实时三维超声造影评估兔闭合性肾外伤活动性出血

付 刚FU Gang

许瑞雪2XU Ruixue

李 婷2LI Ting

周群芳2ZHOU Qunfang

梁 艳3LIANG Yan

熊跃毅3XIONG Yueyi

李叶阔2LI Yekuo

实时三维超声造影评估兔闭合性肾外伤活动性出血

付 刚1FU Gang

许瑞雪2XU Ruixue

李 婷2LI Ting

周群芳2ZHOU Qunfang

梁 艳3LIANG Yan

熊跃毅3XIONG Yueyi

李叶阔2LI Yekuo

目的探讨实时三维超声造影（RT3D-CEUS）评估闭合性肾外伤活动性出血的价值。材料与方法9只健康新西兰兔随机平均分为3组，全身肝素化后，采用自制小型撞击器分别以77.2 N（A组）、106.2 N（B组）、135.1 N（C组）3种力度撞击，制作闭合性肾外伤活动性出血模型。撞击前后20 min内分别行灰阶超声（US）、彩色多普勒血流显像（CDFI）和RT3D-CEUS检查，以RT3D-CEUS所含的A平面为二维超声造影（2D-CEUS）进行比较。动物血压降至40 mmHg以下时，处死实验兔，进行病理检查。将US、CDFI、2D-CEUS、RT3D-CEUS检查结果与病理结果进行对照。结果9只兔肾均发生损伤，损伤级别随撞击力增加而加重，A组1例为Ⅰ级；2例为Ⅱ级；B组3例均为Ⅲ级；C组1例为Ⅲ级，2例为Ⅳ级。US见伤肾包膜下出现无回声，量逐渐增多，但无法直接显示肾活动性出血的部位和范围。CDFI见1例肾活动性出血。2D-CEUS清晰地显示了实验兔伤肾的活动性出血信号。RT3D-CEUS实时、立体、逼真地显示了实验兔伤肾的活动性出血，其分布范围越广，进入休克状态的时间越短。结论RT3D-CEUS可以实时、立体、逼真地显示闭合性肾外伤活动性出血，并可以根据出血信号分布的范围初步判断出血的严重程度。

肾疾病；创伤和损伤；出血；超声检查，多普勒，彩色；成像，三维；造影剂；疾病模型，动物；兔

超声以其无创、实时、便捷等特点成为诊断腹部外伤的首选方法[1,2]。随着超声新技术的不断研发，其在诊断腹部闭合性损伤方面发挥着越来越重要的作用[3-5]。实时三维超声造影（RT3D-CEUS）是一种新的超声造影技术，可以实时获得病灶造影全程的三维灌注信息[6]。本实验制作闭合性肾外伤活动性出血模型，采用RT3D-CEUS评估闭合性肾外伤活动性出血的价值，为临床救治提供更多参考信息。

1 材料与方法

1.1 实验动物 9只健康新西兰兔（由广州军区广州总医院动物实验中心提供），雌雄不限，体重2.6～3.3 kg，兔龄28～31周，随机编号后平均分为A、B、C组，每组3只。经耳缘静脉注射3%戊巴比妥钠1 ml/kg进行麻醉并备皮，兔取仰卧位固定于动物板。经股动脉插管接压力传感器，经耳缘静脉置入22G留置针作为注射通道。为了保证兔肾外伤后持续发生活动性出血，经耳缘静脉注射200 U/kg肝素钠（天津生物化学制药有限公司，批号20121008，规格2 ml∶1.25万U）。本实验经广州军区广州总医院实验动物伦理委员会批准。

1.2 动物模型制作 采用自制小型撞击器（专利号201220162205.6）撞击左肾，建立兔闭合性肾外伤模型。自制小型撞击器内部为不锈钢制弹簧。其刚性模数（G）=8000 kg/mm2，弹簧圈线径（d）=1.5 mm，外径（OD）=11 mm，内径（ID）=8 mm，中径（MD）=OD-d =9.5 mm，有效圈数（Nc）=15。弹簧常数（k）=（G×d4）/（8×MD3×Nc）≈0.3936 kgf/mm=3.86 N/mm。撞击头直径为10 mm，撞击面积（S）=3.14×（5 mm）2=78.5 mm2。

本实验固定自制小型撞击器的撞击深度为10 mm。调节调压螺丝为3个不同的距离（X），根据胡克定律F=kx，计算撞击力分别为77.2 N、106.2 N和135.1 N。A组接受77.2 N的撞击，B组接受106.2 N的撞击，C组接受135.1 N的撞击。人工固定肾，调节好撞击器，将撞击头对准肾，按压扳机进行撞击。

1.3 常规超声检查 采用GE Voluson E8 Expert彩色多普勒超声诊断仪，配备三维成像专用软件及编码造影软件包，RIC5-9D探头，灰阶超声（US）检查频率3.7～9.0 MHz，扫描角度为125°，深度为9 cm。彩色多普勒血流显像（CDFI）状态下，Scale范围为0.06 m/s。

1.4 RT3D-CEUS 进入Contrast状态，机械指数（mechanical index, MI）为0.14，调节图像深度，然后嵌压4D键，进入RT3D-CEUS状态，调节取样框扫查范围，使其完全覆盖伤肾。采用团注法经留置针管快速推入SonoVue超声造影剂（意大利，Bracco公司）0.2 ml/次，快速尾推5.0 ml生理盐水冲管[7]。将数据存储于仪器硬盘。

1.5 伤情评估 RT3D-CEUS检查结束后，动态观察实验兔的血压变化，当收缩压降至40 mmHg以下时提示实验动物进入休克状态，经静脉注射适量氯化钾，处死实验兔，剖腹观察肾损伤情况。然后取出肾剖切，参照美国创伤外科协会（AAST）分级标准[8]评估伤情。

1.6 图像分析 撞击前后20 min内，由1名超声主治医师依次完成US、CDFI和RT3D-CEUS检查。由另1名超声主任医师回放图像进行分析，2人均不知撞击力度。将以RT3D-CEUS的A平面作为二维超声造影（2D-CEUS）进行研究。应用RT3D-CEUS图像后处理软件分析造影增强特征。将以上检查结果进行比较，并与病理结果进行对照。

2 结果

2.1 撞击前 US清晰地显示肾的内部结构；CDFI显示正常的肾血流；2D-CEUS显示正常肾血流灌注，未见异常增强信号；RT3D-CEUS显示立体的肾血流灌注信息，未见异常增强信号。

2.2 撞击后

2.2.1 US及CDFI A组1例未见明显异常，其余各例二维灰阶超声可见肾肿大，实质局部可见异常增强区，如积液较多，渗入损伤病灶，可见肾实质局部回声中断。所有伤肾包膜下均出现液性暗区，量逐渐增多，并逐渐出现均匀分布的点状回声（图1A）；无法直接显示肾活动性出血的部位和范围。CDFI显示伤肾血流灌注信息较撞击前明显变弱，C组1例可见束状彩色血流信号自破口向肾外喷射（图1B）。

2.2.2 撞击后2D-CEUS 注射超声造影剂10～12 s，2D-CEUS可见肾实质损伤区呈楔形或不规则形无增强区，与正常增强的肾皮质形成强烈反差。注射造影剂（13±2）s后，除A组1例外，其余所有实验兔均可见自破口向肾外涌出的不同程度的增强信号（图1C）。2.2.3 撞击后RT3D-CEUS 注射超声造影剂10～12 s，RT3D-CEUS实时显示完整的肾损伤病灶，该区呈不规则凹形的充盈缺损。注射造影剂（13±2）s后，除A组1例外，所有实验兔均可见活动性出血信号，其特点为：开始见自肾损伤病灶向肾外的多束增强信号，然后逐渐汇合成一大束，呈“宽带”状或“云雾”状（图1D）。活动性出血增强信号越强、分布范围越广，进入休克的时间越短，表明出血程度越严重。

2.3 大体病理 大体病理可见9只兔肾均发生损伤，损伤级别随撞击力增加而加重，A组1例为Ⅰ级；2例为Ⅱ级；B组3例均为Ⅲ级；C组1例为Ⅲ级；2例为Ⅳ级。RT3D-CEUS显示的损伤病灶的部位、形态与病理检查结果一致（图1E、F）。A、B、C组实验兔进入休克状态的平均时间分别为（240±15）min、（85±10）min、（49±5）min。

图1 C组实验兔，接受135.1 N的撞击力。A.灰阶超声肾长轴切面显示伤肾实质局部回声中断（箭），并可见肾包膜下积液（箭头）；B. CDFI肾切面显示束状彩色血流信号自破口向肾外喷射（箭）；C. 2D-CEUS显示自破口向肾外涌出的增强信号（箭）；D. RT3DCEUS实时、立体、逼真地显示肾活动性出血（箭）；E.肾实质可见裂口（箭）；F.剖开肾，可见肾实质发生挫裂伤（箭）

3 讨论

超声对外伤后腹腔积液的诊断敏感度高，但无法辨别液体的性质，也不能确定出血的来源，对诊断腹腔实质脏器损伤的敏感度不高。超声造影技术的出现不仅大大提高了对闭合性腹部实质脏器外伤的诊断率[9,10]，而且可以准确地评估实质脏器是否发生活动性出血及活动性出血的来源，本课题组的前期研究[11]也证实了这一点。然而，超声造影无法显示活动性出血的整体信息。超声造影三维重建技术是通过采集二维超声造影的信息，通过计算机重建出病灶的三维灌注信息，但是其获得的是短暂的扫描信息，信息量非常有限，如采集时机把握不好，会丢失非常重要的信息，而且图像质量容易受患者脏器动度的影响。RT3D-CEUS是一种新的超声造影技术，可以实时获得病灶造影全程的三维灌注信息，信息量大，不受脏器动度的影响。

本实验结果证实，RT3D-CEUS可以实时、立体、逼真地显示闭合性肾外伤活动性出血及活动性出血的来源。肾受到撞击后，肾组织肿胀，局部血管破裂，血液自破口溢出至包膜下，若包膜发生破裂，血液会进入腹膜后，甚至腹腔。US显示肾肿大，局部回声稍增强，其形态不规则，边界欠清晰，肾包膜下出现无回声暗区，表明存在出血，但无法直接显示出血信号，而且无法判断出血的来源。CDFI可见肾血流灌注较撞击前明显减少，这可能是外伤后的应急反应所致，仅见1例发生活动性出血。经静脉注射超声造影剂后，2D-CEUS显示灌注早期肾损伤部位灌注缺失，然后微泡自肾破裂口外溢，通过相关的超声造影显像技术可以清晰地显示微泡外溢情况，从而可以准确地判断肾活动性出血，并确定出血的来源，但2D-CEUS只能显示二维的、断层切面的信息，若操作经验不丰富可能会遗漏一些重要的切面。RT3D-CEUS包含了所有2D-CEUS的信息，它能立体地显示灌注早期肾局部充盈缺失及其后实时、立体的活动性出血信息，非常容易判断出血的来源，不易产生遗漏。RT3D-CEUS实时、逼真、立体地显示了本实验中所有包膜发生破裂的肾的活动性出血信号。

本实验结果表明，RT3D-CEUS显示的活动性出血分布范围越广，血压下降越快。由于本实验对所有的实验兔进行了肝素化处理，因此，一旦肾组织发生破裂，会持续出血，直至死亡。本实验建立了几种不同级别的闭合性肾外伤模型，2D-CEUS显示出血信号分布的范围不一，但无法显示整体的出血信息。RT3D-CEUS显示了完整的活动性出血信息，其分布的范围与血压改变密切相关，分布范围越大，血压下降越快，病理结果显示其损伤级别也越高。

值得注意的是，RT3D-CEUS显示的信息量大，病灶容易被周边增强的信号覆盖，从而干扰对疾病的诊断。实时显像时，调节图像的角度、深浅等非常重要，可以去除干扰，清晰地显示病灶的动态信息；还可以通过图像后处理技术，对图像深浅及空间进行旋转，剪除杂波信号干扰，逼真地显示病灶的整体增强特征。

综上所述，RT3D-CEUS可以实时、立体、逼真地显示闭合性肾外伤活动性出血，并可以根据出血信号分布的范围初步判断出血的严重程度，可以为下一步救治提供重要的参考信息。

[1] McGahan JP, Richards JR, Jones CD, et al. Use of ultrasonography in the patient with acute renal trauma. JUltrasound Med, 1999, 18(3): 207-213.

[2] McGahan JP, Rose J, Coates TL, et al. Use of ultrasonography in the patient with acute abdominal trauma. J Ultrasound Med, 1997, 16(10): 663-664.

[3] Mihalik JE, Smith RS, Toevs CC, et al. The use of contrastenhanced ultrasound for the evaluation of solid abdominal organ injury in patients with blunt abdominal trauma. J Trauma Acute Care Surg, 2012, 73(5): 1100-1105.

[4] Catalano O, Aiani L, Barozzi L, et al. CEUS in abdominal trauma: multi-center study. Abdom Imaging, 2009, 34(2): 225-234.

[5] Liu JB, Merton DA, Goldberg BB, et al. Contrast-enhanced two- and three-dimensional sonography for evaluation of intraabdominal hemorrhage. J Ultrasound Med, 2002, 21(2): 161-169.

[6] Salvatore V, Borghi A, Piscaglia F. Contrast-enhanced ultrasound for liver imaging: recent advances. Curr Pharm Des, 2012, 18(15): 2236-2252.

[7] Dong Y, Wang WP, Cao JY, et al. Quantitative evaluation of acute renal failure in rabbits with contrast-enhanced ultrasound. Chin Med J (Engl), 2012, 125(4): 652-656.

[8] Croce MA, Fabian TC, Kudsk KA, et al. AAST organ injury scale: correlation of CT-graded liver injuries and operative findings. J Trauma, 1991, 31(6): 806-812.

[9] 张惠琴, 唐杰, 吕发勤, 等. 超声造影在腹部实质脏器外伤非手术治疗中的作用. 中国医学影像学杂志, 2008, 16(4): 252-255.

[10] 梁峭嵘, 梁彤, 石星, 等. 造影增强超声对肝脾外伤的诊断价值. 中华超声影像学杂志, 2005, 14(12): 908-910.

[11] Li Yk, Wang SS, Zhu XS, et al. Contrast-enhanced ultrasound for blunt hepatic trauma: an animal experiment. Am J Emerg Med, 2010, 28(7): 828-833.

（责任编辑 张春辉）

Real-time Three-dimensional Contrast-enhanced Ultrasound for Evaluation of Blunt Renal Trauma Hemorrhage: a Rabbit Experiment

PurposeTo investigate the value of real-time three-dimensional contrastenhanced ultrasound (RT3D-CEUS) for the evaluation of blunt renal trauma hemorrhage.Materials andMethodsNine healthy New Zealand white rabbits were randomly divided into three groups, and after heparinization, the models of ongoing hemorrhage of blunt renal trauma were developed by self-made minitype striker in the three groups with different force levels: 77.2 N (group A), 106.2 N (group B), 135.1 N (group C). All rabbits were performed ultrasonography (US), color Doppler flow imaging (CDFI) and RT3DCEUS before and after strike (within 20 minutes). The results achieved by US, CDFI, 2D-CEUS (A-plane results in RT3D-CEUS) and RT3D-CEUS were compared with each other, and further compared with the pathological results of the executed animals after blood pressure decreased lower than 40 mmHg.ResultsAll rabbits showed traumatic renal lesions and it proved that the bigger the force the heavier the injury (group A: 1 case of level Ⅰ, 2 cases of level Ⅱ; group B: 3 cases of level Ⅲ; group C: 1 case of level Ⅲ, 2 cases of levelⅣ ). After strike, US identified the presence of increasing hematoma under the capsule but could not detect active bleeding. In CDFI, only 1 case was detected ongoing hemorrhage. 2D-CEUS clearly presented the bleeding in all cases. RT3D-CEUS presented a vivid real-time and stereoscopical image of active hemorrhage in all cases and also showed that the wider the bleeding area was shorter than the shock duration time.ConclusionRT3D-CEUS can present a real-time dynamic bleeding and locate headstream of blood in renal trauma vividly and stereoscopically, and can be used to preliminarily evaluate the degree of ongoing hemorrhage in traumatic kidney.

Kidney diseases; Wounds and injuries; Hemorrhage; Ultrasonography, Doppler, color; Imaging, three-dimensional; Contrast media; Disease models, animal; Rabbits

1. 武警河北总队医院介入科 河北石家庄050081

2. 广州军区广州总医院超声科 广东广州510010

3. 武警云南总队医院特检科 云南昆明650111

李叶阔

Department of Ultrasound, General Hospital of Guangzhou Military Command, Guangzhou 510010, China

Address Correspondence to: LI Yekuo

E-mail: yekuoli@163.com

全军医学科研“十二五”计划课题项目

（CWS12J076）；广东省科技计划项目

（2011B080701019，2012B031800309）。

R-33；R445.1

2013-05-27

修回日期：2013-09-30

中国医学影像学杂志

2013年 第21卷 第10期：733-736

Chinese Journal of Medical Imaging

2013 Volume 21(10): 733-736

10.3969/j.issn.1005-5185.2013.10.004