背向散射积分超声组织定征在尿毒症检测中的初步应用
作者：顾再荣 李军 陈宇翔 赵树杰 周晓东 张军 钱蕴秋
单位：710032 第四军医大学西京医院超声科(顾再荣)；现在黄山市532医院)；特诊科(李军、陈宇翔、赵树杰、周晓东、张军、钱蕴秋)
关键词：超声描记术；背向散射积分；组织定征；尿毒症
中华超声影像学杂志/980408
摘 要 背向散射积分(IBS)联机分析， 它可以通过分析处理组织散射的射频信号来判断组织的病理状态。 为探讨该技术在尿毒症检测方面的临床应用价值， 本研究检测了30例尿毒症患者和20例正常人肾实质的标化IBS。 结果： 尿毒症早期肾实质标化IBS值分别为右肾68.6±9.2， 左肾74.3±11.0； 尿毒症晚期肾实质标化IBS值分别为右肾80.5±14.3， 左肾82.9±10.1， 均明显高于正常对照组(右肾48.1±15.2， 左肾41.6±18.3)。 尿毒症晚期肾实质标化IBS高于尿毒症早期(P值<0.05)。本研究表明， 背向散射积分值能反映慢性肾实质病变， 对慢性肾病的临床诊断有一定的意义。
, 百拇医药
Primary Application of Ultrasonic Tissue Characterization with Integrated Backscatter in Detection of Uremia Gu Zairong, Li Jun, Chen Yuxaing, et al. Department, of Ultrasound, Xijing Hospital, 4th Military Medical University 710032
Abstract On-line analysis of integrated backscatter (IBS) is a new technique of ultrasonic tissue characterization. To evaluate its utility in uremiathe IBS and the normalized IBS of sinus retails were acquired from the kidneys of 30 uremic patients and 20 normal volunteers. The results showed that the normalized IBS of late stage uremia were 80.5±14.3(RK) and 82.9±10.1(LK); whereas the normalized IBS of kidneys in early stage of uremia were 68.6±9.2(RK) and 74.3±11.0(LK). Both were higher significantly than normal subjects(RK 48.1±15.2, LK 41.6±18.3, P<0.01). The normalized IBS of kidneys in late stage of uremia were higher than those in early stage (P<0.05). The normalized IBS can detect the structural change of renal parenchyma in uremia non-invasively and guantitaively and is useful in clinical nephropathy.
, 百拇医药
Key words ultrasonography integrated backscatter tissue characterization uremia
背向散射积分(integrated backscatter， IBS)通过分析、 处理组织散射的射频信号来判断组织的病理状态， 是近年来发展较快的一项超声组织定征技术。 本研究应用IBS联机分析技术检测一组尿毒症患者肾脏， 旨在探讨该技术对慢性肾病的临床应用价值。
资 料 与 方 法
一、 研究对象
肾病组： 临床及实验室检查确诊为尿毒症的患者30例， 男21例， 女9例， 平均年龄44.27岁。 按血肌酐浓度分为两组[1]： 早期尿毒症(血肌酐浓度221～442 μmol/L)10例； 晚期尿毒症(血肌酐浓度>442 μmol/L)20例。 对照组： 健康志愿者20例， 男14例， 女6例， 平均年龄43.4岁。
, 百拇医药
二、 仪器与方法
仪器采用HP SONOS 2500 LE 超声诊断仪， 该机配有IBS联机采样分析系统， 探头频率3.5 MHz。 先嘱被检查者侧卧位， 经侧腰部对肾脏进行常规两维和多普勒检查。 两维超声测量肾脏长、 宽、 厚各径并计算肾体积， 肾脏体积=长×宽×厚×0.5[2]。 多普勒超声测定肾门部肾动脉最大血流速度(Vmax)及阻力指数(RI)， 然后俯卧位， 经腰背部探测肾脏矢状切面， 显示肾实质、 肾窦与肾被膜， 将仪器调至IBS采样分析状态， 总增益75 dB， 深度13 cm， TGC为线性。 调节感兴趣区域的形状和大小使之与检测部位相一致， 然后分别对肾实质和肾窦进行实时采样分析， 每个部位采样三次， 取其平均值作为IBS值， 以肾实质IBS与肾窦IBS的比值作为肾实质IBS标化值(肾脏IBS显像及采样方式见图1，2)。 数据以均数±标准差表示， 组间比较用两组均数t检验。
结 果
, 百拇医药
早期尿毒症与晚期尿毒症患者肾实质IBS及标化IBS均明显高于正常人(P值<0.01)， 肾脏体积明显小于正常人(P值<0.01)， 肾动脉血流速度明显低于正常组而阻力指数明显高于正常组。 晚期尿毒症患者肾实质标化IBS均高于早期尿毒症(P值<0.05)； 肾脏体积小于早期尿毒症但无统计学差异(P值>0.05)， 各测指标见表1，2。
表1 正 常 人 与 尿 毒 症 病 人 肾 脏 IBS 比 较
正常组
早期尿毒症组
晚期尿毒症组
右肾
左肾
右肾
, 百拇医药
左肾
右肾
左肾
肾实质IBS(dB)
6.4±2.2
4.5±1.9
15.4±5.6*
14.8±4.7*
15.7±3.5*
15.6±3.0*
肾窦IBS(dB)
, 百拇医药
14.9±2.5
13.3±2.3
21.5±6.4*
20.2±7.1*
19.7±7.9*
19.0±3.0*
实质标化IBS(%)
48.1±15.2
41.6±18.3
68.6±9.2*
, 百拇医药 74.3±11.0*
80.5±14.3*+
82.9±10.1+
注 *与正常组相比 P值<0.01， +与早期相比 P值<0.05
表2 正 常 人 与 尿 毒 症 病 人 肾 脏 体 积 和 血 流 参 数 比 较
正常组(n=20)
早期尿毒症组(n=10)
晚期尿毒症组(n=20)
右肾
左肾
, 百拇医药
右肾
左肾
右肾
左肾
肾脏体积(cm3)
115.0±20.5
129.9±21.2
78.9±34.2*
74.3±29.2*
64.4±22.5*
67.5±20.6*
, 百拇医药
Vmax(cm/s)
55.7±8.5
56.5±7.2
29.7±5.7*
30.5±5.7*
28.1±5.6*
29.2±3.8*
RI
0.73±0.06
0.71±0.06
0.81±0.10*
, http://www.100md.com
0.79±0.08*
0.88±0.07*
0.79±0.08*
注 *与正常组相比P值<0.01
讨 论
慢性肾功能不全是严重危害人类健康的一种常见病。 主要病理改变是肾实质萎缩、 纤维化、 结缔组织增生。 传统两维超声对慢性肾功能不全的诊断主要通过测量肾脏大小和观察肾实质回声。 在病变早期， 由于肾脏大小无明显改变， 肉眼对灰阶变化的分辨力有限， 传统两维超声“无异常”发现。 当病变发展至晚期尿毒症阶段， 表现为肾体积缩小、 肾实质回声增高。 但由于肾脏体积正常变异较大， 对实质区回声强度的判断受主观因素和仪器条件的影响较大， 所以传统两维超声对慢性肾功能不全的诊断准确性有一定的限制[3]。
, 百拇医药
超声进入生物组织， 遇到不同声阻抗的介质后将产生回波， 介质的声阻抗不同， 不同声阻抗介质之间的界面不同， 回波的强度和形式也不同。 当不同声阻抗的组织界面远远大于入射超声波的波长时产生反射； 当不同声阻抗的组织界面远远小于入射超声波的波长时将产生散射。 散射是多方向的， 返回发射探头的散射称背向散射[4]。 传统的两维超声是反射波成像。 背向散射成像提取的是散射体的背向散射射频信号， 与传统的反射波成像不同， 背向散射积分值决定于散射体的种类、 尺寸和数目， 在目前医用诊断超声的频率下， 其波长多数在0.75～0.07 mm量级， 因此组织内能够产生散射的结构或成份的直径非常小。 另外没有处理的组织脉冲回波信号动态范围超过80 dB， 而显示器视频信号的动态范围仅接近20 dB， 有大量的信息丢失。 因此IBS值能较敏感反映组织较小结构的变化[5]。
本研究应用IBS联机分析检测尿毒症患者肾脏，发现尿毒症患者，不论是早期还是晚期，其肾实质IBS值均有不同程度增高且明显高于正常对照组，与肾体积的明显减小相一致，说明尿毒症患者肾脏IBS值有特征性改变。晚期尿毒症患者肾脏体积减小但与早期尿毒症无统计学差异，而两组患者的肾实质IBS值有显著差异，说明IBS值比肾脏大小改变更能敏感地反映肾实质病变。肾小球结构破坏，纤维化形成可能是肾实质IBS值增高的原因。IBS值受探头频率、深度、增益等因素的影响，为使不同患者间IBS测值和不同研究者的结果具有可比性，本研究用肾窦IBS值与肾实质IBS值进行标化，考虑为肾窦主要由肾盏、脂肪、神经和血管组成，受肾炎病变的影响较小。结果显示标化IBS值比非标化值更敏感更稳定。
, 百拇医药
初步研究结果发现尿毒症患者肾窦IBS值也明显高于正常人。IBS值增高的原因可能与肾体积缩小，压迫肾窦使其更致密所致，这可能影响其标化作用，因此有待探究更可靠的标化参照物。另外本研究仅观测了尿毒症患者的肾脏IBS值变化，背向散射积分超声组织定征对早期肾功能不全的诊断价值有待进一步研究。
本研究还测量了肾动脉血流参数。 结果发现， 尿毒症患者肾门部肾动脉血流速度明显低于正常对照组， 肾动脉血流阻力指数明显高于正常对照组， 这些结果与临床资料相符， 与其他研究者的结果类似[6～8]。 肾脏大小及肾动脉血流参数值虽与正常对照组差异显著， 并可提示肾脏病变情况， 但在早期与晚期尿毒症之间无明显差异。
参 考 文 献
1戴自英. 实用内科学. 第9版. 北京：人民卫生出版社， 1994∶1521-24.
, 百拇医药 2Emamian SA, Nislsen MB, Pedersen JF, et al. Kidney dimensions a sonography: correlation with age, sex and habits in 665 adult volunteers. AJR, 1993,160∶83-86.
3曹海根，王金锐.实用腹部超声诊断学. 北京：人民卫生出版社，1994∶490-491.
4王纯正. 超声学. 北京： 人民卫生出版社， 1993∶5-15.
5Thomas LJ, Perez JE, Sobel BE, et al. Quantitative real time imaging of myocardium based on ultrasonic integrated backscatter. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Frequency Control.1989, 36∶466-70.
, http://www.100md.com
6傅丽. 慢性肾病声像图改变与肾功能的对照观察. 中华超声影像学杂志， 1994，3(2)∶84-86.
7梁春香，曲丽霞， 张春，等. 正常成人肾内动脉血流动力学的彩色多普勒研究. 中国超声医学杂志， 1995，11(2)∶10.3-106.
8张焕喜，超柏山，杨炳昂.超声多普勒对慢性肾功能不全肾血流动力学的初步研究.中国超声医学杂志， 1993，9(4)∶285.
图1 肾实质IBS采样， 图中椭圆形为感兴趣区域， 左下侧为IBS图形显示， 右侧为IBS数字显示
图2 肾实质与集合系统IBS比较， IBS图形显示上方曲线为集合系统IBS值，下方为实质IBS值
(收稿 1997-08-25 修回 1998-05-28), 百拇医药
单位：710032 第四军医大学西京医院超声科(顾再荣)；现在黄山市532医院)；特诊科(李军、陈宇翔、赵树杰、周晓东、张军、钱蕴秋)
关键词：超声描记术；背向散射积分；组织定征；尿毒症
中华超声影像学杂志/980408
摘 要 背向散射积分(IBS)联机分析， 它可以通过分析处理组织散射的射频信号来判断组织的病理状态。 为探讨该技术在尿毒症检测方面的临床应用价值， 本研究检测了30例尿毒症患者和20例正常人肾实质的标化IBS。 结果： 尿毒症早期肾实质标化IBS值分别为右肾68.6±9.2， 左肾74.3±11.0； 尿毒症晚期肾实质标化IBS值分别为右肾80.5±14.3， 左肾82.9±10.1， 均明显高于正常对照组(右肾48.1±15.2， 左肾41.6±18.3)。 尿毒症晚期肾实质标化IBS高于尿毒症早期(P值<0.05)。本研究表明， 背向散射积分值能反映慢性肾实质病变， 对慢性肾病的临床诊断有一定的意义。
, 百拇医药
Primary Application of Ultrasonic Tissue Characterization with Integrated Backscatter in Detection of Uremia Gu Zairong, Li Jun, Chen Yuxaing, et al. Department, of Ultrasound, Xijing Hospital, 4th Military Medical University 710032
Abstract On-line analysis of integrated backscatter (IBS) is a new technique of ultrasonic tissue characterization. To evaluate its utility in uremiathe IBS and the normalized IBS of sinus retails were acquired from the kidneys of 30 uremic patients and 20 normal volunteers. The results showed that the normalized IBS of late stage uremia were 80.5±14.3(RK) and 82.9±10.1(LK); whereas the normalized IBS of kidneys in early stage of uremia were 68.6±9.2(RK) and 74.3±11.0(LK). Both were higher significantly than normal subjects(RK 48.1±15.2, LK 41.6±18.3, P<0.01). The normalized IBS of kidneys in late stage of uremia were higher than those in early stage (P<0.05). The normalized IBS can detect the structural change of renal parenchyma in uremia non-invasively and guantitaively and is useful in clinical nephropathy.
, 百拇医药
Key words ultrasonography integrated backscatter tissue characterization uremia
背向散射积分(integrated backscatter， IBS)通过分析、 处理组织散射的射频信号来判断组织的病理状态， 是近年来发展较快的一项超声组织定征技术。 本研究应用IBS联机分析技术检测一组尿毒症患者肾脏， 旨在探讨该技术对慢性肾病的临床应用价值。
资 料 与 方 法
一、 研究对象
肾病组： 临床及实验室检查确诊为尿毒症的患者30例， 男21例， 女9例， 平均年龄44.27岁。 按血肌酐浓度分为两组[1]： 早期尿毒症(血肌酐浓度221～442 μmol/L)10例； 晚期尿毒症(血肌酐浓度>442 μmol/L)20例。 对照组： 健康志愿者20例， 男14例， 女6例， 平均年龄43.4岁。
, 百拇医药
二、 仪器与方法
仪器采用HP SONOS 2500 LE 超声诊断仪， 该机配有IBS联机采样分析系统， 探头频率3.5 MHz。 先嘱被检查者侧卧位， 经侧腰部对肾脏进行常规两维和多普勒检查。 两维超声测量肾脏长、 宽、 厚各径并计算肾体积， 肾脏体积=长×宽×厚×0.5[2]。 多普勒超声测定肾门部肾动脉最大血流速度(Vmax)及阻力指数(RI)， 然后俯卧位， 经腰背部探测肾脏矢状切面， 显示肾实质、 肾窦与肾被膜， 将仪器调至IBS采样分析状态， 总增益75 dB， 深度13 cm， TGC为线性。 调节感兴趣区域的形状和大小使之与检测部位相一致， 然后分别对肾实质和肾窦进行实时采样分析， 每个部位采样三次， 取其平均值作为IBS值， 以肾实质IBS与肾窦IBS的比值作为肾实质IBS标化值(肾脏IBS显像及采样方式见图1，2)。 数据以均数±标准差表示， 组间比较用两组均数t检验。
结 果
, 百拇医药
早期尿毒症与晚期尿毒症患者肾实质IBS及标化IBS均明显高于正常人(P值<0.01)， 肾脏体积明显小于正常人(P值<0.01)， 肾动脉血流速度明显低于正常组而阻力指数明显高于正常组。 晚期尿毒症患者肾实质标化IBS均高于早期尿毒症(P值<0.05)； 肾脏体积小于早期尿毒症但无统计学差异(P值>0.05)， 各测指标见表1，2。
表1 正 常 人 与 尿 毒 症 病 人 肾 脏 IBS 比 较
正常组
早期尿毒症组
晚期尿毒症组
右肾
左肾
右肾
, 百拇医药
左肾
右肾
左肾
肾实质IBS(dB)
6.4±2.2
4.5±1.9
15.4±5.6*
14.8±4.7*
15.7±3.5*
15.6±3.0*
肾窦IBS(dB)
, 百拇医药
14.9±2.5
13.3±2.3
21.5±6.4*
20.2±7.1*
19.7±7.9*
19.0±3.0*
实质标化IBS(%)
48.1±15.2
41.6±18.3
68.6±9.2*
, 百拇医药 74.3±11.0*
80.5±14.3*+
82.9±10.1+
注 *与正常组相比 P值<0.01， +与早期相比 P值<0.05
表2 正 常 人 与 尿 毒 症 病 人 肾 脏 体 积 和 血 流 参 数 比 较
正常组(n=20)
早期尿毒症组(n=10)
晚期尿毒症组(n=20)
右肾
左肾
, 百拇医药
右肾
左肾
右肾
左肾
肾脏体积(cm3)
115.0±20.5
129.9±21.2
78.9±34.2*
74.3±29.2*
64.4±22.5*
67.5±20.6*
, 百拇医药
Vmax(cm/s)
55.7±8.5
56.5±7.2
29.7±5.7*
30.5±5.7*
28.1±5.6*
29.2±3.8*
RI
0.73±0.06
0.71±0.06
0.81±0.10*
, http://www.100md.com
0.79±0.08*
0.88±0.07*
0.79±0.08*
注 *与正常组相比P值<0.01
讨 论
慢性肾功能不全是严重危害人类健康的一种常见病。 主要病理改变是肾实质萎缩、 纤维化、 结缔组织增生。 传统两维超声对慢性肾功能不全的诊断主要通过测量肾脏大小和观察肾实质回声。 在病变早期， 由于肾脏大小无明显改变， 肉眼对灰阶变化的分辨力有限， 传统两维超声“无异常”发现。 当病变发展至晚期尿毒症阶段， 表现为肾体积缩小、 肾实质回声增高。 但由于肾脏体积正常变异较大， 对实质区回声强度的判断受主观因素和仪器条件的影响较大， 所以传统两维超声对慢性肾功能不全的诊断准确性有一定的限制[3]。
, 百拇医药
超声进入生物组织， 遇到不同声阻抗的介质后将产生回波， 介质的声阻抗不同， 不同声阻抗介质之间的界面不同， 回波的强度和形式也不同。 当不同声阻抗的组织界面远远大于入射超声波的波长时产生反射； 当不同声阻抗的组织界面远远小于入射超声波的波长时将产生散射。 散射是多方向的， 返回发射探头的散射称背向散射[4]。 传统的两维超声是反射波成像。 背向散射成像提取的是散射体的背向散射射频信号， 与传统的反射波成像不同， 背向散射积分值决定于散射体的种类、 尺寸和数目， 在目前医用诊断超声的频率下， 其波长多数在0.75～0.07 mm量级， 因此组织内能够产生散射的结构或成份的直径非常小。 另外没有处理的组织脉冲回波信号动态范围超过80 dB， 而显示器视频信号的动态范围仅接近20 dB， 有大量的信息丢失。 因此IBS值能较敏感反映组织较小结构的变化[5]。
本研究应用IBS联机分析检测尿毒症患者肾脏，发现尿毒症患者，不论是早期还是晚期，其肾实质IBS值均有不同程度增高且明显高于正常对照组，与肾体积的明显减小相一致，说明尿毒症患者肾脏IBS值有特征性改变。晚期尿毒症患者肾脏体积减小但与早期尿毒症无统计学差异，而两组患者的肾实质IBS值有显著差异，说明IBS值比肾脏大小改变更能敏感地反映肾实质病变。肾小球结构破坏，纤维化形成可能是肾实质IBS值增高的原因。IBS值受探头频率、深度、增益等因素的影响，为使不同患者间IBS测值和不同研究者的结果具有可比性，本研究用肾窦IBS值与肾实质IBS值进行标化，考虑为肾窦主要由肾盏、脂肪、神经和血管组成，受肾炎病变的影响较小。结果显示标化IBS值比非标化值更敏感更稳定。
, 百拇医药
初步研究结果发现尿毒症患者肾窦IBS值也明显高于正常人。IBS值增高的原因可能与肾体积缩小，压迫肾窦使其更致密所致，这可能影响其标化作用，因此有待探究更可靠的标化参照物。另外本研究仅观测了尿毒症患者的肾脏IBS值变化，背向散射积分超声组织定征对早期肾功能不全的诊断价值有待进一步研究。
本研究还测量了肾动脉血流参数。 结果发现， 尿毒症患者肾门部肾动脉血流速度明显低于正常对照组， 肾动脉血流阻力指数明显高于正常对照组， 这些结果与临床资料相符， 与其他研究者的结果类似[6～8]。 肾脏大小及肾动脉血流参数值虽与正常对照组差异显著， 并可提示肾脏病变情况， 但在早期与晚期尿毒症之间无明显差异。
参 考 文 献
1戴自英. 实用内科学. 第9版. 北京：人民卫生出版社， 1994∶1521-24.
, 百拇医药 2Emamian SA, Nislsen MB, Pedersen JF, et al. Kidney dimensions a sonography: correlation with age, sex and habits in 665 adult volunteers. AJR, 1993,160∶83-86.
3曹海根，王金锐.实用腹部超声诊断学. 北京：人民卫生出版社，1994∶490-491.
4王纯正. 超声学. 北京： 人民卫生出版社， 1993∶5-15.
5Thomas LJ, Perez JE, Sobel BE, et al. Quantitative real time imaging of myocardium based on ultrasonic integrated backscatter. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Frequency Control.1989, 36∶466-70.
, http://www.100md.com
6傅丽. 慢性肾病声像图改变与肾功能的对照观察. 中华超声影像学杂志， 1994，3(2)∶84-86.
7梁春香，曲丽霞， 张春，等. 正常成人肾内动脉血流动力学的彩色多普勒研究. 中国超声医学杂志， 1995，11(2)∶10.3-106.
8张焕喜，超柏山，杨炳昂.超声多普勒对慢性肾功能不全肾血流动力学的初步研究.中国超声医学杂志， 1993，9(4)∶285.
图1 肾实质IBS采样， 图中椭圆形为感兴趣区域， 左下侧为IBS图形显示， 右侧为IBS数字显示
图2 肾实质与集合系统IBS比较， IBS图形显示上方曲线为集合系统IBS值，下方为实质IBS值
(收稿 1997-08-25 修回 1998-05-28), 百拇医药