剪切波彈性成像在腎移植中的應(yīng)用進(jìn)展

鹿晉銘 歐志宇 苗蕓

腎臟是人體清除代謝廢物、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)以及合成激素的重要器官。對終末期腎衰竭患者而言，腎移植是最佳的治療方案[1]，而移植腎功能障礙的早期發(fā)現(xiàn)和處理可以明顯改善移植腎存活。因此，移植腎功能障礙的早期檢測對于免疫抑制的管理與移植腎的存活起著重要的作用，但由于移植腎功能障礙早期不會在臨床表現(xiàn)以及生化指標(biāo)上發(fā)生明顯改變，因此其早期檢測仍具有一定的挑戰(zhàn)性[2]。當(dāng)前，腎活組織檢查（活檢）仍是移植腎病診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”，然而其本身存在一定的局限性，包括取樣錯誤、組織損傷、不同病理科醫(yī)師間診斷差異較大以及并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)較大[3]。同時，臨床上每次通過腎活檢來明確移植腎功能障礙的病因是不現(xiàn)實(shí)的，因此需要一種無創(chuàng)、準(zhǔn)確且特異性較好的診斷技術(shù)來判斷移植腎的功能狀態(tài)[3]。

超聲彈性成像是近年來新興的一種超聲檢查項(xiàng)目，它通過測量目標(biāo)組織的硬度來評估組織是否發(fā)生病變[4]，其優(yōu)點(diǎn)包括無創(chuàng)、實(shí)時、可重復(fù)性較好，目前已經(jīng)在甲狀腺、乳房、肝臟等器官檢查中廣泛應(yīng)用[5-7]。與正常腎臟相比，移植腎位于相對表淺的髂窩處，因此可以用超聲彈性成像技術(shù)來評估其功能[4]。剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）作為一種超聲彈性成像技術(shù)，因其具有良好的穩(wěn)定性和適應(yīng)性而在臨床廣泛使用[4]。然而，SWE在移植腎功能障礙診斷方面的研究仍存在爭議且尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文就近年來SWE在移植腎方面的相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

1 超聲彈性成像技術(shù)的分類

經(jīng)歷了幾十年的臨床實(shí)踐與科學(xué)研究的發(fā)展，超聲彈性成像技術(shù)評價指標(biāo)從定性評估發(fā)展到定量評估組織硬度，可靠性和準(zhǔn)確度也得到了很大的提高[8]。在2017年歐洲超聲醫(yī)學(xué)和生物學(xué)聯(lián)合會發(fā)布的超聲彈性成像指南中[9]，將現(xiàn)有的超聲彈性成像技術(shù)按照物理原理分為兩類：應(yīng)變彈性成像技術(shù)和SWE技術(shù)，其中SWE包括瞬時彈性成像（transient elastography，TE）、單點(diǎn)SWE（point SWE，pSWE）和二維SWE（two-dimensional-SWE，2D-SWE）。

2 剪切波彈性成像的原理及其優(yōu)勢

SWE是一種通過測量目標(biāo)組織中剪切波的傳播速度來評估組織硬度的超聲成像技術(shù)，擁有無創(chuàng)、實(shí)時、動態(tài)的特點(diǎn)[3,10]。其原理是機(jī)械波的傳播速度與傳播介質(zhì)硬度成正比，即通過探頭多角度連續(xù)發(fā)射高強(qiáng)度超聲脈沖，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)聚焦形成單個波源并快速移動，從而形成連續(xù)的移動超聲剪切波波源，由于“馬赫錐”現(xiàn)象，這些剪切波彼此相干增強(qiáng)，再使用超高速成像技術(shù)，可以精確測量剪切波的傳播速度來計(jì)算傳播介質(zhì)的硬度[10]。組織硬度通常用楊氏模量（E）表示，使用公式E=3ρC2，其中ρ是組織密度，C是剪切波速度，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時、精確地檢測不同區(qū)域的組織硬度[8]。

目前，TE已經(jīng)廣泛用于肝臟纖維化的研究與檢查[11]，它是一種一維SWE技術(shù)，其剪切波的產(chǎn)生主要來自于體外的機(jī)械振動而不是依靠組織內(nèi)部高強(qiáng)度聚焦的聲輻射力脈沖[9]。該技術(shù)在應(yīng)用上存在一定的缺點(diǎn)，包括缺少定位引導(dǎo)、不能用于肥胖患者、設(shè)備昂貴和結(jié)果不準(zhǔn)確等[3-4,12-13]，這些都限制了它在腎移植方面的使用。

2D-SWE是一種二維實(shí)時的SWE技術(shù)，其剪切波來源于內(nèi)部的高強(qiáng)度聚焦聲輻射力脈沖。2D-SWE可以通過在彩色編碼的二維圖像上選擇感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）并直接獲得對應(yīng)的組織硬度。2D-SWE相對于TE與pSWE有著以下優(yōu)勢[2,4,12,14-15]：（1）無需體外施加壓力，減少人為因素造成的影響；（2）取樣范圍可調(diào)節(jié)，避免血管等組織干擾；（3）可實(shí)時觀測并調(diào)節(jié)ROI，區(qū)域定位更準(zhǔn)確；（4）圖像獲取速度快，不易受呼吸影響；（5）在同一幀上可以重復(fù)多次選擇ROI并測量。

3 剪切波彈性成像的影響因素

盡管最新的SWE技術(shù)已經(jīng)相對成熟、受外界因素影響較小，但是仍會受到一些因素的限制[2,16]，主要包括：（1）移植腎組織的各向異性，這是由腎臟自身解剖因素產(chǎn)生的一種影響。腎臟自身組織是有規(guī)律、非均一的，當(dāng)剪切波垂直于腎錐體時，會受到較大的垂直各向異性的影響，因此經(jīng)過血管和集合管較多的界面時，會導(dǎo)致其速度明顯減慢[17-18]，造成SWE測量結(jié)果偏低。（2）探頭壓力，移植腎位于相對表淺的位置，因此較其他器官更容易受到探頭壓力的影響[2]。（3）體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI），在實(shí)際操作中，BMI≥30 kg/m2患者的圖像并未完全填充，可能是因?yàn)檩^厚的皮下脂肪使得剪切波發(fā)生衰減，從而導(dǎo)致SWE測量結(jié)果偏低[2,19]。（4）血流灌注，腎臟有著豐富的血供，血流灌注越多，腎皮質(zhì)或髓質(zhì)硬度越大，反之硬度則越小。（5）測量深度，目前已有研究表明，不同深度測得的肝臟硬度的變異度是不一致的，這可能與剪切波的衰減和畸變有關(guān)[20]。因此，在進(jìn)行移植腎SWE檢查之前，需要估算患者的BMI，借助常規(guī)超聲檢查移植腎的位置是否合適以及有無積液，再通過彩色多普勒超聲排除腎臟血管狹窄，檢查者操作時應(yīng)注意控制探頭壓力，這樣才能盡可能地獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[3]。

4 剪切波彈性成像在腎移植中的應(yīng)用

4.1 pSWE技術(shù)在腎移植中的應(yīng)用

Singh等[21]對95例腎移植受者進(jìn)行了pSWE檢查，得到左、右腎皮質(zhì)剪切波速度均數(shù)分別為（1.49±0.19）m/s和（1.54±0.19）m/s，該剪切波速度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），且剪切波速度與性別、BMI、年齡、距皮膚距離和腎臟大小無關(guān)，這與一些研究的結(jié)論不一致[2,8,22]。Kennedy等[23]對比核磁共振彈性成像（magnetic resonance elastography，MRE）與pSWE在評估慢性移植腎功能障礙以及預(yù)后與病理結(jié)果關(guān)系的能力時，發(fā)現(xiàn)在移植腎功能障礙組與功能正常組中兩種檢查方法的結(jié)果差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，pSWE檢查結(jié)果與病理結(jié)果無關(guān)且不能用于預(yù)測移植腎的預(yù)后。

4.2 TE技術(shù)在腎移植中的應(yīng)用

Nakao等[24]研究了35例慢性移植腎損傷患者（其中27例接受腎活檢），結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)估算腎小球?yàn)V過率截?cái)嘀禐?0 mL/（min·1.73 m2）時，腎移植術(shù)后1年前、后的移植腎硬度差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；同時發(fā)現(xiàn)纖維化程度與腎實(shí)質(zhì)硬度明顯相關(guān)，且Banff 分級0級的腎實(shí)質(zhì)硬度明顯低于1級與2級，這些結(jié)果差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然而，該研究由于樣本較小，并未給出不同病理學(xué)分級的腎實(shí)質(zhì)硬度。

4.3 2D-SWE技術(shù)在腎移植中的應(yīng)用

Ma等[25]研究了32例腎移植受者（其中4例進(jìn)行了腎活檢），通過對比髓質(zhì)與皮質(zhì)的硬度和纖維化程度，發(fā)現(xiàn)腎間質(zhì)纖維化或腎小管萎縮程度與組織硬度和血清肌酐之間均存在顯著相關(guān)性，且使用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線評估SWE與血清肌酐診斷的差異，得到的皮質(zhì)和髓質(zhì)硬度曲線下面積（area under the curve，AUC）分別為0.75和0.85，均高于血清肌酐的0.65，說明SWE相比于血清肌酐更適合用于早期監(jiān)測腎間質(zhì)纖維化進(jìn)展。Bolboac?等[22]使用 SWE研究了83例腎移植受者，發(fā)現(xiàn)移植物功能障礙組腎皮質(zhì)硬度[ 21.94（16.26，28.49）kPa]高于腎髓質(zhì)硬度 [11.24（8.13，15.67）kPa]，且移植物功能障礙組的移植腎硬度明顯高于移植腎功能穩(wěn)定組；移植腎硬度與BMI呈負(fù)相關(guān)，與尿蛋白/血清肌酐比值呈正相關(guān)，但是后者僅在移植腎功能穩(wěn)定組中才出現(xiàn)。Early等[26]分別獲取70例腎移植受者的移植腎皮質(zhì)和髓質(zhì)硬度，發(fā)現(xiàn)移植腎硬度中位數(shù)與纖維化程度相關(guān)，且髓質(zhì)硬度中位數(shù)每增加1個單位，移植腎纖維化發(fā)生率會升高20%，但皮質(zhì)硬度均數(shù)、中位數(shù)和髓質(zhì)硬度均數(shù)與纖維化程度之間不存在相關(guān)性。Yang等[27]對31例進(jìn)行腎活檢的腎移植受者的移植腎進(jìn)行了研究，并比較其在藥物性腎損傷、急性排斥反應(yīng)、慢性移植腎腎病和BK病毒相關(guān)性腎病這4種移植腎并發(fā)癥之間的差異，最終發(fā)現(xiàn)移植腎硬度與這4種并發(fā)癥、纖維化和腎小管萎縮程度均相關(guān)，且最大彈性模量大小為：BK病毒相關(guān)性腎病>慢性移植腎腎病>急性排斥反應(yīng)>藥物性腎損傷。Goyal等[28]通過對比超聲造影與SWE在105例患者中區(qū)分急性排斥反應(yīng)與急性腎小管壞死的能力，發(fā)現(xiàn)在對照組與實(shí)驗(yàn)組之間皮質(zhì)硬度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以上研究說明SWE在移植腎纖維化及其他移植腎病早期檢測方面，提供了一個實(shí)時、無創(chuàng)、定量的新方案，然而國際上對于準(zhǔn)確的診斷標(biāo)準(zhǔn)仍存在爭議，仍需要進(jìn)一步研究SWE的應(yīng)用并達(dá)成共識[14,21,26-27]。

2D-SWE在腎移植領(lǐng)域還有其他方面的應(yīng)用。Chen等[29]對10例腎移植受者進(jìn)行了術(shù)后連續(xù)SWE監(jiān)測以及對86例術(shù)后腎功能穩(wěn)定的受者進(jìn)行了SWE檢查，發(fā)現(xiàn)術(shù)后1個月內(nèi)移植腎硬度迅速下降，之后則趨于穩(wěn)定，而移植腎功能穩(wěn)定的受者其移植腎皮質(zhì)與髓質(zhì)的硬度分別為（28.48 ± 4.27）kPa 和（21.97 ±3.90）kPa，說明腎移植術(shù)后可以通過SWE監(jiān)測腎臟硬度變化，從而制定更為準(zhǔn)確、科學(xué)的功能評估和復(fù)查計(jì)劃。SWE可以通過不同關(guān)節(jié)角度對肌肉功能進(jìn)行檢測，因此也能用于腎移植受者肌肉功能的檢查。Chen等[30]使用SWE對比40例腎移植受者與40名健康受試者的肌肉形態(tài)學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)腎移植受者的腹直肌回聲強(qiáng)度與彈性模量均顯著增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，使用ROC曲線評估腎移植受者與骨骼肌減少癥患者的AUC分別為0.843與0.845，說明SWE能夠用于評估腎移植受者肌肉情況以及骨質(zhì)疏松的進(jìn)展。

5 小 結(jié)

綜上所述，SWE是一種新型的超聲檢查技術(shù)，有著實(shí)時、動態(tài)、準(zhǔn)確、快速等優(yōu)勢，加上2D-SWE的引入，能可視化獲取和分析移植腎組織硬度，目前已經(jīng)在移植腎早期纖維化的監(jiān)測與預(yù)防上取得了較為滿意的結(jié)果，盡管其自身存在很多限制，如患者BMI、操作者的因素等，但其仍擁有良好的前景。當(dāng)前國際上仍然缺少大規(guī)模、多中心的研究，需要進(jìn)一步加強(qiáng)合作并制定SWE在腎移植領(lǐng)域應(yīng)用的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，幫助臨床醫(yī)師在移植腎疾病的預(yù)防和監(jiān)測方面做出正確的決策。