吳 瓊(綜述) 王 燕(審校)
彈性成像技術(shù)評(píng)價(jià)腎臟硬度的研究進(jìn)展
吳 瓊(綜述) 王 燕(審校)
彈性成像技術(shù);超聲檢查;磁共振成像;腎;硬度;綜述
生物組織的彈性或硬度很大程度上依賴于組織的分子構(gòu)成及這些分子構(gòu)成在微觀、宏觀上的組織形式。既往通過(guò)手觸診了解患者體表及臟器的硬度情況,但由于個(gè)體差異、缺乏量化等因素,此法存在較大的局限性。因此,彈性成像技術(shù)逐漸成為臨床關(guān)注的熱點(diǎn)。目前常用的彈性參數(shù)測(cè)量方法包括超聲成像[1]和磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography, MRE)[2-6]。超聲成像根據(jù)原理又分為聲力式和助力式,聲力式包括瞬時(shí)彈性成像(transient elastography, TE)、聲輻射力脈沖彈性成像(acoustic radiation force impulse imaging, ARFI)及超高速剪切波成像(supersonic shear imaging, SSI),助力式目前主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)組織彈性成像(real-time tissue elastography, RTE)[7-9]。
TE及ARFI技術(shù)是將聚焦聲脈沖作用于組織感興趣區(qū),使其產(chǎn)生瞬時(shí)的縱向壓縮和橫向振動(dòng),以前者為基礎(chǔ)對(duì)組織進(jìn)行彈性成像,稱為聲觸診組織成像技術(shù)(virtual touch tissue imaging, VTI);后者以剪切波的形式向周邊傳播,利用相鄰波峰時(shí)間差計(jì)算剪切波速度(shear wave velocity, SWV),稱為聲觸診組織定量(virtual touch quantifcation, VTQ),SWV越高表示所測(cè)組織越硬。TE屬于一維瞬時(shí)彈性成像系統(tǒng),無(wú)聲像圖引導(dǎo),而ARFI一般整合于常規(guī)的二維超聲系統(tǒng)中,更有利于對(duì)感興趣區(qū)的定位。
SSI通過(guò)對(duì)聲脈沖的精確控制,首先以超音速的速度在組織的不同深度連續(xù)聚焦增加剪切波的產(chǎn)生,將獲得的超高時(shí)間分辨力圖像進(jìn)行彩色編碼合成組織彈性圖,最后定量測(cè)量反映組織彈性的楊氏模量值[10]。
RTE需要檢查者手持探頭以固定的振動(dòng)頻率向組織施壓,比較加壓過(guò)程中同一層次的正常組織及病變組織的彈性應(yīng)變率,然后用不同顏色表示其相對(duì)硬度。
MRE利用運(yùn)動(dòng)敏感梯度的作用獲取組織在外力作用下的質(zhì)點(diǎn)位移及MR的相位圖像,得出組織內(nèi)各點(diǎn)的彈性系數(shù)分布圖,以組織彈性力學(xué)參數(shù)作為診斷依據(jù)[2-6]。它較超聲彈性成像具有成像適應(yīng)證廣、不受體型及操作者技術(shù)的限制、可以大范圍觀測(cè)彈性值的優(yōu)勢(shì)。
通過(guò)二維超聲等影像學(xué)方法觀察腎臟的大小、形態(tài)結(jié)構(gòu)及血流動(dòng)力學(xué)變化等特征,臨床對(duì)腎臟疾病的定性診斷已經(jīng)獲得很大的進(jìn)步。然而,對(duì)于早期腎臟疾病的改變則缺乏較高的敏感度和特異度。新興彈性成像技術(shù)可以通過(guò)腎臟組織硬度的變化了解病理組織學(xué)改變,從而間接評(píng)價(jià)腎臟功能改變,其在評(píng)價(jià)腎臟硬度方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到初步肯定。
由于患者的體型、臟器或病變位置的差異,腹部疾病的彈性成像研究可能出現(xiàn)不同個(gè)體間測(cè)量深度的差異。分析腎臟解剖位置發(fā)現(xiàn),從側(cè)腹壁檢查時(shí)主要路徑是脂肪,從后背部檢查時(shí)主要路徑是肌肉,從肋間隙檢查時(shí)會(huì)穿過(guò)肝,這些因素均會(huì)對(duì)腎臟的彈性測(cè)量值產(chǎn)生影響。對(duì)于ARFI中VTQ測(cè)量的深度和介質(zhì)因素的影響,薛立云等[11]選用豬的離體組織并分別以脂肪、肌肉和肝作為介質(zhì),發(fā)現(xiàn)深度越大物體SWV越小,不同介質(zhì)下物體SWV之間有顯著差異。然而,俞清等[12]在研究影響RTE測(cè)量因素的模型中發(fā)現(xiàn),隨著物體放置深度的增加,彈性分級(jí)相應(yīng)地增加。盡管ARFI與RTE均受深度的影響,但原理不同。RTE技術(shù)經(jīng)探頭施加外力使組織產(chǎn)生形變,通過(guò)定性或半定量參數(shù)評(píng)估組織的硬度,在相同外力作用下,被測(cè)物體越深,越不容易產(chǎn)生形變,即彈性成像診斷表現(xiàn)為評(píng)分相對(duì)更高,提示組織硬度更大。因此,在腎臟硬度的彈性評(píng)估中,應(yīng)盡量選擇同一深度以減少深度差異造成的測(cè)量誤差。
田飛等[13]運(yùn)用ARFI技術(shù)檢測(cè)380例健康志愿者腎臟皮質(zhì)、髓質(zhì)及腎竇硬度,發(fā)現(xiàn)正常腎臟組織不同部位的硬度存在明顯差異,其中腎皮質(zhì)硬度最大,其次為髓質(zhì)、腎竇,SWV值參考范圍分別為(3.33±0.56)m/s、(2.29±0.20)m/s、(1.06±0.19)m/s,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),可能與腎臟的內(nèi)部構(gòu)成有關(guān):位于腎臟外周的腎皮質(zhì)主要由結(jié)構(gòu)致密、血管豐富的腎小球組成,因此硬度較大;腎髓質(zhì)的集合管內(nèi)由于含較多液體表現(xiàn)為相對(duì)較小的硬度;而腎竇由于內(nèi)部腎盞、血管、神經(jīng)等結(jié)構(gòu)排列疏松,硬度最小。徐建紅等[10]采用SSI技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)腎臟下段皮質(zhì)部楊氏模量值大于髓質(zhì)部,得出正常腎臟皮質(zhì)硬度大于髓質(zhì)的結(jié)論。然而,Arda等[14]使用SSI測(cè)量127個(gè)健康志愿者腎臟硬度,得出腎盂硬度明顯高于皮質(zhì)的結(jié)論。對(duì)于上述不同結(jié)論,仍需要增加樣本量進(jìn)一步分析,從而獲得對(duì)腎臟硬度的一致性認(rèn)識(shí)。此外,田飛等[13]研究發(fā)現(xiàn),不同側(cè)別、性別、年齡、體重指數(shù)受試者的SWV值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。付慧君等[15]研究得出相似結(jié)論,并且發(fā)現(xiàn)操作者間及同一名操作者前后測(cè)量的腎臟實(shí)質(zhì)SWV差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,由此認(rèn)為聲觸診組織定量分析腎臟硬度具有重復(fù)性好、測(cè)值穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。
目前國(guó)內(nèi)外很多關(guān)于慢性肝病的研究表明,門靜脈高壓、脾硬度增大均提示血流動(dòng)力學(xué)對(duì)組織硬度的潛在影響,因此推斷腎臟纖維化可能也繼發(fā)于腎血流動(dòng)力學(xué)改變[16-19]。Warner等[20]通過(guò)在豬體內(nèi)分別建立急性、慢性腎動(dòng)脈狹窄模型,采用MRE測(cè)量豬模型的腎臟硬度變化,發(fā)現(xiàn)無(wú)纖維化的豬腎皮質(zhì)硬度伴隨血流急劇下降而減低,掩蓋了早期纖維化本應(yīng)硬度增加的表現(xiàn)。當(dāng)然,上述結(jié)果也提示腎皮質(zhì)硬度下降可能是灌注不足的重要指標(biāo),之后研究者對(duì)照皮、髓質(zhì)硬度改變,發(fā)現(xiàn)髓質(zhì)硬度更不易受腎灌注的影響。分析腎臟解剖發(fā)現(xiàn),腎臟血管系統(tǒng)大都位于腎皮質(zhì),腎血管阻力也主要表現(xiàn)在皮質(zhì)微血管。腎髓質(zhì)血供一般較少依賴于流體靜壓,因此皮質(zhì)硬度受灌注壓的影響較大。而Gennisson等[21]應(yīng)用SSI技術(shù)選擇豬作為對(duì)象研究腎實(shí)質(zhì)硬度與組織異向性、血流灌注壓和尿道壓水平的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn),結(jié)扎腎靜脈導(dǎo)致血流灌注壓升高后腎臟硬度明顯增大;相反,結(jié)扎腎動(dòng)脈導(dǎo)致血流灌注壓降低后腎臟硬度則明顯下降,上述改變也均出現(xiàn)在腎皮質(zhì),與Warner等[20]的觀點(diǎn)一致。目前對(duì)于血流動(dòng)力學(xué)與腎臟硬度改變的相關(guān)性研究均處于探索階段,進(jìn)一步人體方面的大樣本研究還有待開展。
4.1 慢性腎病 臨床上腎小球疾病占彌漫性腎病的95%以上,慢性腎病表現(xiàn)為進(jìn)行性腎小球硬化、腎小管萎縮、腎間質(zhì)纖維化和腎功能惡化。目前臨床上缺乏可靠、無(wú)創(chuàng)、定量評(píng)估慢性腎病病理改變的方法。傅寧華等[22]采用ARFI研究發(fā)現(xiàn),隨著腎功能損害程度的加重,腎皮質(zhì)區(qū)SWV逐漸減低,提示腎臟硬度降低。而李萍等[23]通過(guò)VTQ測(cè)量IgA腎病,認(rèn)為隨著Lee病理分級(jí)程度的加重,彈性指數(shù)值不斷增加,即硬度增加。Derieppe等[24]通過(guò)SSI測(cè)量大鼠腎纖維化模型,發(fā)現(xiàn)硬度值與蛋白尿、肌酐值呈顯著正相關(guān)(r=0.639, P<0.001),即腎臟損傷越重,硬度值越大。隨著慢性腎病的不斷進(jìn)展,對(duì)于腎臟硬度的改變,Wyss等[25]通過(guò)AFM原子力顯微鏡測(cè)量細(xì)胞楊氏模量,發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)的腎小球疾病模型硬度下降,與之前普遍認(rèn)為的疾病早期腎臟硬度正?;蛴捎诶w維化輕度增加的想法不符,其原因可能為腎小球硬度的降低引起順應(yīng)性的增加,更容易導(dǎo)致腎小球毛細(xì)血管擴(kuò)張,內(nèi)部細(xì)胞活素如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β等會(huì)在此進(jìn)程中通過(guò)促使基質(zhì)和成纖維細(xì)胞增生使腎小球硬化,可以作為腎臟纖維化前期降低硬度的補(bǔ)償,同時(shí)也解釋了疾病早期腎小球硬度正常的原因。
Pozzi[26]分析Wyss等[25]的研究認(rèn)為,目前公認(rèn)的細(xì)胞和組織的機(jī)械特性隨疾病進(jìn)展的改變是疾病發(fā)展的結(jié)果,而且機(jī)械特性的改變?cè)缬谛螒B(tài)學(xué)改變,這與肝臟相應(yīng)的改變?cè)缬诶w維化一致,可塑性的增加,即所觀測(cè)到的硬度降低可能是早期腎病的特征。這種改變使得腎小球更容易受血流動(dòng)力學(xué)損傷的影響而發(fā)生細(xì)胞凋亡,最終導(dǎo)致組織硬化。
4.2 慢性移植腎腎病 慢性移植腎腎病(chronic allograft nephropathy, CAN)是移植術(shù)后移植腎衰竭最重要的原因。目前CAN的臨床診斷主要依靠移植腎活檢,但即使在超聲定位引導(dǎo)下進(jìn)行,腎活檢仍然有造成移植腎損傷的風(fēng)險(xiǎn)。
Syversveen等[27]對(duì)30例成人移植腎患者檢測(cè)發(fā)現(xiàn),VTQ無(wú)法顯著區(qū)分無(wú)纖維化和輕度纖維化的移植腎,不同觀察者間測(cè)得的VTQ數(shù)值差異較大,且無(wú)法證實(shí)VTQ是否能夠反映移植腎纖維化隨時(shí)間的變化。Lee等[28]通過(guò)小樣本研究發(fā)現(xiàn)MRE測(cè)量的中度纖維化的平均硬度較輕度纖維化有升高的趨勢(shì),但與無(wú)明顯纖維化比較,輕度纖維化硬度更低,其原因尚未闡明。Arndt等[29]研究認(rèn)為TE最有前景的應(yīng)用是追蹤移植腎實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的改變,TE連續(xù)顯示的硬度改變有助于說(shuō)服部分肌酐穩(wěn)定的患者接受診斷性活檢,但在移植腎功能惡化的情況下,TE不能取代活檢,并且腎實(shí)質(zhì)硬度與間質(zhì)纖維化程度呈明顯正相關(guān),與腎小球?yàn)V過(guò)率呈負(fù)相關(guān)。
Stock等[30]將18例病理證實(shí)的CAN患者的VTQ值與彩色多普勒超聲檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較,證實(shí)VTQ值(r=0.465, P=0.026)、RI值(r=0.563, P=0.015)均與移植腎纖維化程度相關(guān),但兩者間無(wú)明顯相關(guān)性(r=0.034, P=0.904),推測(cè)兩者是解釋移植腎纖維化的兩個(gè)獨(dú)立因素。后續(xù)研究[31]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),在CAN、急性腎小管壞死及環(huán)孢素毒癥腎病均表現(xiàn)為RI增高的疾病中,通過(guò)病理證實(shí)只有發(fā)生急性T細(xì)胞介導(dǎo)的CAN顯示ARFI均值增大約15%,這對(duì)CAN的鑒別診斷有很大幫助。趙靜等[32]研究發(fā)現(xiàn),VTQ均值與GFR呈負(fù)相關(guān),與移植腎弓形動(dòng)脈RI則無(wú)顯著相關(guān)性,而RI與GFR無(wú)顯著相關(guān)性。但Ozkan等[33]通過(guò)RSE測(cè)量移植腎皮質(zhì)的應(yīng)變率,發(fā)現(xiàn)腎實(shí)質(zhì)硬度與彩色多普勒超聲阻力指數(shù)和搏動(dòng)指數(shù)呈明顯正相關(guān)(r=0.41, P=0.007; r=0.48, P=0.001),只是觀察者間的差異較大。上述矛盾可能與彈性成像原理不同有關(guān),而且上述研究樣本量均較小,應(yīng)擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究。
Clevert等[34]對(duì)15例腎腫瘤患者進(jìn)行VTQ檢測(cè),與病理結(jié)果比較,認(rèn)為VTQ能夠提高病理類型未知的腎腫瘤的診斷率。董秀娟等[35]應(yīng)用VTI灰階彈性成像研究發(fā)現(xiàn),20例透明細(xì)胞癌的內(nèi)部回聲均不均勻,其中18例瘤內(nèi)以白色為主,主要因?yàn)橥该骷?xì)胞癌易發(fā)生出血壞死和囊變,使瘤體內(nèi)部彈性不一、硬度下降。Tan等[36]通過(guò)RTE鑒別錯(cuò)構(gòu)瘤和腎細(xì)胞癌,發(fā)現(xiàn)前者彈性分型以1、2型為主,后者則以3、4型為主,兩者彈性模量和應(yīng)變率均有明顯差異,測(cè)量一致性也較好。聞捷先等[37]通過(guò)對(duì)120個(gè)經(jīng)手術(shù)和病理證實(shí)的腎腫瘤行VTQ檢查,分別比較SWV值和SWV比值(腫瘤/腎皮質(zhì)),結(jié)果顯示SWV值可以反映腎腫瘤的硬度,良性腫瘤的硬度小于腎皮質(zhì),而SWV比值由于減少了深度對(duì)測(cè)值的影響,較SWV值更有意義,在良、惡性腫瘤的鑒別診斷中具有一定的價(jià)值。
總之,由于腎臟解剖位置較深、結(jié)構(gòu)不均質(zhì)性等特征,導(dǎo)致硬度測(cè)量的影響因素較多,目前研究多集中于小樣本病例移植腎或動(dòng)物模型上。隨著技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)一步多中心大樣本的人體正常和病理腎臟研究將成為可能,彈性成像技術(shù)將會(huì)為腎臟疾病的診斷思路和方法提供更多借鑒。
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2013-11-15
2014-04-17
(責(zé)任編輯 張春輝)
上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科 上海200233
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10.3969/j.issn.1005-5185.2014.05.021
中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志2014年5期