移植腎的磁共振檢查

陸媛媛何之彥

慢性腎功能衰竭患者每年以百萬人口約100人的發(fā)病率在遞增,而同種腎移植可以降低費用、提高生活質(zhì)量是治療終末期慢性腎功能衰竭最為理想的方法。因此研究和評估移植腎術(shù)前和術(shù)后的影像學(xué)檢查顯得尤為重要。自MRI應(yīng)用以來,以其分辨率高、多方位、多參數(shù)成像及無創(chuàng)傷性,可重復(fù)檢查,較CT優(yōu)越的軟組織對比,可更好地顯示腎臟的解剖等特點表現(xiàn)出其優(yōu)勢。功能性MRI是近l0余年來在常規(guī)磁共振成像基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的一種新的成像技術(shù),以反映器官功能狀態(tài)為成像目的[1],隨著這種新技術(shù)的應(yīng)用,使MRI的成像領(lǐng)域已從原來的觀察大體形態(tài)改變向組織的病理、生理甚至分子水平方向拓展。本文匯集近年來MRI在移植腎的應(yīng)用進展及我們的研究成果。

常規(guī)磁共振成像檢查

由于移植腎位于盆腔內(nèi),受呼吸運動的影響較小,因而更適合MRI檢查。MRI可以清晰顯示移植腎在盆腔的位置、形態(tài)及周圍組織的情況。移植腎成活并且功能良好者,MRI表現(xiàn)為大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、信號均在正常范圍內(nèi)。T1WI上功能正常的腎臟因為髓質(zhì)較皮質(zhì)含有較多的自由水,因而髓質(zhì)信號低于皮質(zhì),其信號差異形成良好的皮、髓質(zhì)分辨 (corticomedullary differentiation,CMD),這是MRI在顯示腎臟結(jié)構(gòu)優(yōu)于CT之所在(圖1)。在T2WI上腎實質(zhì)呈高信號,但不能區(qū)分腎皮、髓質(zhì)。移植腎CMD不清是由于皮質(zhì)水含量增加引起的信號相對減低所致,不具有特異性,但說明有腎功能異常存在,提示有排斥反應(yīng),重度積水和動脈狹窄可能,鑒別需結(jié)合臨床。研究發(fā)現(xiàn)急性排斥反應(yīng)表現(xiàn)為移植腎增大,CMD顯示不清及腎實質(zhì)內(nèi)血管異常(圖2)。慢性排斥反應(yīng)也表現(xiàn)為移植腎CMD消失,腎實質(zhì)內(nèi)信號不均,腎包膜可增厚。而環(huán)孢霉素中毒在MRI上則表現(xiàn)不同,一般情況下移植腎大小信號正常,CMD清晰,然而移植腎增大并且CMD不清甚至消失也有報道。目前常規(guī)磁共振檢查仍是腎移植臨床應(yīng)用最常見的磁共振檢查方法,是其他檢查方法的基礎(chǔ)。

磁共振尿路成像

磁共振尿路成像(magnetic resonance urograpy,MRU)是Hennig等[2]在1986年提出,通過重 T2加權(quán)圖像突出顯示泌尿集合系統(tǒng)內(nèi)液體(即尿液),同時抑制周圍軟組織的信號,在不使用對比劑的情況下顯示尿路情況。它是一種安全無創(chuàng)的影像學(xué)方法,操作簡便,掃描時間短,非常適合移植腎術(shù)后的檢查,主要用于術(shù)后輸尿管梗阻的顯示。移植腎輸尿管狹窄梗阻是腎移植術(shù)后常見的外科并發(fā)癥之一,影響移植腎長期存活。M RU對于梗阻性病變的定位效果好,可以清楚顯示腎盂、輸尿管、膀胱及狹窄梗阻的部位、狹窄的程度以及梗阻點以上尿路擴張情況。另外,由于M RU主要是利用靜態(tài)液體具有長T2弛豫時間,在重T2加權(quán)圖像上呈高信號的原理成像,故對移植腎術(shù)后近期是否有尿漏及囊狀淋巴管瘤的存在、存在位置及積液量非常敏感。對于無尿路梗阻的移植腎,可于檢查前靜脈注射塞米(速尿)以擴張尿路,從而使得整個尿路清楚顯影(圖3)。MRU還可對活體供腎者進行無創(chuàng)性檢查,了解供腎者的尿路情況。但MRU也有其局限性,能定位但不能直接顯示梗阻原因,尿路內(nèi)小的充盈缺損可能被液體的高信號掩蓋,僅反映尿路系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)改變,并不反映腎功能。因此,在診斷時應(yīng)結(jié)合原始的MRI影像及其他檢查以保證診斷的客觀與全面。

MR血管成像

常規(guī)MR血管成像(MR angiography,MRA)是利用血液的流動效應(yīng)來成像的,目前有兩種方法:時間飛越法(time of flight,TOF)和相位對比法(phase contrast,PC)。TOF成像速度快,應(yīng)用最廣泛,但由于湍流引起的信號丟失可出現(xiàn)血管狹窄的假象。PC背景組織抑制好,利于小血管、血管狹窄顯示,還可提供血流方向、速度、流量等定量信息,但成像時間長,圖像處理復(fù)雜。近年來對比劑增強的MR血管成像應(yīng)用于臨床,利用Gd-DTPA這種順磁性對比劑通過血液時T1值明顯縮短,短于人體內(nèi)其他組織,然后利用超快速且權(quán)重很重的T1WI序列來記錄這種T1弛豫差別,它依賴于血液與組織之間的T1差,這就大大地減少了PC法MRA在狹窄的動脈邊緣與流動有關(guān)的相位離散效應(yīng),以及TOF法MRA腎動脈層內(nèi)流動的飽和效應(yīng)造成的信號丟失。由于血管腔顯示更可靠,已成為顯示腎動脈最常用的方法。移植腎血管并發(fā)癥是腎移植術(shù)后并發(fā)癥中較為多見的一種,據(jù)統(tǒng)計流入動脈異常占引起同種異體腎功能不良的5%～10%。如果對移植腎動脈狹窄進行合適的血管內(nèi)或外科血管再成形術(shù),2年的同種異體腎存活可以顯著提高,所以血管成像非常重要。傳統(tǒng)DSA檢查是診斷的金標(biāo)準(zhǔn),但是創(chuàng)傷性檢查且要用有腎毒性的碘對比劑,故不適合移植腎隨訪檢查。而MRA由于其準(zhǔn)確、安全、快速、無創(chuàng),能發(fā)現(xiàn)移植腎血管血栓形成、血管狹窄、動脈瘤形成和移植腎靜脈等疾病,基本已替代了DSA(圖4)。三維重建技術(shù)提供了任意方向的同種異體腎動脈供應(yīng)顯影,更有利于評估有否移植腎血管狹窄。其次,CE-MRA還被廣泛應(yīng)用于移植腎供體的術(shù)前評估(圖5)。由于正常人群腎血管變異率為40%,故在術(shù)前了解供腎的血管數(shù)目和腎動脈主干的長度對手術(shù)是至關(guān)重要的。研究發(fā)現(xiàn)MRA對診斷腎臟血管數(shù)目的敏感性為90%左右[3]。而用CE-MRA與DSA和術(shù)中結(jié)果比較發(fā)現(xiàn),MRA對腎臟動脈診斷準(zhǔn)確率與DSA相似,而對靜脈的診斷準(zhǔn)確率還要高于DSA[4]。由此可見CE-MRA的診斷準(zhǔn)確性高,對于腎移植前后的應(yīng)用均有廣泛的臨床前景。

磁共振灌注加權(quán)成像

腎臟磁共振灌注加權(quán)成像(PWI)是觀察對比劑經(jīng)過腎臟組織血管網(wǎng)的磁共振信號變化,通過測量一些血流動力學(xué)參數(shù)來無創(chuàng)地評價腎的灌注和腎功能。相對于常規(guī)增強MRI(CE-MRI)更側(cè)重于強化的時間過程。隨著MR快速成像技術(shù)的發(fā)展,時間分辨率明顯提高,極大地加快了腎臟灌注成像的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用。

1.Gd-DTPA

Gd-DTPA為非特異性細胞外間隙對比劑,在體內(nèi)的生物特性與99Tc-DTPA類似,只經(jīng)過腎小球濾過,不被腎小管分泌及重吸收,無明顯腎毒性,適合作為測量腎功能的標(biāo)記物。對比劑通過腎單位的時間約為3～6min,每一次經(jīng)過腎臟,大約有20%的Gd-DTPA被排出。MRI序列可以監(jiān)測腎臟內(nèi)Gd-DTPA濃度隨時間的變化,選擇腎臟不同區(qū)域測量其信號強度,繪出時間-信號強度曲線,即MR腎圖(MR renography,MRR),用于腎功能的半定量分析,類似核醫(yī)學(xué)同位素腎圖,兩者有很好的相關(guān)性并且腎臟信號強度的改變與血清肌酐濃度水平間密切相關(guān),可以較好地反映單側(cè)腎功能。同時根據(jù)皮質(zhì)、髓質(zhì)信號強度變化曲線可得出許多腎功能參數(shù),包括腎小球濾過率、腎單位濃縮系數(shù)、腎皮質(zhì)血容量等。

正常移植腎團注給藥后10～20s即可見腎皮質(zhì)信號增高,20～50s后信號達最高值,然后信號強度緩慢下降。腎髓質(zhì)在皮質(zhì)增強后10～20s后開始強化,在20～30s后達峰值。根據(jù)信號變化大致可分為4期:皮質(zhì)期、皮髓質(zhì)、分辨期、髓質(zhì)期和腎盂期。MRR上急性排斥移植腎皮、髓質(zhì)信號上升緩慢,峰值均明顯降低;髓質(zhì)信號不能達到皮質(zhì)信號水平(圖6)。急性腎小管壞死移植腎皮、髓質(zhì)峰值降低和峰時延長均較輕微,髓質(zhì)增強曲線無明顯“雙期增強”表現(xiàn)。環(huán)孢霉素中毒移植腎信號強度低,沒有明確峰值,皮質(zhì)、髓質(zhì)信號曲線平行。

2.超順磁性氧化鐵粒子和超小超順磁性氧化鐵粒

超順磁性氧化鐵粒子 (superpara magnetic iron oxide particle,SPIO)和超小超順磁性氧化鐵粒子(ultrasmall superparamagnetic iron oxide particle,USPIO)是網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)對比劑,以縮短組織T2＊為主,磁敏感性強。其主要成分為氧化鐵晶體核心,通常不易或緩慢經(jīng)過毛細血管濾過到組織間隙,代謝途徑主要在肝、脾、骨髓、淋巴結(jié)等網(wǎng)狀內(nèi)皮細胞豐富的組織,被淋巴細胞、單核細胞和巨噬細胞所吞噬,運動到溶酶體分解,成為機體內(nèi)的儲備鐵,因此屬細胞特異性血池型對比劑。SPIO顆粒直徑在30～1000nm之間,顆粒較大,能較快被單核-巨噬細胞吞噬,目前多用于肝臟的臨床研究。而USPIO顆粒直徑＜30nm,顆粒更小、抗原性較弱,單核-巨噬細胞識別與吞噬較慢,在血管內(nèi)滯留時間更長,是一種理想的灌注成像對比劑。

USPIO被首先用于鼠移植腎的研究[5],隨后在鼠慢性排斥(chronic rejection,CR)模型中發(fā)現(xiàn),皮質(zhì)信號減低發(fā)生在腎移植后8～16周,而血尿肌酐水平到28周才有變化[6],說明在監(jiān)測CR反應(yīng)中,SPIO增強的磁共振檢查比常用的肌苷清除率方法更敏感。Hauqer等[7]首次將其用于人的移植腎研究,未發(fā)現(xiàn)劑量引起的區(qū)別及對人體的損害。ATN是由于缺血再灌注引起的,有其特征性的改變:只在腎髓質(zhì)有明顯的信號減低,在皮質(zhì)沒有明顯的炎癥反應(yīng),所以沒有信號減低。而AR表現(xiàn)為腎臟各部分信號普遍減低,這種變現(xiàn)只是炎癥表現(xiàn)與動物實驗相符,是非特異性的。說明這種對比劑對于鑒別腎移植后腎功能異常的原因有其特殊的優(yōu)勢和發(fā)展前景,但目前我國還未批準(zhǔn)此種網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)對比劑應(yīng)用于臨床人體研究。

磁共振彌散成像

磁共振彌散成像(DWI)是基于流動效應(yīng)的一種成像方式,是目前唯一能在活體檢測體內(nèi)水分子彌散的方法。彌散是分子的隨機熱運動,即布朗運動。表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)是通過DWI計算出的定量指數(shù),用于描述不同方向分子擴散的速度,可以消除T2穿透效應(yīng),反映組織真正的彌散狀況。將每一像素的ADC值進行自然對數(shù)運算后可得到DWI圖,因此同一像素在ADC圖和DWI圖中的信號強度通常相反,即彌散運動快的像素,其ADC值高,在DWI上呈低信號,反之亦然。

雖然目前DWI應(yīng)用最廣泛的是腦缺血早期病灶的顯示,但腎臟由于其高的血流灌注和高含水量,是最早用DWI進行功能評估的組織[8]。因為腎臟的主要功能是重吸收水和濃縮稀釋,不同病變腎組織中水分子的運動可有所變化,因而通過測量腎臟的ADC值可以反映腎臟的病變。實驗發(fā)現(xiàn)腎臟ADC值與血清肌酐水平呈線性負相關(guān),與分腎GFR呈正相關(guān)[9]。同時也在對自體腎的研究中發(fā)現(xiàn)急慢性腎功能衰竭的病人,皮質(zhì)和髓質(zhì)ADC值較正常腎臟明顯減低,并且慢性腎衰的ADC值更低[10]。研究腎功能正常的移植腎病人與正常志愿者比較發(fā)現(xiàn):病人皮、髓質(zhì)ADC值相近且與正常人髓質(zhì)相似,正常人ADC值皮質(zhì)比髓質(zhì)高,并且ADC值與血肌酐濃度顯著相關(guān)[11]。上海市第一人民醫(yī)院用GE 3.0T磁共振機對11名正常功能移植腎研究發(fā)現(xiàn),平均皮質(zhì)ADC值為 (285.94±20.63)×10-5mm2/s,平均髓質(zhì)ADC值為(225.63±23.79)×10-5mm2/s。年齡、性別相匹配的11名志愿者22個腎臟的平均皮質(zhì)ADC值為(301.32±21.02)×10-5mm2/s,平均髓質(zhì)ADC值為(247.72±19.22)×10-5mm2/s。對2名移植腎急性排斥病人檢查,平均皮質(zhì)ADC值為(202.50±14.52)×10-5mm2/s,平均髓質(zhì)ADC值為(177.88±18.50)×10-5mm2/s,均明顯低于正常功能移植腎(圖7)。這一結(jié)果大致與文獻報道相符,說明DWI可以反映移植腎的生理變化,無創(chuàng)地評估疾病狀態(tài)。但由于用 3.0T高場強代替1.5T,使得皮、髓質(zhì)的ADC值的對比更明顯,ADC值的基線值和差值均較1.5T的結(jié)果增大。說明在沒有明顯增加磁敏感偽影的情況下,3.0T更利于移植腎的DWI檢查。

動脈血氧水平依賴(BOLD)成像技術(shù)

動脈血氧水平依賴(BOLD)效應(yīng)的機制是去氧血紅蛋白為順磁性物,當(dāng)其含量增加將引起血中水分子去相位,T2＊時間降低,導(dǎo)致信號減低。而R2＊(表觀自旋-自旋弛豫率,apparent spin-spin relaxation rate)可以通過取T2＊信號強度的自然對數(shù)對比回波時間進行計算。R2＊與血中去氧血紅蛋白的含量成正比,與氧分壓成反比。BOLD成像利用腎髓質(zhì)內(nèi)去氧血紅蛋白較皮質(zhì)高,且去氧血紅蛋白與尿液濃縮功能密切相關(guān)的這一特性,實時地反映髓質(zhì)尿液濃縮功能在病理和生理情況下氧代謝的變化。

動物實驗證實了BOLD技術(shù)能可靠地反映腎皮髓質(zhì)氧合狀態(tài)的變化,R2＊值同應(yīng)用侵襲性微電極或激光方法測量腎臟皮髓質(zhì)內(nèi)氧分壓有很強的相關(guān)性。人類腎臟髓質(zhì)氧分壓大約為10～20mmHg,皮質(zhì)內(nèi)氧分壓大約為50mmHg,BOLD在人自體腎的研究證明了腎髓質(zhì)R2＊值高于皮質(zhì),與氧分壓有很好的相關(guān)性。BOLD可以早期發(fā)現(xiàn)糖尿病引起的腎臟髓質(zhì)氧分壓降低[12],發(fā)現(xiàn)急性單側(cè)尿路梗阻側(cè)腎皮髓質(zhì)的R2＊值和髓質(zhì)比皮質(zhì) R2＊比值 (medullary to cortical R2＊ratios,MCR2＊)均顯著降低[13],故BOLD可早期發(fā)現(xiàn)患側(cè)腎的氧分壓改變。由于腎臟氧分壓的改變能先于不可逆腎損害發(fā)生之前反映腎臟生理和功能的紊亂,而腎髓質(zhì)結(jié)構(gòu)的缺氧性損害是觸發(fā)急性腎衰的原因,故BOLD檢查對移植腎隨訪有重要的臨床意義。

研究發(fā)現(xiàn)正常功能移植腎髓質(zhì)R2＊值高于皮質(zhì),但低于正常腎臟髓質(zhì),這種移植腎皮、髓質(zhì)的R2＊值差異減小,暗示了移植腎髓質(zhì)氧分壓相對升高,可能反映了已知的腎小管鈉重吸收的減少[10]。Sadow ski等[14]發(fā)現(xiàn)急性排斥反應(yīng)移植腎髓質(zhì)R2＊值明顯降低,皮質(zhì)無明顯變化。急性腎小管壞死移植腎髓質(zhì)R2＊值變化不明顯,但腎皮質(zhì)顯著升高。在對慢性移植腎腎病病人的研究中發(fā)現(xiàn)[15],移植腎的皮髓質(zhì)R2＊值均顯著降低,但MCR2＊與正常腎比較未見明顯變化。由于BOLD技術(shù)能無創(chuàng)性評價活體移植腎內(nèi)的氧含量,彩色R2＊圖能幫助區(qū)分移植腎急性排斥和正常功能者(圖8),目前是MR研究移植腎新的熱點。

綜上所述,盡管磁共振成像的臨床應(yīng)用仍受到技術(shù)等方面的限制,存在許多不足,有些新技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段,但相比較其他研究移植腎的傳統(tǒng)檢查,不僅可以清晰顯示腎臟形態(tài)改變,而且能實時評價移植腎功能,性價比高。雖然目前的研究結(jié)果還不十分令人滿意,活檢病理結(jié)果仍然是確診的唯一辦法,然而,隨著MR成像設(shè)備軟硬件的不斷升級換代,研究不斷向縱深發(fā)展,有理由相信磁共振成像作為一種無創(chuàng)性的檢查必將在今后移植腎的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用中發(fā)揮更加重要的作用。

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