超分辨率超声成像技术辅助诊断急性肾损伤疾病

在医学领域，急性肾损伤（AKI）一直是一个备受关注的难题。它发病率高、危害大，严重威胁着患者的健康和生命。近年来，超声超分辨率成像（USSRI）技术的出现，为AKI的诊断带来了新的曙光。下面，让我们一起深入了解这项技术在AKI诊断中的奥秘。

急性肾损伤（AKI）是一种常见的临床综合征，在住院患者中的发病率高达20%。AKI的病因多样，机制复杂，具有高发病率、高死亡率的特点。研究发现，肾组织微循环障碍是AKI发生和发展的重要原因，准确评估肾微循环并及时干预，是防治AKI的关键策略。从病理生理角度来看，肾脏作为人体重要的排泄和代谢器官，其微循环系统负责为肾实质细胞提供充足的氧气和营养物质，同时带走代谢废物。当微循环出现障碍时，肾细胞会因缺血、缺氧而发生损伤，进而影响肾脏的正常功能。而且，AKI的发生往往较为隐匿，早期症状不明显，容易被忽视，一旦病情进展，治疗难度将大大增加。

目前，增强计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）等多种成像技术可用于评估肾脏微血管和灌注情况，但基于碘的造影剂会加重AKI患者的肾损伤。因为AKI患者的肾脏本身功能已经受损，对造影剂的代谢和排泄能力下降，碘造影剂可能会在肾脏内积聚，进一步损伤肾脏细胞，导致肾功能恶化。

超声成像（US）虽然具有安全、无创、经济、便捷等优势，但传统肾脏超声只能评估肾小叶间动脉以上分支的血流参数，难以评估肾皮质血流。肾皮质是肾脏进行滤过和重吸收等重要功能的部位，其血流情况对于判断肾脏功能至关重要，传统超声的这一局限使得其在评估肾脏功能方面存在不足。新兴的超声造影（CEUS）技术虽能半定量评估肾微循环，但二维超声成像受声波衍射限制，无法显示微小血管，在无创评估肾脏微血管变化方面仍存在局限性。声波衍射会使超声信号发生散射和干扰，导致微小血管的成像模糊或无法显示，这就限制了超声造影对肾脏微血管的精细观察。

超声超分辨率成像（SRI）技术应运而生，它受光学超分辨率成像启发，通过对血管内超声造影剂的精确定位，实现对微血管的无创显示。SRI技术能够以极高的速度在极短时间内捕捉图像并追踪微泡运动轨迹，自动生成活体组织微血管图像，其空间分辨率可达100μm，能识别微米级血管，为肾微循环的评估提供了新途径。SRI技术利用了超声造影剂微泡在血管内的独特声学特性。当微泡受到超声激发时，会产生强烈的散射信号，通过对这些信号的精确检测和分析，结合先进的算法，能够确定微泡的位置，从而重建出微血管的图像。这种技术突破了传统超声分辨率的限制，使得对微小血管的观察成为可能。

近年来，SRI技术在多种疾病诊断中展现出潜力。在甲状腺结节和乳腺肿块的鉴别诊断中，能够清晰显示病变微血管特征，辅助医生判断病变性质。甲状腺结节和乳腺肿块的良恶性鉴别一直是临床诊断的难点，传统检查方法存在一定的误诊率。SRI技术通过观察病变组织内微血管的分布、形态和密度等特征，可以为医生提供更多的诊断信息，提高诊断的准确性。

对于肾脏疾病，SRI可以无创评估AKI时肾脏微血管的变化，为疾病诊断和治疗提供重要依据。而且，造影剂微泡的核心是惰性气体，可通过肺部呼出，无需经肾脏排泄，对重症患者无肾毒性，还能在床边进行检查，更适合危重症患者。这一特点使得SRI技术在危重症患者的肾脏功能监测中具有独特的优势，能够及时、准确地评估肾脏微循环情况，为临床治疗提供及时的指导。

研究62例脓毒症患者，其中38例患有脓毒症相关AKI（AKI组），24例脓毒症但未发生AKI（对照组）。AKI的诊断依据肾脏病改善全球预后标准，排除了AKI 3-5期、既往有慢性肾脏病等患者。对照组患者的血清肌酐（Scr）、肾小球滤过率（eGFR）等指标均在正常范围，且无泌尿系统疾病史和泌尿系统超声检查正常。选择脓毒症患者作为研究对象，是因为脓毒症是导致AKI的常见病因之一，通过对这部分患者的研究，可以更有针对性地探讨SRI技术在AKI诊断中的应用价值。

所有患者的基线特征

研究中，所有患者均接受二维超声（2D-US）、彩色多普勒血流成像（CDFI）和超声造影（CEUS）检查，检查时，患者取俯卧位，测量肾脏大小、实质厚度、皮质厚度和叶间动脉血流阻力指数等参数，并对肾血流灌注进行半定量分级。在首次超声造影检查15分钟后，待造影剂基本消失，再次经肘静脉注射进行SRI检查，采集4秒动态图像，计算肾皮质微血管密度。详细而规范的实验流程确保了研究结果的准确性和可靠性，各个检查环节和参数测量都经过精心设计，以最大程度地获取有价值的信息。

所有患者的2D-US和CEUS参数

在超声和超声造影参数方面，AKI组与对照组的肾脏大小、实质厚度、皮质厚度和肾血流灌注无显著差异，但AKI组叶间动脉RI升高。TIC参数显示，AKI组的达峰时间平均通过时间高于对照组，峰值强度和曲线下面积低于对照组。这表明AKI患者肾脏虽无明显形态异常或血流减少，但肾皮质微循环灌注显著降低。叶间动脉血流阻力指数升高反映了肾脏血管阻力增加，可能是由于肾脏微循环障碍导致血管收缩或狭窄。达峰时间和平均通过时间延长，峰值强度和曲线下面积降低，进一步说明了肾皮质微循环血流速度减慢，灌注量减少，肾脏的血液供应和代谢功能受到影响。

AKI患者和无AKI患者的图像

SRI检查结果显示，AKI组肾皮质微血管密度显著低于对照组，且AKI组肾皮质微血管密度与血清肌酐呈显著负相关。这意味着SRI技术能够直观、定量地评估AKI患者肾皮质微循环障碍的严重程度，且肾皮质微血管密度越低，血清肌酐越高，病情可能越严重。肾皮质微血管密度的降低直接反映了肾脏微血管的损伤和减少，这与AKI的病理生理过程相符合。而微血管密度与血清肌酐的负相关关系为临床医生提供了一个重要的量化指标，有助于更准确地判断患者的病情和预后。

两组肾皮层的微血管密度

与传统超声、彩色多普勒血流成像、超声造影相比，超声超分辨率成像结合超声造影，能以约100微米分辨率无创显示AKI患者肾微循环特征，辅助鉴别脓毒症患者是否患AKI。当前AKI诊断依赖的血清肌酐并非敏感指标，SRI可在血清肌酐升高前发现肾微循环障碍，为早期诊断提供新途径，利于早期干预，改善患者预后，因为早期肾脏损伤可逆，及时治疗能保护肾功能。不过，SRI图像生成耗时、数据采集困难，限制其临床广泛应用，需优化技术和设备。未来还需更多随访超声检查，通过大规模纵向研究和长时间随访，进一步验证SRI价值，推动其更好地服务临床。

声明：本文仅用作学术目的。

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.