剪切波弹性成像及超声造影定量评估慢性肾脏病

李奇默,董晓秋,梁 越,李 岩,姚金来

(哈尔滨医科大学附属第四医院医学超声科,黑龙江 哈尔滨 150001)

慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)指各种原因引起的慢性肾脏结构和功能障碍致肾小球滤过率(glomerular filtration rate, GFR)低于60 ml/(min·1.73 m2)或出现肾脏损伤标志(血液或尿液成分异常、影像学检查异常等)[1],其基础在于肾脏纤维化及肾脏血流动力学变化[2]。CKD起病隐匿,部分早期患者无明显临床症状或指标低于诊断标准[3],若无及时干预,病情进展可致不可逆性肾功能损害[4]。剪切波弹性成像(shear wave elastography, SWE)利用瞬时脉冲在体内产生剪切波,通过计算剪切波传播速度得到杨氏模量,可实时评估病变组织纤维化程度[5-6]。超声造影(contrast-enhanced ultrasound, CEUS)利用造影剂增强人体血流信号,可观察组织及病变内微血管灌注信息[7-8]。本研究观察SWE及CEUS诊断CKD的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性纳入2019年1月—2022年9月168例于哈尔滨医科大学附属第四医院接受超声引导下肾脏穿刺活检术的CKD患者(CKD组),男90例,女78例,年龄16～76岁,平均(51.7±12.9)岁;体质量指数(body mass index, BMI)16.71～29.10 kg/m2,平均(22.92±2.92)kg/m2;GFR 10.53～103.52 ml/(min·1.73 m2),平均(49.63±11.35)ml/(min·1.73 m2);肌酐78.90～877.90 μmol/L,平均(322.22±92.56)μmol/L;尿酸98.40～553.60 μmol/L,平均(256.31±86.32)μmol/L;尿素氮3.52～23.52 mmol/L,平均(12.82±2.56)mmol/L;根据肾脏病预后质量倡议(Kidney Disease Outcomes Quality Initiative, K/DOQI)工作组指南[9],其中CKD1期[GFR≥90 ml/(min·1.73 m2)]48例,CKD2期[60 ml/(min·1.73 m2)≤GFR<90 ml/(min·1.73 m2)]46例,CKD3期[30 ml/(min·1.73 m2)≤GFR<60 ml/(min·1.73 m2)]38例,CKD4～5期[GFR<30 ml/(min·1.73 m2)]36例。纳入标准:①有明确病理结果;②穿刺活检前肾脏超声资料完整;③肾功能指标完整;④能配合屏气。同期纳入50名接受健康体检且肾脏无异常者为对照组,男28名、女22名,年龄20～70岁,平均(44.6±14.3)岁;BMI 16.63～28.44 kg/m2,平均(23.91±2.60)kg/m2。记录超声检查前肾功能指标。本研究经我院伦理委员会批准(2023-YXLLSC-15)。

1.2 仪器与方法 由2名具有5年以上工作经验的超声科医师采用GE Logiq E9超声仪及内置超声定量分析软件、频率1～6 MHz C1-5凸阵探头,或SupersonicImagine Airplorer型全数字化彩色多普勒超声诊断仪、频率1～6 MHz SC6-1凸阵探头共同操作进行检查。嘱受检者俯卧,以常规超声测量左肾大小(最大长径和最大宽径)及皮质厚度;显示左肾长轴切面后,嘱受试者屏住呼吸,启动SWE,将取样框尽可能置于肾皮质,设Q-box直径为5 mm,待图像充盈均匀后测量肾脏杨氏模量,计算平均弹性模量(mean elastic modulus, Emean)、最大弹性模量(maximum elastic modulus, Emax)及最小弹性模量(minimum elastic modulus, Emin);保持探头方向、位置及取样深度一致重复测量3次,取平均值作为结果。之后显示左肾最大纵切面,设机械指数为0.07,嘱患者缓慢平静呼吸,并控制呼吸幅度,经肘正中静脉团注2.4 ml声诺维行CEUS,同时开启动态图像DICOM存储。造影结束后调取DICOM,以分析软件于左肾皮质中部选取直径为5 mm的圆形ROI,绘制时间-强度曲线(time intensity curve, TIC)并获取定量参数,包括造影剂到达时间(arrive time, AT)、达峰时间(time to peak, TTP)、绝对峰值强度(peak intensity, ΔPI)及TIC下面积(Area)。最后于超声引导下以18G活检针穿刺左肾下极并取材进行活检。

1.3 统计学分析 采用SPSS 25.0统计分析软件。以χ2检验比较计数资料;以±s表示服从正态分布的计量资料,行t检验或单因素方差分析(两两比较采用LSD-t检验)。采用Pearson相关性分析观察CKD患者SWE、CEUS参数与肾功能指标的相关性。采用Medcalc 20.0.22软件。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,计算曲线下面积(area under the curve, AUC),评估SWE、CEUS参数单独及联合诊断CKD的效能,并以DeLong检验进行比较。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 组间比较 2组患者性别、年龄及BMI差异均无统计学意义(χ2=1.663、t=0.262、0.632,P均>0.05)。CKD组肾脏最大长径、最大宽径、皮质厚度、ΔPI及Area均小于(P均<0.05),Emean、Emax及Emin均高于对照组(P均<0.05),见表1及图1。

图1 患者男,59岁,CKD2期 A.SWE获取左肾ROI内杨氏模量,Emean=25.0 kPa,Emax=36.0 kPa,Emin=16.4 kPa; B.于CEUS图中勾画左肾皮质ROI(箭); C.左肾皮质ROI对应TIC

表1 CKD组与对照组肾脏超声参数比较

2.2 CKD组内各期超声参数比较 不同分期CKD患者肾脏最大长径、最大宽径、皮质厚度、Emean、Emax、Emin、ΔPI及Area差异均有统计学意义(P均<0.05)。两两比较,CKD1期Emean、Emax及Emin均低于CKD2期(P均<0.05);CKD1、2期ΔPI及Area均大于,Emean、Emax及Emin均高于CKD3期(P均<0.05);CKD1、2期ΔPI均大于CKD4～5期(P均<0.05);CKD1、2、3期左肾最大长径、最大宽径、皮质厚度及Area均大于,Emean、Emax及Emin均小于CKD4～5期(P均<0.05)。见表2。

表2 各期CKD患者肾脏超声参数比较

2.3 相关性分析 CKD患者肾脏Emean、Emax、Emin与肌酐(r=0.44、0.25、0.32)、尿酸(r=0.23、0.15、0.24)及尿素氮(r=0.12、0.16、0.26)均呈正相关(P均<0.05);Area与肌酐、尿酸及尿素氮均呈负相关(r=-0.44、-0.31、-0.43,P均<0.05),ΔPI与肌酐、尿酸均呈负相关(r=-0.15、-0.18,P均<0.05)。

2.4 SWE、CEUS定量参数诊断CKD 以Area、Emean、Emax诊断CKD的AUC均大于Emin、ΔPI(P均<0.05),尤以SWE参数Emean及CEUS参数Area的诊断价值更高,二者联合诊断CKD的AUC达0.949,其95%CI(0.917,0.982),敏感度为92.63%,特异度为90.71%。见表3及图2。

图2 SWE、CEUS定量参数单独及联合诊断CKD的ROC曲线 A.SWE参数; B.CEUS参数; C.联合Emean及Area

表3 单一SWE、CEUS定量参数及其联合诊断CKD的ROC曲线结果

3 讨论

本研究常规超声结果显示,CKD患者肾脏呈缩小趋势,但在CKD1～3期变化并不明显,至4～5期才出现明显变化,与既往研究[5]结果相符。分析原因,CKD患者肾小球基底膜增厚、肾血管狭窄致肾脏逐步缺氧,在1～3期损伤较轻,可通过代偿维持,使肾脏体积无明显变化,但至4～5期肾脏皮质区小叶间动脉及弓形动脉管腔内充满微血栓,管腔闭塞,肾脏缺氧严重,导致肾脏明显缩小[10]。

本研究SWE定量分析结果显示,CKD患者肾皮质硬度有增高趋势,且肾纤维化及肾皮质硬度均随CKD分期增加而加剧,与彭凌燕等[11]的结果相符。CKD所致肾小球硬化、细胞外基质沉积等使肾实质发生纤维化,增加肾脏硬度,此为连续、渐进过程,肾皮质弹性变化与病理发展过程相符,使SWE可用于鉴别肾皮质纤维化程度和CKD分期。CEUS显示CKD组Area小于对照组,提示CKD患者肾皮质总体血流灌注量减低;且CKD分期越高,总体血流灌注量越低[12];CKD组ΔPI低于对照组,提示CKD患者肾脏最大血容量减低,但于CKD3期方趋明显,可能与CKD早期肾脏代偿作用有关,尤其在GFR指标正常阶段,肾素-血管紧张素系统激活可使血管扩张以保持肾脏最大血容量相对稳定;之后随病情加重,肾间质水肿、血管狭窄等病理变化逐渐加剧,致肾脏最大血容量减低[13]。相关性分析结果亦表明,SWE与CEUS定量参数可很好地反映肾功能改变情况;综合ROC曲线分析结果,Area及Emean、Emax的诊断价值更高;以Emean及Area联合诊断CKD的AUC达0.949,敏感度为92.63%,特异度为90.71%。

综上,SWE和CEUS指标均能有效评估CKD,二者联合诊断效能更佳,且与血肌酐等肾脏功能指标有良好的相关性,有助于临床初步无创评估CKD。但本研究为回顾性观察,样本量有限,且未对CKD病因进行分类分析,有待后续进一步完善。