應(yīng)用腎功能MRI技術(shù)開展腎功能評(píng)估的研究進(jìn)展

王寶華

腎的主要生理功能是濾過血漿形成尿，排出代謝廢物，維持機(jī)體水、電解質(zhì)及酸堿平衡；并具有內(nèi)分泌功能，通過產(chǎn)生腎素、促紅細(xì)胞生成素、1，25-二羥基維生素D3等參與調(diào)節(jié)血壓、紅細(xì)胞生成，以及鈣磷代謝。腎疾病造成不同程度的腎功能損害，通過對(duì)腎功能變化的檢測，可以提高診斷與鑒別診斷質(zhì)量、評(píng)價(jià)疾病程度、指導(dǎo)臨床治療、判斷預(yù)后。目前，臨床常用的腎功能無創(chuàng)檢測方法包括生化檢查、超聲、靜脈尿路造影、CT、常規(guī) MRI、核素掃描等，但均存在一定的局限性或不足［1］，如敏感度和特異度較低、需要外源性對(duì)比劑、對(duì)人體有輻射損害等。

腎功能MRI技術(shù)是利用腎血流灌注豐富、血氧代謝活躍、含水量豐富的特點(diǎn)，甚至無需使用外源性對(duì)比劑，即可以在腎大小形態(tài)發(fā)生改變之前檢測出腎功能的變化，為臨床提供有價(jià)值的信息。目前，采用腎功能MRI對(duì)腎血流灌注、血氧代謝水平、水分子擴(kuò)散及彈性特點(diǎn)等方面的研究取得進(jìn)展。

1 應(yīng)用腎功能MRI對(duì)腎血流灌注特點(diǎn)的研究

腎功能變化時(shí)常伴有灌注水平的改變。動(dòng)脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）技術(shù)以動(dòng)脈血中的水質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤物，可作為唯一無創(chuàng)、定量評(píng)估腎灌注水平的方法對(duì)腎灌注情況進(jìn)行反復(fù)測定、長期隨訪，在腎疾病的研究與臨床應(yīng)用中具有廣闊的前景，有助于區(qū)分不同病理類型的腎占位性病變，提供關(guān)于腫瘤活性的臨床信息、評(píng)估治療效果［2，3］。 在腎移植患者中，既可以提供移植腎血流灌注的定量信息，又可以對(duì)不同功能的移植腎進(jìn)行評(píng)估［4，5］，還可以早期發(fā)現(xiàn)功能不良的移植腎，為臨床治療提供有價(jià)值的信息［6］。此外，ASL MRI還可用來評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈的狹窄程度、畸形、腎損傷程度及慢性腎病的級(jí)別等［7-9］。

目前單個(gè)反轉(zhuǎn)時(shí)間（inversion time，TI）的 ASL MRI只用來測量腎皮質(zhì)的血流灌注，多個(gè)TI的ASL MRI雖可獲得腎髓質(zhì)的血流灌注信息［10］，但仍需進(jìn)一步研究。ASL MRI所獲得的皮質(zhì)灌注信息較髓質(zhì)更有價(jià)值。

2 應(yīng)用腎功能MRI對(duì)腎血氧代謝特點(diǎn)的研究

2.1 血氧水平依賴成像（blood oxygen level dependent，BOLD） 利用血液中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白磁性的不同，對(duì)組織器官的氧合狀態(tài)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，其定量評(píng)價(jià)指標(biāo)R2＊值直接反應(yīng)組織內(nèi)脫氧血紅蛋白的濃度，脫氧血紅蛋白濃度增高，R2＊值增高，組織氧合水平減低。腎皮、髓質(zhì)間的氧分壓梯度差，使得處于低氧環(huán)境的髓質(zhì)對(duì)血氧變化非常敏感，為BOLD MRI在腎的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。查婷婷等［11］通過BOLD MRI評(píng)價(jià)兔腎缺血再灌注損傷證實(shí)，可無創(chuàng)性地間接反映腎缺血再灌注損傷隨缺血時(shí)間變化的大體趨勢(shì)，有助于腎缺血再灌注損傷的檢出，為臨床早期發(fā)現(xiàn)和治療提供了幫助。通過腎氧合水平的檢測，可評(píng)價(jià)血管病變所致缺血性腎病的血管病變程度、治療效果［12-14］；有助于糖尿病腎病分期、預(yù)后評(píng)估［15］；鑒別移植腎急性排異反應(yīng)和急性腎小管壞死［16］，急性腎小管壞死移植腎在BOLD MRI上，皮質(zhì)呈藍(lán)色，代表較低的R2＊值，即脫氧血紅蛋白濃度較低；髓質(zhì)呈綠色，代表較高的R2＊值，即脫氧血紅蛋白濃度較高，氧合水平降低。急性排異反應(yīng)移植腎髓質(zhì)綠色區(qū)域面積減少，代之以較多的藍(lán)色區(qū)域，提示R2＊值減小，即脫氧血紅蛋白濃度下降［17］。此外BOLD MRI還可用于不同時(shí)期的急性腎功能不全、不同級(jí)別的慢性腎?。?8］的腎血氧代謝的評(píng)估。

BOLD MRI技術(shù)的局限性在于其信號(hào)只是一個(gè)反應(yīng)腎血氧水平的間接指標(biāo)，受多種因素如血液供應(yīng)、耗氧量、血細(xì)胞比容、周圍環(huán)境pH值對(duì)氧合血紅蛋白的分解以及年齡等的影響，需要更多研究來進(jìn)一步分析引起信號(hào)變化的原因及來源［17］。

2.2 磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging，SWI） 這是一種相位對(duì)比增強(qiáng)MRI技術(shù)，對(duì)磁敏感性物質(zhì)（脫氧靜脈血、血液降解物、鈣化及鐵等）的顯示非常敏感。SWI與BOLD具有部分共性，即利用靜脈血中的氧合與脫氧血紅蛋白信息成像，但SWI對(duì)局部磁場不均勻性的敏感度高于BOLD MRI［19］，且能減少小動(dòng)脈對(duì)測量的干擾，更充分體現(xiàn)出其檢測脫氧血紅蛋白的能力。SWI MRI對(duì)移植腎功能延遲恢復(fù)的檢出率明顯高于常規(guī)MRI，可以早期發(fā)現(xiàn)移植腎功能延遲恢復(fù)，有助于及時(shí)治療［20］。

3 應(yīng)用腎功能MRI對(duì)腎水分子擴(kuò)散特點(diǎn)的研究

3.1 擴(kuò)散加權(quán)成像 （diffusion weighted imaging，DWI） 這是基于生物組織中水分子布朗運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像的一種方法，能夠提供微觀結(jié)構(gòu)中水分子擴(kuò)散的信息，其評(píng)價(jià)指標(biāo)是表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC），能夠同時(shí)反映組織內(nèi)水分子擴(kuò)散和組織微循環(huán)灌注兩方面的信息。DWI可被用來評(píng)估不同腎疾病，如腎腫瘤、急慢性腎疾病等［21-23］，鑒別腎占位的良惡性以及惡性腫瘤的病理類型，區(qū)分移植腎是功能受損還是功能良好。評(píng)價(jià)不同類型的腎病理狀態(tài)，如慢性腎盂腎炎、急慢性腎損傷、輸尿管梗阻等［24-26］。在炎性病變中，由于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)自由擴(kuò)散水分子的屏障增加［27］或成纖維細(xì)胞積聚［28］，腎皮、髓質(zhì)的 ADC值明顯減低。

3.2 擴(kuò)散張量成像 （diffusion tensor imaging，DTI） 這是利用水分子擴(kuò)散的各向異性來評(píng)價(jià)組織結(jié)構(gòu)的完整性?？梢酝瑫r(shí)獲取組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)幅度及擴(kuò)散方向兩方面的信息［29］，其定量評(píng)價(jià)指標(biāo)有 ADC、各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A），F(xiàn)A表示水分子擴(kuò)散各向異性成分在整個(gè)擴(kuò)散張量中所占的比例，F(xiàn)A比ADC能更敏感地檢測腎功能與病理狀態(tài)。此外，擴(kuò)散張量示蹤圖（diffusion tensor tractography，DTT）可直觀顯示腎髓質(zhì)內(nèi)小管狀結(jié)構(gòu)的走形、方向及疏密情況，功能不良移植腎髓質(zhì)DTT與健康腎DTT比較，表現(xiàn)為放射狀排列的纖維束樣結(jié)構(gòu)消失，排列稀疏、減少、雜亂無章［30］。目前，DTI已被用來評(píng)價(jià)糖尿病腎病、腎缺血再灌注損傷、慢性腎功能不全及腎移植等［30-34］。DTI的不足是數(shù)據(jù)采集及后處理時(shí)間較長，圖像易受呼吸偽影干擾。

3.3 體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng) （intravoxel incoherent motion，IVIM） 這是應(yīng)用多個(gè)b值的雙指數(shù)模型，可以區(qū)分水分子擴(kuò)散和組織微循環(huán)灌注，更為精確地描述組織微觀結(jié)構(gòu)及功能改變，反映出組織微灌注的信息，克服了傳統(tǒng)DWI中的ADC值無法區(qū)分兩者的不足。IVIM的評(píng)價(jià)指標(biāo)除ADC值外，還有3個(gè)定量參數(shù)，即真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)（D值）、灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)（D＊）及灌注分?jǐn)?shù)（f值）。D值反映了腎內(nèi)水分子的擴(kuò)散狀態(tài)；D＊值取決于腎毛細(xì)血管的收縮或舒張狀態(tài)，表示與微循環(huán)灌注相關(guān)的擴(kuò)散系數(shù)；f值則在一定程度上反映了腎的液體負(fù)荷狀態(tài)，表示微循環(huán)灌注在整體擴(kuò)散信號(hào)衰減中所占的比例。這些評(píng)價(jià)指標(biāo)可用于鑒別腎良、惡性腫瘤。惡性腫瘤的富血供性質(zhì)使得灌注分?jǐn)?shù)增加而組織的擴(kuò)散減低［35］。 IVIM MRI在慢性腎?。?6］及腎移植［37］中也得到了初步應(yīng)用。張斌等［38］應(yīng)用IVIM評(píng)估大鼠對(duì)比劑急性腎損傷 （contrast-induced acute kidney injury，CI-AKI）的腎功能，發(fā)現(xiàn)IVIM可以有效評(píng)估CI-AKI腎功能的動(dòng)態(tài)變化過程，揭示CI-AKI病程改變的微觀機(jī)制。目前DWI MRI缺乏標(biāo)準(zhǔn)的掃描方案，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值大小有賴于b值得選擇，各項(xiàng)研究結(jié)果缺乏可比性。

3.4 擴(kuò)散峰度成像 （diffusion kurtosis imaging，DKI） 這是DTI技術(shù)的延伸，是描述組織內(nèi)非正態(tài)分布水分子擴(kuò)散的MRI技術(shù)［39］。由于大多數(shù)組織的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散位移概率呈現(xiàn)非正態(tài)分布，因而擴(kuò)散峰度成像更適合探查生物組織的微觀結(jié)構(gòu)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)除ADC、FA外，還有峰度參數(shù)，包括平均峰度（mean kurtosis，MK）、軸向峰度（axial kurtosis，K∥）、徑向峰度（radial kurtosis，K⊥）。MK大小代表ROI內(nèi)組織的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，非正態(tài)分布的水分子擴(kuò)散受限越明顯，MK也越大。目前，DKI僅在健康腎得到應(yīng)用，證實(shí)具有可行性［40］，但評(píng)估腎疾病的應(yīng)用價(jià)值尚待進(jìn)一步研究。

4 應(yīng)用腎功能MRI對(duì)腎彈性特點(diǎn)的研究

MR彈性成像（magnetic resonance elastography，MRE）是一種新型的無創(chuàng)定量檢測組織彈性特點(diǎn)的成像方法，其評(píng)價(jià)指標(biāo)是彈性（或硬度）。組織的彈性特征與纖維化、炎癥、腫瘤等病理改變相關(guān)。目前，MRE 在腎動(dòng)脈狹窄的豬模型［41，42］中已初步證實(shí)在腎的應(yīng)用是可行的，并顯示皮質(zhì)的彈性受血流灌注壓影響較大，而在髓質(zhì)彈性的檢測中有較大的應(yīng)用潛能。Lee等［43］通過MRE與腎穿刺活檢結(jié)果比較，對(duì)于慢性移植腎病纖維化及炎癥程度的評(píng)估取得初步進(jìn)展。

綜上所述，可見腎功能MRI取得了較大進(jìn)展，這些無創(chuàng)性技術(shù)為臨床提供了有價(jià)值的信息。盡管目前受軟硬件限制、尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)采集和處理數(shù)據(jù)的方案，影響了這些功能MRI技術(shù)的普及推廣與應(yīng)用，但隨著軟硬件的不斷開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)操作程序的制定和推廣，必將為臨床提供更多、更有價(jià)值的信息。

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