實(shí)時(shí)剪切波彈性成像技術(shù)在腎臟疾病中的應(yīng)用進(jìn)展

秦芩 王丹丹 黨文珠 童明輝

730030 蘭州，蘭州大學(xué)第二醫(yī)院超聲科

腎臟作為人體最重要的器官之一，有清除體內(nèi)代謝產(chǎn)物、調(diào)節(jié)水電解質(zhì)平衡、維護(hù)酸堿平衡以及生成內(nèi)分泌激素的功能。腎臟疾病可打破體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，使正常新陳代謝受損，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量甚至生命。因此，不同腎臟疾病的早期診斷和及時(shí)治療對(duì)延緩病情進(jìn)展及提高患者預(yù)后顯得尤其重要。CT、MRI及常規(guī)超聲等檢查技術(shù)僅在腎臟出現(xiàn)明顯形態(tài)學(xué)變化時(shí)可觀察到病變，卻無法根據(jù)力學(xué)特征如腎皮質(zhì)硬度評(píng)估腎臟的病變，使得運(yùn)用影像學(xué)方法診斷腎臟疾病及其嚴(yán)重程度時(shí)具有局限性。剪切波彈性成像(shear wave elastography，SWE)是近年來新興的超聲技術(shù)，可通過自由調(diào)節(jié)取樣框大小，無創(chuàng)、早期、定量、高準(zhǔn)確性的評(píng)價(jià)腎臟的硬度變化，為臨床醫(yī)師發(fā)現(xiàn)早期腎臟病變及全面評(píng)估腎臟病變嚴(yán)重程度提供一項(xiàng)有效的影像學(xué)診斷依據(jù)[1-2]。本文擬對(duì)目前SWE在腎臟方面的研究及應(yīng)用進(jìn)展情況進(jìn)行綜述。

一、SWE的發(fā)展過程、原理及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

超聲彈性成像技術(shù)最早由Ophir等[3]在1991年提出，其目的在于評(píng)估組織彈性，測(cè)量并分析感興趣區(qū)內(nèi)組織與同一系統(tǒng)周圍正常組織的差異性，進(jìn)而評(píng)估組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成及病理狀態(tài)。最初，超聲彈性成像技術(shù)是需向組織多次加壓的靜態(tài)組織應(yīng)變成像技術(shù)，后逐漸發(fā)展到聲輻射力脈沖成像、瞬時(shí)彈性成像、點(diǎn)剪切波彈性成像以及目前最新的二維實(shí)時(shí)剪切波彈性成像。SWE的形成原理為探頭發(fā)射高速聚焦的聲輻射力脈沖在縱向不同深度上連續(xù)聚焦，被聚焦部位組織粒子高效振動(dòng)，對(duì)組織施加激勵(lì)，在不同深度組織里同時(shí)產(chǎn)生橫向剪切波，并運(yùn)用超高速成像技術(shù)精確檢測(cè)剪切波速度值(shear wave velocity,SWV,單位：m/s)，實(shí)現(xiàn)不同切面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)剪切波的傳播過程[4]。根據(jù)剪切波速度，運(yùn)用定量分析系統(tǒng)可精確測(cè)量組織彈性，獲得楊氏模量值E(kPa)=3ρc2，其中ρ為組織密度，c為剪切波速度。剪切模量與SWV換算關(guān)系為G=ρVs2，其中G為剪切模量[5]。在實(shí)時(shí)呈現(xiàn)的彈性圖像中，組織硬度越大，顏色越偏紅，硬度越小，圖像越偏藍(lán)。與傳統(tǒng)彈性成像技術(shù)相比，SWE技術(shù)有以下獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[6]：(1)取樣框的范圍可自由調(diào)節(jié)，可靈活選擇感興趣區(qū)，避開其他組織對(duì)其的干擾；(2)避免了外部因素，無須施壓，排除了操作人員間的結(jié)果偏移，使測(cè)量結(jié)果精確性提高；(3)獲取圖像時(shí)間短，不受患者平靜呼吸下胸廓起伏的影響；(4)可在不同切面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)組織的剪切波傳播速度及其彈性模量值。

二、腎臟彈性模量值測(cè)定的影響因素

腎臟主要由腎皮質(zhì)、腎髓質(zhì)及腎盂等構(gòu)成。腎皮質(zhì)位于表層，結(jié)構(gòu)致密，富含血管，主要由腎小球和腎小囊組成，腎髓質(zhì)位于皮質(zhì)深面，血管缺乏，主要由腎椎體組成。不同的結(jié)構(gòu)組成使得運(yùn)用剪切波測(cè)量時(shí)所得彈性值不同。除腎臟本身測(cè)量因素外，腎臟外層包裹的腎周脂肪和不同檢查部位所得腎臟彈性值也有差異。經(jīng)前腹壁檢查時(shí)剪切波速會(huì)受到肝臟及脾臟影響，側(cè)腹壁檢查剪切波速會(huì)受到脂肪影響，從后背檢查會(huì)受到肌肉影響，這些因素均會(huì)對(duì)腎臟彈性值的精確性造成影響[7-8]。剪切波傳播的各向異性也可影響腎臟彈性值，當(dāng)傳播聲速與腎小管垂直時(shí)，剪切波作為橫波傳播與腎小管平行，使得測(cè)量的剪切波速增加，相應(yīng)的楊氏模量值也增大。除上述影響因素外，血流動(dòng)力學(xué)改變是影響腎臟彈性值的另一個(gè)重要因素[9]。SWE作為新興超聲檢查技術(shù)，在腎臟彈性值測(cè)量上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)[10]：(1)操作人員測(cè)量的精確性(組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.63～0.84)；(2)剪切波傳播時(shí)測(cè)量深度的影響；(3)不同成像設(shè)備對(duì)彈性值測(cè)量的影響；(4)大血管及聲窗不佳等因素的影響；(5)超聲探頭施加力度及測(cè)量部分應(yīng)盡量保持一致。

三、SWE在腎臟中的基礎(chǔ)研究

近年來，越來越多研究證實(shí)了SWE在檢測(cè)腎臟硬度進(jìn)而無創(chuàng)診斷疾病上的可行性，成為了目前較常用于腎臟的超聲彈性成像技術(shù)之一。Gennisson等[8]對(duì)雙側(cè)腎靜脈結(jié)扎的3頭母豬進(jìn)行腎臟彈性值測(cè)量，發(fā)現(xiàn)腎皮質(zhì)硬度大幅增加，而結(jié)扎腎動(dòng)脈時(shí)測(cè)量結(jié)果相反。此外，其結(jié)果還顯示腎臟彈性值隨著膀胱充盈壓增加而減低，說明膀胱充盈壓的改變或許是影響腎臟彈性值測(cè)量結(jié)果的另一重要因素。李娜等[9]和Helfenstein等[11]發(fā)現(xiàn)，兔和豬離體腎臟的血流灌注變化對(duì)剪切波彈性值變化影響是可逆的，灌注減低使腎彈性值增加73%，灌注恢復(fù)時(shí)腎臟彈性值隨之恢復(fù)，進(jìn)一步證實(shí)SWE具有足夠的敏感度來動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和比較腎臟在不同血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)下楊氏模量的分布特征。Wang等[12]測(cè)量了離體腎臟從正常到彌漫性病變過程中的皮質(zhì)彈性值，結(jié)果顯示其從(33.0±7.1)kPa下降到(4.0±2.5)kPa，并發(fā)現(xiàn)病變腎皮質(zhì)楊氏模量與分級(jí)程度之間存在良好的相關(guān)性，說明SWE能客觀可靠的評(píng)價(jià)腎臟病變程度。Thanaboonnipat等[13]比較了23只慢性腎臟病貓和25只健康貓的腎楊氏模量值，發(fā)現(xiàn)兩組腎皮質(zhì)彈性值均高于髓質(zhì)，慢性腎臟病組皮質(zhì)和髓質(zhì)彈性值均高于健康組，還發(fā)現(xiàn)腎彈性值與血肌酐、血尿素氮濃度呈顯著正相關(guān)，與尿比重、尿滲透壓/血漿滲透壓呈顯著負(fù)相關(guān)，這使得運(yùn)用SWE預(yù)測(cè)慢性腎臟病患者腎功能成為可能。

四、SWE在腎臟中的臨床研究

1.SWE在正常腎臟中的研究 Sandhu等[14]通過在不同深度取樣以探究成像技術(shù)穩(wěn)定性時(shí)，發(fā)現(xiàn)在垂直取樣下的不同深度腎剪切波速差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，此研究與國內(nèi)多位學(xué)者[15-16]的研究結(jié)果相似。鐘婷婷等[17]發(fā)現(xiàn)在不同體位測(cè)量時(shí)患者的腎彈性值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中左側(cè)臥位腎臟中部測(cè)量彈性值最高，這可能與腎實(shí)質(zhì)的各向異性有關(guān)。因此，在進(jìn)行腎彈性值測(cè)定時(shí)，應(yīng)盡量避免SWE的不足及操作者的誤差，選擇相同體位及相同腎實(shí)質(zhì)位置和深度。郭海燕等[18]研究發(fā)現(xiàn)雙腎中極皮、髓質(zhì)楊氏模量值分別為(3.92±0.56)kPa、(3.70±0.59)kPa，這與徐建紅等[19]的研究結(jié)果相似。而張英偉等[20]在腎臟中上部包膜下1 mm處對(duì)68名健康志愿者的腎臟實(shí)質(zhì)進(jìn)行彈性成像時(shí)，得出健康志愿者腎臟彈性值為(7.3±1.5)kPa。目前還需進(jìn)行大樣本、多中心研究，為超聲醫(yī)師規(guī)范化測(cè)量腎臟彈性建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參考范圍。

2.SWE在原發(fā)性慢性腎臟病中的研究 原發(fā)性慢性腎臟病作為進(jìn)展性不可逆疾病，早期診斷及干預(yù)治療至關(guān)重要，其病理類型包括腎小球腎炎、隱匿性腎炎、腎盂腎炎、腎病綜合征等。近年來，原發(fā)性慢性腎臟病發(fā)病率持續(xù)增加，成為了全民健康問題中不容忽視的一環(huán)。Radulescu等[21]通過比較32例3～5期慢性腎臟病患者和20名健康志愿者皮質(zhì)彈性模量值后發(fā)現(xiàn)，隨著分級(jí)增加腎皮質(zhì)楊氏模量值隨之增高，并且慢性腎臟病組腎臟皮質(zhì)硬度高于正常組，診斷敏感性為87.5%，特異性為66%，提示SWE可用于診斷早期慢性腎臟病并評(píng)估其分級(jí)。Leong等[22]對(duì)106例慢性腎臟病患者及203例健康人腎臟硬度進(jìn)行對(duì)比研究進(jìn)一步證實(shí)了上述結(jié)論，結(jié)果顯示1～5期慢性腎臟病腎彈性模量值從(3.55±1.59)kPa到(12.75±5.63)kPa呈逐漸升高趨勢(shì)，其診斷截?cái)嘀禐?.3 kPa，敏感性為80.3%，特異性為79.5%，同時(shí)腎彈性模量值與估算腎小球?yàn)V過率(estimate glomerular filtration rate，eGFR)呈負(fù)相關(guān)，與年齡、血肌酐、血尿素氮呈正相關(guān)。基于上述研究，國內(nèi)王倩等[23]研究發(fā)現(xiàn)胱抑素C與腎彈性值呈顯著正相關(guān)，提示實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)結(jié)合SWE可為臨床醫(yī)師發(fā)現(xiàn)早期慢性腎臟病并評(píng)估其分級(jí)提供綜合全面依據(jù)。SWE有望成為診斷及評(píng)估慢性腎臟病的無創(chuàng)指標(biāo)，在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展過程、評(píng)估臨床治療效果及調(diào)整用藥方案等方面發(fā)揮重要作用。

3.SWE在移植腎中的研究 腎移植作為終末期腎病最有效的治療方法之一，不可避免會(huì)引起諸多并發(fā)癥，其中急性或慢性腎排斥反應(yīng)最常見。目前診斷移植腎纖維化程度的金標(biāo)準(zhǔn)為腎活檢，但此方法為有創(chuàng)檢查，重復(fù)性較差。以往常規(guī)超聲通過觀察移植腎大小、形態(tài)、皮質(zhì)回聲及血流等特征評(píng)估移植腎情況。SWE可無創(chuàng)、定量、重復(fù)測(cè)量腎皮質(zhì)硬度，在腎臟形態(tài)及血流狀態(tài)尚未發(fā)生改變前，能早期發(fā)現(xiàn)腎皮質(zhì)硬度變化，從而對(duì)術(shù)后移植腎纖維化程度進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)估[24]。J?rv等[25]通過SWE評(píng)估移植腎硬度并與臨床參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)移植腎皮質(zhì)彈性模量值為(7.22±4.70)kPa，并且腎皮質(zhì)彈性值與患者體質(zhì)量指數(shù)、供者年齡及移植腎深度呈負(fù)相關(guān)，這與Morgan等[26]的研究結(jié)果相似。Chiocchini等[27]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)移植腎深度<3 cm患者腎皮質(zhì)彈性值與移植時(shí)間有關(guān)，且隨著時(shí)間增加而增大。SWE在移植腎相關(guān)疾病的診斷及治療中可為臨床提供新的理論指導(dǎo)。Ma等[28]對(duì)32例有腎活檢臨床指征(血肌酐升高15%或蛋白尿>1 g/d)的腎移植受者分別在活檢前、后兩周行腎臟SWE檢查，發(fā)現(xiàn)在移植腎纖維化亞臨床階段，腎皮質(zhì)和髓質(zhì)硬度的曲線下面積(0.75和0.85)高于血肌酐(0.65)。說明SWE在檢測(cè)早期腎小管間質(zhì)纖維化方面優(yōu)于血肌酐，有潛力作為一種非侵入性篩選測(cè)試來識(shí)別血肌酐相對(duì)正常的早期小管間質(zhì)纖維化的患者，這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在病理學(xué)改變并有效干預(yù)。

4.SWE在腎腫瘤中的研究 腎腫瘤早期無明顯癥狀，常被忽略，大多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已是中晚期，不同類型腎腫瘤其手術(shù)方式和預(yù)后也截然不同。因此，術(shù)前評(píng)估腫瘤類型對(duì)患者預(yù)后有著重要意義。常規(guī)超聲作為目前檢查腎臟有無占位性病變首選的影像學(xué)檢查方法具有一定局限性，如無法準(zhǔn)確評(píng)估腫瘤的良、惡性等。SWE目前越來越多的應(yīng)用于不同腎腫瘤的鑒別中。Aydin等[29]運(yùn)用SWE鑒別40例腎臟惡性和良性腫瘤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惡性腫瘤彈性范圍約(27.27±25.66)kPa，良性腫瘤彈性范圍約(16.13±8.89)kPa，兩組彈性值均高于正常腎皮質(zhì)彈性值。然而，Cai等[30]測(cè)量了68例腎細(xì)胞癌和49例血管平滑肌脂肪瘤(病灶直徑均≤4 cm)患者病變部位彈性值后發(fā)現(xiàn)腎細(xì)胞癌病灶楊氏模量值為(7.2±2.5)kPa低于腎平滑肌血管瘤(10.0±2.4)kPa，截?cái)嘀禐?.15 kPa。另外，常規(guī)超聲結(jié)合SWE檢查診斷腎惡性腫瘤敏感度未明顯增加，但特異度提高到87.8%，說明SWE在診斷腫瘤良、惡性方面有一定的研究意義，但這需要大量增加病例數(shù)。SWE可通過測(cè)量腎腫瘤病灶彈性值評(píng)估其硬度，為鑒別腫瘤良、惡性提供一項(xiàng)參考依據(jù)。

5.SWE在糖尿病腎病中的研究 2型糖尿病并發(fā)癥分為大血管病變、小血管病變、微血管病變。糖尿病腎病作為繼發(fā)性慢性腎臟病，是引起終末期腎病的首要原因。目前診斷的金標(biāo)準(zhǔn)為腎穿刺活檢，但糖尿病患者穿刺后出現(xiàn)腎周血腫及感染風(fēng)險(xiǎn)比正常人高出10倍，而臨床通過腎小球?yàn)V過率及尿白蛋白診斷糖尿病腎病受生理因素影響較大。因此，SWE在2型糖尿病腎病中的研究日益增多。房建秀等[31]發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病患者腎皮質(zhì)彈性模量值高于健康對(duì)照組[(4.13±1.06)kPa比(3.32±0.72)kPa]，診斷2型糖尿病腎病截?cái)嘀禐?.69 kPa，敏感性和特異性為62.8%、78.3%，并且隨著蛋白尿量增加腎皮質(zhì)彈性值也逐漸增加。Koc等[32]測(cè)量了50例2型糖尿病患者和53例健康人腎皮質(zhì)硬度發(fā)現(xiàn)彈性值均高于房建秀等[31]的研究結(jié)果，該差異可能與機(jī)器型號(hào)、測(cè)量深度及感興趣區(qū)域定義不同有關(guān)。Hassan等[33]采用常規(guī)超聲聯(lián)合SWE測(cè)量23例糖尿病腎病(III+IV期)患者腎皮質(zhì)彈性值后,發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)厚度及腎小球?yàn)V過率與彈性模量值呈反比，并且彈性值隨著糖尿病腎病分級(jí)增加而增大，頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度與腎彈性值亦存在良好的相關(guān)性。

6.SWE在腎盂積水中的研究 先天性或后天性腎盂積水可由多種原因引起，不同病因及病程對(duì)腎臟損害程度不同，造成的腎實(shí)質(zhì)纖維化程度亦不同。Yoon等[34]通過SWE評(píng)價(jià)15只單側(cè)輸尿管梗阻的兔腎皮質(zhì)彈性值，結(jié)果顯示梗阻側(cè)腎皮質(zhì)彈性值高于正常側(cè)(31.0 kPa比16.4 kPa)。Dillman等[35]測(cè)量了37例腎盂積水兒童腎皮質(zhì)剪切波速度值后發(fā)現(xiàn)高于健康兒童，并以動(dòng)態(tài)腎閃爍造影作為參考標(biāo)準(zhǔn)繪制ROC曲線后發(fā)現(xiàn)SWE評(píng)估利尿劑給藥前后腎盂積水的曲線下面積分別為0.62和0.51；國內(nèi)蔣映豐等[36]與其研究結(jié)果相似，積水側(cè)腎皮質(zhì)楊氏模量值大于未積水側(cè)，分別為(7.5±2.2)kPa和(3.5±0.8)kPa。因此，SWE可對(duì)腎盂積水側(cè)腎臟實(shí)質(zhì)進(jìn)行較準(zhǔn)確的無創(chuàng)定量評(píng)估，進(jìn)而明確腎臟的受損程度，為臨床治療腎盂積水及明確腎臟病變程度提供重要參考依據(jù)。

五、總結(jié)

盡管SWE受到較多因素影響，但仍是目前最先進(jìn)的超聲技術(shù)，其具有無創(chuàng)、定量、可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)活體組織及其病變的彈性特征，具有良好的臨床應(yīng)用前景。在多中心大樣本研究基礎(chǔ)上，制定標(biāo)準(zhǔn)的SWE檢查規(guī)范并建立準(zhǔn)確的腎實(shí)質(zhì)彈性值范圍，可為臨床醫(yī)師評(píng)估腎臟病變及其程度提供可靠的影像學(xué)指標(biāo)。