弹性成像技术评价肾脏硬度的研究进展

吴 琼（综述） 王 燕（审校）

弹性成像技术评价肾脏硬度的研究进展

吴 琼（综述） 王 燕（审校）

弹性成像技术；超声检查；磁共振成像；肾；硬度；综述

生物组织的弹性或硬度很大程度上依赖于组织的分子构成及这些分子构成在微观、宏观上的组织形式。既往通过手触诊了解患者体表及脏器的硬度情况，但由于个体差异、缺乏量化等因素，此法存在较大的局限性。因此，弹性成像技术逐渐成为临床关注的热点。目前常用的弹性参数测量方法包括超声成像[1]和磁共振弹性成像（magnetic resonance elastography, MRE）[2-6]。超声成像根据原理又分为声力式和助力式，声力式包括瞬时弹性成像（transient elastography, TE）、声辐射力脉冲弹性成像（acoustic radiation force impulse imaging, ARFI）及超高速剪切波成像（supersonic shear imaging, SSI），助力式目前主要应用于实时组织弹性成像（real-time tissue elastography, RTE）[7-9]。

1 弹性成像技术的原理及分类

TE及ARFI技术是将聚焦声脉冲作用于组织感兴趣区，使其产生瞬时的纵向压缩和横向振动，以前者为基础对组织进行弹性成像，称为声触诊组织成像技术（virtual touch tissue imaging, VTI）；后者以剪切波的形式向周边传播，利用相邻波峰时间差计算剪切波速度（shear wave velocity, SWV），称为声触诊组织定量（virtual touch quantifcation, VTQ），SWV越高表示所测组织越硬。TE属于一维瞬时弹性成像系统，无声像图引导，而ARFI一般整合于常规的二维超声系统中，更有利于对感兴趣区的定位。

SSI通过对声脉冲的精确控制，首先以超音速的速度在组织的不同深度连续聚焦增加剪切波的产生，将获得的超高时间分辨力图像进行彩色编码合成组织弹性图，最后定量测量反映组织弹性的杨氏模量值[10]。

RTE需要检查者手持探头以固定的振动频率向组织施压，比较加压过程中同一层次的正常组织及病变组织的弹性应变率，然后用不同颜色表示其相对硬度。

MRE利用运动敏感梯度的作用获取组织在外力作用下的质点位移及MR的相位图像，得出组织内各点的弹性系数分布图，以组织弹性力学参数作为诊断依据[2-6]。它较超声弹性成像具有成像适应证广、不受体型及操作者技术的限制、可以大范围观测弹性值的优势。

通过二维超声等影像学方法观察肾脏的大小、形态结构及血流动力学变化等特征，临床对肾脏疾病的定性诊断已经获得很大的进步。然而，对于早期肾脏疾病的改变则缺乏较高的敏感度和特异度。新兴弹性成像技术可以通过肾脏组织硬度的变化了解病理组织学改变，从而间接评价肾脏功能改变，其在评价肾脏硬度方面的优势已经得到初步肯定。

2 正常肾脏

由于患者的体型、脏器或病变位置的差异，腹部疾病的弹性成像研究可能出现不同个体间测量深度的差异。分析肾脏解剖位置发现，从侧腹壁检查时主要路径是脂肪，从后背部检查时主要路径是肌肉，从肋间隙检查时会穿过肝，这些因素均会对肾脏的弹性测量值产生影响。对于ARFI中VTQ测量的深度和介质因素的影响，薛立云等[11]选用猪的离体组织并分别以脂肪、肌肉和肝作为介质，发现深度越大物体SWV越小，不同介质下物体SWV之间有显著差异。然而，俞清等[12]在研究影响RTE测量因素的模型中发现，随着物体放置深度的增加，弹性分级相应地增加。尽管ARFI与RTE均受深度的影响，但原理不同。RTE技术经探头施加外力使组织产生形变，通过定性或半定量参数评估组织的硬度，在相同外力作用下，被测物体越深，越不容易产生形变，即弹性成像诊断表现为评分相对更高，提示组织硬度更大。因此，在肾脏硬度的弹性评估中，应尽量选择同一深度以减少深度差异造成的测量误差。

田飞等[13]运用ARFI技术检测380例健康志愿者肾脏皮质、髓质及肾窦硬度，发现正常肾脏组织不同部位的硬度存在明显差异，其中肾皮质硬度最大，其次为髓质、肾窦，SWV值参考范围分别为（3.33±0.56）m/s、（2.29±0.20）m/s、（1.06±0.19）m/s，差异有统计学意义（P＜0.05），可能与肾脏的内部构成有关：位于肾脏外周的肾皮质主要由结构致密、血管丰富的肾小球组成，因此硬度较大；肾髓质的集合管内由于含较多液体表现为相对较小的硬度；而肾窦由于内部肾盏、血管、神经等结构排列疏松，硬度最小。徐建红等[10]采用SSI技术研究发现肾脏下段皮质部杨氏模量值大于髓质部，得出正常肾脏皮质硬度大于髓质的结论。然而，Arda等[14]使用SSI测量127个健康志愿者肾脏硬度，得出肾盂硬度明显高于皮质的结论。对于上述不同结论，仍需要增加样本量进一步分析，从而获得对肾脏硬度的一致性认识。此外，田飞等[13]研究发现，不同侧别、性别、年龄、体重指数受试者的SWV值差异均无统计学意义。付慧君等[15]研究得出相似结论，并且发现操作者间及同一名操作者前后测量的肾脏实质SWV差异无统计学意义，由此认为声触诊组织定量分析肾脏硬度具有重复性好、测值稳定的优势。

3 血流动力学对肾脏硬度的影响机制

目前国内外很多关于慢性肝病的研究表明，门静脉高压、脾硬度增大均提示血流动力学对组织硬度的潜在影响，因此推断肾脏纤维化可能也继发于肾血流动力学改变[16-19]。Warner等[20]通过在猪体内分别建立急性、慢性肾动脉狭窄模型，采用MRE测量猪模型的肾脏硬度变化，发现无纤维化的猪肾皮质硬度伴随血流急剧下降而减低，掩盖了早期纤维化本应硬度增加的表现。当然，上述结果也提示肾皮质硬度下降可能是灌注不足的重要指标，之后研究者对照皮、髓质硬度改变，发现髓质硬度更不易受肾灌注的影响。分析肾脏解剖发现，肾脏血管系统大都位于肾皮质，肾血管阻力也主要表现在皮质微血管。肾髓质血供一般较少依赖于流体静压，因此皮质硬度受灌注压的影响较大。而Gennisson等[21]应用SSI技术选择猪作为对象研究肾实质硬度与组织异向性、血流灌注压和尿道压水平的关系时发现，结扎肾静脉导致血流灌注压升高后肾脏硬度明显增大；相反，结扎肾动脉导致血流灌注压降低后肾脏硬度则明显下降，上述改变也均出现在肾皮质，与Warner等[20]的观点一致。目前对于血流动力学与肾脏硬度改变的相关性研究均处于探索阶段，进一步人体方面的大样本研究还有待开展。

4 肾脏弥漫性病变

4.1 慢性肾病 临床上肾小球疾病占弥漫性肾病的95%以上，慢性肾病表现为进行性肾小球硬化、肾小管萎缩、肾间质纤维化和肾功能恶化。目前临床上缺乏可靠、无创、定量评估慢性肾病病理改变的方法。傅宁华等[22]采用ARFI研究发现，随着肾功能损害程度的加重，肾皮质区SWV逐渐减低，提示肾脏硬度降低。而李萍等[23]通过VTQ测量IgA肾病，认为随着Lee病理分级程度的加重，弹性指数值不断增加，即硬度增加。Derieppe等[24]通过SSI测量大鼠肾纤维化模型，发现硬度值与蛋白尿、肌酐值呈显著正相关（r=0.639, P＜0.001），即肾脏损伤越重，硬度值越大。随着慢性肾病的不断进展，对于肾脏硬度的改变，Wyss等[25]通过AFM原子力显微镜测量细胞杨氏模量，发现诱导的肾小球疾病模型硬度下降，与之前普遍认为的疾病早期肾脏硬度正常或由于纤维化轻度增加的想法不符，其原因可能为肾小球硬度的降低引起顺应性的增加，更容易导致肾小球毛细血管扩张，内部细胞活素如转化生长因子β等会在此进程中通过促使基质和成纤维细胞增生使肾小球硬化，可以作为肾脏纤维化前期降低硬度的补偿，同时也解释了疾病早期肾小球硬度正常的原因。

Pozzi[26]分析Wyss等[25]的研究认为，目前公认的细胞和组织的机械特性随疾病进展的改变是疾病发展的结果，而且机械特性的改变早于形态学改变，这与肝脏相应的改变早于纤维化一致，可塑性的增加，即所观测到的硬度降低可能是早期肾病的特征。这种改变使得肾小球更容易受血流动力学损伤的影响而发生细胞凋亡，最终导致组织硬化。

4.2 慢性移植肾肾病 慢性移植肾肾病（chronic allograft nephropathy, CAN）是移植术后移植肾衰竭最重要的原因。目前CAN的临床诊断主要依靠移植肾活检，但即使在超声定位引导下进行，肾活检仍然有造成移植肾损伤的风险。

Syversveen等[27]对30例成人移植肾患者检测发现，VTQ无法显著区分无纤维化和轻度纤维化的移植肾，不同观察者间测得的VTQ数值差异较大，且无法证实VTQ是否能够反映移植肾纤维化随时间的变化。Lee等[28]通过小样本研究发现MRE测量的中度纤维化的平均硬度较轻度纤维化有升高的趋势，但与无明显纤维化比较，轻度纤维化硬度更低，其原因尚未阐明。Arndt等[29]研究认为TE最有前景的应用是追踪移植肾实质结构随时间的改变，TE连续显示的硬度改变有助于说服部分肌酐稳定的患者接受诊断性活检，但在移植肾功能恶化的情况下，TE不能取代活检，并且肾实质硬度与间质纤维化程度呈明显正相关，与肾小球滤过率呈负相关。

Stock等[30]将18例病理证实的CAN患者的VTQ值与彩色多普勒超声检测结果进行比较，证实VTQ值（r=0.465, P=0.026）、RI值（r=0.563, P=0.015）均与移植肾纤维化程度相关，但两者间无明显相关性（r=0.034, P=0.904），推测两者是解释移植肾纤维化的两个独立因素。后续研究[31]进一步发现，在CAN、急性肾小管坏死及环孢素毒症肾病均表现为RI增高的疾病中，通过病理证实只有发生急性T细胞介导的CAN显示ARFI均值增大约15%，这对CAN的鉴别诊断有很大帮助。赵静等[32]研究发现，VTQ均值与GFR呈负相关，与移植肾弓形动脉RI则无显著相关性，而RI与GFR无显著相关性。但Ozkan等[33]通过RSE测量移植肾皮质的应变率，发现肾实质硬度与彩色多普勒超声阻力指数和搏动指数呈明显正相关（r=0.41, P=0.007; r=0.48, P=0.001），只是观察者间的差异较大。上述矛盾可能与弹性成像原理不同有关，而且上述研究样本量均较小，应扩大样本量进一步研究。

5 肾脏局灶性病变——肿瘤

Clevert等[34]对15例肾肿瘤患者进行VTQ检测，与病理结果比较，认为VTQ能够提高病理类型未知的肾肿瘤的诊断率。董秀娟等[35]应用VTI灰阶弹性成像研究发现，20例透明细胞癌的内部回声均不均匀，其中18例瘤内以白色为主，主要因为透明细胞癌易发生出血坏死和囊变，使瘤体内部弹性不一、硬度下降。Tan等[36]通过RTE鉴别错构瘤和肾细胞癌，发现前者弹性分型以1、2型为主，后者则以3、4型为主，两者弹性模量和应变率均有明显差异，测量一致性也较好。闻捷先等[37]通过对120个经手术和病理证实的肾肿瘤行VTQ检查，分别比较SWV值和SWV比值（肿瘤/肾皮质），结果显示SWV值可以反映肾肿瘤的硬度，良性肿瘤的硬度小于肾皮质，而SWV比值由于减少了深度对测值的影响，较SWV值更有意义，在良、恶性肿瘤的鉴别诊断中具有一定的价值。

总之，由于肾脏解剖位置较深、结构不均质性等特征，导致硬度测量的影响因素较多，目前研究多集中于小样本病例移植肾或动物模型上。随着技术的发展，进一步多中心大样本的人体正常和病理肾脏研究将成为可能，弹性成像技术将会为肾脏疾病的诊断思路和方法提供更多借鉴。

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R445.1

2013-11-15

2014-04-17

（责任编辑 张春辉）

上海交通大学附属第六人民医院超声医学科 上海200233

王 燕 E-mail: msyanwang1998@126.com

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.05.021