周蔚　李灵珊

【摘要】 目的：探讨三维超声体积自动测量（VOCAL）技术和三维肾积水容积/肾脏容积比在定量评价儿童肾积水及患肾功能中的应用价值。方法：采用三维超声VOCAL技术及虚拟器官计算机辅助定量分析方法，检测99例3个月～14岁单侧肾积水患儿的肾积水容积、健侧肾脏及患侧肾脏容积，得出肾积水与患侧肾脏容积比，分析健侧及患侧肾脏容积变化与肾脏长径和体表面积的相关性，分析肾积水与患侧肾脏容积比值和肾积水病情程度的匹配度及相关性。结果：随着体表面积的增长，健肾及患肾的长径和体积均呈逐渐增加的趋势，其与体表面积均呈线性正相关（r>0.8），患侧肾脏三维体积及长径均较健侧肾脏增大，差异均有统计学意义（P<0.001），随着肾积水程度的增加，肾积水占肾脏体积的比值逐渐增大，分布区间的离散性越大，各级肾积水组间的肾积水（HV）/患肾体积（KV）比较差异均有统计学意义（P<0.001）。结论：三维超声VOCAL技术和三维肾积水与肾脏容积比作为一种新的量化指标，具有良好的可行性和重复性，可用于评估和预测肾脏功能、病情转归，对患儿临床病情的监测和远期随访管理有积极意义。

【关键词】 肾积水； 三维超声； 肾脏容积； 自动测量技術； 容积比

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

小儿先天性肾积水是儿童泌尿外科的常见病之一，其主要病因包括先天性肾盂输尿管交界处狭窄、膀胱输尿管交界处狭窄、膀胱输尿管反流、后尿道瓣膜等，既往研究证实早期诊断并尽早手术对肾积水的预后有着积极的作用[1]。二维超声通过评估肾脏的长径、肾盂分离的前后径及肾实质厚度等参数诊断及评价儿童肾积水已得到临床医师的广泛认可，由于肾盂、肾盏的形态不规则、仅通过一个切面难以准确评估，其仍存在对肾积水病情随访及检查中敏感性较低、无法准确反映肾脏积水量变化的缺点。三维超声体积自动测量（VOCAL）技术在不规则形态的脏器和病灶的容积测量中的优势已广为人知，并广泛应用于超声心动图、孕产超声等领域[2-3]。本研究旨在通过三维超声VOCAL技术定量肾积水儿童的肾脏容积和肾积水容积，得出积水容积/患肾容积比、并与肾积水的分级进行匹配分析，得出相应的特征及规律性，探讨三维超声VOCAL技术在定量评价小儿肾积水及患肾功能中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2011年7月-2016年8月在深圳市儿童医院就诊的单侧肾积水患儿共99例，其中男88例，女11例；年龄11 d～18岁，平均（28±24）个月；左肾积水55例、右肾积水44例。

1.2 方法 使用GE Voluson E8、GE Voluson 730彩色多普勒超声诊断仪，内置三维超声体积自动测量VOCAL技术软件，RM6C三维容积探头，频率4～8 MHz进行测量，二维及三维超声检查及容积成像时患儿均取仰卧位，在睡眠或安静状态下检查，检查前避免大量饮水及膀胱过度充盈。（1）二维超声：泌尿系统常规检查，测量双侧肾脏的长径、肾盂分离最大前后径、患肾实质厚度等参数。（2）三维超声：获得肾脏最大长轴切面后切换至三维模式，调整容积取样框大小和俯仰角，使之包纳整个肾脏，对双侧肾脏进行自动图像采集并存储于超声仪内置硬盘内。（3）容积测量：扫描完成后调取存储图像，使用超声仪内置的VOCAL软件，启动虚拟器官计算机辅助分析功能，以A平面为参考平面，以Y轴为中轴，15°为间隔，顺次手动描记12个切面的肾脏或肾积水轮廓共计180°，系统自动计算体积，见图1。用上述方法分别测量患儿健肾容积、患肾容积、患肾积水容积，每个病例重复描记3次取其平均值。

1.3 腎积水的分级标准 参照Grignon分级方法和胎儿肾积水分级方法，将排除原发膀胱输尿管返流的儿童及胎儿肾积水分为5级，0级表示无肾积水；1级表示肾盂轻度分离；2级表示除肾盂扩张外，一个或几个肾盏扩张；3级表示肾盏均扩张；4级表示肾盏扩张伴肾实质变薄[4]。

1.4 体表面积及肾积水与患肾容积比值计算 测量所有受检者身高、体重，计算体表面积，体表面积=0.0061×身高（cm）+0.0128×体重（kg）-0.1529。肾积水容积（hydronephrosis volume，HV）与患肾容积（kidney volume，KV）比值=肾积水的容积/患侧肾脏的容积。

1.5 统计学处理 使用SPSS 20.0统计软件对所得数据进行统计分析，计量资料用（x±s）表示，比较采用t检验；计数资料以率（%）表示，比较采用 字2检验，非正态分布数据用中位数四分位间距表示、作箱式图、频次图。Pearson相关性分析获得相关系数（r）及回归方程，当r≥0.7时为高度相关，0.7>r≥0.4时为中度相关，0.4>r≥0.2时为低度相关。随机抽取20例患儿双肾容积及肾积水容积进行观察者组间、组内及再测量的差异性分析，评价结果的重复性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患儿两侧肾容积与体表面积的关系 随着患儿体表面积的增长，健肾及患肾的长径和容积均呈逐渐增加的趋势，散点图示与体表面积均呈线性正相关，相关性强（r>0.8），见图2、3。

2.2 患儿患侧肾脏和健侧肾脏三维体积及长径比较 对患儿两侧肾脏三维体积及长径均行配对样本t检验，结果示患侧肾脏三维体积及长径较健侧肾脏均增大，比较差异有统计学意义（P<0.001），见表1。

2.3 各级肾积水HV/KV比值比较 按Grigon分级标准：轻度肾盂扩张、轻度肾积水、中度肾积水、重度肾积水分别为31、24、24、20例，各组的肾积水体积/患肾体积比的均数及区间依次为：0.11、0.70～0.23；0.19、0.09～0.29；0.31、0.25～0.44；0.49、0.40～0.77。对本组所有病例的肾积水/患肾体积比行方差齐性检验，方差不齐，故采用独立样本非参数检验（Kruskal-Wallis检验），各级肾积水患肾组间的HV/KV比值比较差异有统计学意义（P<0.001），见表2。对各级肾积水组的HV/KV比值分别做分布区间的频次图及箱式图，结果示随着肾积水程度的增加该比值和分布区间的离散性逐渐增大，见图4、5。

3 讨论

先天性肾积水及相关的尿路梗阻是最常见的小儿泌尿系统疾病[5]。2003年进行的一项前瞻性队列研究显示，肾积水及相关疾病的发生率为7.6‰，较二十世纪90年代初期有所上升[6]，最常见的病因包括肾盂输尿管交界处梗阻和膀胱输尿管反流、高位输尿管开口、肾盂输尿管连接部瓣膜、输尿管外部索带压迫和粘连、肾盂输尿管内息肉及迷走血管或副血管压迫等[7]。

Lee等[8]学者的循证医学研究通过二次分析1645篇文献，证实了胎儿期肾盂分离的程度与儿童肾积水的病情程度及进展存在必然相关性，胎儿出生后的肾脏泌尿病理学的风险取决于胎儿期肾积水及泌尿系梗阻的严重程度及分级。肾积水患儿的病情进展和肾功能恶化风险随着肾积水程度的增加而逐步升高，在轻度、中度、重度肾积水中的风险依次为11.9%、45.1%、88.3%。新近研究结果建议，在充分监测患儿病情及肾功能变化的前提下，可以首选非手术治疗先天性肾积水患儿[9-10]，仅有22%的重度新生儿肾积水需在出生后立即行肾盂成形术，病情及肾功能监测、包括肾盂造瘘术在内的保守治疗及疾病管理对肾积水患儿病程的控制是行之有效的。提示科学、合理地评价肾积水的病情程度在儿童肾积水预后风险评估中有重要意义。

泌尿系超声检查是目前临床公认在先天性肾积水的诊断、病情监测及手术前、后病情随访中最便捷有效的非侵入性检查方法[11]。Chertin等[12]在2002年发表的一项研究显示：在≥2次连续性超声检查中，肾积水的进展程度可作为尿路梗阻的早期征兆，超声波成像技术在先天性肾积水的病程管理中是行之有效的。近年来，随着计算机技术的日渐精进，三维超声在定量和评估肾脏疾病程度和肾实质受损中的作用日益显现[13-14]。

三维超声体积自动测量（VOCAL）技术是近年兴起的应用三维超声评估器官体积的一种超声仪内置软件，已应用于心腔及卵巢、宫颈、胎盘、胎儿肾上腺、胎儿肾脏及膀胱等容积定量研究领域[15-16]，与目标脏器的实际体积均有良好的相关性，并在不同的测量者间有较好的重复性[17]。采集目标器官和病灶的三维容积图像，以选定的轴为中心按一定旋转步长旋转将其自动切割成若干个切面（总角度等于180°），可选择每隔15°（12个切面）、20°（9个切面）、30°（6个切面）等角度作为一个旋转步长，选择的间隔角度越小则需勾画测量的切面越多，再勾画出各切面中的目标脏器或病灶边界，通过超声仪内置的三维体积自动测量软件自动积分求出每个间隔角度的体积再自动叠加计算得出目标脏器或病灶的总体积。既往研究已经证实，VOCAL三维容积自动测量技术是有效和可靠的[18]，一些学者通过对不同测量者和同一测量者间分别选择15°和30°的选择间隔角度进行容积测量发现，尽管随着旋转间隔角度的增大体积评估的可靠性有所降低，但不同角度测值间仍存在强相关性（ICC约为0.998）[19]。对切面形态相对规则的脏器和病灶，例如肾脏，选择30°的旋转间隔角度可提供更高的体积评估效率、节省测量时间，对于形态不规则的结构，如胎儿肺脏、胎盘、子宫内膜、肾积水等体积的估计可能选择大于6个平面以获得更可靠的评价结果[20]。本组病例均采用12平面进行测量，不同测量者间均获得良好的一致性，比较差异均无统计学意义（P>0.05），提示测量结果可靠性及重复性良好。

筆者在先天性肾积水患儿的病情进展检查和治疗前后的随访中发现，病程的进展和好转是一个缓慢的过程。在二维超声中可仅仅表现为肾脏长径和肾盂分离前后径的细微变化、而肾积水分级没有明显的变化，且超声测值的大小容易受到切面、测量部位和主观经验的影响，经腰部和背部测量的肾脏长径亦有不同[21]，主观性较大，缺乏客观、稳定的量化依据，在临床评估病情细微变化、治疗效果、病情沟通中的作用存在局限性。三维超声下定量肾脏和肾积水的容积通过在至少6个平面上描记肾积水及肾脏边界计算面积后叠加得出容积，较单切面的描记面积或单切面的应用椭圆形公式推算面积更为准确，在先天性肾积水患儿在肾积水等级无变化时，可定量肾脏容积和积水量的变化，使反映肾脏功能的细微变化成为可能[22]。

肾积水（HV）/患肾容积（KV）比值是通过分别测量肾积水容积和患肾容积相除后得到的，其设置的解剖及理论依据为：肾脏的容积是由肾实质及肾盂、肾盏、肾窦构成，当肾积水时，随着中央集合系统分离的扩大、积水量的增加、肾脏的包膜延展性受限、肾实质受积水压迫变薄。因此，HV/KV比值可综合反映肾脏大小、肾实质厚度、肾积水量间的关系，比值越低，说明肾积水的程度越低、肾实质的厚度趋向于正常，反之则越重，肾实质受损变薄的程度越高。本组病例中，轻度肾盂扩张、轻度肾积水、中度肾积水、重度肾积水分别为31、24、24、20例，其中各组的HV/KV比值均数及区间依次为0.11、0.70～0.23，0.19、0.09～0.29，0.31、0.25～0.44，0.49、0.40～0.77，说明随肾积水程度等级越高，肾积水占肾脏体积的比值越大，HV/KV比值的范围、离散性越大，提示在二维超声测量肾脏长径、肾盂分离前后径的基础上结合HV/KV比值可为临床提供更精确和量化的病情变化信息，通过该比值的变化，临床医师可以直观地观察到患儿在同一肾积水分级下积水量和肾脏体积、肾实质的变化，

综上所述，三维超声VOCAL技术和三维HV/KV比值作为一种新的量化指标，具有良好的可行性和重复性，可用于评估和预测肾脏功能、病情转归，为临床医师评估患儿的病情变化、手术时机、手术效果、随访病情提供更有说服力的量化依据，对患儿临床病情的监测和远期随访管理有积极意义。

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（收稿日期：2017-03-13） （本文編辑：程旭然）