探讨超声造影定量评估儿童肾积水肾脏血流灌注变化，以评价其对肾脏功能的诊断效能。
连续纳入2018年1~4月期间就诊于首都医科大学附属北京儿童医院住院及门诊就诊的共51例单侧肾盂输尿管连接部梗阻（ureteropelvic junction obstruction，UPJO）患儿，其中男42例，女9例；年龄为（6. 75±4. 14）岁，年龄范围在10个月至14岁。选取所有患儿各自患侧肾脏作为实验组，健侧肾脏为对照组。对全部患儿进行了超声检查、超声造影（contrast-enhanced ultrasonography，CEUS）和利尿性核素肾动态显像检查。通过受试者工作特征曲线下面积（an area under the ROC curve，AUROC）来对超声造影定量分析与利尿性肾图的分肾功能进行评价和比较，评价其诊断效能。
共51例患儿102侧肾脏绘制CEUS的灌注时间-强度曲线（time-intensity curve，TIC），均显示出不对称的单峰曲线，实验组和对照组可以清楚地区分。实验组的达峰时间（time to peak，TTP）明显延长，曲线上升斜率（the slope of the ascending curve，A）明显降低，与对照组相比差异有统计学意义（P <0. 05）。曲线下面积（area under the curve，AUC）、峰值强度（peak intensity，PI）和分肾功能（differential renal function，DRF）之间无显著相关性，但TTP、A和DRF之间的显著相关（P <0. 001）。TTP评价DRF绘制的AUROC为0. 86。CEUS对UPJO患儿肾脏功能评价，灵敏性和特异性值分别为92. 86%和76. 14%，临界值为23. 459。
CEUS对儿童UPJO肾脏血流灌注改变、肾功能评价有效性有较高的应用价值，TTP、A可作为评价肾脏功能有效性的重要指标。
版权归中华医学会所有。
未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
肾盂输尿管连接部梗阻（ureteropelvic junction obstruction，UPJO）是儿童肾积水最常见的病因，产前肾积水（antenatal hydronephrosis，ANH）的发生率约为1%~5%[1]。利尿性核素肾动态扫描是目前评估UPJO患儿肾脏功能和上尿路引流最有效的诊断工具。重度肾积水会导致肾脏功能存在高估[2]，儿童尤其是新生儿期肾脏发育不成熟对利尿剂反应的不确定性、核素生殖毒性等，均为利尿性核素肾动态扫描评价肾脏功能的限制因素。因此，临床医生一直寻求其他检查方法来评价肾脏功能。
近些年，超声造影(contrast-enhanced ultrasonography，CEUS)已被广泛用于研究肾血管和肾实质异常[3,4,5]。造影剂微球与红细胞大小相同，且不被肾脏过滤或分泌，因此可以在不干扰集合系统的情况下评价肾脏血流灌注情况。它已被证明是评估肾功能损害的一种经济有效的方法[6]。一些研究证实在慢性肾功能不全的定量诊断中，CEUS几乎与利尿性核素肾动态扫描一样敏感。欧洲医学和生物学超声学会联合会（European Federation of Societies for Ultrasound in Medicine and Biology，EFSUMB） 2017年发布指南指出静脉CEUS在儿童中是安全有效的，可以有效地避免电离辐射[7]。2018年美国食品药品管理局通过了SonoVue静脉应用于儿童诊断肝脏局灶性病变。多项研究证实，CEUS可以作为评估UPJO儿童肾功能的检查[8,9,10]。目前我国对于儿童应用CEUS的研究仍有限。
本研究的目的是评价超声造影定量分析对UPJO患儿肾脏血流灌注评估，及其对于肾功能的诊断价值。通过横截面研究对超声造影定量分析评价UPJO诊断的准确性进行研究，初步探讨儿童肾脏超声造影的临床应用安全性及有效性。为进一步深入研究，肾盂输尿管连接部梗阻的肾脏微循环变化，也为争取实现儿童肾脏损伤的早期诊断、早期治疗提供依据。
连续纳入2018年1~4月期间就诊于首都医科大学附属北京儿童医院住院及门诊就诊的共51例单侧UPJO患儿，其中男42例，女9例；年龄为（6. 75±4. 14）岁，年龄范围在10个月至14岁。本研究经首都医科大学附属北京儿童医院伦理委员会批准（IEC-C-006-A03-V. 05），并获得患儿及其家属知情同意。纳入标准：①未行手术治疗；②单侧UPJO的患儿；③对侧肾脏功能正常。排除标准：①已知具有试验药物使用禁忌证，对试验用药物所含成分过敏者；②伴有其他泌尿系统畸形其他因素肾积水；③既往用药、疾病、外伤、感染、手术有肾脏损伤可能；④患有左右分流心脏病，重度肺动脉高压（肺动脉压力> 90 mmHg，1 mmHg=0. 133 kPa），高血压不受控制以及成人呼吸窘迫综合征的患儿。选取所有患儿患侧肾脏作为实验组，健侧肾脏为对照组。
彩色多普勒超声显像仪（PHILIPS公司），C5-1探头，频率为3. 5~5. 0 MHz，谐波发射频率为24 Hz，机械指数为0. 05，灰阶增益为67%，聚焦深度为7 cm。超声造影剂为注射用六氟化硫微泡（声诺维，Bracco公司），每瓶冻干粉25 mg，其中含六氟化硫SF6气体59 mg，使用前应用配液穿刺器注入0. 9%氯化钠溶液5 ml，用力振荡20 s配置成均匀白色乳状混悬液,每毫升微泡混悬液含有SF68 µL（45 µg）,90%微泡直径小于6 μm，平均直径为2. 5 μm。超声造影分析软件为QLAB超声定量分析软件（PHILIPS公司）。
由有经验的超声医师先常规对患儿脏器及病灶做二维灰阶超声和彩色多普勒超声检查，定位观察肾脏，行实时超声造影肾灌注成像，仪器设置固定，先将探头放置在患侧腰部，当清晰显示肾脏长轴面后，选取肾脏最大截面，保持探头位置不变，经肘静脉团注造影剂，造影剂的使用剂量为0. 03 ml/kg，同时开启动态图像自动序列的采集功能，再注射0. 9%氯化钠溶液5 ml冲管，并观察从肾门肾动脉主干到肾皮质的造影增强过程，至微泡衰减消失，存储超声造影动态图像后，使用DICOM医学影像格式记录肾灌注各时间点的数据。至少间隔15 min后为健侧肾脏行实时CEUS，再次充分振荡，使微泡再次均匀分散后立即注射造影剂，如上述操作。检查后所有患儿至病房进行密切临床观察30 min。
入组患儿均于北京友谊医院行利尿性肾动态显像，检查前充分水化，无法配合的患儿采用剥夺睡眠并口服水合氯醛镇静，经前臂静脉"弹丸式"注射99mTc-DTPA 1. 5mCi后进行动态图像采集，利用感兴趣区(region of interest，ROI)技术，人工在获取的图像上勾画出双侧肾脏的轮廓及本底，予身高、体重进行校正，通过内置软件计算出通过计算机测得双肾肾动脉灌注、肾动态显像、肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）,分肾功能（differential renal function，DRF）。
使用QLAB定量分析软件对DICOM医学影像格式数据进行分析。选取注药内1 min图像，双侧肾脏各5个固定取样框的面积为25 mm2的正方形选择框置于与声束垂直、保持同一深度、位置的外层肾皮质内，如图1。对感兴趣区域进行动态分析研究，获得肾实质灌注的时间-强度曲线TIC，并得到相关定量参数包括上升支斜率A、曲线下面积AUC、曲线峰值强度PI、达峰时间TTP。反复核对收集的资料及数据。最终由专人再次核对、确认数据，录入数据库。
注：不同色块代表不同感兴趣区
本研究运用Excel2007、SPSS23. 0统计软件进行资料分析，计量资料采用
±s表示，两组间的比较采用配对t检验，计数资料采用构成比（%）表示，不同组间比较采用χ2检验。P<0. 05为差异具有统计学意义。采用受试者工作特征曲线（receiver operator characteristic curve，ROC）对诊断试验的准确性和可靠性进行评价。
本研究共入组51例UPJO患儿中，均行肾脏超声、利尿性核素肾扫描、超声造影，肾盂前后径为（34. 2±13. 1）mm，范围为9~70 mm。对照组50例DRF>40%,1例DRF<40%，为39. 8%；实验组13例DRF<40%，38例DRF>40%。
51例患儿中共行102次超声造影检查，仅1例11岁男性患儿出现短暂轻度不良反应，研究者发现行超声造影后1 min注射部位出现局部皮温轻度升高，患儿未诉其他不适，予以密切观察，约5 min后症状自行缓解。余患儿均未出现其他不良反应，无其他特殊不适。本研究不良反应发生率为1. 96%，无严重不良反应发生。
选取两组肾脏各5个感兴趣区域，每个ROI区域为正方形5 mm×5 mm选择框，选取注药后1 min图像，对其进行动态分析研究，应用QLAB软件，绘制肾皮质TIC曲线。对照组TIC曲线上升陡直，迅速达到峰值强度，而后缓慢下降至基础水平，见图2。实验组TIC曲线上升平缓，达到峰值强度延迟，下降缓慢，且峰值强度较低，造影剂消退较对照组快，见图3。
应用QLAB软件定量分析实验组及对照组TIC曲线，见图4，获得五组相关定量参数包括A、AUC、PI、TTP，分别取其均数。实验组及对照组的CEUS定量参数用两配对样本t检验比较，见表1。
CEUS实验组及对照组血流灌注参数比较（
±s）
CEUS实验组及对照组血流灌注参数比较（±s）
| 分组 | AUC（dBs） | TTP（s） | PI（dB） | A（dB/s） |
|---|---|---|---|---|
| 实验组 | 545. 244±204. 555 | 25. 619±9. 199 | 13. 256±3. 604 | 1. 321±0. 883 |
| 对照组 | 540. 526±198. 299 | 16. 022±4. 818 | 13. 057±3. 338 | 2. 660±1. 106 |
| t值 | 0. 118 | 6. 600 | 0. 289 | -6. 758 |
| P值 | 0. 906 | <0. 001* | 0. 773 | <0. 001* |
注：AUC，曲线下面积；TTP，达峰时间；PI，曲线峰值强度；A，上升支斜率；*P<0.05
将实验组及对照组102侧肾脏获得超声造影参数AUC、TTP、PI、A与DRF进行相关分析，AUC和PI与DRF无显著相关性，TTP和A与DRF显著相关，P<0. 001。本研究进一步将实验组共51侧肾脏分为DRF<40%和DRF≥40%两组，分别与超声造影参数进行相关分析，如表2。
DRF与超声造影定量参数相关性
DRF与超声造影定量参数相关性
| 分组 | AUC | TTP | PI | A | |
|---|---|---|---|---|---|
| DRF<40% | 皮尔逊相关性 | 0. 315 | -0. 361 | 0. 299 | 0. 307 |
| P值 | 0. 069 | 0. 036* | 0. 086 | 0. 078 | |
| DRF≥40% | 皮尔逊相关性 | 0. 368 | -0. 714 | 0. 506 | 0. 565 |
| P值 | 0. 195 | 0. 004* | 0. 065 | 0. 035* |
注：DRF，分肾功能；AUC，曲线下面积；TTP，达峰时间；PI，曲线峰值强度；A，上升支斜率；*P<0.05
将利尿性肾动态扫描DRF<40%作为诊断指标，CEUS评估UPJO患儿肾脏功能有效性的TTP和A的ROC曲线下面积分别为0. 86和0. 85，敏感度、特异度、准确度、临界值，见表3。
CEUS参数对UPJO肾功能评价有效性的评估价值比较
CEUS参数对UPJO肾功能评价有效性的评估价值比较
| 参数指标 | 曲线下面积 | 95%置信区间 | P值 | 灵敏性（%） | 特异性（%） | 临界值 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| TTP（s） | 0. 86 | 0. 754-0. 968 | <0. 001 | 92. 86 | 76. 14 | 23. 459 |
| A（dB/s） | 0. 85 | 0. 729-0. 978 | <0. 001 | 86. 36 | 78. 57 | 0. 920 |
注：TTP，达峰时间；A，曲线上升斜率
根据受试者肾脏常规超声将实验组按SFU分级系统对肾积水严重程度进行分级，其中SFU 1级3例，SFU 2级14例，SFU 3级22例，SFU 4级12例。
如上述TTP的ROC曲线下面积最大，诊断灵敏性更高，以TTP 23. 459作为cut-off值，评价不同程度肾积水超声造影达峰时间诊断准确性，见表4。
不同程度肾积水超声造影诊断准确性（%）
不同程度肾积水超声造影诊断准确性（%）
| SFU | 灵敏性 | 特异性 | 阳性预测值 | 阴性预测值 | 构成比 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1级 | 100 | 100 | 100 | 100 | 5. 88 |
| 2级 | 100 | 58. 33 | 100 | 100 | 27. 45 |
| 3级 | 100 | 65 | 22. 22 | 100 | 43. 14 |
| 4级 | 100 | 71. 4 | 66. 67 | 100 | 23. 53 |
UPJO是小儿肾积水的最常见原因之一，其特征是尿液排泄障碍，导致肾积水、肾实质梗阻性改变以及患侧肾脏功能的丧失。目前临床应用利尿性肾图其不仅可以显示肾脏形态、大小、排泄情况及有无梗阻等，同时可以计算肾小球滤过率评价肾脏功能[11]。重度积水时，利尿性肾图感兴趣区范围较大，双侧肾脏的不对称性造成可能存在DRF高估可能性大。检查时常需麻醉镇静，儿童肾脏发育不成熟对利尿剂反应不确定性，核素生殖毒性等均为儿童利尿性肾图发展的不利因素[12]。大多数UPJO患儿仅需要保守观察或长期密切随诊，因此，在避免电离辐射的情况下区分有无肾脏功能损害非常重要[13]。尽管利尿性肾图存在上诉缺点，其仍为目前评价肾脏功能最好的影像学指标，本研究以DRF作为诊断金标准，为减少偏倚，均选取北京友谊医院Tc-99m-DTPA利尿性肾图，以DRF<40%作为肾脏血流灌注下降、肾功能受损的指标，绘制ROC曲线。
超声造影剂是良好的血液示踪剂，以提高血液超声回波率，增加血液与周围组织之间的对比度，构建肾脏血流灌注功能图谱，对肾脏功能进行定量评估，较传统指标对早期肾损伤尤其是代偿期肾损伤更为敏感，因其不能经过肾脏滤过或排泄，因此能特异的评价循环灌注情况。行CEUS时，感兴趣区范围固定且较小，能够准确定位于肾脏皮质或髓质，能够较为精准测量肾灌注情况。超声造影微循环灌注可能与肾小球囊内压相关，本研究选取均为平时状态下患儿肾脏血流灌注情况，患儿易于配合，镇静要求较低，操作简便易行。
CEUS目前已被广泛用于肾脏疾病，包括膀胱输尿管反流、糖尿病性肾脏疾病（diabetic kidney disease，DKD）、复杂性囊肿、肾脏肿瘤、慢性肾脏疾病（chronic kidney disease，CKD）、缺血性肾脏疾病和肾脏移植等肾脏病变随访，尚无研究评价CEUS对UPJO肾脏功能评估的有效性[14]。灌注参数中，TTP指超声造影剂开始进入感兴趣区肾皮质至达到强度峰值的时间，PI是指造影剂在一定时间内达到的最强信号强度，A指TIC曲线的上升支斜率，反映了肾皮质在血流灌注时血流速度和密度随时间的变化情况。AUC指一定时间内TIC曲线下面积，与微泡分布容积、血流速度及灌注时间有关，本研究截取注入造影剂后1min内的血流灌注情况，绘制TIC曲线。实验组TIC曲线上升平缓，达到峰值强度延迟，下降缓慢，且峰值强度较低。肾功能发生损害时，功能性肾血管收缩和全身血管扩张，导致血管阻力增加，肾脏皮质的灌注减低，单位时间的微泡容积减少，TIC曲线上升平缓。对照组和实验组的肾皮质血流灌注CEUS图像表明TIC可以通过肾灌注改变评价肾脏功能。
在本研究中，选取CEUS的等面积感兴趣区时选取均质、与声束垂直、保持同一深度、位置的外层肾皮质内，通过多点选取的方式，降低不同肾皮质内血流灌注差异造成偏倚。与对照组相比，实验组感兴趣区TIC曲线的AUC、PI、A均低于对照组，其中上升斜率A显著低于对照组，P<0. 05。达峰时间TTP实验组显著高于对照组，P<0. 05。实验组肾皮质血流灌注TTP显著延长，表明肾血管阻力增加，肾皮质血流灌注速度明显减慢，造影剂进入肾小球的时间延长；PI下降表示随肾血管阻力增加，实验组的肾脏血流灌注量下降，AUC受血流速度、微泡分布容积等的影响，其与肾皮质的血流量呈线性相关；TTP、PI变化导致TIC曲线上升斜率A降低[15]。此结论与其他学者针对大鼠单侧UPJO、早期肾损伤及慢性肾功能不全患者的研究结论不完全相符[7,10,16]。本研究评估了CEUS定量参数的诊断效率，TTP是肾脏血流灌注改变的敏感指标，其临界值为23. 459 s，其灵敏性高达92. 86%，是肾血流灌注减低、肾功能受损的敏感指标。由本研究可知TTP灵敏度高、特异度较低、阴性预测值为100%，漏诊率低，可以较为早期、及时的诊断敏感的诊断UPJO患儿肾功能不全。翻转ROC曲线获得上升斜率A的ROC曲线下面积0. 85，对于诊断肾脏功能未受损有统计学意义，灵敏度稍低，特异性较高，cut-off值为0. 92 dB/s，是诊断肾脏灌注正常、肾脏功能未受损的特异性指标。
本研究将患儿根据SFU分级对不同程度肾积水进行分级，并比较其诊断效率以利尿性核素GFR作为金标准，评价不同程度肾积水TTP诊断的准确性。四组灵敏度及阴性预测值均为100%，说明TTP是一种灵敏的诊断指标，可以发现潜在肾积水受损的患儿。在不同程度的肾积水中，特异性较低，可能与肾积水程度重时，DRF存在高估，样本量较少等因素相关。需要注意的是由于选取金标准的局限，本研究中TTP特异性低不能反映实际诊断中TTP对于肾脏血流灌注变化的特异性，因此未来仍需进一步验证。
本研究唯一不良反应为局部皮温升高，其发生率为1. 96%，在本研究中未观察到严重的不良反应。一项约24 000例欧洲的大型研究，表明其不良事件发生率较低（3/23 188，0. 013%），严重不良事件发生率（0. 0086%）[17]，显著低于CT造影剂的相应发生率（1 969/28 6087，0. 69%），无发生造影剂相关性肾病或肾性系统性纤维化的风险，对肾功能不全的患儿是安全的[17,18,19]。CEUS具有许多的优势，包括可以在重症监护室床旁进行检查，减少患儿尤其是女性患儿中利尿性肾图的检查次数，未来逐步替代利尿性肾图在儿童患者、需长期随访的患儿及非手术患儿中的使用，以避免不必要的电离辐射。对于存在镇静困难、潜在风险如肾功能衰竭、高风险过敏反应、需长期随访的患儿，超声造影的应用是迫切需要的。
本研究仍存在一定限制性，如仅选取注入造影剂后第1分钟内微泡的时间-强度变化，UPJO患儿肾灌注减低，TIC曲线平缓，上升斜率A下降，曲线下面积AUC下降。如选取注入造影剂至造影剂完全消退，根据完全消退时间可能发生变化，但造影剂完全消退时间不易获得准确数据，可能造成结果偏倚。故本研究选取注入造影剂第1分钟内变化，可以减少误差，但仅能获得灌注图像，不能获得曲线下降支斜率变化，不能获得造影消退图像，不能全面评价肾脏血流灌注情况。对于重度积水的患儿，肾皮质过薄，感兴趣区选择困难，造成偏倚较大，根据笔者初步经验当肾皮质厚度小于0. 1 cm时，结果误差较大，不能进行准确的定量分析。TTP诊断特异性低，需与其他诊断特异性较高的参数如A联合诊断。本研究为应用CEUS对UPJO患儿肾脏血流灌注进行初步研究，选取横断面研究方式，纳入年龄范围广，未进行性别匹配，积水程度分层，不同的生理状态TIC曲线可能会有差异。为减少偏倚，本研究选取自身对照的研究方式。年龄小的患儿监护人更不愿接受临床试验，因此本研究纳入患儿年龄分布与临床存在差异，未来将扩大样本量，进行年龄、积水程度、性别分组进行综合评价。
然而对于肾脏皮质厚度薄、肾功能差、肾皮质厚度小于0. 1 cm的患儿，DRF诊断效能有限，静脉肾盂造影往往肾脏不能显影，常规超声无法提供肾脏功能评价，无肾毒性的定性测量超声造影描述肾脏形态、显影时间、肾实质血流灌注、肾实质是否均匀等，仍具有重要的临床意义。本团队将继续深入研究CEUS应用于儿童不同疾病，开展前瞻性、多中心、大样本量的研究。
综上所述，超声造影参数可以安全、有效的评价UPJO患儿肾脏血流灌注，评价肾脏功能，TTP、A可作为评价肾脏功能有效性的重要指标。作为一种无创的检查方法，对于儿童、女性、肾功能不全或需长期随访肾脏功能的患者，具有无毒、无创、敏感、动态、无辐射、价格低廉、无需镇静等优势，在未来的疾病诊治中将具有广阔前景。
所有作者均声明不存在利益冲突
