三維超聲VOCAL技術定量腎積水與患腎容積比值評價兒童腎積水患腎功能的應用研究

周蔚　李靈珊

【摘要】 目的：探討三維超聲體積自動測量（VOCAL）技術和三維腎積水容積/腎臟容積比在定量評價兒童腎積水及患腎功能中的應用價值。方法：采用三維超聲VOCAL技術及虛擬器官計算機輔助定量分析方法，檢測99例3個月～14歲單側腎積水患兒的腎積水容積、健側腎臟及患側腎臟容積，得出腎積水與患側腎臟容積比，分析健側及患側腎臟容積變化與腎臟長徑和體表面積的相關性，分析腎積水與患側腎臟容積比值和腎積水病情程度的匹配度及相關性。結果：隨著體表面積的增長，健腎及患腎的長徑和體積均呈逐漸增加的趨勢，其與體表面積均呈線性正相關（r>0.8），患側腎臟三維體積及長徑均較健側腎臟增大，差異均有統計學意義（P<0.001），隨著腎積水程度的增加，腎積水占腎臟體積的比值逐漸增大，分布區間的離散性越大，各級腎積水組間的腎積水（HV）/患腎體積（KV）比較差異均有統計學意義（P<0.001）。結論：三維超聲VOCAL技術和三維腎積水與腎臟容積比作為一種新的量化指標，具有良好的可行性和重復性，可用于評估和預測腎臟功能、病情轉歸，對患兒臨床病情的監測和遠期隨訪管理有積極意義。

【關鍵詞】 腎積水； 三維超聲； 腎臟容積； 自動測量技術； 容積比

Diagnosis Value of Three-dimensional Ultrasound Virtual Organ Computer-aided Analysis Technique Measured Hydronephrosis Volume and Kidney Volume Ratio to Evaluate Renal Function of Children with Hydronephrosis/ZHOU Wei，LI Ling-shan.//Medical Innovation of China，2017，14（14）：054-058

【Abstract】 Objective：To investigate the value of three-dimensional ultrasound virtual organ computer-aided analysis（VOCAL） technique measured hydronephrosis volume and kidney volume ratio to evaluate renal function of children with hydronephrosis.Method：99 children from 3 months to 14 years old with unilateral hydronephrosis were selected and examinated by the three-dimensional ultrasound to obtain the hydronephrosis volume（HV），kidney volume（KV）and HV/KV volume ratio.The relationship between the major axis and volume of both side of the kidney and body surface area（BSA）were analyzed，further concluded the correlation between HV/KV ratio and the degree of hydronephrosis.Result：Kidney volume and kidney major axis were gradually increased with the increase of BSA，which was positively correlated（r>0.8）.Three-dimensional kidney volume and major axis of the hydronephrosis were significantly higher than those of the normal kidney（P<0.001）.With the deteriorate of hydronephrosis degree，HV/KV ratio were increased，and distribution interval of HV/KV ratio widened.Conclusion：HV/KV value provided by three-dimensional ultrasound with VOCAL technique can provide valuable prediction of the function of hydronephrosis in children，which is helpful to the treatment planning and prognosis assessment.

【Key words】 Hydronephrosis； Three-dimensional ultrasound； Kidney volume； Virtual organ computer-aided analysis； Volume ratio

First-authors address：Shenzhen Childrens Hospital，Shenzhen 518038，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.14.015

小兒先天性腎積水是兒童泌尿外科的常見病之一，其主要病因包括先天性腎盂輸尿管交界處狹窄、膀胱輸尿管交界處狹窄、膀胱輸尿管反流、后尿道瓣膜等，既往研究證實早期診斷并盡早手術對腎積水的預后有著積極的作用[1]。二維超聲通過評估腎臟的長徑、腎盂分離的前后徑及腎實質厚度等參數診斷及評價兒童腎積水已得到臨床醫師的廣泛認可，由于腎盂、腎盞的形態不規則、僅通過一個切面難以準確評估，其仍存在對腎積水病情隨訪及檢查中敏感性較低、無法準確反映腎臟積水量變化的缺點。三維超聲體積自動測量（VOCAL）技術在不規則形態的臟器和病灶的容積測量中的優勢已廣為人知，并廣泛應用于超聲心動圖、孕產超聲等領域[2-3]。本研究旨在通過三維超聲VOCAL技術定量腎積水兒童的腎臟容積和腎積水容積，得出積水容積/患腎容積比、并與腎積水的分級進行匹配分析，得出相應的特征及規律性，探討三維超聲VOCAL技術在定量評價小兒腎積水及患腎功能中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2011年7月-2016年8月在深圳市兒童醫院就診的單側腎積水患兒共99例，其中男88例，女11例；年齡11 d～18歲，平均（28±24）個月；左腎積水55例、右腎積水44例。

1.2 方法 使用GE Voluson E8、GE Voluson 730彩色多普勒超聲診斷儀，內置三維超聲體積自動測量VOCAL技術軟件，RM6C三維容積探頭，頻率4～8 MHz進行測量，二維及三維超聲檢查及容積成像時患兒均取仰臥位，在睡眠或安靜狀態下檢查，檢查前避免大量飲水及膀胱過度充盈。（1）二維超聲：泌尿系統常規檢查，測量雙側腎臟的長徑、腎盂分離最大前后徑、患腎實質厚度等參數。（2）三維超聲：獲得腎臟最大長軸切面后切換至三維模式，調整容積取樣框大小和俯仰角，使之包納整個腎臟，對雙側腎臟進行自動圖像采集并存儲于超聲儀內置硬盤內。（3）容積測量：掃描完成后調取存儲圖像，使用超聲儀內置的VOCAL軟件，啟動虛擬器官計算機輔助分析功能，以A平面為參考平面，以Y軸為中軸，15°為間隔，順次手動描記12個切面的腎臟或腎積水輪廓共計180°，系統自動計算體積，見圖1。用上述方法分別測量患兒健腎容積、患腎容積、患腎積水容積，每個病例重復描記3次取其平均值。

1.3 腎積水的分級標準 參照Grignon分級方法和胎兒腎積水分級方法，將排除原發膀胱輸尿管返流的兒童及胎兒腎積水分為5級，0級表示無腎積水；1級表示腎盂輕度分離；2級表示除腎盂擴張外，一個或幾個腎盞擴張；3級表示腎盞均擴張；4級表示腎盞擴張伴腎實質變薄[4]。

1.4 體表面積及腎積水與患腎容積比值計算 測量所有受檢者身高、體重，計算體表面積，體表面積=0.0061×身高（cm）+0.0128×體重（kg）-0.1529。腎積水容積（hydronephrosis volume，HV）與患腎容積（kidney volume，KV）比值=腎積水的容積/患側腎臟的容積。

1.5 統計學處理 使用SPSS 20.0統計軟件對所得數據進行統計分析，計量資料用（x±s）表示，比較采用t檢驗；計數資料以率（%）表示，比較采用 字2檢驗，非正態分布數據用中位數四分位間距表示、作箱式圖、頻次圖。Pearson相關性分析獲得相關系數（r）及回歸方程，當r≥0.7時為高度相關，0.7>r≥0.4時為中度相關，0.4>r≥0.2時為低度相關。隨機抽取20例患兒雙腎容積及腎積水容積進行觀察者組間、組內及再測量的差異性分析，評價結果的重復性。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患兒兩側腎容積與體表面積的關系 隨著患兒體表面積的增長，健腎及患腎的長徑和容積均呈逐漸增加的趨勢，散點圖示與體表面積均呈線性正相關，相關性強（r>0.8），見圖2、3。

2.2 患兒患側腎臟和健側腎臟三維體積及長徑比較 對患兒兩側腎臟三維體積及長徑均行配對樣本t檢驗，結果示患側腎臟三維體積及長徑較健側腎臟均增大，比較差異有統計學意義（P<0.001），見表1。

2.3 各級腎積水HV/KV比值比較 按Grigon分級標準：輕度腎盂擴張、輕度腎積水、中度腎積水、重度腎積水分別為31、24、24、20例，各組的腎積水體積/患腎體積比的均數及區間依次為：0.11、0.70～0.23；0.19、0.09～0.29；0.31、0.25～0.44；0.49、0.40～0.77。對本組所有病例的腎積水/患腎體積比行方差齊性檢驗，方差不齊，故采用獨立樣本非參數檢驗（Kruskal-Wallis檢驗），各級腎積水患腎組間的HV/KV比值比較差異有統計學意義（P<0.001），見表2。對各級腎積水組的HV/KV比值分別做分布區間的頻次圖及箱式圖，結果示隨著腎積水程度的增加該比值和分布區間的離散性逐漸增大，見圖4、5。

3 討論

先天性腎積水及相關的尿路梗阻是最常見的小兒泌尿系統疾病[5]。2003年進行的一項前瞻性隊列研究顯示，腎積水及相關疾病的發生率為7.6‰，較二十世紀90年代初期有所上升[6]，最常見的病因包括腎盂輸尿管交界處梗阻和膀胱輸尿管反流、高位輸尿管開口、腎盂輸尿管連接部瓣膜、輸尿管外部索帶壓迫和粘連、腎盂輸尿管內息肉及迷走血管或副血管壓迫等[7]。

Lee等[8]學者的循證醫學研究通過二次分析1645篇文獻，證實了胎兒期腎盂分離的程度與兒童腎積水的病情程度及進展存在必然相關性，胎兒出生后的腎臟泌尿病理學的風險取決于胎兒期腎積水及泌尿系梗阻的嚴重程度及分級。腎積水患兒的病情進展和腎功能惡化風險隨著腎積水程度的增加而逐步升高，在輕度、中度、重度腎積水中的風險依次為11.9%、45.1%、88.3%。新近研究結果建議，在充分監測患兒病情及腎功能變化的前提下，可以首選非手術治療先天性腎積水患兒[9-10]，僅有22%的重度新生兒腎積水需在出生后立即行腎盂成形術，病情及腎功能監測、包括腎盂造瘺術在內的保守治療及疾病管理對腎積水患兒病程的控制是行之有效的。提示科學、合理地評價腎積水的病情程度在兒童腎積水預后風險評估中有重要意義。

泌尿系超聲檢查是目前臨床公認在先天性腎積水的診斷、病情監測及手術前、后病情隨訪中最便捷有效的非侵入性檢查方法[11]。Chertin等[12]在2002年發表的一項研究顯示：在≥2次連續性超聲檢查中，腎積水的進展程度可作為尿路梗阻的早期征兆，超聲波成像技術在先天性腎積水的病程管理中是行之有效的。近年來，隨著計算機技術的日漸精進，三維超聲在定量和評估腎臟疾病程度和腎實質受損中的作用日益顯現[13-14]。

三維超聲體積自動測量（VOCAL）技術是近年興起的應用三維超聲評估器官體積的一種超聲儀內置軟件，已應用于心腔及卵巢、宮頸、胎盤、胎兒腎上腺、胎兒腎臟及膀胱等容積定量研究領域[15-16]，與目標臟器的實際體積均有良好的相關性，并在不同的測量者間有較好的重復性[17]。采集目標器官和病灶的三維容積圖像，以選定的軸為中心按一定旋轉步長旋轉將其自動切割成若干個切面（總角度等于180°），可選擇每隔15°（12個切面）、20°（9個切面）、30°（6個切面）等角度作為一個旋轉步長，選擇的間隔角度越小則需勾畫測量的切面越多，再勾畫出各切面中的目標臟器或病灶邊界，通過超聲儀內置的三維體積自動測量軟件自動積分求出每個間隔角度的體積再自動疊加計算得出目標臟器或病灶的總體積。既往研究已經證實，VOCAL三維容積自動測量技術是有效和可靠的[18]，一些學者通過對不同測量者和同一測量者間分別選擇15°和30°的選擇間隔角度進行容積測量發現，盡管隨著旋轉間隔角度的增大體積評估的可靠性有所降低，但不同角度測值間仍存在強相關性（ICC約為0.998）[19]。對切面形態相對規則的臟器和病灶，例如腎臟，選擇30°的旋轉間隔角度可提供更高的體積評估效率、節省測量時間，對于形態不規則的結構，如胎兒肺臟、胎盤、子宮內膜、腎積水等體積的估計可能選擇大于6個平面以獲得更可靠的評價結果[20]。本組病例均采用12平面進行測量，不同測量者間均獲得良好的一致性，比較差異均無統計學意義（P>0.05），提示測量結果可靠性及重復性良好。

筆者在先天性腎積水患兒的病情進展檢查和治療前后的隨訪中發現，病程的進展和好轉是一個緩慢的過程。在二維超聲中可僅僅表現為腎臟長徑和腎盂分離前后徑的細微變化、而腎積水分級沒有明顯的變化，且超聲測值的大小容易受到切面、測量部位和主觀經驗的影響，經腰部和背部測量的腎臟長徑亦有不同[21]，主觀性較大，缺乏客觀、穩定的量化依據，在臨床評估病情細微變化、治療效果、病情溝通中的作用存在局限性。三維超聲下定量腎臟和腎積水的容積通過在至少6個平面上描記腎積水及腎臟邊界計算面積后疊加得出容積，較單切面的描記面積或單切面的應用橢圓形公式推算面積更為準確，在先天性腎積水患兒在腎積水等級無變化時，可定量腎臟容積和積水量的變化，使反映腎臟功能的細微變化成為可能[22]。

腎積水（HV）/患腎容積（KV）比值是通過分別測量腎積水容積和患腎容積相除后得到的，其設置的解剖及理論依據為：腎臟的容積是由腎實質及腎盂、腎盞、腎竇構成，當腎積水時，隨著中央集合系統分離的擴大、積水量的增加、腎臟的包膜延展性受限、腎實質受積水壓迫變薄。因此，HV/KV比值可綜合反映腎臟大小、腎實質厚度、腎積水量間的關系，比值越低，說明腎積水的程度越低、腎實質的厚度趨向于正常，反之則越重，腎實質受損變薄的程度越高。本組病例中，輕度腎盂擴張、輕度腎積水、中度腎積水、重度腎積水分別為31、24、24、20例，其中各組的HV/KV比值均數及區間依次為0.11、0.70～0.23，0.19、0.09～0.29，0.31、0.25～0.44，0.49、0.40～0.77，說明隨腎積水程度等級越高，腎積水占腎臟體積的比值越大，HV/KV比值的范圍、離散性越大，提示在二維超聲測量腎臟長徑、腎盂分離前后徑的基礎上結合HV/KV比值可為臨床提供更精確和量化的病情變化信息，通過該比值的變化，臨床醫師可以直觀地觀察到患兒在同一腎積水分級下積水量和腎臟體積、腎實質的變化，

綜上所述，三維超聲VOCAL技術和三維HV/KV比值作為一種新的量化指標，具有良好的可行性和重復性，可用于評估和預測腎臟功能、病情轉歸，為臨床醫師評估患兒的病情變化、手術時機、手術效果、隨訪病情提供更有說服力的量化依據，對患兒臨床病情的監測和遠期隨訪管理有積極意義。

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（收稿日期：2017-03-13） （本文編輯：程旭然）