弹性成像技术在慢性肾病中的应用

陆 敏（综述） 杜联芳（审校）

慢性肾病是临床常见的疾病，症状比较隐匿，若病因持续存在，最终将发展为不可逆的肾功能衰竭。流行病学调查显示，我国成年人慢性肾病的患病率为10.8%，据此估计我国现有成年慢性肾病患者1.2亿例；但成人慢性肾病的知晓率仅为12.5%，慢性肾病将是今后影响我国国民健康的主要疾病[1]。早期准确诊断，有效治疗，对于逆转肾病进展、降低肾功能衰竭的发生率有积极意义。

目前，肾组织活检是确定肾脏病理改变的唯一方法，但该方法具有有创性，存在潜在危险，其主要并发症有出血、感染和包膜下血肿[2]，不宜重复操作和动态监测病变发展过程。传统的超声虽然无创，可以实时动态地显示肾脏的形态学和血流动力学改变，但无法判断肾脏本身的质地改变。弹性成像技术可获得常规成像模态无法获得的组织弹性信息，扩大常规超声的诊断范围，弥补其不足[3,4]，并间接评估不同组织的弹性差异，为慢性肾病的早期诊断提供新的思路。

1 弹性成像技术

Ophir等[5]最早提出“弹性成像”的概念，经过近20年的研究，弹性成像技术经历了从定性到定量的发展过程。目前有关超声弹性成像的技术分类较多，Taylor等[6]将其分为压迫性弹性成像、瞬时弹性成像和振动性弹性成像。

1.1 压迫性弹性成像 对组织施加一个微小应变，检测超声波对组织压缩前、后的射频或包络信号得到原始超声射频信号，利用互相关等算法计算组织内部的位移/应变分布，进而得到以灰度图或伪彩图形式表示的弹性图像或应变图像[7]。日本Hitchi公司利用这一原理研发超声弹性成像设备。通过手动施压，获取感兴趣区（ROI）内部组织与周围组织之间的弹性差异，进而得到压力差异图像，按差异程度进行分级，可为临床诊断提供量化参考。但由于手动施压易受人为因素影响，同时，无法给出局部硬度的具体数值，存在一定的主观性。

1.2 瞬时弹性成像 采用20～1000 Hz的机械低频振荡器在被测组织内产生剪切波以造成一个可逆、可测的小机械形变，用超声换能器记录不同时刻生物组织的超声回波信号，通过互相关算法计算出由剪切波传播造成的组织偏移，再从应变图（对偏移进行微分求解）上得到剪切波速度（SWV），进而计算生物组织的弹性模量[7]。法国Echosens公司研发的瞬时弹性成像系统FibroScan通过低频间歇振动，使组织发生位移，获取ROI中不同弹性系数的组织的相对硬度。组织越硬，组织内的SWV越大。目前，临床较多应用于对肝纤维化程度的评估。

1.3 振动性弹性成像 聚焦超声波束产生的辐射力使生物粘弹性组织局部区域产生微小变形，然后利用超声成像技术对微小形变进行监测，并利用互相关等弹性重构算法得到组织的弹性分布[7]。国际上具有代表性的有Fatemi等[8]提出的声振动弹性成像、Sarvazyan等[9]提出的剪切波弹性成像（SWEI）、Nightingale等[10]提出的声辐射力脉冲弹性成像（ARFI）及Criton等[11]提出的超声剪切成像（SSI）。目前，应用于肾脏的研究主要集中在ARFI和SWEI。ARFI通过探头向组织发射低频声脉冲，组织受到机械应力后产生纵向压缩和横向运动，对组织的这些位移变化进行收集和量化可间接反映组织的弹性程度[12]。德国Siemens公司采用ARFI技术研制出的AcusonS 2000开发了声触诊组织量化（VTQ）技术，用量化SWV来反映组织的硬度，SWV越大，组织越硬。法国SuperSonic Imagine公司研发的AixPlorer超声成像系统具有超高速成像技术，能够实时捕获剪切波，实现实时SWEI，得到组织的杨氏模量，即组织弹性的绝对值。弹性模量越大，组织越硬。这两种技术主要测量组织内SWV（以m/s单位）或组织的弹性模量（以kPa为单位），可以为组织硬度的评估提供相对客观的指标。

2 弹性成像技术在慢性肾病中的应用

2.1 弹性成像技术在肾脏中应用的可行性 付慧君等[13]选取65例年轻健康志愿者进行临床可行性研究，采用多种统计学方法比较不同操作者间，以及同一部位或不同部位的VTQ测量值的可重复性，结果显示VTQ测量肾实质SWV在不同操作者间及操作者内具有良好的可重复性。然而，Syversveen等[14]研究认为不同操作者间应用VTQ测量肾皮质SWV的差异较大。操作者1和操作者2的变异系数（CV）分别是22%和24%，操作者间组内相关系数（ICC）的95%CI为—0.03～0.60。Grenier等[15]研究指出，应用 SSI测量肾皮质SWV，操作者1和操作者2的CV分别是20%和22%，操作者间ICC的95%CI为－0.34～0.76。原因可能是Syversveen等[14]测量的是移植肾实质中部或下极SWV，而非对肾脏同一部位进行比较。在对数据进行比较时，同一部位多次测量，更具科学性[16]。弹性成像技术可重复性高，不依赖具体操作人员，是一种无创、客观的定量判断肾脏组织硬度的检查方法。

2.2 弹性成像技术在慢性肾病中的应用 生物组织的弹性或者硬度很大程度上依赖组织的分子构成以及这些分子构成块在微观、宏观上的组织形式[16]。早期，Weitzel等[17]提出慢性移植肾肾病的肾皮质硬度是正常肾皮质硬度的3倍。Pareek等[18]试图用斑点追踪技术评价肾脏射频治疗后的弹性改变，但由于技术限制，未能测量出反映肾皮质硬度的客观参数值。

随着弹性技术不断成熟，新型弹性成像技术测量组织硬度的弹性参数更加客观。田飞等[19]研究VTQ测量正常肾组织硬度，发现肾皮质硬度＞肾髓质硬度＞肾窦部硬度。徐建红等[20]测量137例男性体检者的左肾下段的皮质部与髓质部杨氏模量值，发现肾脏下段皮质部杨氏模量值大于髓质部。弹性成像技术所测肾组织硬度差异主要是因为肾脏实质、髓质和肾窦的组织结构不同，肾实质由边缘的肾皮质和中心内部肾髓质构成，肾皮质富有血管、肉眼可见的肾小球，髓质主要由肾小管组成，肾窦由动脉、静脉、肾盏、肾盂和脂肪组织构成[21]。弹性成像技术能很好地鉴别不同组织间的弹性差异。

在生物组织中，正常组织由于解剖结构及组织构成不同，存在弹性差异。正常组织与病理组织之间也存在弹性差异。周雁雪[22]报道，慢性肾病不同时期，VTQ测量值也会出现变化。原因是肾小球硬化、肾间质纤维化，导致其肾顺应性降低，组织弹性降低。徐建红等[23]通过SWEI测量60例健康体检者与57例慢性肾病患者肾实质杨氏模量值，发现慢性肾病患者肾实质杨氏模量值大于健康体检者，与相关报道结果一致[24,25]。慢性肾病患者肾皮质硬度较健康体检者大，间接说明肾组织纤维化可导致其弹性改变。弹性成像技术不但可以测量正常肾组织的硬度参数，而且可以定量评价不同病理状态下的组织硬度，为肾脏疾病提供诊断信息。

李萍等[26]对65例肾脏组织活检病理证实为IgA肾病的患者和35例健康志愿者行VTQ检查，发现随着Lee氏分级程度加重，VTQ所测组织SWV不断增加。Derieppe等[27]在肾小球硬化症大鼠模型中，设立对照组、横向研究组和纵向研究组，应用SWEI检测肾皮质硬度的变化，并预测纤维化的病理组织学进展，发现肾皮质硬度和肾功能不全密切相关。再次证明弹性成像可以无创地反映肾脏组织弹性硬度，间接评估肾脏内部的病理改变。

2.3 弹性成像技术在评价肾纤维化程度中的应用 肾纤维化是所有慢性肾病进展到肾功能衰竭的共同通道，包括肾小球硬化和肾间质纤维化。Arndt等[28]提出通过TE测量肾皮质硬度可以间接反映肾纤维化程度。肾纤维化程度越高，TE的诊断价值就越高。Syversveen等[14]发现VTQ所测值与移植肾纤维化程度存在一定的相关性，但VTQ不能评估移植肾早期肾纤维化。Grenier等[15]利用SSI测量移植肾皮质硬度，并将测量结果与患者的临床信息、血生化改变、半定量Banff病理分级进行统计分析，结果显示SSI所测值与肾纤维化无明显相关性，并提出弹性成像技术不能用来评估肾纤维化程度，主要原因是肾脏的结构较肝脏复杂，内部结构分布不均。对于测量出现的差异，可能的原因是研究的样本量少，数据偏差较大。对于严重的肝纤维化，ARFI的VTQ诊断结果与TE一致，但对于早期纤维化阶段，VTQ诊断效果比TE好，VTQ测值的CV较小，测值更稳定[28]。但目前尚无评估肾纤维化程度以及多种技术的对比研究，这可能是未来的研究方向。

2.4 弹性成像技术在慢性肾病中应用的局限性 肾脏穿刺活检仍是检查肾脏组织内部病理变化的主要手段，但是，肾脏穿刺活检作为有创性检查方法，具有一定风险，临床上难以反复进行。弹性成像技术是一种准确、可靠、无创评估肾脏病变程度的方法。但其作为一种新的检测方式，亦存在一定的局限性。首先，剪切波的物理性质决定弹性成像技术在检测过程中会受到限制，如患者的呼吸运动、检测的深度等，可能会影响检测结果；其次，慢性肾功能不全晚期患者的肾脏大小发生改变，取样框的大小却不能因此进行调节，所得数据可能存在一定的误差。

3 总结与展望

综上所述，弹性成像技术可以无创地反映肾脏组织弹性硬度，对诊断慢性肾病具有一定的临床价值。目前，弹性成像技术在肾脏方面研究还处于起步阶段，尤其是在慢性肾病不同病理状态下，弹性成像技术所测值与其镜下病理微观改变是否具有相关性，还需进一步研究，为广泛应用于临床提供理论基础。

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