实时剪切波弹性成像技术在肾脏疾病中的应用进展

秦芩 王丹丹 党文珠 童明辉

730030 兰州，兰州大学第二医院超声科

肾脏作为人体最重要的器官之一，有清除体内代谢产物、调节水电解质平衡、维护酸碱平衡以及生成内分泌激素的功能。肾脏疾病可打破体内环境稳定，使正常新陈代谢受损，严重影响患者生活质量甚至生命。因此，不同肾脏疾病的早期诊断和及时治疗对延缓病情进展及提高患者预后显得尤其重要。CT、MRI及常规超声等检查技术仅在肾脏出现明显形态学变化时可观察到病变，却无法根据力学特征如肾皮质硬度评估肾脏的病变，使得运用影像学方法诊断肾脏疾病及其严重程度时具有局限性。剪切波弹性成像(shear wave elastography，SWE)是近年来新兴的超声技术，可通过自由调节取样框大小，无创、早期、定量、高准确性的评价肾脏的硬度变化，为临床医师发现早期肾脏病变及全面评估肾脏病变严重程度提供一项有效的影像学诊断依据[1-2]。本文拟对目前SWE在肾脏方面的研究及应用进展情况进行综述。

一、SWE的发展过程、原理及其应用优势

超声弹性成像技术最早由Ophir等[3]在1991年提出，其目的在于评估组织弹性，测量并分析感兴趣区内组织与同一系统周围正常组织的差异性，进而评估组织内部结构的组成及病理状态。最初，超声弹性成像技术是需向组织多次加压的静态组织应变成像技术，后逐渐发展到声辐射力脉冲成像、瞬时弹性成像、点剪切波弹性成像以及目前最新的二维实时剪切波弹性成像。SWE的形成原理为探头发射高速聚焦的声辐射力脉冲在纵向不同深度上连续聚焦，被聚焦部位组织粒子高效振动，对组织施加激励，在不同深度组织里同时产生横向剪切波，并运用超高速成像技术精确检测剪切波速度值(shear wave velocity,SWV,单位：m/s)，实现不同切面实时监测剪切波的传播过程[4]。根据剪切波速度，运用定量分析系统可精确测量组织弹性，获得杨氏模量值E(kPa)=3ρc2，其中ρ为组织密度，c为剪切波速度。剪切模量与SWV换算关系为G=ρVs2，其中G为剪切模量[5]。在实时呈现的弹性图像中，组织硬度越大，颜色越偏红，硬度越小，图像越偏蓝。与传统弹性成像技术相比，SWE技术有以下独特的优势[6]：(1)取样框的范围可自由调节，可灵活选择感兴趣区，避开其他组织对其的干扰；(2)避免了外部因素，无须施压，排除了操作人员间的结果偏移，使测量结果精确性提高；(3)获取图像时间短，不受患者平静呼吸下胸廓起伏的影响；(4)可在不同切面实时监测组织的剪切波传播速度及其弹性模量值。

二、肾脏弹性模量值测定的影响因素

肾脏主要由肾皮质、肾髓质及肾盂等构成。肾皮质位于表层，结构致密，富含血管，主要由肾小球和肾小囊组成，肾髓质位于皮质深面，血管缺乏，主要由肾椎体组成。不同的结构组成使得运用剪切波测量时所得弹性值不同。除肾脏本身测量因素外，肾脏外层包裹的肾周脂肪和不同检查部位所得肾脏弹性值也有差异。经前腹壁检查时剪切波速会受到肝脏及脾脏影响，侧腹壁检查剪切波速会受到脂肪影响，从后背检查会受到肌肉影响，这些因素均会对肾脏弹性值的精确性造成影响[7-8]。剪切波传播的各向异性也可影响肾脏弹性值，当传播声速与肾小管垂直时，剪切波作为横波传播与肾小管平行，使得测量的剪切波速增加，相应的杨氏模量值也增大。除上述影响因素外，血流动力学改变是影响肾脏弹性值的另一个重要因素[9]。SWE作为新兴超声检查技术，在肾脏弹性值测量上应注意以下几点[10]：(1)操作人员测量的精确性(组内相关系数为0.63～0.84)；(2)剪切波传播时测量深度的影响；(3)不同成像设备对弹性值测量的影响；(4)大血管及声窗不佳等因素的影响；(5)超声探头施加力度及测量部分应尽量保持一致。

三、SWE在肾脏中的基础研究

近年来，越来越多研究证实了SWE在检测肾脏硬度进而无创诊断疾病上的可行性，成为了目前较常用于肾脏的超声弹性成像技术之一。Gennisson等[8]对双侧肾静脉结扎的3头母猪进行肾脏弹性值测量，发现肾皮质硬度大幅增加，而结扎肾动脉时测量结果相反。此外，其结果还显示肾脏弹性值随着膀胱充盈压增加而减低，说明膀胱充盈压的改变或许是影响肾脏弹性值测量结果的另一重要因素。李娜等[9]和Helfenstein等[11]发现，兔和猪离体肾脏的血流灌注变化对剪切波弹性值变化影响是可逆的，灌注减低使肾弹性值增加73%，灌注恢复时肾脏弹性值随之恢复，进一步证实SWE具有足够的敏感度来动态监测和比较肾脏在不同血流动力学状态下杨氏模量的分布特征。Wang等[12]测量了离体肾脏从正常到弥漫性病变过程中的皮质弹性值，结果显示其从(33.0±7.1)kPa下降到(4.0±2.5)kPa，并发现病变肾皮质杨氏模量与分级程度之间存在良好的相关性，说明SWE能客观可靠的评价肾脏病变程度。Thanaboonnipat等[13]比较了23只慢性肾脏病猫和25只健康猫的肾杨氏模量值，发现两组肾皮质弹性值均高于髓质，慢性肾脏病组皮质和髓质弹性值均高于健康组，还发现肾弹性值与血肌酐、血尿素氮浓度呈显著正相关，与尿比重、尿渗透压/血浆渗透压呈显著负相关，这使得运用SWE预测慢性肾脏病患者肾功能成为可能。

四、SWE在肾脏中的临床研究

1.SWE在正常肾脏中的研究 Sandhu等[14]通过在不同深度取样以探究成像技术稳定性时，发现在垂直取样下的不同深度肾剪切波速差异无统计学意义，此研究与国内多位学者[15-16]的研究结果相似。钟婷婷等[17]发现在不同体位测量时患者的肾弹性值差异有统计学意义，其中左侧卧位肾脏中部测量弹性值最高，这可能与肾实质的各向异性有关。因此，在进行肾弹性值测定时，应尽量避免SWE的不足及操作者的误差，选择相同体位及相同肾实质位置和深度。郭海燕等[18]研究发现双肾中极皮、髓质杨氏模量值分别为(3.92±0.56)kPa、(3.70±0.59)kPa，这与徐建红等[19]的研究结果相似。而张英伟等[20]在肾脏中上部包膜下1 mm处对68名健康志愿者的肾脏实质进行弹性成像时，得出健康志愿者肾脏弹性值为(7.3±1.5)kPa。目前还需进行大样本、多中心研究，为超声医师规范化测量肾脏弹性建立一个标准的参考范围。

2.SWE在原发性慢性肾脏病中的研究 原发性慢性肾脏病作为进展性不可逆疾病，早期诊断及干预治疗至关重要，其病理类型包括肾小球肾炎、隐匿性肾炎、肾盂肾炎、肾病综合征等。近年来，原发性慢性肾脏病发病率持续增加，成为了全民健康问题中不容忽视的一环。Radulescu等[21]通过比较32例3～5期慢性肾脏病患者和20名健康志愿者皮质弹性模量值后发现，随着分级增加肾皮质杨氏模量值随之增高，并且慢性肾脏病组肾脏皮质硬度高于正常组，诊断敏感性为87.5%，特异性为66%，提示SWE可用于诊断早期慢性肾脏病并评估其分级。Leong等[22]对106例慢性肾脏病患者及203例健康人肾脏硬度进行对比研究进一步证实了上述结论，结果显示1～5期慢性肾脏病肾弹性模量值从(3.55±1.59)kPa到(12.75±5.63)kPa呈逐渐升高趋势，其诊断截断值为4.3 kPa，敏感性为80.3%，特异性为79.5%，同时肾弹性模量值与估算肾小球滤过率(estimate glomerular filtration rate，eGFR)呈负相关，与年龄、血肌酐、血尿素氮呈正相关。基于上述研究，国内王倩等[23]研究发现胱抑素C与肾弹性值呈显著正相关，提示实验室指标结合SWE可为临床医师发现早期慢性肾脏病并评估其分级提供综合全面依据。SWE有望成为诊断及评估慢性肾脏病的无创指标，在动态监测疾病进展过程、评估临床治疗效果及调整用药方案等方面发挥重要作用。

3.SWE在移植肾中的研究 肾移植作为终末期肾病最有效的治疗方法之一，不可避免会引起诸多并发症，其中急性或慢性肾排斥反应最常见。目前诊断移植肾纤维化程度的金标准为肾活检，但此方法为有创检查，重复性较差。以往常规超声通过观察移植肾大小、形态、皮质回声及血流等特征评估移植肾情况。SWE可无创、定量、重复测量肾皮质硬度，在肾脏形态及血流状态尚未发生改变前，能早期发现肾皮质硬度变化，从而对术后移植肾纤维化程度进行实时动态评估[24]。Järv等[25]通过SWE评估移植肾硬度并与临床参数进行分析时发现移植肾皮质弹性模量值为(7.22±4.70)kPa，并且肾皮质弹性值与患者体质量指数、供者年龄及移植肾深度呈负相关，这与Morgan等[26]的研究结果相似。Chiocchini等[27]进一步研究发现移植肾深度<3 cm患者肾皮质弹性值与移植时间有关，且随着时间增加而增大。SWE在移植肾相关疾病的诊断及治疗中可为临床提供新的理论指导。Ma等[28]对32例有肾活检临床指征(血肌酐升高15%或蛋白尿>1 g/d)的肾移植受者分别在活检前、后两周行肾脏SWE检查，发现在移植肾纤维化亚临床阶段，肾皮质和髓质硬度的曲线下面积(0.75和0.85)高于血肌酐(0.65)。说明SWE在检测早期肾小管间质纤维化方面优于血肌酐，有潜力作为一种非侵入性筛选测试来识别血肌酐相对正常的早期小管间质纤维化的患者，这有助于及时发现潜在病理学改变并有效干预。

4.SWE在肾肿瘤中的研究 肾肿瘤早期无明显症状，常被忽略，大多数患者发现时已是中晚期，不同类型肾肿瘤其手术方式和预后也截然不同。因此，术前评估肿瘤类型对患者预后有着重要意义。常规超声作为目前检查肾脏有无占位性病变首选的影像学检查方法具有一定局限性，如无法准确评估肿瘤的良、恶性等。SWE目前越来越多的应用于不同肾肿瘤的鉴别中。Aydin等[29]运用SWE鉴别40例肾脏恶性和良性肿瘤，结果发现，恶性肿瘤弹性范围约(27.27±25.66)kPa，良性肿瘤弹性范围约(16.13±8.89)kPa，两组弹性值均高于正常肾皮质弹性值。然而，Cai等[30]测量了68例肾细胞癌和49例血管平滑肌脂肪瘤(病灶直径均≤4 cm)患者病变部位弹性值后发现肾细胞癌病灶杨氏模量值为(7.2±2.5)kPa低于肾平滑肌血管瘤(10.0±2.4)kPa，截断值为9.15 kPa。另外，常规超声结合SWE检查诊断肾恶性肿瘤敏感度未明显增加，但特异度提高到87.8%，说明SWE在诊断肿瘤良、恶性方面有一定的研究意义，但这需要大量增加病例数。SWE可通过测量肾肿瘤病灶弹性值评估其硬度，为鉴别肿瘤良、恶性提供一项参考依据。

5.SWE在糖尿病肾病中的研究 2型糖尿病并发症分为大血管病变、小血管病变、微血管病变。糖尿病肾病作为继发性慢性肾脏病，是引起终末期肾病的首要原因。目前诊断的金标准为肾穿刺活检，但糖尿病患者穿刺后出现肾周血肿及感染风险比正常人高出10倍，而临床通过肾小球滤过率及尿白蛋白诊断糖尿病肾病受生理因素影响较大。因此，SWE在2型糖尿病肾病中的研究日益增多。房建秀等[31]发现糖尿病肾病患者肾皮质弹性模量值高于健康对照组[(4.13±1.06)kPa比(3.32±0.72)kPa]，诊断2型糖尿病肾病截断值为3.69 kPa，敏感性和特异性为62.8%、78.3%，并且随着蛋白尿量增加肾皮质弹性值也逐渐增加。Koc等[32]测量了50例2型糖尿病患者和53例健康人肾皮质硬度发现弹性值均高于房建秀等[31]的研究结果，该差异可能与机器型号、测量深度及感兴趣区域定义不同有关。Hassan等[33]采用常规超声联合SWE测量23例糖尿病肾病(III+IV期)患者肾皮质弹性值后,发现皮质厚度及肾小球滤过率与弹性模量值呈反比，并且弹性值随着糖尿病肾病分级增加而增大，颈动脉内中膜厚度与肾弹性值亦存在良好的相关性。

6.SWE在肾盂积水中的研究 先天性或后天性肾盂积水可由多种原因引起，不同病因及病程对肾脏损害程度不同，造成的肾实质纤维化程度亦不同。Yoon等[34]通过SWE评价15只单侧输尿管梗阻的兔肾皮质弹性值，结果显示梗阻侧肾皮质弹性值高于正常侧(31.0 kPa比16.4 kPa)。Dillman等[35]测量了37例肾盂积水儿童肾皮质剪切波速度值后发现高于健康儿童，并以动态肾闪烁造影作为参考标准绘制ROC曲线后发现SWE评估利尿剂给药前后肾盂积水的曲线下面积分别为0.62和0.51；国内蒋映丰等[36]与其研究结果相似，积水侧肾皮质杨氏模量值大于未积水侧，分别为(7.5±2.2)kPa和(3.5±0.8)kPa。因此，SWE可对肾盂积水侧肾脏实质进行较准确的无创定量评估，进而明确肾脏的受损程度，为临床治疗肾盂积水及明确肾脏病变程度提供重要参考依据。

五、总结

尽管SWE受到较多因素影响，但仍是目前最先进的超声技术，其具有无创、定量、可重复性高等优点，可以准确评价活体组织及其病变的弹性特征，具有良好的临床应用前景。在多中心大样本研究基础上，制定标准的SWE检查规范并建立准确的肾实质弹性值范围，可为临床医师评估肾脏病变及其程度提供可靠的影像学指标。