二維剪切波彈性成像對慢性腎臟病的診斷價值及其影響因素分析

高 琦 蔣翠萍 陳松旺

腎臟是人體重要器官之一，其不僅在維持水電解質(zhì)平衡中發(fā)揮著重要作用，也是多種疾病的靶器官。慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）臨床常見，因其患病率高，患病時間長，晚期預后效果差而逐漸被重視［1］。其病因多復雜，病理發(fā)展多不可逆，目前確診主要依靠腎穿刺活檢，但其為有創(chuàng)檢查，穿刺點選取有一定偶然性，其操作也有一定的感染及出血的風險，不宜反復操作，因此在臨床上難以追蹤患者的疾病進展［2］。二維剪切波彈性成像（two-dimensional shear wave elastography，2D-SWE）是一種無創(chuàng)評估組織硬度的技術(shù)，可獲得與二維超聲圖像同步顯示的彩色彈性圖。同時，Image J是一種具有圖像分析和處理功能的軟件，可量化二維超聲圖像上的腎臟實質(zhì)回聲信息，克服了非定量和主觀觀察的限制。本研究通過比較2D-SWE與腎實質(zhì)像素強度和葉間動脈阻力指數(shù)（RI）在CKD診斷中的價值，同時分析SWV的影響因素，以期為臨床提供新的影像學參考依據(jù)。

資料與方法

一、研究對象

前瞻性選取2020年9月至2021年5月在我院腎內(nèi)科或血液透析科住院的CKD患者114例，其中男70例，女44例，年齡34～82歲，平均（57.8±11.5）歲；體質(zhì)量指數(shù)（BMI）17～40 kg/m2，平均（25.4±4.2）kg/m2。依據(jù)腎臟病預后質(zhì)量倡議（K/DOQI）指南［3］將CKD患者分為CKD 1期組［腎小球濾過率估算值（eGFR）≥90 ml·min-1·1.73 m-2］32例、CKD 2期組（eGFR 60～89 ml·min-1·1.73 m-2）18例、CKD 3期 組（eGFR 30～59 ml·min-1·1.73 m-2）27例、CKD 4期 組（eGFR 15～29 ml·min-1·1.73 m-2）23例、CKD 5期組（eGFR＜15 ml·min-1·1.73 m-2）14例。所有患者均符合K/DOQI的診斷標準［3］；排除體型過度肥胖、呼吸無法配合、腎臟有較大占位病變或多發(fā)囊腫、腎積水、腎臟手術(shù)史及腎動脈狹窄者等。另選同期健康體檢者31例作為對照組，男14例，女17例，年齡39～78歲，平均（56.3±10.0）歲；BMI 18～41 kg/m2，平均（24.8±4.7）kg/m2。本研究經(jīng)我院醫(yī)學倫理委員會批準，所有研究對象均簽署知情同意書。

二、儀器與方法

1.超聲檢查：使用西門子Acuson Sequoia彩色多普勒超聲診斷儀，5C1凸陣探頭，頻率1～5 MHz；設(shè)置機械指數(shù)、掃描頻率等參數(shù)保持一致，控制圖像深度為12～15 cm。檢查前囑受檢者排空膀胱，取側(cè)臥位，先行常規(guī)超聲觀察腎臟形態(tài)結(jié)構(gòu)及內(nèi)部回聲情況等；隨后保持探頭垂直于腎臟中部，囑受檢者屏住呼吸，啟動2D-SWE功能，取直徑約3 mm的測量圈，檢測腎臟中部的皮質(zhì)、髓質(zhì)SWV；以每組數(shù)據(jù)IQR/M是否小于0.3來判斷測量值質(zhì)量。隨后采集腎臟最大矢狀面靜態(tài)圖像，應用Image J軟件（https：//imagej.nih.gov）繪制腎實質(zhì)與腎周脂肪囊的灰度直方圖，直方圖中取像素平均值作為診斷參數(shù)，以腎周脂肪囊為參照，腎實質(zhì)與腎周脂肪囊像素平均值之比即腎實質(zhì)像素強度。最后在腎臟最大矢狀面采用脈沖多普勒測量腎實質(zhì)中部葉間動脈阻力指數(shù)（RI）。每側(cè)腎實質(zhì)像素強度和葉間動脈RI重復測量均不低于5次，SWV測量不低于25次，最終取各自均值。

2.實驗室檢查：受檢者均在上午空腹狀態(tài)下抽取3 ml靜脈血，經(jīng)低溫靜置、離心分離后，放入自動生化分析儀檢測血肌酐、尿素、尿酸、胱抑素C、β2微球蛋白、甘油三酯、總膽固醇等；同時留取晨起中段尿，通過散射免疫比濁法檢測尿視黃醇結(jié)合蛋白。eGFR值由血肌酐值經(jīng)計算獲得。

因CKD早期診斷臨床意義較大，參照滕秀秀［4］、吳迪等［5］研究，將CKD 1～2期定義為早期CKD。

三、統(tǒng)計學處理

應用SPSS26.0和Med Calc 12.7.2統(tǒng)計軟件，計量資料以±s表示，多組比較采用方差分析，組間兩兩比較行LSD-t檢驗。繪制受試者工作特征（ROC）曲線分析SWV、腎實質(zhì)像素強度及葉間動脈RI診斷早期CKD的效能。曲線下面積比較行Z檢驗。SWV與各參數(shù)的相關(guān)性分析采用Spearman秩相關(guān)性分析法，并將相關(guān)分析結(jié)果中P＜0.05的因素作為自變量納入逐步回歸模型，分析SWV的影響因素。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

一、各組一般臨床資料比較

各組收縮壓、eGFR、血肌酐、尿素、尿酸、胱抑素C、β2微球蛋白、尿視黃醇結(jié)合蛋白比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）；年齡、性別比、BMI、舒張壓、甘油三酯、總膽固醇比較差異均無統(tǒng)計學意義。見表1。

表1 各組一般臨床資料比較

二、各組SWV、腎實質(zhì)像素強度及葉間動脈RI比較

1.各組SWV比較：CKD患者左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV均隨著分期增加而逐漸下降，各組比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.001）。對照組左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV均高于CKD各組，CKD 1期組均高于CKD 2～5期組，CKD 2期組均高于CKD 3期組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）。除CKD 2期組右腎皮質(zhì)SWV高于CKD 5期組右腎皮質(zhì)SWV（P=0.039）、CKD 2期組左腎髓質(zhì)SWV高于CKD 5期組左腎髓質(zhì)SWV（P=0.024）外，余CKD 3、4、5期組間SWV兩兩比較差異均無統(tǒng)計學意義。見表2和圖1～6。

表2 各組SWV、腎實質(zhì)像素強度及葉間動脈RI比較（±s）

表2 各組SWV、腎實質(zhì)像素強度及葉間動脈RI比較（±s）

與對照組比較，a P＜0.05；與CKD 1期組比較，b P＜0.05；與CKD 2期組比較，c P＜0.05；與CKD 3期組比較，d P＜0.05；與CKD 4期組比較，e P＜0.05。SWV：剪切波速度；RI：阻力指數(shù)

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圖1 對照組右腎2D-SWE圖、二維超聲灰度直方圖及脈沖多普勒圖

圖2 CKD 1期組右腎2D-SWE圖、二維超聲灰度直方圖及脈沖多普勒圖

圖3 CKD 2期組右腎2D-SWE圖、二維超聲灰度直方圖及脈沖多普勒圖

圖4 CKD 3期組右腎2D-SWE圖、二維超聲灰度直方圖及脈沖多普勒圖

圖5 CKD 4期組右腎2D-SWE圖、二維超聲灰度直方圖及脈沖多普勒圖

2.各組腎實質(zhì)像素強度比較：CKD患者左、右腎實質(zhì)像素強度均隨著CKD分期增加而逐漸增加，各組比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.001）。對照組左、右腎實質(zhì)像素強度均低于CKD 2～5期組，CKD 1、2期組均低于CKD 3～5期組，CKD 1期組右腎實質(zhì)像素強度低于CKD 2期組，CKD 3、4期組右腎實質(zhì)像素強度低于CKD 5期組，CKD 3期組左腎實質(zhì)像素強度低于CKD 4～5期組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）；余各組兩兩比較差異均無統(tǒng)計學意義。見表2和圖1～6。

圖6 CKD 5期組右腎2D-SWE圖、二維超聲灰度直方圖及脈沖多普勒圖

3.各組葉間動脈RI比較：CKD患者左、右腎葉間動脈RI隨著CKD分期的增加逐漸升高，各組比較差異有均統(tǒng)計學意義（均P＜0.001）。對照組與CKD 1期組左、右腎葉間動脈RI均低于CKD2～4期組，CKD5期組左腎葉間動脈RI高于對照組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）；余各組兩兩比較差異均無統(tǒng)計學意義。見表2和圖1～6。

三、ROC曲線分析各超聲參數(shù)診斷早期CKD的效能

左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV診斷早期CKD的敏感性和特異性均較腎實質(zhì)像素強度和葉間動脈RI診斷效能高；左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV的曲線下面積均較腎實質(zhì)像素強度和葉間動脈RI的曲線下面積高，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）；余曲線下面積比較差異均無統(tǒng)計學意義。見表3和圖7。

圖7 各超聲參數(shù)診斷早期CKD的ROC曲線圖

表3 各超聲參數(shù)診斷早期CKD的效能

四、SWV的多因素回歸分析

1.相關(guān)性分析：左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV與收縮壓、血肌酐、尿素、胱抑素C、β2微球蛋白、尿酸、膽固醇、尿視黃醇結(jié)合蛋白、葉間動脈RI、腎實質(zhì)像素強度均呈負相關(guān)（均P＜0.05），與膽固醇均呈正相關(guān)（均P＜0.05），與年齡、性別、BMI、舒張壓、甘油三酯均無相關(guān)性。見表4。

表4 SWV與臨床及超聲參數(shù)的相關(guān)性分析

2.逐步線性回歸分析：右腎葉間動脈RI、右腎實質(zhì)像素強度、收縮壓是右腎皮質(zhì)SWV降低的獨立影響因素（均P＜0.05）。右腎葉間動脈RI和右腎實質(zhì)像素強度是右腎髓質(zhì)SWV降低的獨立影響因素（均P＜0.05）。左腎葉間動脈RI和左腎實質(zhì)像素強度是左腎皮質(zhì)SWV降低的獨立影響因素（均P＜0.05）。左腎葉間動脈RI和β2微球蛋白是左腎髓質(zhì)SWV降低的獨立影響因素（均P＜0.05）。見表5～8。

表5 逐步回歸分析右腎皮質(zhì)SWV降低的影響因素

表6 逐步回歸分析右腎髓質(zhì)SWV降低的影響因素

表7 逐步回歸分析左腎皮質(zhì)SWV降低的影響因素

表8 逐步回歸分析左腎髓質(zhì)SWV降低的影響因素

討 論

2016年全球疾病負擔研究［6］顯示，CKD在1990年全球死亡原因中排第27位，但在2010年上升至第18位，其發(fā)病率和流行率在全球持續(xù)上升。由于CKD進展是進行性不可逆的，當發(fā)展至終末期腎病，則需通過透析維持生命。所以早期篩查和判斷病情程度對延緩CKD惡化，評估死亡風險至關(guān)重要。超聲彈性成像可通過評估組織硬度對疾病進行診斷［7］，具有無創(chuàng)及可重復等優(yōu)點，臨床現(xiàn)多用于乳腺、甲狀腺等淺表器官及肝臟等疾病的診斷，在CKD診斷方面的報道較少，且僅比較了單側(cè)或雙側(cè)腎臟平均皮質(zhì)彈性值與CKD分期的關(guān)系，結(jié)果尚不一致。本研究應用2DSWE測量左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)彈性值，并與二維及脈沖多普勒超聲參數(shù)比較，旨在探討2D-SWE對CKD的診斷價值，并分析其影響因素。

一、2D-SWE對CKD各分期的診斷價值

本研究結(jié)果顯示CKD患者左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV均隨著分期增加而逐漸下降，對照組均高于CKD 1～5期組，CKD 1期組均高于CKD 2～5期組，CKD 2期組均高于CKD 3期組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），而CKD 3、4、5期組間比較差異均無統(tǒng)計學意義，提示腎SWV下降與CKD患者病情進展相關(guān)，對診斷CKD有一定臨床價值，對區(qū)分CKD不同分期也有優(yōu)勢，尤其是對CKD 1～3期的診斷。Bob等［7］研究結(jié)果顯示腎SWV隨eGFR的降低而降低，SWV可以區(qū)分對照組及CKD 1期與CKD 4～5期患者。Guo等［8］研究顯示CKD患者腎SWV較對照組低，但是無法預測除CKD 5期外的其他分期。本研究腎SWV減低的趨勢與以往研究［7-8］相似，但組間比較略有差異，考慮是由于本研究采用的2D-SWE技術(shù)可進一步細化取樣框至3 mm，將皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV分開測量防止互相干擾，且均統(tǒng)一側(cè)臥位對左、右腎中部皮質(zhì)及髓質(zhì)進行SWV測量，避免了各向異性過度影響，而Bob等［7］和Guo等［8］研究中腎SWV為左、右腎測量的平均值，樣本量較本研究少，且采用的聲脈沖輻射力成像技術(shù)取樣框尺寸固定，無法細化皮質(zhì)與周圍組織結(jié)構(gòu)等。本研究結(jié)果顯示，除CKD 2期組與5期組比較左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV略有差異（P＜0.05），余組間左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV比較差異均無統(tǒng)計學意義，不排除是個別患者雙側(cè)腎病情不一致所致。而CKD 3、4、5期組左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV比較差異均無統(tǒng)計學意義，可能與CKD 3期后腎代償能力進一步喪失、腎單位進一步萎縮血供減少有關(guān)。Liu等［9］研究表明腎動脈灌注下降會導致SWV下降，Bob等［10］進一步研究證明CKD患者組織間質(zhì)纖維化和小動脈玻璃樣變性與腎SWV較低有關(guān)。腎血供降低是從遠端末梢血管向近端主血管發(fā)展的，晚期腎實質(zhì)內(nèi)的末梢血管對腎血流變化的反應變差可能導致CKD 3期后彈性值差異較小。

二、二維超聲及脈沖多普勒超聲對CKD各分期的診斷價值

1.超聲最初應用于CKD診斷的基礎(chǔ)為二維超聲回聲變化，既往回聲無法量化，本研究首次通過腎實質(zhì)像素強度將腎組織回聲量化以分析其在CKD各分期間的差異，結(jié)果顯示左、右腎實質(zhì)像素強度均隨著CKD分期增加而增加，對照組均低于CKD 2～5期組，CKD 1、2期組均低于CKD 3～5期組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）。表明腎實質(zhì)像素強度在區(qū)別CKD早期與中晚期意義顯著，其在CKD3期后升高較明顯，與腎臟晚期進一步萎縮相關(guān)［11］；左、右腎實質(zhì)像素強度在CKD各分期間比較不完全相同，不排除是受檢者雙側(cè)腎組織損害程度不一致所致。

2.CKD患者左、右腎葉間動脈RI隨著CKD分期增加逐漸升高。對照組與CKD 1期組雙腎葉間動脈RI均低于CKD 2～4期組，CKD 5期組左腎葉間動脈RI高于對照組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）。表明葉間動脈RI與疾病嚴重程度相關(guān)。隨著疾病進展腎間質(zhì)成分增多，血管硬化閉塞［12］，導致葉間動脈RI增高。但晚期患者葉間動脈RI相差不大，與晚期腎血流進一步減少，葉間動脈敏感下降有關(guān)。其中CKD 5期組左、右腎葉間動脈RI與對照組比較不完全一致，可能是個別CKD 5期患者雙側(cè)葉間動脈損害程度不一所致。

三、2D-SWE、二維超聲及脈沖多普勒診斷早期CKD效能比較

CKD患者早期多無明顯癥狀或僅有輕度不適來就診，早期診斷CKD臨床意義重大。本研究結(jié)果顯示，左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV診斷早期CKD的敏感性、特異性、曲線下面積均較腎實質(zhì)像素強度和葉間動脈RI的曲線下面積高，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）。提示2D-SWE診斷早期CKD患者的效能較二維超聲及脈沖多普勒更佳，可為臨床早期無創(chuàng)診斷CKD提供有價值的參考。

四、影響SWV的因素分析

研究［13-14］表明年齡、BMI、臟器深度、組織各向異性等因素可對腎臟的彈性值有一定的影響。本研究結(jié)果顯示年齡、BMI均與SWV無相關(guān)性?？赡芘c納入對象未包括兒童，且統(tǒng)一深度范圍在12～15 cm，未納入過胖的患者等因素有關(guān)。而各向異性因素屬于微觀結(jié)構(gòu)范圍改變，需將聲學與精細解剖相聯(lián)合來進一步研究。本研究相關(guān)性分析顯示，左、右腎皮質(zhì)及髓質(zhì)SWV與收縮壓、血肌酐、尿素、胱抑素C、β2微球蛋白、尿酸、尿視黃醇結(jié)合蛋白、葉間動脈RI和像素強度均呈負相關(guān)，與膽固醇呈正相關(guān)。與一般資料在組間比較結(jié)果基本一致，分析原因為隨著腎功能的惡化，腎臟物質(zhì)代謝失調(diào)，血液中β2微球蛋白、尿素、肌酐及尿酸等累積損傷血管內(nèi)皮，以及膽固醇增高引發(fā)血管硬化等因素加重腎臟微循環(huán)障礙，從而影響SWV。逐步回歸分析顯示，葉間動脈RI、腎實質(zhì)像素強度、收縮壓和β2微球蛋白是SWV降低的獨立影響因素。分析原因為：收縮壓和葉間動脈RI增高會加重腎動脈低灌注，而β2微球蛋白是全身小動脈硬化的早期標志物［15］，與血管內(nèi)皮損傷增加濾過有關(guān)，腎實質(zhì)像素強度提示組織結(jié)構(gòu)受損，組織損害累及血管會導致腎血管硬化、收縮，通過腎素、血管緊張素調(diào)節(jié)，使全身小動脈收縮，加重低血供狀態(tài)，使SWV降低。

綜上所述，2D-SWE對CKD有較好的診斷效能，有望成為早期診斷CKD、動態(tài)監(jiān)測疾病進展、評估療效及預后的有效方法。SWV隨著CKD進展逐漸下降與收縮壓、葉間動脈RI、腎實質(zhì)像素強度、β2微球蛋白均相關(guān)。