基于超聲彈性成像技術診斷移植腎慢性排斥反應的探索

李嫚，劉好田，柳澄，門同義，王建寧，郝淑倩

1.千佛山醫院 a.超聲診療科，b.泌尿外科, c.病理科, 山東 濟南 250014；

2.山東省醫學影像研究所，山東 濟南 250021

當前我國腎臟移植手術技術和近期存活率已達世界先進水平，但長期存活率與國外仍有很大差距。慢性排斥反應（Chronic Rejection，CR）發生隱匿、緩慢，主要由免疫性和非免疫性機制所造成，以間質纖維化和小管萎縮為特征，有類似于慢性腎炎的發病特點和病理變化。慢性排斥反應是影響移植腎長期存活的主要因素，是腎移植后移植腎喪失功能的主要原因。超聲彈性成像是一種對組織力學特征成像的新技術，移植腎位置表淺,無腸內容物干擾，可以有效實現壓迫式超聲彈性成像。本研究旨在通過移植腎中部感興趣區彈性指數E及彈性比值E-ratio，反映移植腎組織彈性順應性，將不同分組實驗測得數值進行對照和統計學分析，探討腎移植術后正常組與慢性排斥反應組之間彈性有無差異。

1 資料與方法

1.1 研究對象

2011年5～11月就診于我院超聲診療科的同種異體腎患者，腎移植術后時間為4個月～7年，經二維及彩色多普勒超聲或數字減影血管造影（DSA）排除外尿路梗阻、腎動脈狹窄、極動脈損傷、動靜脈瘺、腹腔積液等并發癥，入選適宜患者34例，男25例，女9例，年齡23～65歲，平均33.5歲。

1.2 儀器

美國GE公司LOGIQ E9彩色多普勒超聲診斷儀，寬頻凸陣4C1-5探頭,探頭頻率3～5 MHz，配備彈性成像技術軟件（Elastography）。

1.3 方法

患者取平臥位，常規二維及彩色多普勒超聲檢查：觀察移植腎皮髓質回聲表現、移植腎內部層次結構、移植腎彩色血流表現，測量移植腎各徑線值、腎中段皮、髓質厚度、移植腎主動脈、段動脈、葉間動脈阻力指數。進入彈性成像條件（Elasto），選取移植腎面積最大長軸切面進行加壓，盡量避開腎門結構。如移植腎較大，盡量將腎中段置于視野中心。患者屏氣或盡量平靜呼吸，檢查者采用適合力度重復加壓，觀察即時彈性圖像，選擇存儲鍵，存儲之前5 s的動態圖像。回放錄像，壓力質量反饋條為全綠色時選定圖像進行分析，感興趣區選取腎中部，皮髓質的感興趣區選取近前腹壁處，避開腎門結構，測得髓質彈性指數E1、皮質彈性指數E2、腎竇彈性指數E3及皮髓質彈性比值E2/E1。每個病人均做3次測量取其平均值。

移植腎彈性成像前3 d內測血Scr值，以男性110 μ mol/L、女性90 μ mol/L為界分組，肌酐異常患者8例（男6例、女2例）于彈性成像檢查當日或次日行粗針穿刺活檢，經病理證實均為慢性排斥反應。

1.4 統計方法

實驗所得數據以（均數±標準差）表示，采用SAS 9.0統計分析軟件，進行成組設計兩樣本比較的t檢驗，P＜0.05統計學有顯著性差異。

2 結果

本組實驗采用實時組織彈性成像（Real Time Tissue Elastograph，RTE），將受壓前后回聲信號移動幅度的變化轉化為實時彩色圖像，彈性系數小的組織受壓后位移變化大，用紅色表示；彈性系數大的組織受壓后位移變化小，用藍色表示，彈性系數中等的組織用綠色表示，紅色與綠色之間按色標所示以少許黃色過渡，以不同色彩對不同組織的彈性比值對應編碼，借色彩不同反映組織硬度差異。

正常組移植腎所在區域可見4種色彩，從中心向外周（體表）依次表現為紅色、黃色、綠色和藍色，除黃色為較薄的細條狀，其余3種顏色寬度大致相似，粗略認為上述3種顏色依次對應移植腎的腎竇、髓質和皮質。慢性排斥組移植腎所在區域，可見藍色部分范圍增大，且色彩深度明顯增加，綠色部分明顯減少，紅色（含黃色）部分比例大致不變或略有減小，見圖1～2。E1、E2、E3分別表示的是髓質、皮質、腎竇部的彈性指數，皮髓質彈性比值為E2/E1。

圖1 正常移植腎彈性成像彩色編碼示意圖，紅、黃、綠三種色彩寬度大致相似。

圖2 慢性排斥移植腎彈性成像彩色編碼示意圖，與圖1相比較，藍色區域寬度增寬，綠色區域變窄，紅色區域寬度大致不變。

3 統計學分析

采用SAS9.0統計分析軟件，進行成組設計兩樣本比較的t檢驗，P＜0.05統計學有顯著性差異。兩組彈性指數E依次為腎皮質區＞腎髓質區＞腎竇區，即E2＞E1＞E3。兩組彈性指數E及彈性比值的組間比較，見表1。

表1 兩組彈性指數E及彈性比值的組間比較

4 討論

移植腎慢性排異反應的診斷方法主要包括受體的臨床癥狀、實驗室檢查、血清肌酐和尿素氮、尿細胞學檢查、免疫學檢查、放射性核素腎圖等，但是這些方法均缺乏特異性。粗針組織學活檢是目前排異反應的“金標準” ，可以得出明確診斷，但由于其為創傷性檢查，會對移植腎產生損傷，影響移植腎功能，同時發生排異反應時，移植腎功能均減低、受體耐受性差，因此，該方法的臨床運用受到很大限制。彩色多普勒超聲成像可對移植腎組織結構、動靜脈血流情況進行監測, 并具有無創傷、無禁忌癥、簡便、迅速、經濟、適宜床邊檢查、易于重復動態觀測等特有優勢，是目前檢測移植腎血流灌注的重要方法, 為臨床首選且重要的影像方法。

硬度是人體組織結構的基本特征之一, 硬度的變化往往伴隨著組織某種病變的發生，通過測量感興趣區組織的硬度變化，可以用于診斷某些疾病及評價某些臨床治療的效果。超聲彈性成像作為一種新型的超聲成像模式，所顯示的內容與以往超聲檢查所表達的內容截然不同，彈性成像技術顯示組織的硬度，即用彩色圖像（定性）或彈性指數/比值（定量）表達伴隨病變發生而發生的組織硬度變化。到目前為至，超聲彈性成像主要分為3類[1]：壓迫性彈性成像、間歇性彈性成像、振動性彈性成像，其中壓迫性彈性成像應用最廣，技術最為成熟。1991年，Ophir[2]等首次將壓迫性超聲彈性成像應用于臨床，經過多年的實踐，目前，主要應用于乳腺、前列腺、甲狀腺、血管壁等組織器官，其中，在乳腺、甲狀腺疾病方面研究更為深入，技術更加成熟[3-11]。此外，組織彈性成像還可應用于肝纖維化的診斷、局部心肌功能評價以及高強度聚焦超聲（HIFu）與射頻消融（RFA）引起的損害的檢測與評估[12-14]。Kallel[15]等最早將超聲彈性成像應用在羊的腎臟上；Weitzel[16]等將超聲彈性成像用在腎移植后的病人，用來監測腎移植后發生的慢性排斥反應，研究發現，發生慢性排斥反應的腎臟的彈性是正常的1/3。在國內，姚春曉、傅寧華等[17-18]將間歇性超聲彈性成像（剪切波）技術應用于慢性腎病的研究，目前尚無超聲彈性成像應用在移植腎排斥反應方面的相關報導。

CR發生隱匿、緩慢，主要由免疫性和非免疫性機制所造成，有類似于慢性腎炎的發病特點和病理變化，通常是一種不可逆的變化。慢性排斥反應屬于遲發型變態反應，發生于移植后數月甚至數年之后，表現為進行性移植器官的功能減退直至喪失；病理特點是血管壁細胞浸潤、間質纖維化和瘢痕形成，有時伴有血管硬化性改變。其機制可能為急性排斥細胞壞死的延續；炎性細胞相關的慢性炎癥；抗體和細胞介導的內皮損傷；管壁增厚和間質纖維化。由此可以推斷，移植腎慢性排斥反應發生后，隨著時間延長病理改變逐步加重，移植腎實質順應性降低，即硬度增加。本組實驗數據與病理分析相符合，證實慢性排斥反應皮質及髓質的硬度較正常組增加，其中，彈性指數E的改變以皮質更為顯著，P＜0.0003。

正常移植腎組和慢性排斥移植腎組彈性指數E，均為腎皮質區＞腎髓質區＞腎竇區，即E2＞E1＞E3，符合移植腎臟的解剖特點。隨著慢性排斥反應的發生，移植腎病理發生變化，主要為血管壁細胞浸潤、間質纖維化和瘢痕形成，有時伴有血管硬化性改變，上述改變主要發生在實質，特別是皮質，而腎竇部分改變不明顯。本組實驗，慢性排斥移植腎組與正常移植腎組對照，E2增大（P＜0.0003）、E1及E3無明顯改變（P＞0.05），與上述病理變化一致。不同分組的彈性比值E-ratio統計分析，慢性排斥反應組較正常組增大，差異有顯著性（P＜0.0023）。慢性排斥組移植腎皮質和髓質均有順應性降低，即硬度增加，但血管壁細胞浸潤、間質纖維化、瘢痕形成、血管硬化等改變主要發生在皮質，所以皮質彈性指數E2增大幅度超過髓質彈性指數E1。本研究初步證實腎移植術后正常組和慢性排斥組皮質的彈性指數E2及皮髓質彈性比值差異顯著， E2及E-ratio可為臨床判斷腎移植術后慢性排斥反應提供一定的參考價值。但是正常組E2及E-ratio數值的正常值參考范圍，腎移植術后不同時期E2及E-ratio的數值變化、E2及E-ratio與肌酐上升的幅度之間的相關性尚需積累更多的病例資料。

移植腎位置表淺，緊貼于腹壁，無腸道及其內容物干擾，所以能夠有效實現壓迫式超聲彈性成像。需要注意的是做超聲彈性成像時需囑患者屏氣或平靜呼吸以減少移植腎隨呼吸運動帶來的誤差，才能獲得滿意的效果。

移植腎彈性成像檢查（壓迫式）操作簡便，可重復性高，且無創傷、無需造影劑、價格低廉、便于復查隨診。移植腎正常組和慢性排斥組超聲彈性成像圖像特征差異明顯，腎皮質彈性指數E2和皮髓質比值E-ratio差異顯著，故在臨床有著良好的應用前景，值得進一步深入研究。

[1] Taylor LS,Porter BC,Rubens DJ,et al.Three dimensional sonoelastography:Priciples and practices[J].Phys Med Biol,2000,45(6):1477-1494.

[2] Ophir J,Cespedes I,Ponnekanti H,et al.Elastography:a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues [J].Ultrason imaging,1991,13(2):111-134.

[3] Carmela A,Alessandra G,Alessandro P.US-elastography in the differential diagnosis of benign and malignant thyroid nodules[J].Thyroid,2008,(5):523-531.

[4] Fleury EF,Rinaldi JF,Piato S.Appearance of breast masses on sonoelastography with special focus on the diagnosis of fibroadenomas[J].European Journal of Radiology,2009,19(6):1337-1346.

[5] Fleury Ede F,Fleury JC,Piato S.New elastographic classification of breast lesions during and after compression[J].Diagnostic and Interventional Radiology,2009,15(2):96-103.

[6] Moon WK,Huang CS,Shen WC.Analysis of elastographic and B-mode features at sonoelastography for breast tumor classification[J].Ultrasound in Medicine and Biology,2009,35(11):1794-1802.

[7] Scaperrotta G,Ferranti C,Costa C.Role of sonoelastography in non-palpable breast lesions[J].European Journal of Radiology,2008,18(11)2381-2389.

[8] Rago T,Vitti P.Role of thyroid ultrasound in the diagnostic evaluation of thyroid nodules[J].Best Practice & Research:Clinical Endocrinology & Metabolism,2008,22(6):913 -928.

[9] Thomas A,Fisher T,Frey H,et al.Real-time elastography an advanced method of ultrosound:first result in 108 patients with breast lesions[J].Ultrasound Obstet Cynecol,2006,28(3):335-340.

[10] Miyanaga N,Akaza,Yamakawa M,et al.Tissue elasticcity imaging for diagnosis of prostate cancer:a preliminary report[J].Int J Urol,2006,13(12):1514-1518.

[11] 耿京,唐軍,祁文娟.聲觸診組織量化技術在子宮肌層病變中的應用初探[J].中國醫療設備,2012,27(5):140-141.

[12] Talwalker JA,Kurtz DM,Schoenleber SJ,et al.Ultrasoundbased transient elastography for the detection of hepatic fibrosis:systematic review and meta-analysis[J].Clin Gastroenterol Hepatol,2007,5(10):1214-1220.

[13] Luo J,Fujikura K,Konofagous EE.Detection of murine infarcts using myocardial elasgraphy at both high temporal and spatial resolution[J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc,2006,(1):1552- 1555.

[14] Varghese T,Zagzebski JA,Lee FT Jr.Elastography imaging of thermal lesions in the liver in vivo following radiofrequency ablation:preliminary results[J].Ultrasound Med Biol,2002,28(11-12):1467-1473.

[15] Kallel F,Ophir J,Magee K,et al.Elastographic imaging of lowcontrast elastic modulus distributions in tissues [J].Ultrasound Med Boil,1998,24(3):409-425.

[16] Weitzel WF,Kim K,Rubin JM,et al.Renal advances in ultrasound elasticity imaging: measuring the compliance of arteries and kidneys in end-stage renal disease[J].Blood Purif, 2005,23(1):10-17.

[17] 姚春曉,傅寧華,楊斌等.聲觸診組織定量分析在慢性腎病中應用的初步探討[J].中國超聲醫學雜志,2009,25(12):1169-1172.

[18] 傅寧華,楊斌,姚春曉,等.聲觸診組織定量分析評估慢性腎病患者腎臟彈性[J].中華醫學超聲雜志,2010,7(12):2122-2126.