功能磁共振成像對移植腎急性排異反應(yīng)診斷價值的初探

李瓊，任濤，謝雙雙，陳麗華，沈文（天津市第一中心醫(yī)院放射科，天津 300192）

目前，腎移植已成為治療終末期腎?。‥SRD）最為有效的方式，術(shù)后患者的1年生存率已達90%以上［1-2］。但腎移植術(shù)后仍存在移植腎功能不同程度損傷甚至完全失功的風(fēng)險，其中常見的原因包括：急性排異反應(yīng)（AR）、急性腎小管壞死（ATN）、復(fù)發(fā)性腎病等。AR及ATN是導(dǎo)致早期移植腎功能不良及移植腎失功的兩個主要原因，但二者的臨床表現(xiàn)不具有特異性，且治療方案的選擇和預(yù)后明顯不同。目前，臨床常用的監(jiān)測和評價移植腎功能的檢查方法均存在一定的不足之處，而作為移植腎功能判定“金標準”的病理穿刺活檢屬于有創(chuàng)檢查，可能會導(dǎo)致患者出血、感染，甚至移植腎功能完全喪失等并發(fā)癥［3］。因此，研究和開發(fā)能夠無創(chuàng)、敏感地監(jiān)測和評價移植腎功能并能對AR和ATN進行特異性鑒別的檢查方法一直是臨床上十分關(guān)注的重要問題。

本研究擬結(jié)合相應(yīng)的病理穿刺結(jié)果，探討擴散張量成像（DTI）、血氧水平依賴成像（BOLD）對AR和ATN的鑒別診斷價值，以期探究無創(chuàng)、敏感評價移植腎功能的方法。

1 材料與方法

1.1 一般資料：選取2012年5月—2014年3月于天津市第一中心醫(yī)院行異體腎移植術(shù)后2～3周的患者51例（男性30例，女性21例）；年齡范圍23～60歲，平均年齡為（38.5±12.3）歲。將患者分為3組：即腎功能正常組24例、AR組18例及ATN組9例，其中AR組與ATN組均經(jīng)病理證實。所有患者均于磁共振成像（MRI）檢查前2～3天內(nèi)行超聲檢查，排除移植腎發(fā)生出血、梗死、腎動脈狹窄、腎靜脈血栓等外科并發(fā)癥。AR與ATN的患者MRI檢查時間均于病理穿刺前或后2天內(nèi)進行。

1.2 檢查方法：本研究采用Siemens MAGNETOM Trio Tim 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀，最大梯度場強40 mT/m，最大梯度轉(zhuǎn)換率200 mT /（m·s） 圈。掃描時受試者仰臥于MRI檢查床上，線圈中心置于移植腎所在體表區(qū)域。掃描序列及參數(shù)如下：①常規(guī)MRI掃描：橫斷位T1WI自旋回波（SE）序列、冠狀位T2WI快速自旋回波（FSE）序列；②DTI檢查：采用平面回波（EPI）序列結(jié)合并行采集技術(shù)，斜冠狀面采集，b值為0、300 s/mm2，在6個非共線性方向上施加擴散敏感梯度脈沖，重復(fù)時間/回波時間（TR/TE）＝1 800 ms/103ms，層厚3 mm，層間距0 mm，激勵次數(shù)（NEX）為6，矩陣128×128，視野（FOV）230 cm×230 cm，帶寬1502 Hz，加速因子2；③BOLD-MRI檢查：采用梯度回波（GRE）序列，斜冠狀面掃描，TR 75 ms，采用8個不同TE時間（2.5、6.8、11.1、15.4、19.6、23.9、28.2、32.5 ms），層厚3 mm，層間距0 mm，NEX 1，矩陣320×320，F(xiàn)OV 230 cm×100 cm，帶寬540 Hz。

1.3 圖像處理：掃描完成后將DTI原始數(shù)據(jù)傳送至Simens Syngo后處理工作站，應(yīng)用Nero 3D軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，工作站自動生成b0圖、表觀擴散系數(shù)（ADC）圖、各向異性分數(shù)（FA）圖。BOLD圖像掃描完成后自動生成T2*原始圖像及T2*偽彩圖，將T2*原始數(shù)據(jù)傳送至Image J 1.43b后處理軟件，得到R2*圖像。

1.4 興趣區(qū)（ROI）的選?。河梢晃痪哂?年以上工作經(jīng)驗的影像專業(yè)醫(yī)師對ROI進行選取，選取FA灰白圖靠近腎門中心層面圖像，參照相應(yīng)層面b 0圖及ADC圖，避開腎臟邊緣、血管及集合系統(tǒng)，于該層圖像上采用自由曲線法描繪出皮質(zhì)輪廓作為皮質(zhì)ROI，髓質(zhì)內(nèi)放置3個圓形ROI作為髓質(zhì)ROI（圖1），分別置于腎臟上、中、下極，后處理系統(tǒng)在b 0圖及ADC圖的對應(yīng)位置自動生成相應(yīng)的ROI。皮質(zhì)ROI 1個，約120～160個體素，髓質(zhì)ROI 3個，每個ROI大小均在8～12個體素。分別記錄FA圖及ADC圖上的相應(yīng)的FA值及ADC值，計算其平均值。BOLD圖像ROI選取方式同上，同時根據(jù)公式R2*＝1/T2*得到皮質(zhì)和髓質(zhì)平均R2*值。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析：采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件，計量資料以均數(shù)±標準差（±s）表示。采用方差齊性檢驗及單因素方差分析（one way ANOVA）比較不同組別間皮髓質(zhì)FA值、ADC值、R2*值差異，各組間兩兩比較采用最小顯著差值法（LSD）及Dunnett T3。采用Medcalc 12.4.0統(tǒng)計軟件對移植腎各參數(shù)值的受試者工作特征（ROC）曲線對比進行評估。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 ROI選取方法

2 結(jié) 果

2.1 不同組別間腎皮髓質(zhì)FA值、ADC值、R2*值對比（表1）：移植腎AR組皮質(zhì)ADC值小于功能正常組（P＝0.000）， AR組皮質(zhì)ADC值小于ATN組（P＝0.005），差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義；功能正常組與ATN組間皮質(zhì)ADC值無明顯差異（P＞0.05）。AR組髓質(zhì)ADC值小于功能正常組（P＝0.000），AR組髓質(zhì)ADC值小于ATN組（P＝0.007），差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義，功能正常組與ATN組間髓質(zhì)ADC值無明顯差異（P＞0.05）。AR組髓質(zhì)R2*值小于功能正常組（P＝0.003），AR組髓質(zhì)R2*值小于ATN組（P＝0.004），差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義，功能正常組與ATN組間髓質(zhì)R2*值無明顯差異（P＞0.05）。移植腎功能正常組、AR組與ATN組間皮質(zhì)FA值、髓質(zhì)FA值及皮質(zhì)R2*值兩兩比較差異均無明顯統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

表1 不同組別間皮髓質(zhì)各參數(shù)值對比（±s）

表1 不同組別間皮髓質(zhì)各參數(shù)值對比（±s）

注：與正常組相比，aP＜0.05；與ATN組相比，bP＜0.05

組別 例數(shù)（例） 皮質(zhì)髓質(zhì)FA值 ADC 值（×10-3mm2/s） R2*值（1/s） FA值 ADC 值（×10-3mm2/s） R2*值（1/s）正常組 24 0.26±0.05 2.85±0.28 18.3±1.6 0.65±0.05 3.07±0.38 22.7±3.3 AR 組 18 0.26±0.02 2.31±0.49ab 17.4±1.4 0.63±0.03 2.21±0.50ab 19.5±3.3ab ATN 組 9 0.28±0.06 2.85±0.27 17.3±0.8 0.64±0.05 2.76±0.35 23.6±2.8

2.2 移植腎髓質(zhì)R2*值、腎皮質(zhì)ADC值及髓質(zhì)ADC值鑒別診斷效能對比（圖2）：ROC曲線分析結(jié)果顯示，皮質(zhì)ADC值、髓質(zhì)ADC值及髓質(zhì)R2*值對AR與ATN均具有較高鑒別診斷效能，鑒別AR組與ATN組ROC曲線下面積（AUC）分別為0.869、0.806、0.846，但采用z檢驗對三者的AUC進行對比分析結(jié)果顯示3個參數(shù)值的鑒別診斷效能均無明顯的統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。

圖2 皮質(zhì)、髓質(zhì)ADC值及髓質(zhì)R2*的ROC曲線圖

通過Youden指數(shù)計算皮質(zhì)ADC值、髓質(zhì)ADC值、髓質(zhì)R2*值對AR組與ATN組鑒別的最佳診斷閾值分別為 2. 68×10-3mm2/s、2. 73×10-3mm2/s、21. 4/s，其敏感性、特異性均較高，達70%以上（表2，表3）。

表2 移植腎髓質(zhì)R2*值（1/s）、皮質(zhì)ADC值（×10-3 mm2/s）及髓質(zhì)ADC值（×10-3 mm2/s）ROC曲線分析結(jié)果

3 討 論

3.1 基本原理：擴散加權(quán)成像（DWI）通過定量檢測組織內(nèi)水分子擴散運動受限程度來間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)的改變，在評價腎臟功能方面的可行性已得到廣泛認可［4-6］。目前ADC值和FA值是腎臟DTI的主要定量評價參數(shù)。ADC值用于描述組織內(nèi)水分子擴散運動幅度，ADC值越大，說明水分子的擴散能力越強。FA值指水分子擴散各向異性成分占整個擴散張量的比例，取值范圍為0～1，F(xiàn)A值越趨近于1，說明組織內(nèi)水分子擴散的各向異性越大［7-8］。

BOLD MRI是一種功能成像，是基于血紅蛋白氧飽和水平的改變而成像的。利用多梯度回波MRI技術(shù)，通過計算一系列不同回波時間T2*圖像信號強度對TE時間的單指數(shù)曲線擬合，計算出R2*值（R2*＝1/T2*），其與組織內(nèi)氧血紅蛋白的含量密切相關(guān)，是與去氧血紅蛋白濃度直接相關(guān)的參數(shù)。當(dāng)局部氧合血紅蛋白濃度增加、氧合-去氧血紅蛋白的比值增加，或者去氧血紅蛋白含量減少時，T2縮短效應(yīng)減弱，MRI信號增強，T2*值升高，R2*降低；反之隨著去氧血紅蛋白含量的增加，T2*值降低，R2*值會逐漸升高［9-10］。

3.2 不同組別間皮髓質(zhì)FA值、ADC值及R2*值對比：不同組別間皮質(zhì)ADC值對比結(jié)果顯示，AR組皮質(zhì)ADC值小于功能正常組與ATN組。移植腎功能出現(xiàn)AR時，皮質(zhì)腎單位內(nèi)腎小球及小管結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度損傷，使得皮質(zhì)血流灌注及水分子擴散程度減低，從而導(dǎo)致皮質(zhì)ADC值降低。

不同組別間髓質(zhì)ADC值對比結(jié)果顯示，AR組髓質(zhì)ADC值小于功能正常組與ATN組，后二者髓質(zhì)ADC值間無明顯差異。對于AR組，移植腎髓質(zhì)內(nèi)小管結(jié)構(gòu)及血管結(jié)構(gòu)均出現(xiàn)不同程度的損傷，甚至壞死，使腎小球濾過率下降、腎小球重吸收減少及細胞通透性下降，導(dǎo)致的水分子彌散障礙，改變其內(nèi)水分子擴散方向性，從而使髓質(zhì)ADC值的明顯低于其他各組。Abou-El-Ghar等［11］通過采用1.5T MR DWI掃描鑒別移植腎功能正?；颊呒凹毙砸浦材I功能損傷的患者，結(jié)果顯示移植腎功能正?；颊逜DC值明顯高于急性移植腎功能損傷患者。

表3 移植腎髓質(zhì)R2*值（1/s）、皮質(zhì)ADC值（×10-3 mm2/s）及髓質(zhì)ADC值（×10-3 mm2/s）鑒別診斷效能分析

移植腎各組間兩兩對比顯示皮質(zhì)FA值均無明顯差異，說明腎移植術(shù)后移植腎皮質(zhì)內(nèi)水分子擴散各向異性仍然受到了一定程度的影響，但因腎臟的解剖結(jié)構(gòu)特殊，導(dǎo)致移植腎各組間皮質(zhì)FA值差異并不顯著。

移植腎各組間兩兩對比顯示髓質(zhì)FA值均無明顯差異，原因可能與腎移植術(shù)后移植腎去自主神經(jīng)支配及免疫抑制劑的作用有關(guān)。而且當(dāng)移植腎功能出現(xiàn)損傷甚至發(fā)生AR或ATN時，腎臟髓質(zhì)內(nèi)腎小管以及周圍間質(zhì)等會出現(xiàn)不同程度的水腫、變性、炎性細胞浸潤等病理改變，導(dǎo)致其內(nèi)水分子擴散方向性的改變，同時皮質(zhì)、髓質(zhì)間微循環(huán)血流分布的異常等因素也會導(dǎo)致水分擴散的各向異性無明顯差異。

不同組別間皮質(zhì)R2*值對比結(jié)果顯示，移植腎各組間皮質(zhì)R2*值均無明顯差異，表明移植腎功能出現(xiàn)不同程度損傷時，皮質(zhì)腎單位內(nèi)腎小球及腎小管結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)不同程度損傷，使得皮質(zhì)血流灌注減低，但由于皮質(zhì)為高血流、高含氧區(qū)對血流的降低和氧消耗的增加不敏感，所以移植腎各組間皮質(zhì)R2*值差異并不顯著。

不同組別間髓質(zhì)R2*值對比結(jié)果顯示，AR組髓質(zhì)R2*值明顯小于功能正常組及ATN組，提示發(fā)生AR時腎內(nèi)氧合發(fā)生了重大變化，局部去氧血紅蛋白含量減低。正常生理狀態(tài)下，腎內(nèi)髓質(zhì)處于相對缺氧狀態(tài)，而AR發(fā)生時，局部的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激以及細胞因子釋放等因素使皮質(zhì)血流的一部分向髓質(zhì)分流，同時髓質(zhì)腎小管損傷后，主動轉(zhuǎn)運功能降低，局部耗氧量下降，共同導(dǎo)致髓質(zhì)部分去氧血紅蛋白含量下降，表現(xiàn)為R2*值顯著下降。其次，當(dāng)發(fā)生AR時，皮髓質(zhì)血流動力學(xué)發(fā)生改變，具有強大調(diào)節(jié)功能的皮質(zhì)腎單位血流減少，大量的血流重新分配，使得移植腎臟髓質(zhì)內(nèi)血流相對增加。這與Djamali等［12］的研究結(jié)果一致，移植腎AR時髓質(zhì)R2*顯著低于ATN和功能正常移植腎，具有診斷意義。

3.3 移植腎髓質(zhì)R2*值、皮質(zhì)ADC值及髓質(zhì)ADC值鑒別診斷效能對比：本研究顯示，髓質(zhì)R2*值、皮質(zhì)ADC值及髓質(zhì)ADC值鑒別AR與ATN曲線下面積均達顯著性水平，具有較高的診斷效能，AUC分別為0.846、0.869、0.806，對比三者的ROC曲線發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)ADC值的曲線下面積為0.869，95%可信區(qū)間（95%CI）＝0.681～0.966，大于髓質(zhì)R2*值及髓質(zhì)ADC值的曲線下面積，但三者的曲線下面積均無顯著性差異，即診斷效能無異，提示髓質(zhì)R2*值與皮髓質(zhì)ADC值均可用于移植腎AR與ATN的鑒別診斷。

同時，本研究得出髓質(zhì)R2*值、皮質(zhì)ADC值及髓質(zhì)ADC值對AR組與ATN組鑒別的最佳診斷閾值分別為 21.4/s、2.68×10-3mm2/s、2.73×10-3mm2/s，其敏感性、特異性均較高，達70%以上。

ABOU-EL-GHAR等［11］采用1.5T MR成像設(shè)備對移植腎功能正常患者及AR患者進行DWI掃描發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ADC值為2.16×10-3mm2/s時診斷AR的效能最高，其敏感度及特異度分別為86.1%和88.5%，與本研究不一致，這可能與其未區(qū)分皮髓質(zhì)ADC值且例數(shù)較少有關(guān)。

Sadowski等［13］通過對6例移植腎功能正?；颊呒?例AR患者進行BOLD掃描，得出R2*值為18/s時可鑒別二者，小于本研究結(jié)果，可能原因是患者接受BOLD檢查時間跨度大，為2周至3個月，研究結(jié)果受不同病理過程中血管損傷及神經(jīng)激素調(diào)節(jié)因素影響。其次是患者術(shù)前準備，所以患者檢查前4小時禁水，研究表明，水負荷可以明顯提高移植腎髓質(zhì)氧濃度。

本研究尚存在一定程度的不足之處，一方面本研究未對檢查前受試者的水化狀態(tài)進行標準化，Sigmund等［14］最近研究表明，水化狀態(tài)可能會對腎臟FA值造成影響；另一方面，本研究中AR及ATN患者例數(shù)較少，有待進一步擴展深入研究。

綜所述，DTI、BOLD可有效鑒別移植腎AR與ATN，其參數(shù)皮、髓質(zhì)ADC值及髓質(zhì)R2*值可作為鑒別指標，為臨床腎移植術(shù)后常見并發(fā)癥的鑒別提供參考依據(jù)，減少穿刺活檢的風(fēng)險。