膀胱超声弹性振动成像技术和尿动力学检查评估膀胱顺应性的临床评价

杜 乔，张 辉，朱 江，李颖毅

(宝鸡市人民医院泌尿外科，陕西宝鸡 721000)

泌尿系统的生理功能与膀胱的顺应性密切相关。生理和神经功能的异常使膀胱排泄功能恶化而导致膀胱顺应性降低[1-3]。判断膀胱顺应性目前主要依赖于尿动力学检查(urodynamic study，UDS)。UDS主要通过膀胱内导管来对逐渐充盈膀胱、并通过两个压力传感导管同时测量逼尿肌压力(detrusor pressure，Pdet)来反映膀胱逼尿肌的顺应性。通过UDS检查，能够观察膀胱在不同体积液体负荷下的生理和神经反应，并得出漏尿点、膀胱过度活动能力和膀胱顺应性等指标[4-5]。尽管UDS的准确性较高，但由于UDS属于侵入性检查并且检查成本较高，因此，期望能够通过其他侵入性小、成本较低、可靠性较高的辅助检查来动态监测患者的膀胱顺应性。目前可通过膀胱壁的其他性能参数来间接反映膀胱壁机械性能[6-8]，如基于超声测量的膀胱重量和膀胱壁厚度的非侵入性技术已被用于评估膀胱生理和神经功能状态。但也有研究认为这些方法尚不能够完全替代UDS检查[9]。就目前而言，探索能够直接测量不同负荷条件下的膀胱机械性能的非侵入性检查手段在临床上有较高的应用前景。

超声弹性成像技术已成为近年来用于评估组织机械性能的非侵入性诊断工具，而剪切波弹性成像尤其适用于评估组织的机械弹性，可作为预测不同疾病和病理状态的潜在生物标志物[10-12]。在此基础上发展的超声弹性振动成像(ultrasound bladder vibrometry，UBV)可用于测定靶组织的机械力学性能，从而反映出组织的刚度及弹性的改变，以评估组织顺应性[13]。本研究主要比较采用UBV测量的膀胱机械性能参数和采用UDS检查测量的膀胱顺应性的相关性，探讨UBV作为一种新型的、无创的和多功能的技术来快速、准确判断膀胱壁机械性能的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1研究对象本研究纳入了2015年1—12月期间在宝鸡市人民医院就诊的经UDS检查的诊断为神经源性膀胱的成年患者。入组标准：①患者年龄≥18周岁；②在UDS检查中，至少存在以下一项异常：尿流率、膀胱最大容量、初意膀胱尿量、残余尿量、膀胱充盈压力等，符合神经源性膀胱的诊断标准[14]。排除标准：①尿道狭窄；②严重的泌尿系统感染、结石及肿瘤患者；③有精神疾病而不能配合检查患者；④合并严重的心、肺、肝、肾功能不全患者。共纳入40例患者，男性29例(72.5%)、女性11例(27.5%)；平均年龄为(48.3±9.5)岁；平均体质指数(body mass index，BMI)为24.9±3.1。根据病因分类，脊柱损伤导致神经源性膀胱31例(77.5%)、腰椎间盘突出症3例(7.5%)、糖尿病膀胱2例(5.0%)、中风2例(5.0%)、脑外伤1例(5.0%)、帕金森病1例(2.5%)。

1.2尿动力学检查对所有入组患者进行标准的UDS检查。在进行UDS插管前，嘱患者排空膀胱，校正压力传感器以保证读数的一致性和准确性。在尿道插管后，对膀胱进行逐步充盈(灌注速率为10～100 mL/min)，通过压力传感器同时测量膀胱内的压力，并使用体表的传感器来测量膀胱外的压力(即腹压)，并计算二者的差值作为膀胱壁的净逼尿肌压力(Pdet)。同时记录压力值、灌注量、膀胱充盈率等参数。在本研究中，顺应性≥40 mL/cm H2O诊断为膀胱顺应性正常，顺应性<40 mL/cm H2O诊断为膀胱顺应性减弱。

1.3UBV测量使用配备有中心频率为2.5 MHz的弯曲线性阵列的Verasonics医学超声系统的超声波检查设备。在进行UBV测量前，先通过腹部常规B型超声辨认膀胱壁所在位置。UBV的测量在UDS膀胱灌注量达到50 mL后同时进行，在每增加50 mL的灌流液下进行两次UBV参数的测量，并取平均值。在UBV测量下，对膀胱壁进行600～900 μs的超声波冲击，以产生沿膀胱壁的兰姆波。随着兰姆波的传播，跟踪兰姆波的传播并进行每秒2 500帧的三维超声波平面成像[15]。通过记录到的同相和正交分量(in-phase and quadrature，IQ)，通过Q分析ElastoScan弹性成像软件显示弹性模量[16]，以记录到的超声波传播的空间-时间映射用于计算波群速度并进行离散分析。

1.4统计学分析对于每位患者，在每次增加灌注量时，使用UBV方法计算膀胱壁力学性能(兰姆波群速度的平方和弹性模量)。在每个膀胱灌注体积中，从UDS检查记录相应的Pdet，通过Pearson相关系数与膀胱壁力学参数进行相关性分析，并以t检验来分析UBV测量的膀胱壁力学参数与UDS测量的Pdet之间的相关程度。所有统计学分析在SPSS 23.0软件中进行，以P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1尿动力学检查膀胱灌注量分布情况40例患者的膀胱灌注量的平均值为(415.9±24.5) mL，中位数为438.5 mL (95%CI：398.66～486.81)，13例(32.5%)患者以500 mL的灌注量结束膀胱灌注过程，4例(10.0%)患者因漏尿而不能维持250 mL以上的灌注量。所有患者的膀胱灌注量的分布如图1所示。

图1 40例患者的膀胱灌注量分布图

2.2UDS和UBV检查结果的相关性图2、图3各显示了1例膀胱顺应性减低和膀胱顺应性正常的患者的UDS和UBV的检查结果。膀胱顺应性减低(顺应性<18.75)的患者在低灌注量下即出现Pdet的快速改变，UBV测量的群速度平方和弹性模量也呈现出相同的趋势，后两者与Pdet的Pearson相关系数(r)分别为0.90和0.92(图2)。而在膀胱顺应性正常(顺应性>62.5)的患者中，UDS测量的Pdet和UBV测量的群速度平方和弹性模量呈现出随灌注量增多而平稳增加的一致趋势，其Pearson相关系数(r)分别为0.98和0.99(图3)。

图21例膀胱顺应性降低患者的UDS和UBV检查结果

A:UDS检查；B、C：UBV检查。

图3 1例膀胱顺应性正常患者的UDS和UBV检查结果A:UDS检查；B和C：UBV检查。

2.3UDS和UBV检查结果的相关系数的统计学分析在所有的40例患者中，UBV测量的群速度平方与UDS测量的Pdet的中位相关系数为0.86(95%CI：0.74～0.94)，UBV测量的弹性模量与UDS测量的Pdet的中位相关系数为0.84(95%CI：0.66～0.92)。通过t检验对相关性进行评估，群速度平方和弹性模量与Pdet的相关性程度均大于0.5，存在明显的统计学差异(表1)。

表1 UDS和UBV检查相关性的统计学分析

3 讨 论

剪切波超声弹性成像技术是通过使用阵列换能器对组织内的指定部位进行超声波脉冲的空间聚焦，组织的衰减和反射会产生一个局部的体力，反过来会产生远离聚焦点区域的瞬态剪切波，通过这些剪切波的速度进行逐点测量，可以获得关于剪切模量或杨氏模量(Young’s modulus)的局部组织的刚度参数。但采用这种方法来评估膀胱壁等分层结构的弹性具有局限性。以往的研究表明，选择合适的测量模型来分析沿膀胱壁的瞬态波是获得真正的弹性测量所必须的[17-18]。在此基础上，UBV则是利用声辐射力来激发组织中的瞬态波，采用兰姆波模型(Lamb wave model)并根据标准的最小二乘拟合程度对沿膀胱壁的波浪扩散进行分析，并从中提取组织弹性和黏度参数[19]。兰姆波是一类沿着薄黏弹性壁传播的机械波，根据膀胱壁的弹性模量以及兰姆波群速度即可作为UBV的测量结果，其中的弹性模量是通过对波相分布的分析中得出，而群速度则是通过沿着膀胱壁的最大波幅的速度来测量[20]。弹性模量和兰姆波群速度可随着膀胱容量负荷的增加而增加，但增加的速度取决于膀胱顺应性[13]，因此对于膀胱顺应性较差的患者而言，弹性模量和兰姆波群速度会在短期内发生快速改变，而膀胱顺应性正常的患者则表现为平稳增加[21]。UDS对膀胱的测压分析基于对充盈液的压力响应来评估膀胱壁的机械特性[22]，而UBV则依赖于兰姆波群速度和弹性模量来反映膀胱壁的机械力学参数。

本研究探讨了在不同膀胱灌注体积下通过膀胱超声振动成像技术测量的膀胱壁力学性能与通过UDS测量的Pdet之间的相关性。UBV检查第一步是使用传统的B型超声成像以显示和辨别膀胱壁的位置。在笔者的操作过程中，即便是在膀胱灌注量较少的情况下，膀胱壁仍可以较容易地在超声图像上进行辨认。通过声波辐射力的激发，然后进行高帧频成像，可激发出瞬态波并追踪波群速度和相速度，后者可用于弹性成像的分散分析。本研究结果显示UBV成像下的群速度平方和弹性模量与Pdet呈较强的正相关性，其中位相关系数均高于0.80。进一步发现弹性模量与Pdet的相关性指数范围的离散程度大于群速度平方与Pdet的相关性指数的离散程度，这可能与声辐射力位移数据质量不高时可能导致的兰姆波模型反演下出现的异常模型参数有关。患者的BMI指数是影响兰姆波激发和获得数据质量的一个重要因素。在剪切波弹性成像研究肝纤维化分期中也证实了BMI指数对测量结果的影响[23]。随着BMI指数的增加，导致用于产生声辐射力的压缩波的能量衰减加快。此外，过多的腹部脂肪也会产生较强的成像杂波，进而降低了对膀胱壁厚度估算的准确度。尽管减小的声辐射力会影响UBV测量的群速度平方和弹性模量的大小，但错估的膀胱壁厚度仅影响测量弹性模量所需的反演程序的数据质量。因此，与弹性模量相比，群速度平方显示出与Pdet更高的相关性。同时，本研究显示UBV与UDS之间相关，从而证实了UBV可作为UDS替代性检查手段的可靠性。

综上所述，本研究结果总体上证明了UBV作为一种UDS替代性技术的适用性，可用于快速准确地评估膀胱生理和神经病症的机械顺应性。因此对于经常需要接受UDS检查的患者而言，UBV作为一种非侵入性检查手段具有较高的临床应用价值。