剪切波彈性成像評(píng)價(jià)大鼠急性肝淤血狀態(tài)下肝臟黏彈性變化

摘" " 要" " 目的" " 建立大鼠急性肝淤血模型，應(yīng)用剪切波彈性成像評(píng)價(jià)其急性肝淤血狀態(tài)下肝臟黏彈性的變化情況。方法" " 選取雄性SD大鼠14只，通過結(jié)扎大鼠下腔靜脈建立急性肝淤血模型。于活體狀態(tài)下應(yīng)用剪切波彈性成像測量結(jié)扎前、結(jié)扎后及結(jié)扎釋放后大鼠肝臟黏性值和彈性值，比較上述參數(shù)的差異。分析肝臟黏性值與彈性值的相關(guān)性；比較急性肝淤血狀態(tài)下肝臟黏性值與彈性值變化率和達(dá)峰時(shí)間。結(jié)果" " 結(jié)扎后大鼠肝臟黏性值和彈性值均較結(jié)扎前升高，結(jié)扎釋放后大鼠肝臟黏性值和彈性值均較結(jié)扎后降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均Plt;0.001）；結(jié)扎前與結(jié)扎釋放后大鼠肝臟黏性值和彈性值比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。相關(guān)性分析顯示，肝臟黏性值與彈性值呈正相關(guān)（r=0.902，Plt;0.001）。急性肝淤血狀態(tài)下大鼠肝臟彈性值上升及下降變化率均顯著高于黏性值上升及下降變化率，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.63、5.49，均Plt;0.001）。結(jié)扎后大鼠肝臟彈性值達(dá)峰時(shí)間為122 s（95%可信區(qū)間：106～138 s），黏性值達(dá)峰時(shí)間為110 s（95%可信區(qū)間：92～128 s），二者比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論" " 應(yīng)用剪切波彈性成像可以評(píng)價(jià)大鼠急性肝淤血狀態(tài)下肝臟黏彈性的變化情況；急性肝淤血狀態(tài)下其肝臟黏彈性參數(shù)均升高，解除肝淤血后其肝臟黏彈性參數(shù)均可恢復(fù)至正常水平。

關(guān)鍵詞" " 剪切波彈性成像；肝臟；黏彈性；急性肝淤血；大鼠

［中圖法分類號(hào)］R445.1" " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

Evaluation of liver viscoelastic changes in rats with acute liver congestion by shear wave elastography

WANG Yumeng，WANG Kun，LIN Yuxuan，LIU Dong

Department of Ultrasound Medicine，Beijing Friendship Hospital，Capital Medical University，Beijing 100050，China

ABSTRACT" " Objective" " To establish acute liver congestion models in rats，and to evaluate the liver viscoelastic changes by shear wave elastography.Methods" " Fourteen male SD rats" were selected to establish acute congestion liver models by ligation of inferior vena cava.Shear wave elastography was applied to measure liver viscosity and elasticity of rats in vivo before ligation，after ligation，and after ligation release.The differences of the above parameters were compared.The correlation between liver viscosity and elasticity was analyzed.Additionally，the change rate in liver viscosity and elasticity and peak time under acute liver congestion were compared.Results" " After ligation，the viscosity and elasticity of rats livers significantly increased compared with those before ligation（both Plt;0.001）.After ligation release，the viscosity and elasticity of rats livers significantly decreased compared with those before after ligation（both Plt;0.001）.There were no significant difference in viscosity and elasticity of rats livers before and after ligation.Correlation analysis showed that viscosity was positive correlated with elasticity（r=0.902，Plt;0.001）.In the acute liver congestion state，the change rate of increasing and decreasing of liver elasticity in rats were significantly higher than those of viscosity（t=5.63，5.49，both Plt;0.001）.After ligation，the peak time of rat livers elasticity was 122 s（95% confidence interval：106～138 s），and the peak time of rat livers viscosity was 110 s（95% confidence interval：92～128 s），there was no significant difference between the two items.Conclusion" " Shear wave elastography can be used to evaluate the changes in liver viscoelasticity in rats with acute liver congestion.In the acute liver congestion state，both liver viscosity and elasticity parameters are increased，and the viscoelastic parameters can return to normal level after ligation release.

KEY WORDS" " Shear wave elastography；Liver；Viscoelasticity；Acute liver congestion；Rats

二維剪切波彈性成像是一種基于超聲波的動(dòng)態(tài)彈性成像方法，通過測量超聲脈沖在組織中的傳播速度獲得彈性模量，從而對(duì)肝臟硬度進(jìn)行定性和定量評(píng)價(jià)。理想情況下，剪切波速度隨著肝纖維化嚴(yán)重程度的增加而均勻增加［1］，但生物軟組織具有獨(dú)特的黏彈性，其不僅具有彈性特性，而且具有黏性特性［2］。Zhu等［3］應(yīng)用蠕變實(shí)驗(yàn)、應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)纖維化的大鼠肝臟黏彈性進(jìn)行研究，結(jié)果顯示黏性參數(shù)（損耗模量）和彈性參數(shù)（存儲(chǔ)模量）與不同肝纖維化分期均相關(guān)。此外，其他病理因素如脂肪變性、炎癥等亦可影響肝纖維化進(jìn)程中的肝臟黏彈性。肝臟組織中有豐富的血管，黏性液體通過這些血管的流動(dòng)在應(yīng)力松弛中起著至關(guān)重要的作用［4］。本課題組前期實(shí)驗(yàn)［5］發(fā)現(xiàn)離體的大鼠肝臟在不同血流灌注狀態(tài)下會(huì)表現(xiàn)出不同的黏彈性，從而得出血流灌注狀態(tài)會(huì)影響肝臟黏彈性的結(jié)論。但在體狀態(tài)下肝臟的黏彈性隨血流灌注的變化趨勢尚未明確。目前新的Hologic彩色多普勒超聲診斷儀不但可應(yīng)用剪切波彈性成像實(shí)時(shí)量化肝臟硬度，同時(shí)還可應(yīng)用黏度平面波超聲實(shí)時(shí)量化肝臟黏度［6］?；诖?，本實(shí)驗(yàn)建立大鼠急性肝淤血模型，并應(yīng)用剪切波彈性成像評(píng)價(jià)其急性肝淤血狀態(tài)下肝臟黏彈性的變化情況。

材料與方法

一、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、試劑及儀器

選取普通清潔級(jí)雄性SD大鼠14只（北京華阜康生物科技股份有限公司提供），10周齡，平均體質(zhì)量（300±20）g。戊巴比妥鈉注射液（批號(hào)：P3761，規(guī)格：10 g/L，美國Sigma公司）。美國Hologic SuperSonic Mach 20彩色多普勒超聲診斷儀，C6-1X凸陣探頭，頻率1～6 MHz。本實(shí)驗(yàn)經(jīng)我院動(dòng)物使用和管理委員會(huì)批準(zhǔn)（批準(zhǔn)號(hào)：16-1010）。

二、實(shí)驗(yàn)方法

1.模型建立：實(shí)驗(yàn)前8 h內(nèi)所有大鼠禁食、不禁水。采用戊巴比妥鈉注射液（5 ml/kg）進(jìn)行腹腔內(nèi)注射麻醉，麻醉成功后固定大鼠四肢，腹部備皮，于劍突下行腹部正中切口，暴露肝臟，離斷肝周韌帶，游離出下腔靜脈，然后使用血管夾完全夾閉下腔靜脈（圖1）。若見大鼠肝臟顏色由鮮紅色逐漸變?yōu)榘导t色，出現(xiàn)血運(yùn)障礙，提示大鼠急性肝淤血模型建立成功。本實(shí)驗(yàn)14只大鼠均成功建立大鼠急性肝淤血模型，并測量肝臟黏彈性參數(shù)。

2.肝臟黏彈性參數(shù)測量及分析：將超聲探頭置于大鼠肝臟右葉（圖1），檢查時(shí)保持探頭固定垂直且不對(duì)肝臟施加任何壓力，將取樣框（大小為1.5 cm×1.0 cm）置于肝實(shí)質(zhì)內(nèi)，使感興趣區(qū)（直徑3 mm）盡量避開可見的管道結(jié)構(gòu)，分別于結(jié)扎前、結(jié)扎后及結(jié)扎釋放后測量大鼠肝臟黏性值和彈性值。其中結(jié)扎后于同一部位進(jìn)行多次測量，測量時(shí)間點(diǎn)為結(jié)扎后30 s、60 s、80 s、100 s、120 s、130 s、140 s、150 s和180 s；測量結(jié)束后釋放下腔靜脈，于同一部位再次進(jìn)行多次測量，測量時(shí)間點(diǎn)為結(jié)扎釋放后30 s、60 s、100 s、120 s、150 s、180 s和360 s，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)均重復(fù)測量3次，可靠結(jié)果定義為3次測量的平均值［從穩(wěn)定性指數(shù)（SI）gt;90%的幀數(shù)中獲得］。根據(jù)測量時(shí)間點(diǎn)繪制肝臟彈性值和黏性值隨時(shí)間的變化曲線，并計(jì)算達(dá)峰時(shí)間平均值。本實(shí)驗(yàn)選取結(jié)扎后肝臟黏彈性參數(shù)最大值和結(jié)扎釋放后肝臟黏彈性參數(shù)最小值納入分析。計(jì)算急性肝淤血狀態(tài)下肝臟黏性值和彈性值變化率，公式為：上升變化率=（結(jié)扎后最大值-結(jié)扎前基線值）/結(jié)扎前基線值，下降變化率=（結(jié)扎后最大值-結(jié)扎釋放后最小值）/結(jié)扎后最大值。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以x±s表示，不同狀態(tài)下肝臟黏彈性參數(shù)比較采用方差分析，多重比較采用Bonferroni法；肝臟黏性值與彈性值變化率比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。肝臟黏性值與彈性值的相關(guān)性分析采用Spearman相關(guān)分析法。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)" 果

本實(shí)驗(yàn)共納入14只大鼠肝臟彈性值；由于3只大鼠黏性值SI≤90%故排除，共納入11只大鼠黏性值。

一、不同狀態(tài)下大鼠肝臟黏彈性參數(shù)比較

結(jié)扎前大鼠肝臟黏性值為（1.10±0.34）Pa.s，彈性值為（3.69±2.03）kPa；結(jié)扎后大鼠肝臟黏性值為（1.94±0.44）Pa.s，彈性值為（9.66±2.85）kPa；結(jié)扎釋放后大鼠肝臟黏性值為（0.92±0.45）Pa.s，彈性值為（3.14±2.31）kPa。結(jié)扎后大鼠肝臟黏性值和彈性值均較結(jié)扎前升高，結(jié)扎釋放后大鼠肝臟黏性值和彈性值均較結(jié)扎后降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均Plt;0.001）；結(jié)扎前與結(jié)扎釋放后大鼠肝臟黏性值和彈性值比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見圖2。

二、肝臟黏性值與彈性值的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析顯示，肝臟黏性值與彈性值呈正相關(guān)（r=0.902，Plt;0.001）。見圖3。

三、急性肝淤血狀態(tài)下大鼠肝臟黏性值與彈性值變化率比較

結(jié)扎后大鼠肝臟彈性值上升變化率（230.66%±103.36%）顯著高于黏性值上升變化率（89.87%±49.11%），結(jié)扎釋放后大鼠肝臟彈性值下降變化率（74.30%±12.63%）顯著高于黏性值下降變化率（53.47%±19.55%），差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.63、5.49，均Plt;0.001）。見圖4。

四、大鼠肝臟彈性值與黏性值達(dá)峰時(shí)間比較

結(jié)扎后大鼠肝臟彈性值達(dá)峰時(shí)間為122 s（95%可信區(qū)間：106～138 s），黏性值達(dá)峰時(shí)間為110 s（95%可信區(qū)間：92～128 s），二者比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.098，P=0.284）。根據(jù)結(jié)扎后各測量時(shí)間點(diǎn)繪制的大鼠肝臟彈性值和黏性值變化曲線圖見圖5。

討" 論

目前，歐洲肝病學(xué)會(huì)臨床指南［7］推薦使用非侵入性檢測方法對(duì)肝纖維化進(jìn)行檢測和分期。超聲彈性成像是一種測量臟器硬度的非入侵性檢測方法，目前被廣泛應(yīng)用于臨床，其能夠評(píng)價(jià)更大體積的肝實(shí)質(zhì)，與肝活檢相比減少了肝臟病變分布不均造成的取樣誤差［8］。目前商用超聲診斷儀采用的彈性成像算法基于肝臟為純彈性且其結(jié)構(gòu)均勻的假設(shè)，但熱黏彈性理論表明生物軟組織具有獨(dú)特的黏彈性特性［2］。故本實(shí)驗(yàn)將肝臟作為一個(gè)具有黏彈性的生物軟組織進(jìn)行研究。本課題組前期實(shí)驗(yàn)研究［9］基于動(dòng)態(tài)力學(xué)分析得出離體大鼠肝臟在不同血流灌注狀態(tài)下會(huì)表現(xiàn)出不同的黏彈性的結(jié)論，因此推測血流灌注狀態(tài)會(huì)影響肝臟黏彈性，但在體狀態(tài)下的肝臟黏彈性如何隨血流灌注發(fā)生變化目前尚未明確。Sugimoto等［10］研究也對(duì)體外大鼠肝臟黏彈性進(jìn)行了探討，提出并強(qiáng)調(diào)了血流動(dòng)力學(xué)對(duì)其變化的重要性。本實(shí)驗(yàn)建立了大鼠急性肝淤血模型，應(yīng)用剪切波彈性成像在活體狀態(tài)下動(dòng)態(tài)監(jiān)測肝臟黏彈性的變化情況，旨在分析肝臟黏彈性參數(shù)與急性肝淤血狀態(tài)的關(guān)系。

既往已有研究證實(shí)了肝臟血流量與硬度間的關(guān)系，如Ipek-Ugay等［11］研究發(fā)現(xiàn)通過Valsalva動(dòng)作可生理性減少肝靜脈血流量從而降低肝臟硬度；Wang等［12］研究發(fā)現(xiàn)布加綜合征患者治療后，肝靜脈再通者的肝臟硬度顯著降低，且其與肝靜脈壓力相關(guān)，這可能是由于布加綜合征患者的肝竇張力隨著肝臟充血而上升，導(dǎo)致肝臟硬度增加，而肝靜脈再通后肝臟充血情況好轉(zhuǎn)，肝臟硬度降低。上述研究均表明肝臟血流量可影響肝臟硬度，血流量減少則肝臟硬度降低，本實(shí)驗(yàn)結(jié)論與其一致，在急性肝淤血狀態(tài)下肝臟血流量增加后肝臟彈性值隨之升高。此外，本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)急性肝淤血狀態(tài)下大鼠肝臟黏性值也隨著肝臟血流量的增加而升高，相關(guān)性分析也表明大鼠肝臟黏性值與彈性值呈正相關(guān)（r=0.902，Plt;0.001）。分析其原因?yàn)樵诩毙愿窝?、膽汁淤積及肝淤血等病理情況下，剪切波的傳播速度均會(huì)增加［13］，且其傳播速度及衰減與肝臟彈性密切相關(guān)，均會(huì)隨著剪切波頻率的增大而增加，而這種變化率與黏性值呈正相關(guān)［14-16］。

本實(shí)驗(yàn)還比較了急性肝淤血狀態(tài)下大鼠肝臟黏性值與彈性值變化率，結(jié)果顯示大鼠肝臟彈性值上升及下降變化率均顯著高于黏性值上升及下降變化率，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.63、5.49，均Plt;0.001）。分析其機(jī)制：急性肝淤血狀態(tài)下，肝臟由于靜脈回流受阻，中心靜脈壓升高，血液滯留，這種壓力引起的結(jié)構(gòu)性改變會(huì)顯著增加肝臟硬度［17］，從而導(dǎo)致彈性值的變化明顯增大。而肝臟黏性主要與其內(nèi)部血流動(dòng)力學(xué)特性相關(guān)，包括血液和組織間液的流動(dòng)阻力，雖然淤血狀態(tài)下血液和液體的滯留會(huì)增加肝臟黏性，但這種變化與液體含量相關(guān)，是一個(gè)緩慢進(jìn)展的過程，并不會(huì)發(fā)生快速改變，故與彈性值的變化相比，黏性值的變化較為平緩。本實(shí)驗(yàn)結(jié)扎后大鼠肝臟彈性值達(dá)峰時(shí)間約106～138 s，黏性值達(dá)峰時(shí)間約92～128 s，表明發(fā)生急性肝淤血后肝臟彈性值和黏性值先后到達(dá)峰值，這也體現(xiàn)了二者間較強(qiáng)的相關(guān)性；而肝臟黏性值較彈性值更早發(fā)生變化，提示黏性值對(duì)于反映血流灌注的變化可能更加敏感，但本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二者達(dá)峰時(shí)間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分析可能是由于樣本量較小所致。

本實(shí)驗(yàn)的局限性：①樣本量較小，所得結(jié)果可能受實(shí)驗(yàn)操作影響較大；②因技術(shù)原因未同時(shí)動(dòng)態(tài)測量門靜脈或腔靜脈壓力，未分析肝臟黏彈性與靜脈壓力的相關(guān)性，今后應(yīng)擴(kuò)大樣本量，增加靜脈壓力等相關(guān)參數(shù)的測定以減少誤差，并進(jìn)一步深入研究黏彈性的影響因素及其變化規(guī)律。

綜上所述，應(yīng)用剪切波彈性成像可以評(píng)價(jià)大鼠急性肝淤血狀態(tài)下肝臟黏彈性的變化情況；急性肝淤血狀態(tài)下其肝臟黏彈性參數(shù)均升高，其中黏性值變化早于彈性值變化；肝臟血流灌注與肝臟黏彈性存在相關(guān)性，當(dāng)肝淤血解除時(shí)，肝臟黏彈性參數(shù)均可恢復(fù)至正常水平，對(duì)于深入研究不同病理狀態(tài)下肝臟黏彈性的變化具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

［1］ Cosgrove D，Piscaglia F，Bamber J，et al.EFSUMB Guidelines and recommendations on the clinical use of ultrasound elastography.Part 2：clinical applications［J］.Ultraschall Med，2013，34（3）：238-253.

［2］ 張義同.熱粘彈性理論［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2002：116.

［3］ Zhu Y，Chen X，Zhang X，et al.Modeling the mechanical properties of liver fibrosis in rats［J］.J Biomech，2016，49（9）：1461-1467.

［4］ Parker KJ.A microchannel flow model for soft tissue elasticity［J］.Phys Med Biol，2014，59（15）：4443-4457.

［5］ Liu D，Li GY，Su C，et al.Effect of ligation on the viscoelastic properties of liver tissues［J］.J Biomech，2018，76：235-240.

［6］ Popa A，Sporea I，Bende F，et al.The non-invasive ultrasound-based assessment of liver viscosity in a healthy cohort［J］.Diagnostics（Basel），2022，12（6）：1451.

［7］ European Association for the Study of the Liver，Clinical Practice Guideline Panel，Chair，et al.EASL Clinical Practice Guidelines on non-invasive tests for evaluation of liver disease severity and prognosis——2021 update［J］.J Hepatol，2021，75（3）：659-689.

［8］ Li Q，Dhyani M，Grajo JR，et al.Current status of imaging in nonalcoholic fatty liver disease［J］.World J Hepatol，2018，10（8）：530-542.

［9］ 劉冬，蘇晨，錢林學(xué)，等.不同形式大鼠肝臟標(biāo)本在壓痕松弛實(shí)驗(yàn)中的黏彈性參數(shù)的差異［J］.臨床和實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志，2019，18（19）：2017-2020.

［10］ Sugimoto K，Moriyasu F，Oshiro H，et al.Viscoelasticity measurement in rat livers using shear-wave us elastography［J］.Ultrasound Med Biol，2018，44（9）：2018-2024.

［11］ Ipek-Ugay S，Tzsch?tzsch H，Braun J，et al.Physiologic reduction of hepatic venous blood flow by the Valsalva maneuver decreases liver stiffness［J］.J Ultrasound Med，2017，36（7）：1305-1311.

［12］ Wang H，Shi H，Cheng J，et al.Real-time shear wave elastography（SWE） assessment of short- and long-term treatment outcome in Budd-Chiari syndrome：a pilot study［J］.PloS One，2018，13（5）：e197550.

［13］ Naganuma H，Ishida H.Factors other than fibrosis that increase measured shear wave velocity［J］.World J Gastroenterol，2022，28（46）：6512-6521.

［14］ Chen S，Sanchez W，Callstrom MR，et al.Assessment of liver viscoelasticity by using shear waves induced by ultrasound radiation force［J］.Radiology，2013，266（3）：964-970.

［15］ Cetinic I，de Lange C，Simrén Y，et al.Ultrasound shear wave elastography，shear wave dispersion and attenuation imaging of pediatric liver disease with histological correlation［J］.Children（Basel），2022，9（5）：692.

［16］ Ormachea J，Parker KJ，Barr RG.An initial study of complete 2D shear wave dispersion images using a reverberant shear wave field［J］.Phys Med Biol，2019，64（14）：145009.

［17］ Pernot M，Villemain O.Stone liver，heart in danger：could the liver stiffness assessment improve the management of patients with heart failure？［J］.JACC Cardiovas Imaging，2019，12（6）：965-966.

（收稿日期：2024-08-29）

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（82001819）

作者單位：首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，北京 100050

通訊作者：劉冬，Email：winterwenny@126.com