超声剪切波弹性成像技术在移植肝术后监测中的应用进展

刘磊，唐缨，张国英（.天津中医药大学研究生院，天津 30093；. 天津市第一中心医院超声科，天津 3009）

肝移植是目前治疗终末期肝病最有效的手段。随着器官保存技术的发展、外科手术技术的进步、术后管理水平的提高，肝移植患者围术期并发症及病死率明显下降，术后长期生存率明显提高。但经过长期术后随访观察发现，除局灶性病变（如肝癌复发）外，移植术后的排斥反应、病毒性肝炎复发、脂肪变、纤维化、药物性肝损害等弥漫性病变也是影响患者长期预后的主要原因［1］。该类并发症仅依靠临床表现及生化指标常无法确诊，肝组织穿刺活检为其诊断的金标准，但取样局限性及有创性尤其是应用于术后存在凝血功能障碍的肝移植患者中存在很大风险，限制了其使用。

超声弹性成像技术作为一种无创性方法，通过弹性模量反映与组织硬度相关的内部结构病理改变，在疾病诊断及组织定征中具有广泛应用。对于肝脏这一相对均质，各向同性较好的实质性脏器显示出了独特的优势，目前广泛应用于肝纤维化分级诊断［2］。本文就剪切波弹性成像技术在移植肝术后监测中的应用进展予以综述。

1 超声弹性成像概述

1.1 超声弹性成像的基本原理及发展简史：常规超声成像是基于组织间声阻抗的差异，而超声弹性成像是基于组织间硬度的差异，不同正常组织间以及正常与病变组织间均存在硬度差异，且组织之间硬度的差异远大于他们之间声阻抗的差异［3-4］，这是超声弹性成像的物理学基础。

1991 年，Ophir 等［5］首次提出超声弹性成像的概念，证明了超声也可对组织机械特性（即弹性）进行成像。物理上，硬度作为组织的一种机械特性，用弹性模量对其进行间接表征。弹性模量，又叫杨氏模量，根据胡克定律E=σ/ε （E 为弹性模量或杨氏模量，σ 为应力，ε 为应变），组织弹性模量与应力成正比，与应变成反比。依据此公式，第一代超声弹性成像技术（即应变弹性成像）是对组织施加一个力，观察其应变程度，应变越小代表组织越硬，反之越软。最具代表性的日本日立公司的实时组织弹性成像（real-time tissue elastography， RTE）即使用此原理，利用探头给组织施加一个压力或依赖人体自身心血管搏动力、呼吸推动力的作用，观察组织的形变程度，间接反映组织弹性。但该法由于应力不能统一量化，无法对组织进行定量分析，属于一种定性分析方法。

由此，研究者为了能够得到一种客观的手段以定量评估组织弹性进行一系列研究。1998 年，Sarvazyan 等［6］首次利用聚焦超声激发局部组织振动，产生横向传播的剪切波，并指出可通过测量剪切波速度来确定组织的弹性。该技术使用聚焦超声作为激发力解决了上一代超声弹性成像技术应力不客观的问题，为后续很多致力于声脉冲辐射力这种客观稳定应力来源的研究奠定了基础。剪切波速度的测量也使组织弹性的绝对定量成为可能。根据简化公式E=3ρC2（E 为杨氏模量，C 表示剪切波传播速度，ρ 表示组织密度），在组织密度固定后，仅通过测量剪切波的速度即可实现组织弹性定量，剪切波速度越快代表组织越硬，反之越软，这成 为剪切波弹性成像反映组织弹性的基本原理。最早法国Echosens 公司研发的Fibroscan 技术首次应用于临床，使用特定探头体表低频机械振动，推动肝组织形变，产生剪切波，通过检测剪切波在肝脏组织内的传播速度计算弹性［7］，该技术可操作性强，早期应用较成熟，最早被指南推荐为肝纤维化分级的技术，但其应用A 超回波测速，无法形成图像。随着技术的革新，越来越多的厂家使用声脉冲辐射力作为主流激发方式实现对组织剪切波速度的测量，用于定量分析组织弹性，如西门子公司 “单点聚焦激发”的声触诊组织定量技术（virtual touch quantification ，VTQ/ARFI）、GE 公司的“梳状聚焦激发”和法国声科公司 “马赫锥聚焦激发”的实时剪切波弹性成像（shear wave elastography， SWE）。发展 至今，超声弹性成像技术仍在不断的更新，也基本实现了从定性到定量的飞跃。

1.2 超声弹性成像技术分类及应用现状：超声弹性成像技术种类较多，依据2015 年世界超声医学与生物学联合会（World Federation for Ultrasound in Medicine and Biology， WFUMB）发布的超声弹性成像临床应用指南，主要根据所测物理量的不同，分为 两大类：应变弹性成像和剪切波弹性成像。① 应变弹性成像，包括以手动加压、心血管搏动或呼吸为激力方式成像的实时组织弹性成像（real-time elastograph imaging，RTE），以及以声脉冲辐射力为激力方式成像的声触诊组织成像技术（virtual touch image， VTI/ARFI）等。② 剪切波弹性成像，包括以外部机械振动推动组织形变产生剪切波的瞬时弹性成像（transient elastography， TE）（Fibroscan）、以声脉冲辐射力单点聚焦激发产生剪切波的声触诊组织定量技术（VTQ/ARFI）和以声脉冲辐射力“马赫锥式”多行多焦点激发的SWE 等［8］。SWE 以实时成像、弹性定量以及应力客观等综合优势而迅速发展。

目前SWE 技术广泛地应用于人体各大器官疾病的诊断与鉴别诊断。在肝脏主要应用于肝纤维化的分级诊断［9-10］。一些研究也将其应用于肾炎及肾移植后纤维化的评估［11-12］。在人体浅表器官方面， 用于帮助临床诊断和鉴别诊断乳腺、甲状腺良恶性结节等［13-14］。SWE 技术还可辅助前列腺癌穿刺活检以准确地获取组织病理［15］。另有研究将SWE 技术应用于对肌肉的弹性评估有助于提高对于肌肉功能的认识与评价［16］。

2 SWE 在移植肝的术后监测应用

2.1 SWE 评估移植肝排斥反应的应用：移植肝术后排斥反应是由淋巴细胞介导的针对外来移植物抗原所产生的一种免疫排斥反应，病理学表现以汇管区混合性炎症细胞浸润、静脉内皮炎性改变和小胆管炎构成的三联征为特征。临床上通常使用 Banff 的排斥活动指数诊断排斥反应的严重程度［17］。移植肝急性排斥反应时可出现肝水肿、汇管区炎症细胞浸润、静脉内皮炎、小胆管炎等病理组织学变化， 从而导致肝组织弹性硬度增加。

Yoon 等［18］使用SWE 技术评估移植排斥反应不同阶段移植肝的超声弹性，研究表明肝移植术后4 周内发生急性排斥反应者的肝弹性测值与无排斥反应者比较，差异无统计学意义，而肝移植术后 4 周后发生急性排斥反应时的弹性测值明显高于无排斥反应者。移植术后急性排斥反应和移植术肝纤维化改变均会导致肝脏弹性测值升高，但鉴别移植排斥反应和移植肝纤维化需要结合实验室生化检查结果。急性移植排斥反应时，患者可同时伴有胆红素水平的升高，且明显高于慢性肝炎及纤维化患者，考虑原因可能是排斥反应损伤了肝内胆管系统［19］。Tang 等［20］研究56 例肝移植后急性排斥反应患者 （肝病理活检证实）和20 例移植后肝功能恢复的患者（1 个月内）为对照组，比较彩色多普勒血流成像（color doppler flow imaging，CDFI）和声辐射力脉冲（acoustic radiation force impulse，ARFI）在肝移植术后急性排斥反应中的临床诊断价值，结果显示CDFI 和ARFI 联合应用有助于诊断肝移植术后的急性排斥反应。

2.2 SWE 在监测肝移植术后肝炎复发及移植肝纤维化的应用：肝移植术后的肝纤维化改变是移植并发症的一种。在丙型病毒性肝炎移植患者中，术后 5 年内丙肝复发率约为30%，其中部分患者肝纤维化进展迅速，肝移植术后5 年的患者中约25%进展为移植肝硬化，一旦发展为肝硬化，其中约50%在1 年内出现肝功能失代偿［18，21］。超声弹性成像可以无创便捷地监测肝移植受体的硬度变化。

Deurdulian 等［22］研究147 例患者超声SWE 检查和肝组织活检，确定了无纤维化或轻度纤维化患者（Metavir 评分分别为F0 和F1）与显著纤维化患者（Metavir 评分分别为F2、F3 或F4）的阈值，SWE值的中位数为1.76 m/s 或更低表示无纤维化或轻度纤维化，大于1.76 m/s 则表示明显的纤维化，剪切波速度为1.76 m/s 或更低，则肝移植患者可以避免不必要的肝穿刺活检。Huang 等［23］研究89 例丙型肝炎后肝移植患者，其中50 例无移植术后丙型肝炎复发，39 例有移植后丙型肝炎复发，结果显示复发组有较高的平均SWV 〔（1.87±0.52）m/s 比（1.37± 0.52）m/s，P ＜0.0001〕，复发组中18 例患者抗病毒药物治疗后SWV 显著减低，SWV 从（1.83± 0.49 ）m/s 减低至（1.68±0.56） m/s（P=0.043）。未经治疗的患者中位SWV 升高，从（1.69±0.54）m/s 增加到（1.91±0.66） m/s，结果显示弹性成像可定量评估移植后的肝纤维化程度，并且与移植后丙型肝炎复发的病理学相关，弹性成像可用于无创评估丙型肝炎移植后肝纤维化。Korda 等［24］研究了23 例丙型肝炎复发的肝移植患者的肝脏硬度，与治疗前相比，在患者丙型肝炎病毒RNA 转为阴性后肝脏硬度值显著降低，结果显示SWE 可成功监测丙型肝炎在肝移植术后复发。另有研究利用SWE 技术检测58 例肝移植术后患者肝脏硬度并与组织学结果相对照，有显著肝纤维化（≥F2 期）患者肝脏弹性模量为（19.3±7.7） kPa 高于无明显纤维化患者 （F0-F1）（15.9±9.2） kPa，且弹性模量低于7.85 kPa 可排除出现显著肝纤维化的患者（NPV=100%），大于26.35 kPa 可诊断存在显著肝纤维化患者 （PPV=33.3%）［25］。因此，SWE 技术在监测肝移植术后肝炎复发以及肝纤维化程度中有较高的临床应用价值。

2.3 SWE 速度异常的其他方面移植肝病变：任何引起移植肝炎性反应、胆汁淤积等因素的病变均可引起肝脏硬度的变化。肝移植手术过程中不可避免发生不同程度的缺血/再灌注损伤、器官保存性损伤等，移植肝会发生不同程度的炎性改变，有研究认为［26］术后早期移植肝的剪切波速度升高，随术后时间延长而剪切波速度下降。另外SWE 技术在评价移植肝损伤方面也有报道，在一项包括104 例肝移植术后患者的前瞻性研究中，依据病理结果分为移植肝损伤组（移植肝损伤包括急性排斥反应、胆管炎、复发性肝炎和慢性排斥反应）和无损伤组，并用SWE 技术检测移植肝硬度，结果显示移植肝损伤组硬度（8.2 kPa）显著高于无损伤组 （6.3 kPa）［27］。另有研究表明肝移植术后由于缺血导致的胆道病变后会引起肝内胆汁淤积，进而 引发肝纤维化，会导致肝脏弹性值升高［28］。 Wang 等［29］报告1 例成人活体肝右叶移植患者，术后6 d 经增强CT 确诊出现肝右静脉吻合口狭窄，使用SWE 定量评估显示右前叶硬度明显高于后叶，行肝右静脉吻合口球囊扩张术并植入支架，术后SWE显示右前叶硬度较术前减低，2 周后SWE 复查显示右前叶与后叶硬度基本相等，结果表明SWE 可能是评估肝移植术后继发于肝静脉淤血引起的肝脏硬度改变的一种无创性工具。由此，SWE 技术在评价肝移植术后损伤、胆汁淤积性病变以及血管并发症引起的肝脏硬度改变中依然具有临床应用价值。

3 总结与展望

SWE 技术作为一种实时、无创的反应组织弹性信息的超声技术，可对移植肝排斥反应、移植肝肝炎复发以及肝纤维化的评估中有较高诊断价值， 可减少对移植肝患者的肝穿频次，同时对供体评价及移植肝脏缺血/再灌注的评价也是近年来关注的重点，然而剪切波弹性成像的临床应用中仍受诸多因素的影响。不同厂家的检测设备条件及方法不同，患者进食状态、呼吸运动等均可能会影响剪切波对肝脏测值的准确性，故需要规范统一检查的方法。不同原因导致的肝脏病变如炎症细胞浸润、肝脏淤血、胆汁的肝内淤积等都会影响剪切波弹性成像测值，因此弹性成像的结果需与临床结合共同做出解释。此外，不同病因所致肝纤维化的诊断阈值也不同。当前的超声剪切波弹性成像技术还不能完全替代肝病理穿刺活检，但超声剪切波弹性成像技术联合实验室检查能够对移植肝纤维化程度进行定量，成为未来移植肝纤维化无创评估的必要手段。