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        應(yīng)用超聲彈性成像技術(shù)評(píng)價(jià)移植腎硬度的研究進(jìn)展

        2015-04-02 21:23:06戴俊臣邱金鑾
        實(shí)用醫(yī)院臨床雜志 2015年3期
        關(guān)鍵詞:皮質(zhì)剪切纖維化

        戴俊臣,陳 琴,周 果,吳 昊,邱金鑾

        (1.遵義醫(yī)學(xué)院,貴州 遵義 563003;2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院超聲科,四川 成都 610072)

        △通訊作者

        應(yīng)用超聲彈性成像技術(shù)評(píng)價(jià)移植腎硬度的研究進(jìn)展

        戴俊臣1,陳 琴2△,周 果2,吳 昊1,邱金鑾1

        (1.遵義醫(yī)學(xué)院,貴州 遵義 563003;2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院超聲科,四川 成都 610072)

        超聲彈性成像技術(shù)是一項(xiàng)新的超聲技術(shù),其發(fā)展和推廣應(yīng)用需要長(zhǎng)期、大量的臨床研究。本文從超聲彈性成像的原理、發(fā)展、分類、運(yùn)用于腎臟的理論依據(jù)、不同種類彈性成像在移植腎中的應(yīng)用及現(xiàn)階段彈性成像的影響因素方面進(jìn)行綜述,希望促進(jìn)超聲彈性成像技術(shù)在移植腎方面的應(yīng)用。

        超聲彈性成像;移植腎

        當(dāng)前我國(guó)腎臟移植手術(shù)普遍開展,腎移植技術(shù)日趨成熟,腎移植技術(shù)和近期存活率已達(dá)世界先進(jìn)水平,但長(zhǎng)期存活率與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(yuǎn)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(zhì)的分子構(gòu)成和這些分子構(gòu)成在宏觀及微觀上的組織形式。傳統(tǒng)的觸診即是醫(yī)生通過(guò)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(gè)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(yī)學(xué)影像檢查廣泛應(yīng)用的今天,以影像為基礎(chǔ)的彈性成像技術(shù)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(guān)注的熱點(diǎn)。超聲彈性成像是彈性成像中的一種,根據(jù)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(yīng)用于實(shí)時(shí)組織彈性成像(real-time tissue elastography,RTE),聲力式超聲彈性成像包括瞬時(shí)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(shù)工作原理

        超聲彈性成像的基本原理是對(duì)組織施加一個(gè)內(nèi)部或外部的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的激動(dòng),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(xué)、彈性力學(xué)等物理因素作用下,組織將產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)(如位移、應(yīng)變)。根據(jù)響應(yīng)不同,利用超聲成像方法,結(jié)合數(shù)字信號(hào)或數(shù)字圖像處理技術(shù),直接或間接反映組織內(nèi)部位移屬性的差異[4]。

        2 超聲彈性成像的發(fā)展?fàn)顩r及超聲彈性成像應(yīng)用于移植腎的理論依據(jù)

        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(yīng)用于臨床。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐,彈性超聲的研究成為目前超聲領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前,主要應(yīng)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(shù)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?;诟闻K超聲彈性成像研究的基礎(chǔ),腎臟超聲彈性成像也在不斷發(fā)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(yuǎn)期失功的首位原因。其主要表現(xiàn)為進(jìn)行性腎小球硬化、腎小管萎縮、腎間質(zhì)纖維化、血管內(nèi)膜增生等。這些都會(huì)導(dǎo)致移植腎的硬度發(fā)生變化,腎功能惡化。而且,目前臨床上缺乏可靠、無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確的評(píng)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(wú)腸道及其內(nèi)容物干擾,所以能夠有效實(shí)現(xiàn)超聲彈性成像。

        3 RTE在移植腎檢查中的應(yīng)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(guò)程中同一層次的正常組織及病變組織的彈性應(yīng)變率,然后用不同顏色表示其相對(duì)硬度。主要機(jī)型有美國(guó) 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(yùn)用RTE在移植腎方面進(jìn)行了一系列研究。其首先對(duì)53例同種異體腎移植患者(其中穩(wěn)定組24例,急性排斥組29例)研究[8]發(fā)現(xiàn),穩(wěn)定組與急排組使用5分法評(píng)分后,以3分為界兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,認(rèn)為超聲彈性成像5分法對(duì)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(fù)查監(jiān)測(cè)。隨后,其對(duì)55例同種異體腎移植手術(shù)患者(其中穩(wěn)定組26例,排斥組29例)研究[9]發(fā)現(xiàn),排斥組移植腎體積及錐體高度增大、葉間動(dòng)脈收縮期最大流速減低,阻力指數(shù)(RI)增高,排斥組皮質(zhì)應(yīng)變均值(MEAN)小于穩(wěn)定組,皮質(zhì)硬度大于穩(wěn)定組,認(rèn)為RTE有助于早期診斷移植腎急性排斥反應(yīng)。其后續(xù)[10]對(duì)40例腎移植患者檢查發(fā)現(xiàn),RTE用于移植腎檢查具有典型的超聲彈性成像聲像圖特點(diǎn),其定量分析值較穩(wěn)定。李嫚等[11]對(duì)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(shù)E均為腎皮質(zhì)區(qū)(E2)>腎髓質(zhì)區(qū)(E1)>腎竇區(qū)(E3),慢性排斥組E2、E-ratio(E2/E3)均較正常組增大、E1及E3無(wú)明顯改變。曾碧丹等[12]檢查46例腎移植患者,其中穩(wěn)定組26例,CAN組20例(病理證實(shí))發(fā)現(xiàn),CAN 組髓質(zhì)/皮質(zhì)(B/A)、皮質(zhì)AREA%均大于SF 組,皮質(zhì)MEAN 值小于SF 組,組間髓質(zhì)MEAN、AREA%差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Ozkan 等[13]通過(guò)RSE 測(cè)量42例腎移植患者移植腎皮質(zhì)的硬度,發(fā)現(xiàn)腎實(shí)質(zhì)彈性指數(shù)與彩色多普勒超聲阻力指數(shù)(RI)和搏動(dòng)指數(shù)(PI)呈明顯正相關(guān),只是觀察者間的差異較大。

        4 TE及ARFI在移植腎檢查中的應(yīng)用

        TE 及ARFI 技術(shù)是將聚焦聲脈沖作用于組織感興趣區(qū),使其產(chǎn)生瞬時(shí)的縱向壓縮及橫向振動(dòng),以縱向壓縮為基礎(chǔ)對(duì)組織進(jìn)行彈性成像,稱為聲觸診組織成像技術(shù)(virtual touch tissue imaging,VTI);而橫向振動(dòng)以剪切波的形式向周邊擴(kuò)散傳播,利用相鄰波峰時(shí)間差計(jì)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(cè)組織硬度越大。TE 屬于一維瞬時(shí)彈性成像系統(tǒng),無(wú)聲像圖引導(dǎo),主要機(jī)型有法國(guó)Echosense Fibroscan,而ARFI 整合于常規(guī)二維超聲系統(tǒng)中,更有利于感興趣區(qū)域的定位,主要機(jī)型有西門子公司Acuson S2000等。Arndt 等[14]對(duì)57例同種異體腎移植患者的研究表明腎實(shí)質(zhì)(皮質(zhì)與髓質(zhì))硬度與腎間質(zhì)纖維化程度的正相關(guān)性明顯,與腎小球?yàn)V過(guò)率呈明顯負(fù)相關(guān);TE 連續(xù)顯示的硬度改變有助于說(shuō)服肌酐穩(wěn)定的部分移植腎患者接受診斷性活檢,研究認(rèn)為TE 最有前景的應(yīng)用是追蹤移植腎實(shí)質(zhì)硬度(移植腎實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu))隨時(shí)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(duì)52例移植腎患者(其中23例經(jīng)活檢證實(shí)有腎功能障礙)進(jìn)行TE隨訪檢查發(fā)現(xiàn),移植腎彈性強(qiáng)度和腎小球?yàn)V過(guò)率(eGFR)高度負(fù)相關(guān),即eGFR越高,移植腎的彈性強(qiáng)度越小。此外,移植腎彈性強(qiáng)度與腎活檢的間質(zhì)纖維化程度之間呈高度正相關(guān)。Syversveen 等[16]對(duì)30 例同種異體腎移植患者的檢查發(fā)現(xiàn),VTQ 無(wú)法明顯區(qū)分無(wú)纖維化與輕度纖維化的移植腎之間的差異,觀察者不同測(cè)得的VTQ 數(shù)值差異亦較大,且無(wú)法證實(shí)VTQ 是否能夠反映移植腎纖維化程度隨時(shí)間的變化。Stock 等[17]將18 例經(jīng)病理證實(shí)的CAN 患者的VTQ 值與彩色多普勒超聲檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較,證實(shí)VTQ 值、RI 值均與移植腎纖維化程度有相關(guān)性,但兩者間無(wú)明顯相關(guān)性,推測(cè)兩者是解釋移植腎纖維化程度的兩個(gè)獨(dú)立因素。后續(xù)其研究[18]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),在急性腎小管壞死、環(huán)孢素毒癥腎病及CAN均表現(xiàn)為RI 增高的疾病中,經(jīng)過(guò)病理證實(shí)僅發(fā)生急性T 細(xì)胞介導(dǎo)的CAN 其顯示的ARFI 均值增大約15%,這一結(jié)果對(duì)不同類型CAN 的鑒別診斷有很大幫助。趙靜等[19]研究發(fā)現(xiàn),VTQ 均值與GFR 呈顯著負(fù)相關(guān),與弓形動(dòng)脈RI 無(wú)顯著相關(guān)性,而RI 與GFR無(wú)顯著相關(guān)性。He等[20]對(duì)102例腎移植患者(其中腎功正常52例,腎功異常50例)檢查結(jié)果做ROC曲線,發(fā)現(xiàn)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(jié)論ARFI比彩色多普勒結(jié)果RI更準(zhǔn)確的量化診斷移植腎的功能。任秀昀等[21]運(yùn)用ARFI技術(shù)檢查98例腎移植患者,結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植腎皮質(zhì)剪切波速度:動(dòng)脈RI 增高患者>移植腎功能異?;颊?移植腎功能正常者。

        5 SSI在移植腎檢查中的應(yīng)用

        SSI是通過(guò)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(xù)聚焦,增加剪切波的產(chǎn)生,獲得剪切波速度,將超高時(shí)間分辨率的剪切波速度圖像進(jìn)行彩色編碼,并記錄剪切板在組織中的傳播過(guò)程并合成組織彈性圖。最后定量測(cè)量反映組織彈性的楊氏模量值[22]。主要機(jī)型有法國(guó)聲科SuperSonic Imagine。Grenier等[23]對(duì)43 例腎移植患者的研究表明(腎皮質(zhì)彈性的變異系數(shù)分別為20%和12%)。腎皮質(zhì)硬度和臨床參數(shù)與腎臟半定量Banff 得分及腎間質(zhì)纖維化的程度沒(méi)有相關(guān)性。但是,腎皮質(zhì)硬度在慢性病變和所有腎臟基礎(chǔ)病變的Banff 總得分呈顯著相關(guān)。結(jié)論SSI 定量測(cè)量移植腎硬度,是一種無(wú)創(chuàng)的整體評(píng)估組織惡化程度的檢測(cè)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(guī)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(zhì),發(fā)現(xiàn)深度越大物體SWV 越小,介質(zhì)不同,物體SWV 之間有顯著差異。俞清等[25]的研究發(fā)現(xiàn),隨著物體放置深度的增加,彈性分級(jí)相應(yīng)地增加。由于移植腎位置較表淺,可以準(zhǔn)確地測(cè)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(cè)量可能會(huì)受影響。其次,無(wú)論使用何種彈性成像技術(shù)測(cè)量移植腎組織的彈性,都必需熟知腎的相關(guān)特性,必需熟知相關(guān)的影響因素。如剪切波傳導(dǎo)速度易受多種機(jī)械性參數(shù)、功能性指數(shù)參數(shù)的影響,如:各向異性及血流狀態(tài)。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)這些因素對(duì)剪切波的影響對(duì)于減少測(cè)量誤差,增加測(cè)量的重復(fù)性、準(zhǔn)確性十分重要。目前國(guó)內(nèi)外許多關(guān)于慢性肝病的研究表明血流動(dòng)力學(xué)對(duì)組織硬度有潛在影響,因此推斷腎臟纖維化可能也繼發(fā)于腎血流動(dòng)力學(xué)改變[26~28]。Syversveen等[29]應(yīng)用ARFI 測(cè)量移植腎,發(fā)現(xiàn)彈性測(cè)值與探頭作用于腹壁的壓力相關(guān),壓力增大將導(dǎo)致測(cè)值升高。Gennisson等[30]研究發(fā)現(xiàn)組織的各向異性程度等結(jié)構(gòu)特征、尿道壓力及血流指數(shù)會(huì)影響剪切波傳導(dǎo)速度及腎組織(尤其是皮質(zhì)) 的彈性值。腎臟實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)的各向異性非常明顯,腎髓質(zhì)的亨利氏環(huán)和直管、皮髓質(zhì)內(nèi)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(zhì)可達(dá)30%,在髓質(zhì)高達(dá)50%。因此,如果超聲聲束平行于這些結(jié)構(gòu)剪切波的傳播方向便垂直于這些結(jié)構(gòu),途經(jīng)較多的血管及集合管界面,傳導(dǎo)速度便被減弱,彈性測(cè)值便減低。相反,如果超聲波束垂直于這些結(jié)構(gòu),剪切波傳導(dǎo)過(guò)程中界面干擾較少,彈性測(cè)值相對(duì)較高。此外,血管壓力也明顯影響彈性測(cè)值,尤其是皮質(zhì)的血管壓力。其進(jìn)一步研究表明,當(dāng)腎動(dòng)脈結(jié)扎后腎組織彈性測(cè)值降低明顯;相反,當(dāng)腎靜脈結(jié)扎后腎組織彈性測(cè)值卻顯著升高。尿道梗阻后對(duì)腎組織的彈性測(cè)值影響很大,呈線性上升。

        7 ARFI技術(shù)新進(jìn)展:聲觸診組織成像定量技術(shù)(VTIQ)

        VTIQ又稱“鷹眼”技術(shù),是第三代剪切波速度成像技術(shù)。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(qū)的絕對(duì)硬度值。其具有下列特點(diǎn):①剪切波彈性成像具有實(shí)時(shí)回饋系統(tǒng)用以評(píng)價(jià)彈性圖像的質(zhì)量;②剪切波彈性成像同時(shí)具備速度、時(shí)間、位移、質(zhì)量等多種模式顯示;③剪切波測(cè)速范圍0.5~10 m/s,可視可調(diào),并可以設(shè)定最低和最高閾值;④剪切波測(cè)量感興趣區(qū)最小可達(dá)1mm×1mm,并隨深度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。其區(qū)別于以往彈性成像最大的優(yōu)點(diǎn)是:具有質(zhì)量控制模式,可以觀察取樣圖像的優(yōu)劣。測(cè)試者可以通過(guò)質(zhì)量控制模式區(qū)分哪里的剪切波速度估算是準(zhǔn)確的,哪里不準(zhǔn),此舉有助圖像識(shí)別。這在一定程度上克服TE、ARFI、SWE應(yīng)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(fù)性更高[31]。目前,此技術(shù)在甲狀腺及乳腺等[32,33]淺表器官上的應(yīng)用已有研究,在移植腎方面的研究尚無(wú)報(bào)道。

        移植腎對(duì)每個(gè)腎移植患者及其家人都極為重要。粗針穿刺組織學(xué)活檢是目前診斷CAN的“金標(biāo)準(zhǔn)”,但是因?yàn)槠錇閯?chuàng)傷性檢查,有可能對(duì)移植腎產(chǎn)生損傷,影響移植腎功能;還存在術(shù)疼痛后出血及一系列并發(fā)癥,給患者帶來(lái)了諸多不便與痛苦,使得臨床應(yīng)用的普遍性受限。而且病理檢查結(jié)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(jié)構(gòu)出現(xiàn)微小變化時(shí),即疾病的早期或可逆階段通過(guò)無(wú)創(chuàng)檢查方法早期診斷CAN,并且評(píng)估移植腎的治療及預(yù)后,提高移植腎患者的長(zhǎng)期生存率,具有重要的臨床價(jià)值。超聲彈性成像檢測(cè)腎臟彈性技術(shù)的出現(xiàn)可以為臨床提供更多的診斷信息。這種無(wú)創(chuàng)性的評(píng)價(jià)移植腎硬度的方法可能會(huì)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)

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