超聲剪切波彈性成像在腎臟疾病中的應用進展

肖雨菲(綜述)，韓若凌(審校)

(河北醫科大學第四醫院超聲科，河北 石家莊 050011)

腎臟疾病病因繁多，發病機制復雜，且有相當比例的腎臟疾病隨病程進展表現出不可逆性，因此，對于腎臟疾病的早發現、早診斷、早治療便顯得尤為重要。CT、MRI及常規傳統超聲技術必須在腎臟具備形態學改變時方可發現病變，在疾病診斷的時效性及準確性方面均有所限制，而剪切波彈性成像技術基于生物組織的硬度特性，可定量反映腎臟組織的生理狀態，為臨床醫師早期發現腎臟疾病及全面評估疾病嚴重程度提供及時、有效的影像學依據。現對超聲剪切波彈性成像在腎臟疾病中的應用進展綜述如下。

1 超聲剪切波彈性成像技術的基本概念

超聲彈性成像于1991年由Ophir等第一次提出，通過計算生物組織的彈性系數進行評估其硬度[1]。而SWE 則是Sarvazyan等于1998年首先提出，現已成為目前最為前沿、精準的超聲彈性成像技術[2]。根據歐洲醫學和生物學超聲學會聯合會發布的指南，超聲彈性成像(ultrasonic elastography,UE)可以細分如下：①應變彈性成像(real-time strain elastography，RTE)，也稱為準靜態和定性彈性成像，人工施加壓力，通過比較換能器施加力之前和施加力之后的兩個超聲回波來測量組織的定性應變；②剪切波彈性成像，也稱為定量彈性成像，包括一維式瞬態彈性成像(transient elastography，TE)，聲輻射力脈沖(acoustic radiation force impluse，ARFI)和實時剪切波彈性成像[3]。“剪切波彈性成像”究其本質是一種動態彈性成像技術，通過跟蹤穿過給定介質的剪切波來評估組織的硬度，利用楊氏模量，其中E=qCs2,E代表楊氏模量值絕對值，q(rho)=密度,Cs=剪切波速度，以米/秒(m/s)為單位，將剪切波速度與組織剛度(即彈性)建立了正相關，通過確定剪切波速度，即可計算和量化組織剛度[4]。

剪切波可以被認為是通過施加的力在給定組織的分子中引起的形變波。相對于超聲波束的激發發射，剪切波沿垂直方向傳播，它通常與感興趣的結構平行(圖1)。

圖1 與激發超聲束相關的剪切波傳播的基本原理。來自超聲束的入射瞬態脈沖(綠色箭頭)產生剪切波(橫向箭頭)，該剪切波在垂直方向上在目標組織內傳播。剪切波的速度以米/秒為單位記錄，可以使用楊氏模量轉換為定量的剛度分數，并以 kPa 表示

2 腎臟彈性影響因素

近年來不斷有學者對腎臟彈性成像的影響因素進行探索。與其他腹部臟器相比較而言，腎臟具有更高的組織異質性和各向異性—腎皮質結構致密，富含毛細血管，故而硬度較大；腎髓質主要由集合管構成，內含液體較多，相對硬度較小。而SWE技術對腎實質的各向異性以及由于探頭壓迫、血流灌注、尿液壓力等因素引起的外部或內部壓力敏感[5]。一項由Muttray等[6]進行的體外豬模型試驗已證實，腎臟剪切波速度可隨腎盂壓力的急劇增高而增加；而Jarv等[7]通過一項前瞻性研究發現，SWE測量值的結果主要取決于患者的體重指數(body mass index，BMI)，同種異體腎的深度和供體年齡。除上述生理因素的影響外，一項由Gungor等進行的研究則證明彈性成像評分與血清尿素氮、肌酐水平呈正相關，而與腎小球濾過率值(glomerular filtration rate，GFR)和蛋白尿水平之間沒有關系[8]，此項發現也為SWE技術彈性成像評分評估慢性腎臟病患者的腎功能分期提供了可靠的理論基礎。因此，在利用SWE技術評估腎臟生物狀態時，如何最大程度地排除上述生理因素的影響以及恰當地聯系病人臨床生化血液學指標是值得深思的問題。

3 SWE技術的臨床應用

3.1SWE技術在原發性腎臟疾病中的應用 原發性腎臟疾病的病理類型包括了急性腎小球腎炎，慢性腎小球腎炎、急進性腎小球腎炎，腎盂腎炎、IgA腎病及腎病綜合征等多種病理類型，其中部分病理類型的慢性腎臟病已被公認為進展性不可逆性腎臟疾病，及時發現早期腎臟病、及時判斷腎臟病理類型便更顯重要。一項由阿麗米熱·阿不都熱依木等[9]進行的臨床實驗，以病理結果為金標準，運用SWE技術定量評價成人早期慢性腎小球腎炎的腎臟纖維化程度，結果證明腎臟組織彈性的變化與腎功能的改變具有良好的一致性。應用SWE技術定量測量腎臟彈性值，即可在一定程度上初步評估腎臟功能分期[10]。原發性腎病綜合征是原發性腎臟疾病的常見臨床綜合征，嚴重者可引起腎功能損害、細菌感染及代謝紊亂等多種不良事件。臨床綜合征診斷的局限性顯而易見，必須結合腎組織病理學，才有可能對疾病的病理生理機制和病因學進行分析，進而指導診斷和治療，但目前在一些基層醫院，腎臟活檢的開展尚未完全普及，為從預防到診治，全面精準管地控腎臟疾病[11]，SWE技術作為一種創新、無創、便捷的技術手段，有望通過檢測腎臟的彈性模量值，進而對比不同病理類型原發性腎病綜合征患者腎臟的硬度差異，初步為早期腎臟彌漫性病變提供一定的診斷和分型依據。經過大量學者近年來的不斷研究發現，微小病變型腎病的腎臟硬度與正常人無異[12]，而膜性腎病(但不同分期的膜性腎病患者楊氏模量值差異沒有統計學意義)、局灶節段性腎小球硬化癥及IgA 腎病患者的腎臟YM值均高于微小病變型腎病，其中IgA腎病所有T分期患者腎實質剪切波傳播速度(shearwavevelocity，SWV)測值均較健康對照組降低，且T0、T1、T2組SWV測值進行組間比較,差異亦具有統計學意義(P<0.05)，以2.66、2.59和2.39 m/s為診斷IgA腎病T0、T1及T2分型的最佳診斷界值[13],可以說其利用剪切波彈性成像無創性評估IgA腎病牛津病理分型的經驗具有一定的推廣應用價值。綜上，剪切波彈性成像測量值與腎臟病理損傷程度及腎臟纖維化程度的改變均保持高度一致，這在一定程度上證明SWE技術能夠通過定量測量腎臟的硬度進而為原發性腎病綜合征的早期診斷及病理分型提供有力的影像學依據，也就是說，剪切波彈性成像技術的使用有望使無創化評價早期腎功能改變成為現實。

3.2SWE技術在繼發性腎臟疾病中的應用 繼發性腎臟疾病形式多樣，常見種類有狼瘡性腎炎、過敏性紫癜性腎炎、糖尿病腎病糖尿病腎病(diabates mellitus，DKD)等。其中，DKD作為最常見的繼發性慢性腎病，目前已成為引起終末期腎病的首要病因。有研究顯示，在彈性成像的基礎上創新應用了彈性成像點量化技術(elastographypoint quantification，ElastPQ),在獲取清晰有效的腎臟二維圖像之后，打開ElastPQ成像軟件的虛擬觸摸組織定量模式即可準確測量感興趣區域DKD患者腎臟皮質僵硬程度變化，通過綜合尿白蛋白排泄率、糖尿病持續時間及腎皮質YM值三種數據，即可對早期和中度 DKD進行準確的鑒別診斷，從而顯著提高了DKD的早期診斷準確性[14]。SWE技術作為一種無創、可重復性好且定量的新型超聲技術手段，在糖尿病腎病患者腎功能分期的評估過程中起到了不可或缺的作用[15-16]。而另一項由李雪嬌等[17]進行的研究則是應用剪切波彈性成像技術對兒童過敏性紫癜腎炎的影像學變化進行了創新性的探索。以病理穿刺結果作為金標準，結果證實過敏性紫癜腎炎患兒病理分級(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級)與腎實質彈性模量值呈正相關，這初步證明了SWE技術可定量分析、評估過敏性紫癜腎實質的損害程度,對兒童過敏性紫癜腎炎的病理診斷、病程觀察及預后評估有一定的參考價值。

3.3SWE技術在移植腎中的應用 腎臟移植目前已被公認為腎臟終末期最有效的治療方法，但不可否認的是作為一種移植手術，它也往往伴隨不可避免的急性、慢性排斥反應。病理結果是判斷移植腎纖維化程度的金標準，但是腎臟穿刺作為一種有創檢查極有可能對移植腎產生損傷，且重復性差。而SWE技術則可通過重復、定量且無創地對移植腎的實質硬度進行測量，從而對其生物狀態進行準確評估，目前剪切波彈性成像已被認為是用于非侵入性腎臟移植彈性評估的最合適的彈性成像方法[18-19]。腎臟移植術后，常見并發癥主要為以下四種：藥物引起的腎臟損害，急性排斥反應，慢性同種異體腎病和BK病毒腎病，其中慢性同種異體腎病被認為是腎臟移植術后再次發生腎衰竭的主要原因。有學者通過對31例腎移植后腎功能不全的患者進行超聲引導下的腎臟穿刺活檢、常規超聲和SWE超聲檢查，以腎臟穿刺作為金標準，根據病理結果，對SWE超聲在評估四種不同并發癥之間的診斷功效進行評價。結果證明SWE技術的定量指標最大彈性模量(elastic maximum modulus，Emax)在四種不同并發癥之間的差別具有統計學意義(P<0.05)，腎皮質中Emax值的大小分布為BK病毒腎病>慢性同種異體腎病>急性排斥>藥物引起的腎損傷，腎皮質Emax值在腎纖維化和腎小管萎縮的嚴重程度上差異有統計學意義(P<0.05)，可用于評估腎纖維化和腎小管萎縮的嚴重程度[20-21]，且在發現早期腎小管萎縮和間質纖維化進程中，彈性模量值與血清肌酐水平呈正相關[22]。至于使用SWE技術評估移植腎臟排斥反應的最佳時間，目前有研究顯示最好選取移植腎臟穩定后的時間段，如第六個月以后對腎臟皮質硬度進行測量[23]。綜上，SWE技術作為一種非侵入性的、簡便、重復性的超聲檢查手段，有助于發現早期移植腎病理改變并提示臨床及時進行干預。

3.4SWE技術在腎積水疾病中的應用 腎積水是泌尿外科的常見疾病之一，不同病因、不同病程的腎積水可對腎臟引起不同程度的損害，通常需要及時衡量腎臟積水程度、判斷泌尿系統梗阻部位以及評估腎功能，進而選擇恰當的手術時機和方案。常規超聲主要通過觀察積水腎臟的腎實質厚度來間接評估腎功能，而SWE技術可直接測量腎實質彈性模量值來反映腎實質的纖維化程度，一項由蔣映豐[24]進行的研究，對40例先天性尿路梗阻患兒聯合應用磁共振尿路成像及腎實質彈性成像技術，結果證實二者不僅可以準確判斷其梗阻部位及梗阻性質，還能在一定程度上評估其殘余腎功能及手術預后情況。可以說，SWE技術使傳統影像學實現了從形態學檢查到功能學測定的革命。

3.5SWE技術在腎臟腫瘤中的應用 眾所周知，常規超聲在腎臟占位性病變的診斷與鑒別中始終存在一定的局限性，臨床工作中往往將CT、MRI作為判斷腎臟占位性質的首選。鑒于SWE技術在甲狀腺、乳腺等淺表器官占位性病變良、惡性鑒別中高度的應用價值，近年來亦不斷有學者嘗試將SWE技術運用于不同腎臟腫瘤性質的鑒別中，Aydin等[25]通過對40例經病理證實的良、惡性腎臟病灶進行SWE檢查，發現惡性腫瘤YM值遠大于良性腫瘤YM值，但是另有學者通過對68例腎細胞癌和49例血管平滑肌脂肪瘤進行剪切波彈性成像測定，所得結論恰好與之相反[26]。鑒于目前業界對于腎臟良、惡病變的彈性模量值高、低差異暫無定論，臨床尚需進行多中心、擴大樣本量研究，以待早日規范、精準測量腎臟占位性病變彈性模量值。

3.6SWE技術在腎臟多模態模型中的應用 支持向量機(support vector machine，SVM)作為一種基于結構最小化理論的機器學習方法，可用于處理樣本量少的高維度的線性、非線性醫學相關數據。目前已有學者將SWE技術運用于SVM模型中，通過測量雙側腎皮質硬度數值，將SWE超聲彈性列為最終計算參數進而衡量SVM模型在處理不同類型腎臟疾病的醫療圖像、文字數據等信息方面具備的診斷效能[27]。目前，受技術水平及供體數量限制，終末期腎臟病患者接受腎臟移植手術的可行性依舊較低，血液透析仍作為腎臟移植的最佳替代療法被臨床普遍認可[28]。如何建立行之有效的透析通路—“動靜脈瘺”成為了終末期腎病血液透析的重要課題。一項由胡艷等[29]進行的研究結合應用了傳統常規超聲、超聲彈性成像、血管回聲跟蹤技術，比照病理結果，對橈動脈血管彈性進行了綜合的客觀評價，其中超聲彈性成像技術通過測定血管內血流與血管壁彈性的比值反映血管壁彈性，結果顯示，相較于傳統超聲,該比值具有更高的診斷效能，即使輕度病變組的B/A比值仍舊比空白對照組數值明顯增高，這為臨床更早更精準評估橈動脈彈性提供了新的超聲檢查手段。

4 結 語

彈性成像技術作為一種創新性的超聲檢查技術，具備實時、無創、精準、可重復性高等諸多優勢，被視作是超聲技術的第四次飛躍。盡管由于腎臟復雜的解剖結構及腎臟疾病的繁雜多變，彈性成像的臨床應用仍存在一定的局限性，但也恰是因此，SWE技術仍有較大的發展空間，值得廣大超聲工作者同道在今后的工作中不斷進行摸索及改進。隨著醫療手段的不斷完善，多中心實驗研究的不斷進行以及大數據時代的不斷發展，彈性成像技術有望為腎臟疾病的臨床診斷及治療提供更加及時、完善、可靠的影像學數據信息。