負(fù)荷條件下的膀胱機械性能的非侵入性檢查手段在臨床上有較高的應(yīng)用前景。

超聲彈性成像技術(shù)已成為近年來用于評估組織機械性能的非侵入性診斷工具，而剪切波彈性成像尤其適用于評估組織的機械彈性，可作為預(yù)測不同疾病和病理狀態(tài)的潛在生物標(biāo)志物[10-12]。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的超聲彈性振動成像(ultrasound bladder vibrometry，UBV)可用于測定靶組織的機械力學(xué)性能，從而反映出組織的剛度及彈性的改變，以評估組織順應(yīng)性[13]。本研究主要比較采用UBV測量的膀胱機械性能參數(shù)和采用UDS檢查測量的膀胱順應(yīng)性的相關(guān)性，探討UBV作為一種新型的、無創(chuàng)的和多功能的技術(shù)來快速、準(zhǔn)確判斷膀胱壁機械性能的臨床應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1研究對象本研究納入了2015年1—12月期間在寶雞市人民醫(yī)院就診的經(jīng)UDS檢查的診斷為神經(jīng)源性膀胱的成年患者。入組標(biāo)準(zhǔn)：①患者年齡≥18周歲；②在UDS檢查中，至少存在以下一項異常：尿流率、膀胱最大容量、初意膀胱尿量、殘余尿量、膀胱充盈壓力等，符合神經(jīng)源性膀胱的診斷標(biāo)準(zhǔn)[14]。排除標(biāo)準(zhǔn)：①尿道狹窄；②嚴(yán)重的泌尿系統(tǒng)感染、結(jié)石及腫瘤患者；③有精神疾病而不能配合檢查患者；④合并嚴(yán)重的心、肺、肝、腎功能不全患者。共納入40例患者，男性29例(72.5%)、女性11例(27.5%)；平均年齡為(48.3±9.5)歲；平均體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)為24.9±3.1。根據(jù)病因分類，脊柱損傷導(dǎo)致神經(jīng)源性膀胱31例(77.5%)、腰椎間盤突出癥3例(7.5%)、糖尿病膀胱2例(5.0%)、中風(fēng)2例(5.0%)、腦外傷1例(5.0%)、帕金森病1例(2.5%)。

1.2尿動力學(xué)檢查對所有入組患者進行標(biāo)準(zhǔn)的UDS檢查。在進行UDS插管前，囑患者排空膀胱，校正壓力傳感器以保證讀數(shù)的一致性和準(zhǔn)確性。在尿道插管后，對膀胱進行逐步充盈(灌注速率為10～100 mL/min)，通過壓力傳感器同時測量膀胱內(nèi)的壓力，并使用體表的傳感器來測量膀胱外的壓力(即腹壓)，并計算二者的差值作為膀胱壁的凈逼尿肌壓力(Pdet)。同時記錄壓力值、灌注量、膀胱充盈率等參數(shù)。在本研究中，順應(yīng)性≥40 mL/cm H2O診斷為膀胱順應(yīng)性正常，順應(yīng)性<40 mL/cm H2O診斷為膀胱順應(yīng)性減弱。

1.3UBV測量使用配備有中心頻率為2.5 MHz的彎曲線性陣列的Verasonics醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)的超聲波檢查設(shè)備。在進行UBV測量前，先通過腹部常規(guī)B型超聲辨認(rèn)膀胱壁所在位置。UBV的測量在UDS膀胱灌注量達到50 mL后同時進行，在每增加50 mL的灌流液下進行兩次UBV參數(shù)的測量，并取平均值。在UBV測量下，對膀胱壁進行600～900 μs的超聲波沖擊，以產(chǎn)生沿膀胱壁的蘭姆波。隨著蘭姆波的傳播，跟蹤蘭姆波的傳播并進行每秒2 500幀的三維超聲波平面成像[15]。通過記錄到的同相和正交分量(in-phase and quadrature，IQ)，通過Q分析ElastoScan彈性成像軟件顯示彈性模量[16]，以記錄到的超聲波傳播的空間-時間映射用于計算波群速度并進行離散分析。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析對于每位患者，在每次增加灌注量時，使用UBV方法計算膀胱壁力學(xué)性能(蘭姆波群速度的平方和彈性模量)。在每個膀胱灌注體積中，從UDS檢查記錄相應(yīng)的Pdet，通過Pearson相關(guān)系數(shù)與膀胱壁力學(xué)參數(shù)進行相關(guān)性分析，并以t檢驗來分析UBV測量的膀胱壁力學(xué)參數(shù)與UDS測量的Pdet之間的相關(guān)程度。所有統(tǒng)計學(xué)分析在SPSS 23.0軟件中進行，以P<0.05表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1尿動力學(xué)檢查膀胱灌注量分布情況40例患者的膀胱灌注量的平均值為(415.9±24.5) mL，中位數(shù)為438.5 mL (95%CI：398.66～486.81)，13例(32.5%)患者以500 mL的灌注量結(jié)束膀胱灌注過程，4例(10.0%)患者因漏尿而不能維持250 mL以上的灌注量。所有患者的膀胱灌注量的分布如圖1所示。

圖1 40例患者的膀胱灌注量分布圖

2.2UDS和UBV檢查結(jié)果的相關(guān)性圖2、圖3各顯示了1例膀胱順應(yīng)性減低和膀胱順應(yīng)性正常的患者的UDS和UBV的檢查結(jié)果。膀胱順應(yīng)性減低(順應(yīng)性<18.75)的患者在低灌注量下即出現(xiàn)Pdet的快速改變，UBV測量的群速度平方和彈性模量也呈現(xiàn)出相同的趨勢，后兩者與Pdet的Pearson相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.90和0.92(圖2)。而在膀胱順應(yīng)性正常(順應(yīng)性>62.5)的患者中，UDS測量的Pdet和UBV測量的群速度平方和彈性模量呈現(xiàn)出隨灌注量增多而平穩(wěn)增加的一致趨勢，其Pearson相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.98和0.99(圖3)。

圖21例膀胱順應(yīng)性降低患者的UDS和UBV檢查結(jié)果

A:UDS檢查；B、C：UBV檢查。

圖3 1例膀胱順應(yīng)性正?；颊叩腢DS和UBV檢查結(jié)果A:UDS檢查；B和C：UBV檢查。

2.3UDS和UBV檢查結(jié)果的相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計學(xué)分析在所有的40例患者中，UBV測量的群速度平方與UDS測量的Pdet的中位相關(guān)系數(shù)為0.86(95%CI：0.74～0.94)，UBV測量的彈性模量與UDS測量的Pdet的中位相關(guān)系數(shù)為0.84(95%CI：0.66～0.92)。通過t檢驗對相關(guān)性進行評估，群速度平方和彈性模量與Pdet的相關(guān)性程度均大于0.5，存在明顯的統(tǒng)計學(xué)差異(表1)。

表1 UDS和UBV檢查相關(guān)性的統(tǒng)計學(xué)分析

3 討 論

剪切波超聲彈性成像技術(shù)是通過使用陣列換能器對組織內(nèi)的指定部位進行超聲波脈沖的空間聚焦，組織的衰減和反射會產(chǎn)生一個局部的體力，反過來會產(chǎn)生遠離聚焦點區(qū)域的瞬態(tài)剪切波，通過這些剪切波的速度進行逐點測量，可以獲得關(guān)于剪切模量或楊氏模量(Young’s modulus)的局部組織的剛度參數(shù)。但采用這種方法來評估膀胱壁等分層結(jié)構(gòu)的彈性具有局限性。以往的研究表明，選擇合適的測量模型來分析沿膀胱壁的瞬態(tài)波是獲得真正的彈性測量所必須的[17-18]。在此基礎(chǔ)上，UBV則是利用聲輻射力來激發(fā)組織中的瞬態(tài)波，采用蘭姆波模型(Lamb wave model)并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的最小二乘擬合程度對沿膀胱壁的波浪擴散進行分析，并從中提取組織彈性和黏度參數(shù)[19]。蘭姆波是一類沿著薄黏彈性壁傳播的機械波，根據(jù)膀胱壁的彈性模量以及蘭姆波群速度即可作為UBV的測量結(jié)果，其中的彈性模量是通過對波相分布的分析中得出，而群速度則是通過沿著膀胱壁的最大波幅的速度來測量[20]。彈性模量和蘭姆波群速度可隨著膀胱容量負(fù)荷的增加而增加，但增加的速度取決于膀胱順應(yīng)性[13]，因此對于膀胱順應(yīng)性較差的患者而言，彈性模量和蘭姆波群速度會在短期內(nèi)發(fā)生快速改變，而膀胱順應(yīng)性正常的患者則表現(xiàn)為平穩(wěn)增加[21]。UDS對膀胱的測壓分析基于對充盈液的壓力響應(yīng)來評估膀胱壁的機械特性[22]，而UBV則依賴于蘭姆波群速度和彈性模量來反映膀胱壁的機械力學(xué)參數(shù)。

本研究探討了在不同膀胱灌注體積下通過膀胱超聲振動成像技術(shù)測量的膀胱壁力學(xué)性能與通過UDS測量的Pdet之間的相關(guān)性。UBV檢查第一步是使用傳統(tǒng)的B型超聲成像以顯示和辨別膀胱壁的位置。在筆者的操作過程中，即便是在膀胱灌注量較少的情況下，膀胱壁仍可以較容易地在超聲圖像上進行辨認(rèn)。通過聲波輻射力的激發(fā)，然后進行高幀頻成像，可激發(fā)出瞬態(tài)波并追蹤波群速度和相速度，后者可用于彈性成像的分散分析。本研究結(jié)果顯示UBV成像下的群速度平方和彈性模量與Pdet呈較強的正相關(guān)性，其中位相關(guān)系數(shù)均高于0.80。進一步發(fā)現(xiàn)彈性模量與Pdet的相關(guān)性指數(shù)范圍的離散程度大于群速度平方與Pdet的相關(guān)性指數(shù)的離散程度，這可能與聲輻射力位移數(shù)據(jù)質(zhì)量不高時可能導(dǎo)致的蘭姆波模型反演下出現(xiàn)的異常模型參數(shù)有關(guān)?；颊叩腂MI指數(shù)是影響蘭姆波激發(fā)和獲得數(shù)據(jù)質(zhì)量的一個重要因素。在剪切波彈性成像研究肝纖維化分期中也證實了BMI指數(shù)對測量結(jié)果的影響[23]。隨著BMI指數(shù)的增加，導(dǎo)致用于產(chǎn)生聲輻射力的壓縮波的能量衰減加快。此外，過多的腹部脂肪也會產(chǎn)生較強的成像雜波，進而降低了對膀胱壁厚度估算的準(zhǔn)確度。盡管減小的聲輻射力會影響UBV測量的群速度平方和彈性模量的大小，但錯估的膀胱壁厚度僅影響測量彈性模量所需的反演程序的數(shù)據(jù)質(zhì)量。因此，與彈性模量相比，群速度平方顯示出與Pdet更高的相關(guān)性。同時，本研究顯示UBV與UDS之間相關(guān)，從而證實了UBV可作為UDS替代性檢查手段的可靠性。

綜上所述，本研究結(jié)果總體上證明了UBV作為一種UDS替代性技術(shù)的適用性，可用于快速準(zhǔn)確地評估膀胱生理和神經(jīng)病癥的機械順應(yīng)性。因此對于經(jīng)常需要接受UDS檢查的患者而言，UBV作為一種非侵入性檢查手段具有較高的臨床應(yīng)用價值。