應用超聲彈性成像技術評價移植腎硬度的研究進展

戴俊臣，陳 琴，周 果，吳 昊，邱金鑾

(1.遵義醫學院，貴州 遵義 563003；2.四川省醫學科學院·四川省人民醫院超聲科，四川 成都 610072)

△通訊作者

應用超聲彈性成像技術評價移植腎硬度的研究進展

戴俊臣1，陳 琴2△，周 果2，吳 昊1，邱金鑾1

(1.遵義醫學院，貴州 遵義 563003；2.四川省醫學科學院·四川省人民醫院超聲科，四川 成都 610072)

超聲彈性成像技術是一項新的超聲技術，其發展和推廣應用需要長期、大量的臨床研究。本文從超聲彈性成像的原理、發展、分類、運用于腎臟的理論依據、不同種類彈性成像在移植腎中的應用及現階段彈性成像的影響因素方面進行綜述，希望促進超聲彈性成像技術在移植腎方面的應用。

超聲彈性成像；移植腎

當前我國腎臟移植手術普遍開展，腎移植技術日趨成熟，腎移植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發達國家仍有很大差距。慢性移植腎腎病(chronic allograft nephropathy，CAN)是移植腎功能遠期失功的首位原因。生物組織彈性或硬度的大小主要依賴于物質的分子構成和這些分子構成在宏觀及微觀上的組織形式。傳統的觸診即是醫生通過手的觸碰了解患者體表或臟器組織的硬度情況，至今及以后仍將普遍采用。但由于個體主觀因素及缺乏量化等因素的影響，此法存在較大的局限性。在醫學影像檢查廣泛應用的今天，以影像為基礎的彈性成像技術解決了這一難題，為臨床提供了更多的信息，逐漸成為臨床關注的熱點。超聲彈性成像是彈性成像中的一種，根據其原理不同又分為助力式和聲力式。助力式超聲彈性成像目前主要應用于實時組織彈性成像(real-time tissue elastography，RTE)，聲力式超聲彈性成像包括瞬時彈性成像(transient elastography，TE)、聲輻射力脈沖彈性成像(acoustic radiationforce impulse imaging，ARFI)及超高速剪切波成像(supersonic shear imaging，SSI)[1～3]。

1 超聲彈性成像技術工作原理

超聲彈性成像的基本原理是對組織施加一個內部或外部的動態或靜態的激動，利用探頭或特定裝置，沿探頭方向縱向壓縮組織，在生物力學、彈性力學等物理因素作用下，組織將產生一個響應(如位移、應變)。根據響應不同，利用超聲成像方法，結合數字信號或數字圖像處理技術，直接或間接反映組織內部位移屬性的差異[4]。

2 超聲彈性成像的發展狀況及超聲彈性成像應用于移植腎的理論依據

1991 年Ophir等[1]首次提出彈性成像的概念并首次將壓迫性超聲彈性成像應用于臨床。經過多年的實踐，彈性超聲的研究成為目前超聲領域的熱點。目前，主要應用于乳腺、前列腺、甲狀腺等[5～7]淺表組織器官，且在乳腺、甲狀腺疾病方面研究更為深入，技術更加成熟。近幾年，超聲彈性成像在肝臟方面的研究也普遍開展。基于肝臟超聲彈性成像研究的基礎，腎臟超聲彈性成像也在不斷發展。

慢性腎病(主要是腎小球疾病)是彌漫性腎病中最為常見的，也是移植腎功能遠期失功的首位原因。其主要表現為進行性腎小球硬化、腎小管萎縮、腎間質纖維化、血管內膜增生等。這些都會導致移植腎的硬度發生變化，腎功能惡化。而且，目前臨床上缺乏可靠、無創、準確的評估慢性腎病病理改變的方法；移植腎緊貼于腹壁，位置表淺，無腸道及其內容物干擾，所以能夠有效實現超聲彈性成像。

3 RTE在移植腎檢查中的應用

RTE需要檢查者手持探頭以固定頻率向組織施壓，比較加壓過程中同一層次的正常組織及病變組織的彈性應變率，然后用不同顏色表示其相對硬度。主要機型有美國 GE 公司 LOGIQ E9，日立HI VISION Preirus彩色多普勒超聲儀，Philip Elast PQ等。祝志敏等運用RTE在移植腎方面進行了一系列研究。其首先對53例同種異體腎移植患者(其中穩定組24例，急性排斥組29例)研究[8]發現，穩定組與急排組使用5分法評分后，以3分為界兩者差異有統計學意義，認為超聲彈性成像5分法對移植腎急性排斥的診斷有幫助，可以用于移植腎急性排斥的診斷及治療后的復查監測。隨后，其對55例同種異體腎移植手術患者(其中穩定組26例，排斥組29例)研究[9]發現，排斥組移植腎體積及錐體高度增大、葉間動脈收縮期最大流速減低，阻力指數(RI)增高，排斥組皮質應變均值(MEAN)小于穩定組，皮質硬度大于穩定組，認為RTE有助于早期診斷移植腎急性排斥反應。其后續[10]對40例腎移植患者檢查發現，RTE用于移植腎檢查具有典型的超聲彈性成像聲像圖特點，其定量分析值較穩定。李嫚等[11]對34例腎移植患者以血肌酐(Scr)男性110 μmol/L、女性90 μmol/L為界分正常組及慢性排斥組，其彈性指數E均為腎皮質區(E2)>腎髓質區(E1)>腎竇區(E3)，慢性排斥組E2、E-ratio(E2/E3)均較正常組增大、E1及E3無明顯改變。曾碧丹等[12]檢查46例腎移植患者，其中穩定組26例，CAN組20例(病理證實)發現，CAN 組髓質/皮質(B/A)、皮質AREA%均大于SF 組，皮質MEAN 值小于SF 組，組間髓質MEAN、AREA%差異無統計學意義。Ozkan 等[13]通過RSE 測量42例腎移植患者移植腎皮質的硬度，發現腎實質彈性指數與彩色多普勒超聲阻力指數(RI)和搏動指數(PI)呈明顯正相關，只是觀察者間的差異較大。

4 TE及ARFI在移植腎檢查中的應用

TE 及ARFI 技術是將聚焦聲脈沖作用于組織感興趣區，使其產生瞬時的縱向壓縮及橫向振動，以縱向壓縮為基礎對組織進行彈性成像，稱為聲觸診組織成像技術(virtual touch tissue imaging，VTI)；而橫向振動以剪切波的形式向周邊擴散傳播，利用相鄰波峰時間差計算剪切波速度(shear wave velocity，SWV)，稱為聲觸診組織定量(virtual touch quantification，VTQ)，SWV 越高表示所測組織硬度越大。TE 屬于一維瞬時彈性成像系統，無聲像圖引導，主要機型有法國Echosense Fibroscan，而ARFI 整合于常規二維超聲系統中，更有利于感興趣區域的定位，主要機型有西門子公司Acuson S2000等。Arndt 等[14]對57例同種異體腎移植患者的研究表明腎實質(皮質與髓質)硬度與腎間質纖維化程度的正相關性明顯，與腎小球濾過率呈明顯負相關；TE 連續顯示的硬度改變有助于說服肌酐穩定的部分移植腎患者接受診斷性活檢，研究認為TE 最有前景的應用是追蹤移植腎實質硬度(移植腎實質結構)隨時間的改變，但在移植腎功能惡變的情況下，TE 不能取代活檢。Lukenda等[15]對52例移植腎患者(其中23例經活檢證實有腎功能障礙)進行TE隨訪檢查發現，移植腎彈性強度和腎小球濾過率(eGFR)高度負相關，即eGFR越高，移植腎的彈性強度越小。此外，移植腎彈性強度與腎活檢的間質纖維化程度之間呈高度正相關。Syversveen 等[16]對30 例同種異體腎移植患者的檢查發現，VTQ 無法明顯區分無纖維化與輕度纖維化的移植腎之間的差異，觀察者不同測得的VTQ 數值差異亦較大，且無法證實VTQ 是否能夠反映移植腎纖維化程度隨時間的變化。Stock 等[17]將18 例經病理證實的CAN 患者的VTQ 值與彩色多普勒超聲檢測結果進行比較，證實VTQ 值、RI 值均與移植腎纖維化程度有相關性，但兩者間無明顯相關性，推測兩者是解釋移植腎纖維化程度的兩個獨立因素。后續其研究[18]進一步發現，在急性腎小管壞死、環孢素毒癥腎病及CAN均表現為RI 增高的疾病中，經過病理證實僅發生急性T 細胞介導的CAN 其顯示的ARFI 均值增大約15%，這一結果對不同類型CAN 的鑒別診斷有很大幫助。趙靜等[19]研究發現，VTQ 均值與GFR 呈顯著負相關，與弓形動脈RI 無顯著相關性，而RI 與GFR無顯著相關性。He等[20]對102例腎移植患者(其中腎功正常52例，腎功異常50例)檢查結果做ROC曲線，發現與RI相比用SWV診斷移植腎功能障礙的敏感性及特異性均較高，從而得出結論ARFI比彩色多普勒結果RI更準確的量化診斷移植腎的功能。任秀昀等[21]運用ARFI技術檢查98例腎移植患者，結果發現移植腎皮質剪切波速度：動脈RI 增高患者>移植腎功能異常患者>移植腎功能正常者。

5 SSI在移植腎檢查中的應用

SSI是通過精確控制聲波輻射脈沖，以超音速(20000 Hz)在組織的不同深度連續聚焦，增加剪切波的產生，獲得剪切波速度，將超高時間分辨率的剪切波速度圖像進行彩色編碼，并記錄剪切板在組織中的傳播過程并合成組織彈性圖。最后定量測量反映組織彈性的楊氏模量值[22]。主要機型有法國聲科SuperSonic Imagine。Grenier等[23]對43 例腎移植患者的研究表明(腎皮質彈性的變異系數分別為20%和12%)。腎皮質硬度和臨床參數與腎臟半定量Banff 得分及腎間質纖維化的程度沒有相關性。但是，腎皮質硬度在慢性病變和所有腎臟基礎病變的Banff 總得分呈顯著相關。結論SSI 定量測量移植腎硬度，是一種無創的整體評估組織惡化程度的檢測手段，具有前瞻性意義。剪切波超聲彈性成像可能為腎臟疾病提供常規超聲之外的診斷信息。

6 移植腎超聲彈性成像的影響因素

移植腎超聲彈性成像的影響因素眾多。首先，薛立云等[24]選用豬的離體腎組織并分別以脂肪、肌肉和肝不同介質，發現深度越大物體SWV 越小，介質不同，物體SWV 之間有顯著差異。俞清等[25]的研究發現，隨著物體放置深度的增加，彈性分級相應地增加。由于移植腎位置較表淺，可以準確地測量移植腎組織的彈性。但如果移植腎患者皮膚及皮下脂肪較厚，移植腎彈性的測量可能會受影響。其次，無論使用何種彈性成像技術測量移植腎組織的彈性，都必需熟知腎的相關特性，必需熟知相關的影響因素。如剪切波傳導速度易受多種機械性參數、功能性指數參數的影響，如：各向異性及血流狀態。準確評價這些因素對剪切波的影響對于減少測量誤差，增加測量的重復性、準確性十分重要。目前國內外許多關于慢性肝病的研究表明血流動力學對組織硬度有潛在影響，因此推斷腎臟纖維化可能也繼發于腎血流動力學改變[26～28]。Syversveen等[29]應用ARFI 測量移植腎，發現彈性測值與探頭作用于腹壁的壓力相關，壓力增大將導致測值升高。Gennisson等[30]研究發現組織的各向異性程度等結構特征、尿道壓力及血流指數會影響剪切波傳導速度及腎組織(尤其是皮質) 的彈性值。腎臟實質結構的各向異性非常明顯，腎髓質的亨利氏環和直管、皮髓質內的集合管近乎平行走行，它們都近乎垂直于腎被膜延伸至腎乳頭，腎組織的各向異性在皮質可達30%，在髓質高達50%。因此，如果超聲聲束平行于這些結構剪切波的傳播方向便垂直于這些結構，途經較多的血管及集合管界面，傳導速度便被減弱，彈性測值便減低。相反，如果超聲波束垂直于這些結構，剪切波傳導過程中界面干擾較少，彈性測值相對較高。此外，血管壓力也明顯影響彈性測值，尤其是皮質的血管壓力。其進一步研究表明，當腎動脈結扎后腎組織彈性測值降低明顯；相反，當腎靜脈結扎后腎組織彈性測值卻顯著升高。尿道梗阻后對腎組織的彈性測值影響很大，呈線性上升。

7 ARFI技術新進展：聲觸診組織成像定量技術(VTIQ)

VTIQ又稱“鷹眼”技術，是第三代剪切波速度成像技術。它是將剪切波彈性成像與定量同屏操作、顯示，在瞬間獲取感興趣區的絕對硬度值。其具有下列特點：①剪切波彈性成像具有實時回饋系統用以評價彈性圖像的質量；②剪切波彈性成像同時具備速度、時間、位移、質量等多種模式顯示；③剪切波測速范圍0.5～10 m/s，可視可調，并可以設定最低和最高閾值；④剪切波測量感興趣區最小可達1mm×1mm，并隨深度變化自動調節。其區別于以往彈性成像最大的優點是：具有質量控制模式，可以觀察取樣圖像的優劣。測試者可以通過質量控制模式區分哪里的剪切波速度估算是準確的，哪里不準，此舉有助圖像識別。這在一定程度上克服TE、ARFI、SWE應變彈性成像方法的局限性及不同操作者之間的差異性，使彈性成像重復性更高[31]。目前，此技術在甲狀腺及乳腺等[32，33]淺表器官上的應用已有研究，在移植腎方面的研究尚無報道。

移植腎對每個腎移植患者及其家人都極為重要。粗針穿刺組織學活檢是目前診斷CAN的“金標準”，但是因為其為創傷性檢查，有可能對移植腎產生損傷，影響移植腎功能；還存在術疼痛后出血及一系列并發癥，給患者帶來了諸多不便與痛苦，使得臨床應用的普遍性受限。而且病理檢查結果往往需要等到穿刺后5～7日，治療也因診斷的滯后而受到影響。在移植腎組織結構出現微小變化時，即疾病的早期或可逆階段通過無創檢查方法早期診斷CAN，并且評估移植腎的治療及預后，提高移植腎患者的長期生存率，具有重要的臨床價值。超聲彈性成像檢測腎臟彈性技術的出現可以為臨床提供更多的診斷信息。這種無創性的評價移植腎硬度的方法可能會成為臨床診斷的新手段。

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Ultrasonic elastography techniques to evaluate the research progress of graft hardness

DAI Jun-chen，CHEN qin，ZHOU Guo，WU Hao，QIU Jin-luan

R445.1；R692

B

1672-6170(2015)03-0153-04

2014-12-10；

2015-01-13)