體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像技術(shù)評價(jià)腎臟病變的臨床應(yīng)用進(jìn)展

韓綺嘉 艾竹 向之明

廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院放射科（廣州511400）

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）是一種基于水分子布朗運(yùn)動(dòng)的一種無創(chuàng)性功能成像技術(shù)，其對檢測部位的血液微循環(huán)和水分子運(yùn)動(dòng)非常敏感。由于其體素內(nèi)的信號衰減包含了真性水分子擴(kuò)散和毛細(xì)血管血流微循環(huán)灌注，而且采用的是單一的b 值成像，所以其表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）值反映的衰減信息有一定的局限性。而體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)磁共振成像（intravoxel incoherent motion MR imaging，IVIM-MR）則采用多個(gè)b 值成像并行雙指數(shù)模型擬合，因此它可同時(shí)獲得組織的擴(kuò)散和相關(guān)血流灌注信息，能更全面地分析組織擴(kuò)散成像數(shù)據(jù)。目前該技術(shù)已經(jīng)在腹部得到廣泛應(yīng)用，而腎臟研究領(lǐng)域也日漸成為熱點(diǎn)，特別對于像腎臟這類水分子運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜的器官，IVIM 可以反映其高灌注、高水分子代謝的特征［1-3］。本文就IVIM-DWI 的相關(guān)技術(shù)及其在腎臟中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 IVIM 的技術(shù)和原理

DWI 反映的是水分子在組織體素內(nèi)的擴(kuò)散情況，檢測水分子擴(kuò)散的同時(shí)，也包含了活體組織內(nèi)微循環(huán)內(nèi)的血液流動(dòng)情況，形成假性擴(kuò)散。IVIM的成像是一個(gè)包含多b 值的DWI 成像技術(shù)，它可以反映組織體素內(nèi)水分子擴(kuò)散情況及組織微循環(huán)所形成的假性擴(kuò)散兩個(gè)方面的信息，其理論基于雙指數(shù)模型，雙指數(shù)模型是通過多個(gè)b 值的DWI成像，并對不同b 值圖像中相應(yīng)體素內(nèi)的測量值進(jìn)行雙指數(shù)擬合，得到真性擴(kuò)散系數(shù)（D）、假性擴(kuò)散系數(shù)（D*）和灌注分?jǐn)?shù)（f）等參數(shù)圖，用公式表示為：Sb/S0=（1-f）exp（-bD）+ fexp［-b（D + D*）］，其中D 值（mm2/s）為擴(kuò)散系數(shù)，又叫慢彌散系數(shù)（ADCslow），代表細(xì)胞內(nèi)外單純水分子擴(kuò)散，是真實(shí)的彌散信息。D*值（mm2/s）為假擴(kuò)散系數(shù)，又叫快彌散系數(shù)（ADCfast）描述血流灌注相關(guān)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，代表灌注對彌散圖像信號衰減的貢獻(xiàn)。f 值為灌注分?jǐn)?shù)（%），反映單位體素內(nèi)微循環(huán)灌注占總擴(kuò)散系數(shù)的比例，用于組織內(nèi)血容量的測定。S0及Sb分別為b = 0 及b 取其他值（如10、20、30 s/mm2等）時(shí)的信號強(qiáng)度［4］。多b 值IVIM 成像時(shí)，小b 值主要以反映了組織微循環(huán)灌注明顯，而大b 值成像時(shí)受彌散灌注影響較小，可以真實(shí)反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散情況。

2 IVIM 對正常腎臟的成像表現(xiàn)

在正常腎臟結(jié)構(gòu)，腎血流量90%供應(yīng)皮質(zhì)，供應(yīng)髓質(zhì)的血流僅占10%［5］，其結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致腎皮髓質(zhì)內(nèi)水分子擴(kuò)散及血液的微循環(huán)灌注方式不同。早期腎臟研究提示，DWI 能準(zhǔn)確地評估腎皮、髓質(zhì)中水分子的擴(kuò)散情況，ADC 值中腎皮質(zhì)多高于髓質(zhì)，而在低b 值時(shí)，髓質(zhì)ADC 值則可高于皮質(zhì)［6-7］。FILLI 等［8］的研究結(jié)果表明，對正常腎臟進(jìn)行IVIM 檢查，所得各參數(shù)圖像在皮質(zhì)與髓質(zhì)之間存在較大差異，因此基本可以區(qū)分皮、髓質(zhì)。皮質(zhì)的ADC 值、Dslow值均明顯高于髓質(zhì)；皮髓質(zhì)fp值無明顯差異，而皮髓質(zhì)Dfast差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但髓質(zhì)Dfast值略高于皮質(zhì)。曲麗潔等［2］對正常腎臟的研究結(jié)果大體與FILLI 等研究結(jié)果相符，認(rèn)為腎臟皮質(zhì)ADC 值、Dslow明顯高于髓質(zhì)，但髓質(zhì)Dfast值相對高于皮質(zhì)，其原因考慮是水分子轉(zhuǎn)運(yùn)活躍、髓質(zhì)腎小管袢內(nèi)液體流量高等原因，該研究結(jié)果進(jìn)一步說明IVIM 成像能有效地區(qū)分腎皮質(zhì)與髓質(zhì)，并評估腎皮、髓質(zhì)中水分子的擴(kuò)散情況。相關(guān)研究提示正常腎臟IVIM 灌注參數(shù)（Dfast值、fp值）結(jié)果差異明顯，其測量的穩(wěn)定性較低，考慮因其低b 值的情況下受灌注的影響大，信號更易受其他生理運(yùn)動(dòng)影響有關(guān)［9-12］。上述有關(guān)腎臟皮髓質(zhì)IVIM 的參數(shù)意義為進(jìn)一步研究IVIM 對腎臟疾病的評價(jià)研究提供了參考基礎(chǔ)及臨床價(jià)值。

3 IVIM 對腎臟疾病的評價(jià)

3.1 IVIM 對糖尿病患者腎臟功能的評價(jià)糖尿病腎臟疾?。╠iabetic kidney disease，DKD）是導(dǎo)致終末期腎衰的主要病因，病理學(xué)上DKD 先后以腎小球毛細(xì)血管擴(kuò)張肥大、基底膜增厚硬化、腎小管間質(zhì)纖維化改變?yōu)橹鳎?3-14］，糖代謝紊亂以及相關(guān)腎臟血流動(dòng)力學(xué)改變與腎小球系列病理發(fā)展過程密切相關(guān)。在糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）早期，患者的腎小球?yàn)V過率（glomerular filtration rate，GFR）明顯高于正常人［15］，由于腎小球處于高濾過狀態(tài)，腎臟血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生異常變化，腎功能逐漸惡化發(fā)展為DKD，最終導(dǎo)致終末期腎衰［16］。糖尿病早期腎血流量增加，一方面毛細(xì)血管灌注增加，但對毛細(xì)血管密度無明顯影響，另一方面毛細(xì)血管灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)的分辨率低于擴(kuò)散系數(shù)和灌注分?jǐn)?shù)的分辨率。而傳統(tǒng)檢測腎功能標(biāo)準(zhǔn)也就是腎功能實(shí)驗(yàn)室檢查，一般是以GFR 為基礎(chǔ)，其不足之處是不能全方位不同角度地觀察腎功能的情況，而且在早期糖尿病的腎臟損害時(shí)，腎臟的自身代償階段實(shí)驗(yàn)室檢查指標(biāo)經(jīng)常出現(xiàn)假陰性。 俞璐等［17］的研究表明，糖尿病腎損害早期，腎臟高灌注的特征尤為明顯，糖尿病腎皮質(zhì)D 值和f 值均高于正常腎臟，而D*遠(yuǎn)大于D 值，表明毛細(xì)血管引起的血液灌注相關(guān)擴(kuò)散遠(yuǎn)大于純水分子，糖分含量高于純水分子。但隨著DKD 病程的發(fā)展，腎小球的進(jìn)一步損傷，腎臟血流動(dòng)力學(xué)的改變，其DWI 參數(shù)也隨之發(fā)生改變。CHEN 等［18］對52例2 型糖尿病患者進(jìn)行研究，結(jié)果表明DKD 患者的皮髓質(zhì)的D、f 值均低于無腎病性糖尿病患者及健康對照者，且D 值顯示與eGFR 呈正相關(guān)。姚永杰等［19］研究也發(fā)現(xiàn)DKD 受損者皮髓質(zhì)D 值、f 值明顯低于健康對照組，說明DKD 患者腎臟組織中的水分子擴(kuò)散因腎功能的減退而逐漸減慢，而腎小球硬化導(dǎo)致皮、髓質(zhì)f 值有所減低。由此可見，IVIM-MRI 能通過定量分析DKD 患者腎臟中水分子的運(yùn)動(dòng)以及血流微灌注情況，無創(chuàng)性地檢測腎功能變化、早期監(jiān)測DKD 損害時(shí)的腎臟病理動(dòng)態(tài)變化過程，有利于早期發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病，為臨床糖尿病腎功能的早期檢查提供了新的方法。

3.2 IVIM 對腎臟良惡性腫瘤鑒別診斷的評價(jià)在腎臟良惡性腫瘤的鑒別中，IVIM 技術(shù)相關(guān)參數(shù)D 值、D*值和f 值可以反映不同分化的腎腫瘤病變的病理、生理方面的演變過程。李璐等［20］研究結(jié)果表明，對于D 值而言，惡性腎腫瘤組（透明細(xì)胞癌及非透明細(xì)胞癌）明顯大于良性腫瘤組，且透明細(xì)胞癌高于非透明細(xì)胞癌，是因?yàn)槟I臟良性腫瘤的細(xì)胞排列比惡性腫瘤更致密，從而水分子擴(kuò)散受限比惡性腫瘤更加明顯；而對于D*值，良性腫瘤卻大于惡性腫瘤組（透明細(xì)胞癌及非透明細(xì)胞癌組），這說明在腎臟良性腫瘤中，其微循環(huán)灌注比腎臟惡性腫瘤明顯；對于f 值，ZHU 等［21］研究發(fā)現(xiàn)，正常腎臟組織f 值大于腎臟腫瘤，f 值會隨著b 值的變化而變化，當(dāng)b 值＜750 s/mm2時(shí)，f 值與b 值呈正相關(guān)，而高b 值時(shí)，f 值有下降趨勢，考慮是正常腎臟與腎臟腫瘤由于組織細(xì)胞組成以及血流灌注情況有差異，而不同的b 值對病變敏感性不同而有所影響，因此腎臟腫瘤病變IVIM 成像參數(shù)f 值的穩(wěn)定性及可參考性還需要進(jìn)一步分析研究。綜上所述，IVIM 定量參數(shù)對臨床腎臟良惡性腫瘤鑒別診斷提供了更多的輔助及參考信息。

3.3 IVIM 對腎功能損害的評價(jià)IVIM 以其多參數(shù)反映灌注特性可以體現(xiàn)腎功能不全腎臟的慢速水運(yùn)動(dòng)，是評估腎功能不全的一種有效手段。BANE 等［22］對腎功能不全患者IVIM 研究表明，隨著腎功能不全的發(fā)展，肌酐清除率的降低，eGFR減少，早期腎臟灌注會有所降低，影響腎臟皮層分子的擴(kuò)散而致使皮質(zhì)ADC、Dfast、Dslow、PF 也有相對的降低。劉永久等［23］對慢性腎?。╟hronic kidney disease，CKD）研 究顯示，腎臟eGFR 與腎皮 質(zhì)ADC 值、Dfast、Dslow均呈線性相關(guān)，而且該值在輕度腎功能受損組中明顯大于中、重度腎功能受損組（P＜0.05），在早期由于人體神經(jīng)體液的調(diào)節(jié)，發(fā)生CKD時(shí)還有適當(dāng)濾過功能及腎臟皮髓質(zhì)的血流量，但隨著CKD 的進(jìn)一步發(fā)展，腎小球、腎小管的損傷使腎臟功能減退，腎臟血流量減慢，導(dǎo)致Dfast及PF下降；最后病變發(fā)展到間質(zhì)纖維化，因?yàn)樗肿拥臄U(kuò)散受限，ADC、Dslow也隨之下降。由此可見，IVIM成像以其特有的敏感性可以有效檢測到這些變化，特別是ADC 值、Dslow值可以成為MRI 評價(jià)腎功能不全的監(jiān)測指標(biāo)，也為定量評估腎功能轉(zhuǎn)歸和評估治療效果提供了一種良好的無創(chuàng)技術(shù)手段。

3.4 IVIM 在早期腎移植術(shù)后評價(jià)腎擴(kuò)散及灌注功能的價(jià)值終末期腎病為各種慢性腎疾病持續(xù)進(jìn)展的共同結(jié)局，受到臨床廣泛關(guān)注［24］。而腎移植是目前有效治療終末期腎病的臨床有效手段，但部分腎移植術(shù)后經(jīng)常也會發(fā)生腎功能不全［25］，如能早期監(jiān)測術(shù)后移植腎腎功能的情況，就能減低腎功能不全的發(fā)生率并提高移植腎的生存率［26］。在腎臟功能損害時(shí)其血流灌注的變化相當(dāng)明顯，這與腎臟的血液動(dòng)力學(xué)有關(guān)。因此IVIM 以其早期發(fā)現(xiàn)腎臟血流灌注特征對腎移植術(shù)后腎功能判斷可以發(fā)揮重要價(jià)值。SJEKAVICA 等［27］對移植腎臟進(jìn)行IVIM 研究表明，ADC、ADCslow及PF 值在移植腎的皮、髓質(zhì)之間并無明顯的差異，但ADC、ADCslow值在健康腎臟中明顯高于移植腎。任濤等［28］研究認(rèn)為，在早期移植腎由于腎臟功能未得到全面恢復(fù)，一定程度上影響了腎皮質(zhì)中水分子和血流的擴(kuò)散、灌注情況，因此移植腎皮質(zhì)的ADCslow、ADCfast、PF 及 腎血流量（RBF）值隨著腎小球、腎小管的功能損傷，而有逐漸降低的趨勢。張聲旺等［29］研究提示D 值對鑒別早期慢性移植腎病（CAN）的敏感度和特異度分別為58.3%和90.9%，MM.DWI 的定量參數(shù)D 值能在一定程度上無創(chuàng)性評價(jià)早期CAN。REN 等［30］對腎移植受者（腎移植后2～4 周）進(jìn)行IVIM 技術(shù)檢查，研究發(fā)現(xiàn)功能正常的同種異體移植腎皮質(zhì)RBF 在統(tǒng)計(jì)學(xué)上低于健康對照組（P＜0.001），功能受損的同種異體移植腎的平均皮質(zhì)ADCslow、ADCfast、PF 和RBF 低于功能正常的患者（P＜0.05），接受者的平均皮質(zhì)層ADCslow、ADCfast、PF 和RBF 與eGFR 呈 正 相 關(guān)（均P＜0.01）。上述研究表明IVIM 能夠很好地反映腎移植術(shù)后微循環(huán)擴(kuò)散和灌注特性，為早期腎移植功能的的準(zhǔn)確定量評估提供了依據(jù)。

3.5 IVIM 對評估腎臟纖維化的初步研究臨床評估腎臟纖維化往往需要采用穿刺等手段，但由于有創(chuàng)、結(jié)果評估不準(zhǔn)確、缺乏定期評估手段等局限。隨著IVIM 技術(shù)的發(fā)展，近年來很多學(xué)者利用IVIM 技術(shù)對腎臟纖維化進(jìn)行研究越來越受到重視。BUCHANAN 等［31］證實(shí)CKD 和健康志愿者顯著差異包括T1，皮質(zhì)和髓質(zhì)表觀彌散系數(shù)（ADC），腎動(dòng)脈血流灌注中的皮、髓質(zhì)差異，并且各個(gè)定量參數(shù)隨著腎臟組織病理學(xué)纖維化發(fā)展而導(dǎo)致參數(shù)會發(fā)生變化。WOO 等［32］對IVIM 衍生參數(shù)與腎纖維化期間組織病理學(xué)變化關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ADC、IVIM 衍生參數(shù)與腎纖維化過程中纖維化面積和細(xì)胞密度顯著相關(guān)。MAO 等［33］在對85例CKD 患者和20例健康志愿者的腎臟IVIM 研究中，其所有參與者髓質(zhì)層的D、D*和f 值顯著低于皮質(zhì)層，CKD 患者的所有IVIM 參數(shù)顯著低于健康對照組。上述學(xué)者研究結(jié)果表明，IVIM 具有無創(chuàng)評估腎臟纖維化的潛力，當(dāng)然還需要以后進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究和臨床數(shù)據(jù)的進(jìn)一步總結(jié)。

4 總結(jié)與展望

目前，IVIM 在腎臟研究方面的研究還有待深入，一方面，很多腎臟IVIM 的相關(guān)研究納入樣本量不足，有的還是在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，很多研究需待日后進(jìn)一步大宗病例分析和總結(jié)。其次，在掃描技術(shù)方面，目前IVIM 掃描成像中，自由呼吸、屏氣掃描、膈肌導(dǎo)航、呼吸門控、心電門控等各式掃描方式盡管都有使用，但缺乏技術(shù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化。與此同時(shí)，目前國內(nèi)外對IVIM 掃描參數(shù)的設(shè)置、b值的選擇沒有達(dá)成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此所測得的數(shù)值存在一定的差異。 但無論如何，IVIM 作為動(dòng)態(tài)病變反映分子擴(kuò)散和微循環(huán)變化的有效手段，可全面反映腎臟病理及生理方面的變化，在腎臟疾病的診斷、療效評估及定量定性分析等方面展現(xiàn)了很大潛力，有著廣闊的臨床研究及應(yīng)用前景。