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三維超聲VOCAL技術(shù)定量腎積水與患腎容積比值評(píng)價(jià)兒童腎積水患腎功能的應(yīng)用研究

2017-06-08 14:35周蔚李靈珊
中國醫(yī)學(xué)創(chuàng)新 2017年14期

周蔚 李靈珊

【摘要】 目的:探討三維超聲體積自動(dòng)測(cè)量(VOCAL)技術(shù)和三維腎積水容積/腎臟容積比在定量評(píng)價(jià)兒童腎積水及患腎功能中的應(yīng)用價(jià)值。方法:采用三維超聲VOCAL技術(shù)及虛擬器官計(jì)算機(jī)輔助定量分析方法,檢測(cè)99例3個(gè)月~14歲單側(cè)腎積水患兒的腎積水容積、健側(cè)腎臟及患側(cè)腎臟容積,得出腎積水與患側(cè)腎臟容積比,分析健側(cè)及患側(cè)腎臟容積變化與腎臟長(zhǎng)徑和體表面積的相關(guān)性,分析腎積水與患側(cè)腎臟容積比值和腎積水病情程度的匹配度及相關(guān)性。結(jié)果:隨著體表面積的增長(zhǎng),健腎及患腎的長(zhǎng)徑和體積均呈逐漸增加的趨勢(shì),其與體表面積均呈線性正相關(guān)(r>0.8),患側(cè)腎臟三維體積及長(zhǎng)徑均較健側(cè)腎臟增大,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),隨著腎積水程度的增加,腎積水占腎臟體積的比值逐漸增大,分布區(qū)間的離散性越大,各級(jí)腎積水組間的腎積水(HV)/患腎體積(KV)比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。結(jié)論:三維超聲VOCAL技術(shù)和三維腎積水與腎臟容積比作為一種新的量化指標(biāo),具有良好的可行性和重復(fù)性,可用于評(píng)估和預(yù)測(cè)腎臟功能、病情轉(zhuǎn)歸,對(duì)患兒臨床病情的監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)期隨訪管理有積極意義。

【關(guān)鍵詞】 腎積水; 三維超聲; 腎臟容積; 自動(dòng)測(cè)量技術(shù); 容積比

Diagnosis Value of Three-dimensional Ultrasound Virtual Organ Computer-aided Analysis Technique Measured Hydronephrosis Volume and Kidney Volume Ratio to Evaluate Renal Function of Children with Hydronephrosis/ZHOU Wei,LI Ling-shan.//Medical Innovation of China,2017,14(14):054-058

【Abstract】 Objective:To investigate the value of three-dimensional ultrasound virtual organ computer-aided analysis(VOCAL) technique measured hydronephrosis volume and kidney volume ratio to evaluate renal function of children with hydronephrosis.Method:99 children from 3 months to 14 years old with unilateral hydronephrosis were selected and examinated by the three-dimensional ultrasound to obtain the hydronephrosis volume(HV),kidney volume(KV)and HV/KV volume ratio.The relationship between the major axis and volume of both side of the kidney and body surface area(BSA)were analyzed,further concluded the correlation between HV/KV ratio and the degree of hydronephrosis.Result:Kidney volume and kidney major axis were gradually increased with the increase of BSA,which was positively correlated(r>0.8).Three-dimensional kidney volume and major axis of the hydronephrosis were significantly higher than those of the normal kidney(P<0.001).With the deteriorate of hydronephrosis degree,HV/KV ratio were increased,and distribution interval of HV/KV ratio widened.Conclusion:HV/KV value provided by three-dimensional ultrasound with VOCAL technique can provide valuable prediction of the function of hydronephrosis in children,which is helpful to the treatment planning and prognosis assessment.

【Key words】 Hydronephrosis; Three-dimensional ultrasound; Kidney volume; Virtual organ computer-aided analysis; Volume ratio

First-authors address:Shenzhen Childrens Hospital,Shenzhen 518038,China

doi:10.3969/j.issn.1674-4985.2017.14.015

小兒先天性腎積水是兒童泌尿外科的常見病之一,其主要病因包括先天性腎盂輸尿管交界處狹窄、膀胱輸尿管交界處狹窄、膀胱輸尿管反流、后尿道瓣膜等,既往研究證實(shí)早期診斷并盡早手術(shù)對(duì)腎積水的預(yù)后有著積極的作用[1]。二維超聲通過評(píng)估腎臟的長(zhǎng)徑、腎盂分離的前后徑及腎實(shí)質(zhì)厚度等參數(shù)診斷及評(píng)價(jià)兒童腎積水已得到臨床醫(yī)師的廣泛認(rèn)可,由于腎盂、腎盞的形態(tài)不規(guī)則、僅通過一個(gè)切面難以準(zhǔn)確評(píng)估,其仍存在對(duì)腎積水病情隨訪及檢查中敏感性較低、無法準(zhǔn)確反映腎臟積水量變化的缺點(diǎn)。三維超聲體積自動(dòng)測(cè)量(VOCAL)技術(shù)在不規(guī)則形態(tài)的臟器和病灶的容積測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)已廣為人知,并廣泛應(yīng)用于超聲心動(dòng)圖、孕產(chǎn)超聲等領(lǐng)域[2-3]。本研究旨在通過三維超聲VOCAL技術(shù)定量腎積水兒童的腎臟容積和腎積水容積,得出積水容積/患腎容積比、并與腎積水的分級(jí)進(jìn)行匹配分析,得出相應(yīng)的特征及規(guī)律性,探討三維超聲VOCAL技術(shù)在定量評(píng)價(jià)小兒腎積水及患腎功能中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2011年7月-2016年8月在深圳市兒童醫(yī)院就診的單側(cè)腎積水患兒共99例,其中男88例,女11例;年齡11 d~18歲,平均(28±24)個(gè)月;左腎積水55例、右腎積水44例。

1.2 方法 使用GE Voluson E8、GE Voluson 730彩色多普勒超聲診斷儀,內(nèi)置三維超聲體積自動(dòng)測(cè)量VOCAL技術(shù)軟件,RM6C三維容積探頭,頻率4~8 MHz進(jìn)行測(cè)量,二維及三維超聲檢查及容積成像時(shí)患兒均取仰臥位,在睡眠或安靜狀態(tài)下檢查,檢查前避免大量飲水及膀胱過度充盈。(1)二維超聲:泌尿系統(tǒng)常規(guī)檢查,測(cè)量雙側(cè)腎臟的長(zhǎng)徑、腎盂分離最大前后徑、患腎實(shí)質(zhì)厚度等參數(shù)。(2)三維超聲:獲得腎臟最大長(zhǎng)軸切面后切換至三維模式,調(diào)整容積取樣框大小和俯仰角,使之包納整個(gè)腎臟,對(duì)雙側(cè)腎臟進(jìn)行自動(dòng)圖像采集并存儲(chǔ)于超聲儀內(nèi)置硬盤內(nèi)。(3)容積測(cè)量:掃描完成后調(diào)取存儲(chǔ)圖像,使用超聲儀內(nèi)置的VOCAL軟件,啟動(dòng)虛擬器官計(jì)算機(jī)輔助分析功能,以A平面為參考平面,以Y軸為中軸,15°為間隔,順次手動(dòng)描記12個(gè)切面的腎臟或腎積水輪廓共計(jì)180°,系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算體積,見圖1。用上述方法分別測(cè)量患兒健腎容積、患腎容積、患腎積水容積,每個(gè)病例重復(fù)描記3次取其平均值。

1.3 腎積水的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 參照Grignon分級(jí)方法和胎兒腎積水分級(jí)方法,將排除原發(fā)膀胱輸尿管返流的兒童及胎兒腎積水分為5級(jí),0級(jí)表示無腎積水;1級(jí)表示腎盂輕度分離;2級(jí)表示除腎盂擴(kuò)張外,一個(gè)或幾個(gè)腎盞擴(kuò)張;3級(jí)表示腎盞均擴(kuò)張;4級(jí)表示腎盞擴(kuò)張伴腎實(shí)質(zhì)變薄[4]。

1.4 體表面積及腎積水與患腎容積比值計(jì)算 測(cè)量所有受檢者身高、體重,計(jì)算體表面積,體表面積=0.0061×身高(cm)+0.0128×體重(kg)-0.1529。腎積水容積(hydronephrosis volume,HV)與患腎容積(kidney volume,KV)比值=腎積水的容積/患側(cè)腎臟的容積。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 使用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)量資料用(x±s)表示,比較采用t檢驗(yàn);計(jì)數(shù)資料以率(%)表示,比較采用 字2檢驗(yàn),非正態(tài)分布數(shù)據(jù)用中位數(shù)四分位間距表示、作箱式圖、頻次圖。Pearson相關(guān)性分析獲得相關(guān)系數(shù)(r)及回歸方程,當(dāng)r≥0.7時(shí)為高度相關(guān),0.7>r≥0.4時(shí)為中度相關(guān),0.4>r≥0.2時(shí)為低度相關(guān)。隨機(jī)抽取20例患兒雙腎容積及腎積水容積進(jìn)行觀察者組間、組內(nèi)及再測(cè)量的差異性分析,評(píng)價(jià)結(jié)果的重復(fù)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患兒兩側(cè)腎容積與體表面積的關(guān)系 隨著患兒體表面積的增長(zhǎng),健腎及患腎的長(zhǎng)徑和容積均呈逐漸增加的趨勢(shì),散點(diǎn)圖示與體表面積均呈線性正相關(guān),相關(guān)性強(qiáng)(r>0.8),見圖2、3。

2.2 患兒患側(cè)腎臟和健側(cè)腎臟三維體積及長(zhǎng)徑比較 對(duì)患兒兩側(cè)腎臟三維體積及長(zhǎng)徑均行配對(duì)樣本t檢驗(yàn),結(jié)果示患側(cè)腎臟三維體積及長(zhǎng)徑較健側(cè)腎臟均增大,比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),見表1。

2.3 各級(jí)腎積水HV/KV比值比較 按Grigon分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):輕度腎盂擴(kuò)張、輕度腎積水、中度腎積水、重度腎積水分別為31、24、24、20例,各組的腎積水體積/患腎體積比的均數(shù)及區(qū)間依次為:0.11、0.70~0.23;0.19、0.09~0.29;0.31、0.25~0.44;0.49、0.40~0.77。對(duì)本組所有病例的腎積水/患腎體積比行方差齊性檢驗(yàn),方差不齊,故采用獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)(Kruskal-Wallis檢驗(yàn)),各級(jí)腎積水患腎組間的HV/KV比值比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),見表2。對(duì)各級(jí)腎積水組的HV/KV比值分別做分布區(qū)間的頻次圖及箱式圖,結(jié)果示隨著腎積水程度的增加該比值和分布區(qū)間的離散性逐漸增大,見圖4、5。

3 討論

先天性腎積水及相關(guān)的尿路梗阻是最常見的小兒泌尿系統(tǒng)疾病[5]。2003年進(jìn)行的一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究顯示,腎積水及相關(guān)疾病的發(fā)生率為7.6‰,較二十世紀(jì)90年代初期有所上升[6],最常見的病因包括腎盂輸尿管交界處梗阻和膀胱輸尿管反流、高位輸尿管開口、腎盂輸尿管連接部瓣膜、輸尿管外部索帶壓迫和粘連、腎盂輸尿管內(nèi)息肉及迷走血管或副血管壓迫等[7]。

Lee等[8]學(xué)者的循證醫(yī)學(xué)研究通過二次分析1645篇文獻(xiàn),證實(shí)了胎兒期腎盂分離的程度與兒童腎積水的病情程度及進(jìn)展存在必然相關(guān)性,胎兒出生后的腎臟泌尿病理學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)取決于胎兒期腎積水及泌尿系梗阻的嚴(yán)重程度及分級(jí)。腎積水患兒的病情進(jìn)展和腎功能惡化風(fēng)險(xiǎn)隨著腎積水程度的增加而逐步升高,在輕度、中度、重度腎積水中的風(fēng)險(xiǎn)依次為11.9%、45.1%、88.3%。新近研究結(jié)果建議,在充分監(jiān)測(cè)患兒病情及腎功能變化的前提下,可以首選非手術(shù)治療先天性腎積水患兒[9-10],僅有22%的重度新生兒腎積水需在出生后立即行腎盂成形術(shù),病情及腎功能監(jiān)測(cè)、包括腎盂造瘺術(shù)在內(nèi)的保守治療及疾病管理對(duì)腎積水患兒病程的控制是行之有效的。提示科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)腎積水的病情程度在兒童腎積水預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中有重要意義。

泌尿系超聲檢查是目前臨床公認(rèn)在先天性腎積水的診斷、病情監(jiān)測(cè)及手術(shù)前、后病情隨訪中最便捷有效的非侵入性檢查方法[11]。Chertin等[12]在2002年發(fā)表的一項(xiàng)研究顯示:在≥2次連續(xù)性超聲檢查中,腎積水的進(jìn)展程度可作為尿路梗阻的早期征兆,超聲波成像技術(shù)在先天性腎積水的病程管理中是行之有效的。近年來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日漸精進(jìn),三維超聲在定量和評(píng)估腎臟疾病程度和腎實(shí)質(zhì)受損中的作用日益顯現(xiàn)[13-14]。

三維超聲體積自動(dòng)測(cè)量(VOCAL)技術(shù)是近年興起的應(yīng)用三維超聲評(píng)估器官體積的一種超聲儀內(nèi)置軟件,已應(yīng)用于心腔及卵巢、宮頸、胎盤、胎兒腎上腺、胎兒腎臟及膀胱等容積定量研究領(lǐng)域[15-16],與目標(biāo)臟器的實(shí)際體積均有良好的相關(guān)性,并在不同的測(cè)量者間有較好的重復(fù)性[17]。采集目標(biāo)器官和病灶的三維容積圖像,以選定的軸為中心按一定旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)將其自動(dòng)切割成若干個(gè)切面(總角度等于180°),可選擇每隔15°(12個(gè)切面)、20°(9個(gè)切面)、30°(6個(gè)切面)等角度作為一個(gè)旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng),選擇的間隔角度越小則需勾畫測(cè)量的切面越多,再勾畫出各切面中的目標(biāo)臟器或病灶邊界,通過超聲儀內(nèi)置的三維體積自動(dòng)測(cè)量軟件自動(dòng)積分求出每個(gè)間隔角度的體積再自動(dòng)疊加計(jì)算得出目標(biāo)臟器或病灶的總體積。既往研究已經(jīng)證實(shí),VOCAL三維容積自動(dòng)測(cè)量技術(shù)是有效和可靠的[18],一些學(xué)者通過對(duì)不同測(cè)量者和同一測(cè)量者間分別選擇15°和30°的選擇間隔角度進(jìn)行容積測(cè)量發(fā)現(xiàn),盡管隨著旋轉(zhuǎn)間隔角度的增大體積評(píng)估的可靠性有所降低,但不同角度測(cè)值間仍存在強(qiáng)相關(guān)性(ICC約為0.998)[19]。對(duì)切面形態(tài)相對(duì)規(guī)則的臟器和病灶,例如腎臟,選擇30°的旋轉(zhuǎn)間隔角度可提供更高的體積評(píng)估效率、節(jié)省測(cè)量時(shí)間,對(duì)于形態(tài)不規(guī)則的結(jié)構(gòu),如胎兒肺臟、胎盤、子宮內(nèi)膜、腎積水等體積的估計(jì)可能選擇大于6個(gè)平面以獲得更可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果[20]。本組病例均采用12平面進(jìn)行測(cè)量,不同測(cè)量者間均獲得良好的一致性,比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),提示測(cè)量結(jié)果可靠性及重復(fù)性良好。

筆者在先天性腎積水患兒的病情進(jìn)展檢查和治療前后的隨訪中發(fā)現(xiàn),病程的進(jìn)展和好轉(zhuǎn)是一個(gè)緩慢的過程。在二維超聲中可僅僅表現(xiàn)為腎臟長(zhǎng)徑和腎盂分離前后徑的細(xì)微變化、而腎積水分級(jí)沒有明顯的變化,且超聲測(cè)值的大小容易受到切面、測(cè)量部位和主觀經(jīng)驗(yàn)的影響,經(jīng)腰部和背部測(cè)量的腎臟長(zhǎng)徑亦有不同[21],主觀性較大,缺乏客觀、穩(wěn)定的量化依據(jù),在臨床評(píng)估病情細(xì)微變化、治療效果、病情溝通中的作用存在局限性。三維超聲下定量腎臟和腎積水的容積通過在至少6個(gè)平面上描記腎積水及腎臟邊界計(jì)算面積后疊加得出容積,較單切面的描記面積或單切面的應(yīng)用橢圓形公式推算面積更為準(zhǔn)確,在先天性腎積水患兒在腎積水等級(jí)無變化時(shí),可定量腎臟容積和積水量的變化,使反映腎臟功能的細(xì)微變化成為可能[22]。

腎積水(HV)/患腎容積(KV)比值是通過分別測(cè)量腎積水容積和患腎容積相除后得到的,其設(shè)置的解剖及理論依據(jù)為:腎臟的容積是由腎實(shí)質(zhì)及腎盂、腎盞、腎竇構(gòu)成,當(dāng)腎積水時(shí),隨著中央集合系統(tǒng)分離的擴(kuò)大、積水量的增加、腎臟的包膜延展性受限、腎實(shí)質(zhì)受積水壓迫變薄。因此,HV/KV比值可綜合反映腎臟大小、腎實(shí)質(zhì)厚度、腎積水量間的關(guān)系,比值越低,說明腎積水的程度越低、腎實(shí)質(zhì)的厚度趨向于正常,反之則越重,腎實(shí)質(zhì)受損變薄的程度越高。本組病例中,輕度腎盂擴(kuò)張、輕度腎積水、中度腎積水、重度腎積水分別為31、24、24、20例,其中各組的HV/KV比值均數(shù)及區(qū)間依次為0.11、0.70~0.23,0.19、0.09~0.29,0.31、0.25~0.44,0.49、0.40~0.77,說明隨腎積水程度等級(jí)越高,腎積水占腎臟體積的比值越大,HV/KV比值的范圍、離散性越大,提示在二維超聲測(cè)量腎臟長(zhǎng)徑、腎盂分離前后徑的基礎(chǔ)上結(jié)合HV/KV比值可為臨床提供更精確和量化的病情變化信息,通過該比值的變化,臨床醫(yī)師可以直觀地觀察到患兒在同一腎積水分級(jí)下積水量和腎臟體積、腎實(shí)質(zhì)的變化,

綜上所述,三維超聲VOCAL技術(shù)和三維HV/KV比值作為一種新的量化指標(biāo),具有良好的可行性和重復(fù)性,可用于評(píng)估和預(yù)測(cè)腎臟功能、病情轉(zhuǎn)歸,為臨床醫(yī)師評(píng)估患兒的病情變化、手術(shù)時(shí)機(jī)、手術(shù)效果、隨訪病情提供更有說服力的量化依據(jù),對(duì)患兒臨床病情的監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)期隨訪管理有積極意義。

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(收稿日期:2017-03-13) (本文編輯:程旭然)