三維超聲VOCAL技術(shù)定量腎積水與患腎容積比值評價(jià)兒童腎積水患腎功能的應(yīng)用研究

周蔚　李靈珊

【摘要】 目的：探討三維超聲體積自動(dòng)測量（VOCAL）技術(shù)和三維腎積水容積/腎臟容積比在定量評價(jià)兒童腎積水及患腎功能中的應(yīng)用價(jià)值。方法：采用三維超聲VOCAL技術(shù)及虛擬器官計(jì)算機(jī)輔助定量分析方法，檢測99例3個(gè)月～14歲單側(cè)腎積水患兒的腎積水容積、健側(cè)腎臟及患側(cè)腎臟容積，得出腎積水與患側(cè)腎臟容積比，分析健側(cè)及患側(cè)腎臟容積變化與腎臟長徑和體表面積的相關(guān)性，分析腎積水與患側(cè)腎臟容積比值和腎積水病情程度的匹配度及相關(guān)性。結(jié)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(guān)（r>0.8），患側(cè)腎臟三維體積及長徑均較健側(cè)腎臟增大，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(qū)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001）。結(jié)論：三維超聲VOCAL技術(shù)和三維腎積水與腎臟容積比作為一種新的量化指標(biāo)，具有良好的可行性和重復(fù)性，可用于評估和預(yù)測腎臟功能、病情轉(zhuǎn)歸，對患兒臨床病情的監(jiān)測和遠(yuǎn)期隨訪管理有積極意義。

【關(guān)鍵詞】 腎積水； 三維超聲； 腎臟容積； 自動(dòng)測量技術(shù)； 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(shí)早期診斷并盡早手術(shù)對腎積水的預(yù)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(shí)質(zhì)厚度等參數(shù)診斷及評價(jià)兒童腎積水已得到臨床醫(yī)師的廣泛認(rèn)可，由于腎盂、腎盞的形態(tài)不規(guī)則、僅通過一個(gè)切面難以準(zhǔn)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(zhǔn)確反映腎臟積水量變化的缺點(diǎn)。三維超聲體積自動(dòng)測量（VOCAL）技術(shù)在不規(guī)則形態(tài)的臟器和病灶的容積測量中的優(yōu)勢已廣為人知，并廣泛應(yīng)用于超聲心動(dòng)圖、孕產(chǎn)超聲等領(lǐng)域[2-3]。本研究旨在通過三維超聲VOCAL技術(shù)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(jìn)行匹配分析，得出相應(yīng)的特征及規(guī)律性，探討三維超聲VOCAL技術(shù)在定量評價(jià)小兒腎積水及患腎功能中的應(yīng)用價(jià)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(yī)院就診的單側(cè)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(gè)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(nèi)置三維超聲體積自動(dòng)測量VOCAL技術(shù)軟件，RM6C三維容積探頭，頻率4～8 MHz進(jìn)行測量，二維及三維超聲檢查及容積成像時(shí)患兒均取仰臥位，在睡眠或安靜狀態(tài)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(tǒng)常規(guī)檢查，測量雙側(cè)腎臟的長徑、腎盂分離最大前后徑、患腎實(shí)質(zhì)厚度等參數(shù)。（2）三維超聲：獲得腎臟最大長軸切面后切換至三維模式，調(diào)整容積取樣框大小和俯仰角，使之包納整個(gè)腎臟，對雙側(cè)腎臟進(jìn)行自動(dòng)圖像采集并存儲于超聲儀內(nèi)置硬盤內(nèi)。（3）容積測量：掃描完成后調(diào)取存儲圖像，使用超聲儀內(nèi)置的VOCAL軟件，啟動(dòng)虛擬器官計(jì)算機(jī)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(dòng)描記12個(gè)切面的腎臟或腎積水輪廓共計(jì)180°，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)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(gè)病例重復(fù)描記3次取其平均值。

1.3 腎積水的分級標(biāo)準(zhǔn) 參照Grignon分級方法和胎兒腎積水分級方法，將排除原發(fā)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(kuò)張外，一個(gè)或幾個(gè)腎盞擴(kuò)張；3級表示腎盞均擴(kuò)張；4級表示腎盞擴(kuò)張伴腎實(shí)質(zhì)變薄[4]。

1.4 體表面積及腎積水與患腎容積比值計(jì)算 測量所有受檢者身高、體重，計(jì)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(cè)腎臟的容積。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 使用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料用（x±s）表示，比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以率（%）表示，比較采用 字2檢驗(yàn)，非正態(tài)分布數(shù)據(jù)用中位數(shù)四分位間距表示、作箱式圖、頻次圖。Pearson相關(guān)性分析獲得相關(guān)系數(shù)（r）及回歸方程，當(dāng)r≥0.7時(shí)為高度相關(guān)，0.7>r≥0.4時(shí)為中度相關(guān)，0.4>r≥0.2時(shí)為低度相關(guān)。隨機(jī)抽取20例患兒雙腎容積及腎積水容積進(jìn)行觀察者組間、組內(nèi)及再測量的差異性分析，評價(jià)結(jié)果的重復(fù)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患兒兩側(cè)腎容積與體表面積的關(guān)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(diǎn)圖示與體表面積均呈線性正相關(guān)，相關(guān)性強(qiáng)（r>0.8），見圖2、3。

2.2 患兒患側(cè)腎臟和健側(cè)腎臟三維體積及長徑比較 對患兒兩側(cè)腎臟三維體積及長徑均行配對樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果示患側(cè)腎臟三維體積及長徑較健側(cè)腎臟均增大，比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)：輕度腎盂擴(kuò)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(shù)及區(qū)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(yàn)，方差不齊，故采用獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)（Kruskal-Wallis檢驗(yàn)），各級腎積水患腎組間的HV/KV比值比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(qū)間的頻次圖及箱式圖，結(jié)果示隨著腎積水程度的增加該比值和分布區(qū)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(guān)的尿路梗阻是最常見的小兒泌尿系統(tǒng)疾病[5]。2003年進(jìn)行的一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究顯示，腎積水及相關(guān)疾病的發(fā)生率為7.6‰，較二十世紀(jì)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(nèi)息肉及迷走血管或副血管壓迫等[7]。

Lee等[8]學(xué)者的循證醫(yī)學(xué)研究通過二次分析1645篇文獻(xiàn)，證實(shí)了胎兒期腎盂分離的程度與兒童腎積水的病情程度及進(jìn)展存在必然相關(guān)性，胎兒出生后的腎臟泌尿病理學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)取決于胎兒期腎積水及泌尿系梗阻的嚴(yán)重程度及分級。腎積水患兒的病情進(jìn)展和腎功能惡化風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)依次為11.9%、45.1%、88.3%。新近研究結(jié)果建議，在充分監(jiān)測患兒病情及腎功能變化的前提下，可以首選非手術(shù)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(shù)，病情及腎功能監(jiān)測、包括腎盂造瘺術(shù)在內(nèi)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(xué)、合理地評價(jià)腎積水的病情程度在兒童腎積水預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)評估中有重要意義。

泌尿系超聲檢查是目前臨床公認(rèn)在先天性腎積水的診斷、病情監(jiān)測及手術(shù)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(fā)表的一項(xiàng)研究顯示：在≥2次連續(xù)性超聲檢查中，腎積水的進(jìn)展程度可作為尿路梗阻的早期征兆，超聲波成像技術(shù)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(jì)算機(jī)技術(shù)的日漸精進(jìn)，三維超聲在定量和評估腎臟疾病程度和腎實(shí)質(zhì)受損中的作用日益顯現(xiàn)[13-14]。

三維超聲體積自動(dòng)測量（VOCAL）技術(shù)是近年興起的應(yīng)用三維超聲評估器官體積的一種超聲儀內(nèi)置軟件，已應(yīng)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(lǐng)域[15-16]，與目標(biāo)臟器的實(shí)際體積均有良好的相關(guān)性，并在不同的測量者間有較好的重復(fù)性[17]。采集目標(biāo)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(zhuǎn)步長旋轉(zhuǎn)將其自動(dòng)切割成若干個(gè)切面（總角度等于180°），可選擇每隔15°（12個(gè)切面）、20°（9個(gè)切面）、30°（6個(gè)切面）等角度作為一個(gè)旋轉(zhuǎn)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(biāo)臟器或病灶邊界，通過超聲儀內(nèi)置的三維體積自動(dòng)測量軟件自動(dòng)積分求出每個(gè)間隔角度的體積再自動(dòng)疊加計(jì)算得出目標(biāo)臟器或病灶的總體積。既往研究已經(jīng)證實(shí)，VOCAL三維容積自動(dòng)測量技術(shù)是有效和可靠的[18]，一些學(xué)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(jìn)行容積測量發(fā)現(xiàn)，盡管隨著旋轉(zhuǎn)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(qiáng)相關(guān)性（ICC約為0.998）[19]。對切面形態(tài)相對規(guī)則的臟器和病灶，例如腎臟，選擇30°的旋轉(zhuǎn)間隔角度可提供更高的體積評估效率、節(jié)省測量時(shí)間，對于形態(tài)不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，如胎兒肺臟、胎盤、子宮內(nèi)膜、腎積水等體積的估計(jì)可能選擇大于6個(gè)平面以獲得更可靠的評價(jià)結(jié)果[20]。本組病例均采用12平面進(jìn)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），提示測量結(jié)果可靠性及重復(fù)性良好。

筆者在先天性腎積水患兒的病情進(jìn)展檢查和治療前后的隨訪中發(fā)現(xiàn)，病程的進(jìn)展和好轉(zhuǎn)是一個(gè)緩慢的過程。在二維超聲中可僅僅表現(xiàn)為腎臟長徑和腎盂分離前后徑的細(xì)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(jīng)驗(yàn)的影響，經(jīng)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(wěn)定的量化依據(jù)，在臨床評估病情細(xì)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(gè)平面上描記腎積水及腎臟邊界計(jì)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(yīng)用橢圓形公式推算面積更為準(zhǔn)確，在先天性腎積水患兒在腎積水等級無變化時(shí)，可定量腎臟容積和積水量的變化，使反映腎臟功能的細(xì)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(shè)置的解剖及理論依據(jù)為：腎臟的容積是由腎實(shí)質(zhì)及腎盂、腎盞、腎竇構(gòu)成，當(dāng)腎積水時(shí)，隨著中央集合系統(tǒng)分離的擴(kuò)大、積水量的增加、腎臟的包膜延展性受限、腎實(shí)質(zhì)受積水壓迫變薄。因此，HV/KV比值可綜合反映腎臟大小、腎實(shí)質(zhì)厚度、腎積水量間的關(guān)系，比值越低，說明腎積水的程度越低、腎實(shí)質(zhì)的厚度趨向于正常，反之則越重，腎實(shí)質(zhì)受損變薄的程度越高。本組病例中，輕度腎盂擴(kuò)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(shù)及區(qū)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(chǔ)上結(jié)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(yī)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(shí)質(zhì)的變化，

綜上所述，三維超聲VOCAL技術(shù)和三維HV/KV比值作為一種新的量化指標(biāo)，具有良好的可行性和重復(fù)性，可用于評估和預(yù)測腎臟功能、病情轉(zhuǎn)歸，為臨床醫(yī)師評估患兒的病情變化、手術(shù)時(shí)機(jī)、手術(shù)效果、隨訪病情提供更有說服力的量化依據(jù)，對患兒臨床病情的監(jiān)測和遠(yuǎn)期隨訪管理有積極意義。

參考文獻(xiàn)

[1] Kim E K，Song T B.A study on fetal urinary tract anomaly：antenatal ultrasonographic diagnosis and postnatal followup[J].J Obstet Gynaecol Res，1996，22（6）：569-573.

[2] Barreto E Q，Milani H F，Araujo J E，et al.Reproducibility of fetal heart volume by 3D-sonograghy using the XI VOCAL method[J].Cardiovascular Ultrasound，2010，36（1）：17-19.

[3]周蔚，夏焙，馮霞，等.三維超聲檢測兒童腎臟體積正常參考值及其臨床意義[J].臨床超聲醫(yī)學(xué)雜志，2012，25（11）：752-755.

[4] Grignon A ，F(xiàn)ilion R，F(xiàn)iliatrault D，et al.Urinary tract dilatation in utero： Classification and clinical applicat ions[J].Radiology，1986，160（3）：645-647.

[5] Tsai Y L，Seow K M，Yieh C H，et al.Comparative study of conservative and surgical management for symptomatic moderate and severe hydronephrosis in pregnancy：a prospective randomized study[J].Acta Obstetricia Et Gynecologica Scandinavica，2017，86（9）：1047-1050.

[6] Mallik M，Watson A R.Antenatally detected urinary tract abnormalities：more detection but less action[J].Pediatr Nephro，2008，23（6），897-904.

[7] Krishnamurthy S，Singh R，Chandrasekaran V，et al.

Basidiobolomycosis complicated by hydronephrosis and a perinephric abscess presenting as a hypertensive emergency in a 7-year-old boy[J].Paediatrics and International Child Health，2017，1：1-3.

[8] Lee R S，Cendron M，Kinnamon D D，Nguyen H T.Antenatal hydronephrosis as a predictor of postnatal outcome：a meta-analysis[J].Pediatrics，2006，118（2）：586-593.

[9] Onen A，Jayanthi V R，Koff S A.Long-term followup of prenatally detected severe bilateral newborn hydronephrosis initially managed nonoperatively[J].J Urol，2002，168（168）：1118-1120

[10] Calisti A，Vallasciani S，Perrotta M L，Miele V.Natural history of prenatally diagnosed hydronephrosis：possible recurrence of dilatation after spontaneous reduction，in cases with pelvic diameter larger than 20 mms，recommends long term follow-up[J].Pediatr Med Chir，2003，26（26）：349-352.

[11] Riccabona M，Avni F E，Blickman J G，et al.Imaging recommendations in paediatric uroradiology：minutes of the ESPR workgroup session on urinary tract infection， fetal hydronephrosis，urinary tract ultrasonography and voiding cystourethrography[J].Pediatr Radiol，2008，38（2）：138-145.

[12] Chertin B，Rolle U，F(xiàn)arkas A，Puri P.Does delaying pyeloplasty affect renal function in children with a prenatal diagnosis of pelvi-ureteric junction obstruction[J].BJU Int，2002，90（1）：72-75.

[13] Camp S J，Apostolopoulos V，Raptopoulos V，et al.Objective image analysis of real-time threedimensional intraoperative ultrasound for intrinsic brain tumour surgery[J].Journal of Therapeutic Ultrasound，2017，5（2）：1-8.

[14] Peavey M C，Reynolds C L，Szwarc M M，et al.Three-Dimensional High-Frequency Ultrasonography for Early Detection and Characterization of Embryo Implantation Site Development in the Mouse[J].PLoS One，2017，12（1）：

0 169 312.

[15] Abdel F，Abdel M.Three-dimensional ultrasound using the VOCAL technique for estimation of reference values of fetal thigh volume in normally grown Egyptian fetuses from 20 to 41 weeks[J].The Journal of Maternal-Fetal & Neonatal Medicine， 2016，29（13）：2083-2087.

[16] Araujo J E，Novoa V A，Barros F S，et al.Reference values for the volumes of foetal heart atrial wall by three-dimensional ultrasound using STIC and VOCAL methods between 20w0 and 33w6d weeks of gestation[J].Journal of Maternal-Fetal and Neonatal Medicine，2015，32（12）：1-30.

[17] Riccabona M，Avni F E，Blickman J G，et al.Imaging recommendations in paediatric uroradiology：minutes of the ESPR workgroup session on urinary tract infection， fetal hydronephrosis，urinary tract ultrasonography and voiding cystourethrography[J].Pediatr Radiol 2008，38（2）：138-145.

[18] Coelho G M，Bouzada M C，Pereira A K，et al.Outcome of isolated antenatal hydronephrosis：a prospective cohort study[J].Pediatr Nephrol，2007，22（10）： 1727-1734.

[19] Thorup J，Jokela R，Cortes D，Nielsen O H.The results of 15 years of consistent strategy in treating antenatally suspected pelvi-ureteric junction obstruction[J].BJU In，2003，91（9）：850-852.

[20]周蔚，王紅.產(chǎn)前診斷并早期手術(shù)對先天性腎積水患兒預(yù)后的影響[J].中華實(shí)用兒科臨床雜志，2010，25（11）：801-803.

[21] You S H，Suh S I，Ryoo I S，et al.Assessing the accuracy and reliability of ultrasonographic three-dimensional parathyroid volume measurement in a patient with secondary hyperparathyroidism：a comparison with the two-dimensional conventional method[J].Ultrasonography，2017，36（1）：17-24.

[22] Fanget C，Chauleur C，Stadler A，et al.Relationship between Plasma D-Dimer Concentration and Three-Dimensional Ultrasound Placental Volume in Women at Risk for Placental Vascular Diseases：A Monocentric Prospective Study[J].PLoS One，2016，11（6）：e0 156 593.

（收稿日期：2017-03-13） （本文編輯：程旭然）