综述：研究膀胱过度活动症和神经源性膀胱的新兴成像技术

这篇综述聚焦新兴成像技术在研究膀胱过度活动症（OAB）和神经源性膀胱中的应用。

　　

引言

在泌尿系统疾病研究领域，多通道尿动力学检查（UDS）是评估下尿路功能障碍（LUTD）和确定下尿路症状（LUTS）病因的金标准，LUTD 涵盖了诸如尿失禁、尿潴留、膀胱过度活动症（OAB）和神经源性尿路功能障碍等排尿和储尿功能的改变 。UDS 旨在找出 LUTD 的潜在病因，包括膀胱出口梗阻、膀胱顺应性差、逼尿肌不自主收缩和 / 或逼尿肌收缩无力等。

然而，UDS 存在诸多局限性。检查时需要在尿道和阴道 / 直肠插入侵入性导管，而且膀胱充盈速度通常超过生理水平。UDS 的结果可重复性较差，尤其是在检测逼尿肌过度活动方面。有研究发现，在同一次就诊的连续充盈过程以及重复检查过程中，UDS 的结果都难以重复，这可能是由于膀胱功能的生理波动或 UDS 仪器灵敏度不足导致的。还有研究表明，即使是假充盈，接受 UDS 检查的患者也会报告感觉增强，这凸显了插管和默许偏倚的潜在影响。此外，UDS 检测费用高昂，还可能引发出血、疼痛和尿路感染等并发症。

正是由于 UDS 存在这些问题，人们迫切需要改进其诊断方法，目前已经探索了一系列改进措施和新技术。本文将聚焦于研究 OAB 和神经源性膀胱的新兴成像技术，包括近红外光谱（NIRS）、超声和功能磁共振成像（fMRI），探讨它们的当前应用和未来潜在应用。

膀胱近红外光谱（NIRS）技术

NIRS 利用光电二极管检测通过组织反射的近红外光，以量化氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对浓度。它最初常用于大脑神经兴奋和脑血流成像，后来也被应用于泌尿外科领域。在膀胱相关疾病研究中，NIRS 主要用于膀胱出口梗阻（BOO）、OAB、膀胱活动低下（UAB）、疼痛性膀胱以及小儿泌尿外科功能性疾病的成像研究。

在 OAB 的研究中，NIRS 被用于研究通过 UDS 确定的逼尿肌过度活动（DO）患者的膀胱血流动力学，试图找出独特的 NIRS 模式。有研究人员发现，DO 患者的脱氧血红蛋白显著增加，而在自主排尿时并未观察到这种现象。在 DO 过程中 NIRS 的变化与 DO 密切相关，血红蛋白曲线的 AUC 值为 0.80 - 0.85，脱氧血红蛋白曲线的 AUC 值为 0.73 - 0.84。不过，NIRS 诊断 DO 的可靠性和可重复性存在争议。Mastoroudes 等人的研究显示，与 UDS 相比，膀胱 NIRS 检测 DO 的敏感性为 80.6%，但特异性仅为 28.1%，这使得研究团队认为 NIRS 在检测 DO 方面不可靠。然而，这些结果可能与研究对象相对较高的体重指数（BMI）、较深的皮肤色素沉着，以及缺乏有效分离真实 NIRS 信号与背景噪声、处理参与者运动产生的伪影的技术有关。Stothers 等人则认为，由于 OAB 的多因果性和未知机制，可能存在多种独特的 NIRS 模式，而且 Mastoroudes 研究中用于识别 DO 的 NIRS 标准可能不够完善，无法识别所有潜在的 DO 变异。

对于 UAB，其特征为 “泌尿系统排尿缓慢、排尿踌躇、费力，可能伴有膀胱排空不完全的感觉，有时还伴有储尿症状” 。逼尿肌活动低下（DU）是与 UAB 相关的尿动力学表现，临床上区分 UAB 和 BOO 对患有 LUTS 的男性来说比较困难。虽然有研究显示膀胱 NIRS 可能在 UDS 过程中识别 DU，但目前还没有完整的论文对此进行证实。

在 BOO 的研究中，Macnab 和 Stothers 比较了 BOO 患者和健康对照者的 NIRS 描记图，发现 BOO 患者在排尿阶段总血红蛋白和氧合血红蛋白减少。这一结果支持了他们的假设，即梗阻性排尿时氧需求超过供应，这一趋势与心脏因高血压或流出道梗阻导致压力增加而出现缺血和肥大后的情况类似。基于这些发现，人们开发了旨在通过 NIRS 非侵入性诊断 BOO 的算法，其准确性与侵入性 UDS 相当。例如，一项研究将 NIRS 参数与尿流率测量中的最大尿流率和排尿后残余尿量相结合，识别 BOO 的敏感性为 87.7%，特异性为 88.9%，后续版本算法的特异性和精度分别达到了 88% 和 94%。

疼痛性膀胱被定义为 “一种与膀胱相关的不愉快感觉，伴有持续超过 6 周的 LUTS，且不存在感染或其他可识别的原因” 。其发病机制尚不确定，很可能是多因素的。Shadgan 等人推测炎症可能导致组织氧合参数改变，进而可以用膀胱 NIRS 进行量化以诊断间质性膀胱炎 / 膀胱疼痛综合征（ICS/BPS）。他们对 4 名 IC/BPS 患者和 20 名无 IC/BPS 的 LUTD 患者进行测试，发现 IC/BPS 患者的逼尿肌组织饱和度指数（衡量组织氧合的指标）显著更高。

在儿科泌尿系统疾病研究中，使用 UDS 对患有 LUTD 的儿童进行检查存在困难，因为需要进行侵入性的尿道和直肠插管。而 NIRS 作为一种非侵入性技术，具有很大的研究潜力。先前的研究对患有 LUTD 的儿童（3 - 14 岁）和无症状对照儿童进行了膀胱 NIRS 评估。结果发现，对照儿童的 NIRS 模式与无症状成人相似，即获得排尿许可后和排尿期间总血红蛋白增加；而患有 LUTD 的儿童在整个排尿过程中总血红蛋白增加减少或无增加，这表明他们的血流动力学启动不足，可能在排尿时出现肌肉疲劳，与患有 BOO 的成年男性情况类似。

NIRS 技术未来发展前景广阔，但目前仍面临一些挑战。运动伪影是限制其可重复性的主要问题，早期研究常因运动污染而排除部分参与者，导致该技术被质疑可靠性。不过，现在新型 NIRS 设备配备了加速度计（惯性测量单元，IMUs），能够在多个空间轴上准确检测和量化运动。Ghatas 等人开发了一种利用 NIRS - IMU 识别和拼接 NIRS 数据采集中运动区域的方法，并已将该技术应用于大脑和膀胱研究，发现 OAB 患者和对照者在膀胱充盈期间的 NIRS 模式存在明显差异。此外，NIRS 设备的可穿戴性也在不断改进，现代设备采用轻质、灵活的无线设计，解决了以往设备体积大、设计僵硬的问题。同时，目前的 NIRS 技术无法提供膀胱容量信息，不过已有研究在尝试解决这一问题。例如，通过使用波长为 975nm（水的吸收峰）的光源监测膀胱容量，Molavi 等人观察到了膀胱排空和充盈时的光吸收差异，Fong 等人基于此开发了机器学习算法来预测膀胱充盈程度，并在健康参与者中证实了排空和充盈膀胱之间的统计学差异。另外，超声技术，尤其是可穿戴超声技术，也可在 NIRS 评估膀胱血流动力学时用于非侵入性量化膀胱容量。

总体而言，NIRS 技术有望成为一种非侵入性设备，补充甚至取代传统的 UDS，减少其带来的风险、不适和侵入性。目前的研究表明，NIRS 可作为一种新的成像方式用于监测膀胱和诊断 LUTD。而且，早期 NIRS 设备存在的许多局限性（如可重复性、运动伪影、容量检测、可穿戴性）在新一代技术中已得到解决或改善。随着研究的深入，NIRS 在所有形式的 LUTD 非侵入性诊断和评估方面具有巨大的创新潜力。

超声技术

在传统 UDS 中结合超声成像可以提高 LUTD 的诊断效果。超声在 LUTD 诊断中的应用主要包括对膀胱容量、膀胱壁厚度、膀胱形状、振动测量、弹性成像和微运动的测量。

准确测量膀胱充盈体积是开发替代 UDS 的非侵入性测试的关键。传统 UDS 的优势在于能够控制充盈速度并知晓任意时刻的膀胱估计容量，而简单的膀胱扫描设备虽使用超声评估膀胱容量，但无法深入了解 LUTD 的解剖和功能原因。Vinod 等人比较了 2D 膀胱扫描设备和 3D 超声在自然水化研究中对膀胱容量的估计准确性，发现两种方法均显著低估了实际排尿量，不过他们提出了校正因子以提高测量精度。还有研究发现膀胱形状会影响膀胱扫描体积的准确性，并据此提出了基于膀胱形状的校正系数。近年来，机器学习技术被用于提高超声膀胱容量量化的准确性，同时可穿戴超声技术也得到了发展。Peng 等人利用监督学习开发了从 2D 超声图像预测 3D 膀胱体积的算法，Cho 等人和 Lee 等人则利用深度学习通过可穿戴超声设备数据估计膀胱容量。此外，研究人员开始采用自然充盈水化方案来模拟生理充盈过程。Sheen 等人通过超声对健康参与者进行自然充盈口服水化研究，验证了一种可重复的膀胱充盈方案，发现初始充盈周期是利尿加速阶段，平均充盈速率约为 7ml/min，第二次充盈时达到最大利尿，平均充盈速率约为 15ml/min，且这些结果在多次每周随访中具有可重复性。结合口服水化方案和可穿戴超声实时估计膀胱容量，为非侵入性 UDS 提供了一种潜在方法，但仍需进一步改进以提高容量估计的准确性。

膀胱壁厚度（BWT）和膀胱重量（BW）曾被研究作为评估逼尿肌功能的指标。超声引导下测量 BW 是通过假设膀胱为球形，从膀胱总体积中减去膀胱腔体积得到；BWT 则通过计算至少三个位置的膀胱前壁平均厚度来确定，不过其在早期充盈阶段会有所变化，在膀胱容量达到 50% 后趋于稳定 。近期研究表明，BW 和 BWT 在男性 LUTS 患者 BOO 的非侵入性诊断中具有一定价值。Chen 等人 2023 年的一项荟萃分析比较了 16 项不同研究中超过 1800 名男性的膀胱超声指标，发现 BWT 和 BW 诊断 BOO 的敏感性较高，BWT 的敏感性为 68%，特异性为 91%，BW 的敏感性为 88%，特异性为 81%。这表明 BWT 和 BW 在临床应用中对于 BOO 的非侵入性诊断具有潜在价值。此外，BWT 与症状评分呈正相关，还可预测 LUTS / 梗阻的药物或手术治疗效果。同时，BWT 也被用于识别 DO 和 DU。Latthe 等人发现，在 OAB 女性患者中，BWT 诊断 DO 的效果不如 UDS，经阴道超声测量 BWT 诊断 DO 的敏感性仅为 43%。但在诊断 DU 方面，超声可能更有价值。一项对 143 名 LUTS 男性患者的研究发现，当膀胱体积大于 250ml 时，BWT 小于或等于 1.23mm 且膀胱容量大于 445ml 的患者均存在逼尿肌活动低下，BWT 单独检测 DU 的准确率可达 87%。De nunzio 等人进一步提出了预测男性 LUTS 患者 DU 的列线图，多变量逻辑年龄调整回归模型也表明 BWT 和最大尿流率（Qmax）是 DU 的重要预测指标，再次证明了 BWT 在治疗严重 LUTS 患者时的临床适用性。

研究人员还通过超声观察膀胱的球形度来评估 DO。他们假设膀胱在主动收缩时会呈现更球形的形状，通过在获取的膀胱横向图像管腔内手动绘制椭圆，以及围绕整个膀胱绘制第二个椭圆，并根据内、外椭圆的比例定义球形度指数，发现有 DO 和无 DO 的个体之间存在显著的球形度差异。本综述作者的未发表研究也使用商业软件测量膀胱圆形度得到了类似结果。膀胱形状在个体之间存在差异，多种因素如怀孕、严重的粘连性肠病、儿童严重便秘等都可能改变膀胱形状，导致尿急和尿频等症状。不同研究对于超声评估膀胱形状的最佳成像平面存在不同观点，有的研究认为经腹部超声的横向平面能最可靠地描述膀胱形状，发现 OAB 患者的椭圆形状增多且膀胱收缩时形状会改变；而有的研究则认为 3D 超声的矢状成像平面更易识别膀胱形状不规则，且 OAB 患者中形状不规则更为常见 。后来的一项研究表明，在健康志愿者中结合口服水化方案的 3D 超声能在多次充盈和研究随访中获得可重复的膀胱形状测量结果。

传统 UDS 测量膀胱顺应性的金标准是使用膀胱内压力，而超声膀胱振动测量为其提供了一种非侵入性替代方法。研究人员利用超声激发兰姆波脉动来测量膀胱壁的柔韧性，通过发射脉动并使用互谱分析估计波速，该波速与膀胱的弹性特性直接相关。在此基础上，振动测量被用于识别 DO。在一项针对神经源性膀胱患者的研究中，研究人员将膀胱振动测量结果与 UDS 中确定的 DO 相关联，创建了 DO 指数。

弹性成像可用于测量组织硬度，通过超声剪切波测量膀胱壁在受到应力时的组织硬度。一项对 23 名已知膀胱功能障碍的儿科患者的研究验证了该方法，发现超声剪切波弹性成像测量结果与膀胱储存压力密切相关，且剪切波速度测量值会随膀胱顺应性而变化。在 2020 年一项针对疑似神经源性膀胱的成人研究中，弹性成像与同期 UDS 研究相比，能以较高的特异性检测出神经源性膀胱。在经尿动力学证实存在 DO 且膀胱顺应性差（神经源性膀胱的标志）的患者中，80% 的患者经剪切波弹性成像检测发现弹性增加，这表明弹性成像可用于识别 DO 和神经源性膀胱功能障碍。

膀胱壁的微运动是由局部收缩引起的，会在充盈过程中产生与阶段性 DO 相关的压力变化。超声可作为一种非侵入性方法检测膀胱壁微运动。Nagle 等人使用 M 型超声跟踪膀胱壁的内外腔边缘随时间的变化，计算出至少 0.1mm 的壁厚度变化作为微运动，发现微运动与逼尿肌不自主收缩密切相关，为未来验证超声作为检测与 DO 相关微运动的非侵入性手段奠定了基础。

动态 MRI 用于下尿路生物力学研究

fMRI 研究表明大脑处理在排尿控制和多种 LUTD 潜在病理生理过程中起着重要作用。而使用 MRI 直接评估膀胱功能和下尿路生物力学则是较新的发展。最初，人们尝试通过 2D 采集非侵入性评估下尿路，图像以膀胱颈或尿道为中心，旨在评估受试者进行 Valsalva 动作时的解剖差异，采用静态图像和定时分析相结合的方式。实时动态 MRI 在下尿路的研究始于对膀胱脱垂的研究，最初使用 T2 超快速和快速自旋回波序列，后来发展到稳态自由进动（true - FISP）序列。尿道活动度通过 HASTE 序列成像评估，输尿管蠕动则通过穿过输尿管的斜平面和 TWIST（时间分辨血管造影随机轨迹）序列进行捕捉和研究。

近年来，研究人员将排尿前后的静态 3D 快速自旋回波（FSE）T2 加权采集和动态矢状面 2D 扰相梯度回波（SGRE）采集与计算流体动力学（CFD）相结合，用于评估膀胱排尿力学。基于这些研究，开发了基于 3D 笛卡尔有序差分采样（DISCO）的对比增强 3D 动态序列，能够每隔几秒捕获整个下尿路的图像。这些方法与 CFD 相结合，形成了使用动态 MRI 对下尿路进行综合评估的体系。

MRI 技术和采集技术的这些进步为未来研究奠定了基础，有望产生高分辨率的 3D 膀胱图像，并结合功能数据用于评估 LUTD。

结论

传统的多通道 UDS 仍然是评估 LUTD 的金标准，但由于其存在可重复性差、侵入性等局限性，促使人们开发和研究新型成像技术，这些技术有望补充甚至取代 UDS。在膀胱成像领域，NIRS、超声和动态 MRI 等多种模态都取得了新进展。这些新兴技术具有非侵入性的优势，在许多情况下能够提供高分辨率的解剖图像和膀胱功能数据。尽管目前这些技术尚未完全准备好广泛应用于临床实践，但可以肯定的是，未来功能性膀胱评估将包含这些新型成像模态。科研人员需要密切关注这些成像技术的发展动态，不断探索和完善它们在临床中的应用，为泌尿系统疾病的诊断和治疗带来新的突破。