超分辨率超聲成像技術(shù)輔助診斷急性腎損傷疾病

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，急性腎損傷（AKI）一直是一個(gè)備受關(guān)注的難題。它發(fā)病率高、危害大，嚴(yán)重威脅著患者的健康和生命。近年來(lái)，超聲超分辨率成像（USSRI）技術(shù)的出現(xiàn)，為AKI的診斷帶來(lái)了新的曙光。下面，讓我們一起深入了解這項(xiàng)技術(shù)在AKI診斷中的奧秘。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
急性腎損傷
急性腎損傷（AKI）是一種常見(jiàn)的臨床綜合征，在住院患者中的發(fā)病率高達(dá)20%。AKI的病因多樣，機(jī)制復(fù)雜，具有高發(fā)病率、高死亡率的特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，腎組織微循環(huán)障礙是AKI發(fā)生和發(fā)展的重要原因，準(zhǔn)確評(píng)估腎微循環(huán)并及時(shí)干預(yù)，是防治AKI的關(guān)鍵策略。從病理生理角度來(lái)看，腎臟作為人體重要的排泄和代謝器官，其微循環(huán)系統(tǒng)負(fù)責(zé)為腎實(shí)質(zhì)細(xì)胞提供充足的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)帶走代謝廢物。當(dāng)微循環(huán)出現(xiàn)障礙時(shí)，腎細(xì)胞會(huì)因缺血、缺氧而發(fā)生損傷，進(jìn)而影響腎臟的正常功能。而且，AKI的發(fā)生往往較為隱匿，早期癥狀不明顯，容易被忽視，一旦病情進(jìn)展，治療難度將大大增加。

現(xiàn)有成像技術(shù)的困境
目前，增強(qiáng)計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）和磁共振成像（MRI）等多種成像技術(shù)可用于評(píng)估腎臟微血管和灌注情況，但基于碘的造影劑會(huì)加重AKI患者的腎損傷。因?yàn)锳KI患者的腎臟本身功能已經(jīng)受損，對(duì)造影劑的代謝和排泄能力下降，碘造影劑可能會(huì)在腎臟內(nèi)積聚，進(jìn)一步損傷腎臟細(xì)胞，導(dǎo)致腎功能惡化。

超聲成像（US）雖然具有安全、無(wú)創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)、便捷等優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)腎臟超聲只能評(píng)估腎小葉間動(dòng)脈以上分支的血流參數(shù)，難以評(píng)估腎皮質(zhì)血流。腎皮質(zhì)是腎臟進(jìn)行濾過(guò)和重吸收等重要功能的部位，其血流情況對(duì)于判斷腎臟功能至關(guān)重要，傳統(tǒng)超聲的這一局限使得其在評(píng)估腎臟功能方面存在不足。新興的超聲造影（CEUS）技術(shù)雖能半定量評(píng)估腎微循環(huán)，但二維超聲成像受聲波衍射限制，無(wú)法顯示微小血管，在無(wú)創(chuàng)評(píng)估腎臟微血管變化方面仍存在局限性。聲波衍射會(huì)使超聲信號(hào)發(fā)生散射和干擾，導(dǎo)致微小血管的成像模糊或無(wú)法顯示，這就限制了超聲造影對(duì)腎臟微血管的精細(xì)觀察。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
超聲超分辨率成像技術(shù)原理
超聲超分辨率成像（SRI）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它受光學(xué)超分辨率成像啟發(fā)，通過(guò)對(duì)血管內(nèi)超聲造影劑的精確定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)微血管的無(wú)創(chuàng)顯示。SRI技術(shù)能夠以極高的速度在極短時(shí)間內(nèi)捕捉圖像并追蹤微泡運(yùn)動(dòng)軌跡，自動(dòng)生成活體組織微血管圖像，其空間分辨率可達(dá)100μm，能識(shí)別微米級(jí)血管，為腎微循環(huán)的評(píng)估提供了新途徑。SRI技術(shù)利用了超聲造影劑微泡在血管內(nèi)的獨(dú)特聲學(xué)特性。當(dāng)微泡受到超聲激發(fā)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射信號(hào)，通過(guò)對(duì)這些信號(hào)的精確檢測(cè)和分析，結(jié)合先進(jìn)的算法，能夠確定微泡的位置，從而重建出微血管的圖像。這種技術(shù)突破了傳統(tǒng)超聲分辨率的限制，使得對(duì)微小血管的觀察成為可能。

SRI在多種疾病診斷中的探索
近年來(lái)，SRI技術(shù)在多種疾病診斷中展現(xiàn)出潛力。在甲狀腺結(jié)節(jié)和乳腺腫塊的鑒別診斷中，能夠清晰顯示病變微血管特征，輔助醫(yī)生判斷病變性質(zhì)。甲狀腺結(jié)節(jié)和乳腺腫塊的良惡性鑒別一直是臨床診斷的難點(diǎn)，傳統(tǒng)檢查方法存在一定的誤診率。SRI技術(shù)通過(guò)觀察病變組織內(nèi)微血管的分布、形態(tài)和密度等特征，可以為醫(yī)生提供更多的診斷信息，提高診斷的準(zhǔn)確性。

對(duì)于腎臟疾病，SRI可以無(wú)創(chuàng)評(píng)估AKI時(shí)腎臟微血管的變化，為疾病診斷和治療提供重要依據(jù)。而且，造影劑微泡的核心是惰性氣體，可通過(guò)肺部呼出，無(wú)需經(jīng)腎臟排泄，對(duì)重癥患者無(wú)腎毒性，還能在床邊進(jìn)行檢查，更適合危重癥患者。這一特點(diǎn)使得SRI技術(shù)在危重癥患者的腎臟功能監(jiān)測(cè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地評(píng)估腎臟微循環(huán)情況，為臨床治療提供及時(shí)的指導(dǎo)。

成像實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
研究對(duì)象與實(shí)驗(yàn)流程
研究62例膿毒癥患者，其中38例患有膿毒癥相關(guān)AKI（AKI組），24例膿毒癥但未發(fā)生AKI（對(duì)照組）。AKI的診斷依據(jù)腎臟病改善全球預(yù)后標(biāo)準(zhǔn)，排除了AKI 3-5期、既往有慢性腎臟病等患者。對(duì)照組患者的血清肌酐（Scr）、腎小球?yàn)V過(guò)率（eGFR）等指標(biāo)均在正常范圍，且無(wú)泌尿系統(tǒng)疾病史和泌尿系統(tǒng)超聲檢查正常。選擇膿毒癥患者作為研究對(duì)象，是因?yàn)槟摱景Y是導(dǎo)致AKI的常見(jiàn)病因之一，通過(guò)對(duì)這部分患者的研究，可以更有針對(duì)性地探討SRI技術(shù)在AKI診斷中的應(yīng)用價(jià)值。

研究中，所有患者均接受二維超聲（2D-US）、彩色多普勒血流成像（CDFI）和超聲造影（CEUS）檢查，檢查時(shí)，患者取俯臥位，測(cè)量腎臟大小、實(shí)質(zhì)厚度、皮質(zhì)厚度和葉間動(dòng)脈血流阻力指數(shù)等參數(shù)，并對(duì)腎血流灌注進(jìn)行半定量分級(jí)。在首次超聲造影檢查15分鐘后，待造影劑基本消失，再次經(jīng)肘靜脈注射進(jìn)行SRI檢查，采集4秒動(dòng)態(tài)圖像，計(jì)算腎皮質(zhì)微血管密度。詳細(xì)而規(guī)范的實(shí)驗(yàn)流程確保了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，各個(gè)檢查環(huán)節(jié)和參數(shù)測(cè)量都經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，以最大程度地獲取有價(jià)值的信息。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果解讀
在超聲和超聲造影參數(shù)方面，AKI組與對(duì)照組的腎臟大小、實(shí)質(zhì)厚度、皮質(zhì)厚度和腎血流灌注無(wú)顯著差異，但AKI組葉間動(dòng)脈RI升高。TIC參數(shù)顯示，AKI組的達(dá)峰時(shí)間平均通過(guò)時(shí)間高于對(duì)照組，峰值強(qiáng)度和曲線下面積低于對(duì)照組。這表明AKI患者腎臟雖無(wú)明顯形態(tài)異�；蜓�流減少，但腎皮質(zhì)微循環(huán)灌注顯著降低。葉間動(dòng)脈血流阻力指數(shù)升高反映了腎臟血管阻力增加，可能是由于腎臟微循環(huán)障礙導(dǎo)致血管收縮或狹窄。達(dá)峰時(shí)間和平均通過(guò)時(shí)間延長(zhǎng)，峰值強(qiáng)度和曲線下面積降低，進(jìn)一步說(shuō)明了腎皮質(zhì)微循環(huán)血流速度減慢，灌注量減少，腎臟的血液供應(yīng)和代謝功能受到影響。

SRI檢查結(jié)果顯示，AKI組腎皮質(zhì)微血管密度顯著低于對(duì)照組，且AKI組腎皮質(zhì)微血管密度與血清肌酐呈顯著負(fù)相關(guān)。這意味著SRI技術(shù)能夠直觀、定量地評(píng)估AKI患者腎皮質(zhì)微循環(huán)障礙的嚴(yán)重程度，且腎皮質(zhì)微血管密度越低，血清肌酐越高，病情可能越嚴(yán)重。腎皮質(zhì)微血管密度的降低直接反映了腎臟微血管的損傷和減少，這與AKI的病理生理過(guò)程相符合。而微血管密度與血清肌酐的負(fù)相關(guān)關(guān)系為臨床醫(yī)生提供了一個(gè)重要的量化指標(biāo)，有助于更準(zhǔn)確地判斷患者的病情和預(yù)后。

總結(jié)與展望
與傳統(tǒng)超聲、彩色多普勒血流成像、超聲造影相比，超聲超分辨率成像結(jié)合超聲造影，能以約100微米分辨率無(wú)創(chuàng)顯示AKI患者腎微循環(huán)特征，輔助鑒別膿毒癥患者是否患AKI。當(dāng)前AKI診斷依賴的血清肌酐并非敏感指標(biāo)，SRI可在血清肌酐升高前發(fā)現(xiàn)腎微循環(huán)障礙，為早期診斷提供新途徑，利于早期干預(yù)，改善患者預(yù)后，因?yàn)樵缙谀I臟損傷可逆，及時(shí)治療能保護(hù)腎功能。不過(guò)，SRI圖像生成耗時(shí)、數(shù)據(jù)采集困難，限制其臨床廣泛應(yīng)用，需優(yōu)化技術(shù)和設(shè)備。未來(lái)還需更多隨訪超聲檢查，通過(guò)大規(guī)模縱向研究和長(zhǎng)時(shí)間隨訪，進(jìn)一步驗(yàn)證SRI價(jià)值，推動(dòng)其更好地服務(wù)臨床。

論文信息
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Huang, X.; Zhang, Y.; Zhou, Q.; Deng, Q. Value of Ultrasound Super-Resolution Imaging for the Assessment of Renal Microcirculation in Patients with Acute Kidney Injury: A Preliminary Study. Diagnostics 2024, 14, 1192.

DOI:10.3390/diagnostics14111192.