剪切波弹性成像在肾移植中的应用进展

鹿晋铭 欧志宇 苗芸

肾脏是人体清除代谢废物、维持内环境稳态以及合成激素的重要器官。对终末期肾衰竭患者而言，肾移植是最佳的治疗方案[1]，而移植肾功能障碍的早期发现和处理可以明显改善移植肾存活。因此，移植肾功能障碍的早期检测对于免疫抑制的管理与移植肾的存活起着重要的作用，但由于移植肾功能障碍早期不会在临床表现以及生化指标上发生明显改变，因此其早期检测仍具有一定的挑战性[2]。当前，肾活组织检查（活检）仍是移植肾病诊断的“金标准”，然而其本身存在一定的局限性，包括取样错误、组织损伤、不同病理科医师间诊断差异较大以及并发症发生的风险较大[3]。同时，临床上每次通过肾活检来明确移植肾功能障碍的病因是不现实的，因此需要一种无创、准确且特异性较好的诊断技术来判断移植肾的功能状态[3]。

超声弹性成像是近年来新兴的一种超声检查项目，它通过测量目标组织的硬度来评估组织是否发生病变[4]，其优点包括无创、实时、可重复性较好，目前已经在甲状腺、乳房、肝脏等器官检查中广泛应用[5-7]。与正常肾脏相比，移植肾位于相对表浅的髂窝处，因此可以用超声弹性成像技术来评估其功能[4]。剪切波弹性成像（shear wave elastography，SWE）作为一种超声弹性成像技术，因其具有良好的稳定性和适应性而在临床广泛使用[4]。然而，SWE在移植肾功能障碍诊断方面的研究仍存在争议且尚无统一的标准。本文就近年来SWE在移植肾方面的相关研究进行综述。

1 超声弹性成像技术的分类

经历了几十年的临床实践与科学研究的发展，超声弹性成像技术评价指标从定性评估发展到定量评估组织硬度，可靠性和准确度也得到了很大的提高[8]。在2017年欧洲超声医学和生物学联合会发布的超声弹性成像指南中[9]，将现有的超声弹性成像技术按照物理原理分为两类：应变弹性成像技术和SWE技术，其中SWE包括瞬时弹性成像（transient elastography，TE）、单点SWE（point SWE，pSWE）和二维SWE（two-dimensional-SWE，2D-SWE）。

2 剪切波弹性成像的原理及其优势

SWE是一种通过测量目标组织中剪切波的传播速度来评估组织硬度的超声成像技术，拥有无创、实时、动态的特点[3,10]。其原理是机械波的传播速度与传播介质硬度成正比，即通过探头多角度连续发射高强度超声脉冲，在目标区域内聚焦形成单个波源并快速移动，从而形成连续的移动超声剪切波波源，由于“马赫锥”现象，这些剪切波彼此相干增强，再使用超高速成像技术，可以精确测量剪切波的传播速度来计算传播介质的硬度[10]。组织硬度通常用杨氏模量（E）表示，使用公式E=3ρC2，其中ρ是组织密度，C是剪切波速度，最终实现实时、精确地检测不同区域的组织硬度[8]。

目前，TE已经广泛用于肝脏纤维化的研究与检查[11]，它是一种一维SWE技术，其剪切波的产生主要来自于体外的机械振动而不是依靠组织内部高强度聚焦的声辐射力脉冲[9]。该技术在应用上存在一定的缺点，包括缺少定位引导、不能用于肥胖患者、设备昂贵和结果不准确等[3-4,12-13]，这些都限制了它在肾移植方面的使用。

2D-SWE是一种二维实时的SWE技术，其剪切波来源于内部的高强度聚焦声辐射力脉冲。2D-SWE可以通过在彩色编码的二维图像上选择感兴趣区域（region of interest，ROI）并直接获得对应的组织硬度。2D-SWE相对于TE与pSWE有着以下优势[2,4,12,14-15]：（1）无需体外施加压力，减少人为因素造成的影响；（2）取样范围可调节，避免血管等组织干扰；（3）可实时观测并调节ROI，区域定位更准确；（4）图像获取速度快，不易受呼吸影响；（5）在同一帧上可以重复多次选择ROI并测量。

3 剪切波弹性成像的影响因素

尽管最新的SWE技术已经相对成熟、受外界因素影响较小，但是仍会受到一些因素的限制[2,16]，主要包括：（1）移植肾组织的各向异性，这是由肾脏自身解剖因素产生的一种影响。肾脏自身组织是有规律、非均一的，当剪切波垂直于肾锥体时，会受到较大的垂直各向异性的影响，因此经过血管和集合管较多的界面时，会导致其速度明显减慢[17-18]，造成SWE测量结果偏低。（2）探头压力，移植肾位于相对表浅的位置，因此较其他器官更容易受到探头压力的影响[2]。（3）体质量指数（body mass index，BMI），在实际操作中，BMI≥30 kg/m2患者的图像并未完全填充，可能是因为较厚的皮下脂肪使得剪切波发生衰减，从而导致SWE测量结果偏低[2,19]。（4）血流灌注，肾脏有着丰富的血供，血流灌注越多，肾皮质或髓质硬度越大，反之硬度则越小。（5）测量深度，目前已有研究表明，不同深度测得的肝脏硬度的变异度是不一致的，这可能与剪切波的衰减和畸变有关[20]。因此，在进行移植肾SWE检查之前，需要估算患者的BMI，借助常规超声检查移植肾的位置是否合适以及有无积液，再通过彩色多普勒超声排除肾脏血管狭窄，检查者操作时应注意控制探头压力，这样才能尽可能地获得较为准确的数据[3]。

4 剪切波弹性成像在肾移植中的应用

4.1 pSWE技术在肾移植中的应用

Singh等[21]对95例肾移植受者进行了pSWE检查，得到左、右肾皮质剪切波速度均数分别为（1.49±0.19）m/s和（1.54±0.19）m/s，该剪切波速度差异有统计学意义（P<0.05），且剪切波速度与性别、BMI、年龄、距皮肤距离和肾脏大小无关，这与一些研究的结论不一致[2,8,22]。Kennedy等[23]对比核磁共振弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）与pSWE在评估慢性移植肾功能障碍以及预后与病理结果关系的能力时，发现在移植肾功能障碍组与功能正常组中两种检查方法的结果差异并无统计学意义，pSWE检查结果与病理结果无关且不能用于预测移植肾的预后。

4.2 TE技术在肾移植中的应用

Nakao等[24]研究了35例慢性移植肾损伤患者（其中27例接受肾活检），结果发现当估算肾小球滤过率截断值为50 mL/（min·1.73 m2）时，肾移植术后1年前、后的移植肾硬度差异存在统计学意义；同时发现纤维化程度与肾实质硬度明显相关，且Banff 分级0级的肾实质硬度明显低于1级与2级，这些结果差异均有统计学意义。然而，该研究由于样本较小，并未给出不同病理学分级的肾实质硬度。

4.3 2D-SWE技术在肾移植中的应用

Ma等[25]研究了32例肾移植受者（其中4例进行了肾活检），通过对比髓质与皮质的硬度和纤维化程度，发现肾间质纤维化或肾小管萎缩程度与组织硬度和血清肌酐之间均存在显著相关性，且使用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线评估SWE与血清肌酐诊断的差异，得到的皮质和髓质硬度曲线下面积（area under the curve，AUC）分别为0.75和0.85，均高于血清肌酐的0.65，说明SWE相比于血清肌酐更适合用于早期监测肾间质纤维化进展。Bolboacă等[22]使用 SWE研究了83例肾移植受者，发现移植物功能障碍组肾皮质硬度[ 21.94（16.26，28.49）kPa]高于肾髓质硬度 [11.24（8.13，15.67）kPa]，且移植物功能障碍组的移植肾硬度明显高于移植肾功能稳定组；移植肾硬度与BMI呈负相关，与尿蛋白/血清肌酐比值呈正相关，但是后者仅在移植肾功能稳定组中才出现。Early等[26]分别获取70例肾移植受者的移植肾皮质和髓质硬度，发现移植肾硬度中位数与纤维化程度相关，且髓质硬度中位数每增加1个单位，移植肾纤维化发生率会升高20%，但皮质硬度均数、中位数和髓质硬度均数与纤维化程度之间不存在相关性。Yang等[27]对31例进行肾活检的肾移植受者的移植肾进行了研究，并比较其在药物性肾损伤、急性排斥反应、慢性移植肾肾病和BK病毒相关性肾病这4种移植肾并发症之间的差异，最终发现移植肾硬度与这4种并发症、纤维化和肾小管萎缩程度均相关，且最大弹性模量大小为：BK病毒相关性肾病>慢性移植肾肾病>急性排斥反应>药物性肾损伤。Goyal等[28]通过对比超声造影与SWE在105例患者中区分急性排斥反应与急性肾小管坏死的能力，发现在对照组与实验组之间皮质硬度差异无统计学意义。以上研究说明SWE在移植肾纤维化及其他移植肾病早期检测方面，提供了一个实时、无创、定量的新方案，然而国际上对于准确的诊断标准仍存在争议，仍需要进一步研究SWE的应用并达成共识[14,21,26-27]。

2D-SWE在肾移植领域还有其他方面的应用。Chen等[29]对10例肾移植受者进行了术后连续SWE监测以及对86例术后肾功能稳定的受者进行了SWE检查，发现术后1个月内移植肾硬度迅速下降，之后则趋于稳定，而移植肾功能稳定的受者其移植肾皮质与髓质的硬度分别为（28.48 ± 4.27）kPa 和（21.97 ±3.90）kPa，说明肾移植术后可以通过SWE监测肾脏硬度变化，从而制定更为准确、科学的功能评估和复查计划。SWE可以通过不同关节角度对肌肉功能进行检测，因此也能用于肾移植受者肌肉功能的检查。Chen等[30]使用SWE对比40例肾移植受者与40名健康受试者的肌肉形态学变化，发现肾移植受者的腹直肌回声强度与弹性模量均显著增加，差异有统计学意义，使用ROC曲线评估肾移植受者与骨骼肌减少症患者的AUC分别为0.843与0.845，说明SWE能够用于评估肾移植受者肌肉情况以及骨质疏松的进展。

5 小 结

综上所述，SWE是一种新型的超声检查技术，有着实时、动态、准确、快速等优势，加上2D-SWE的引入，能可视化获取和分析移植肾组织硬度，目前已经在移植肾早期纤维化的监测与预防上取得了较为满意的结果，尽管其自身存在很多限制，如患者BMI、操作者的因素等，但其仍拥有良好的前景。当前国际上仍然缺少大规模、多中心的研究，需要进一步加强合作并制定SWE在肾移植领域应用的统一标准，帮助临床医师在移植肾疾病的预防和监测方面做出正确的决策。