應(yīng)用功能磁共振成像評估狼瘡性腎炎患者腎功能預(yù)后

湯 雄 張 炯 余元蒙 張龍江 劉志紅

狼瘡性腎炎(LN)是我國常見的繼發(fā)性腎小球腎炎，是導(dǎo)致系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)患者死亡的重要原因之一。2003年國際腎臟病協(xié)會和腎臟病理組織(ISN/RPS)主要根據(jù)腎小球病變對LN進(jìn)行了分型[1]。腎組織形態(tài)學(xué)的活動性評分(AI)和慢性化評分(CI)與LN患者腎功能預(yù)后密切相關(guān)[2-3]。

近來，功能磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)如磁共振彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging,DWI)、彌散張量成像(diffusion-tensor imaging,DTI)、血氧水平依賴成像(blood oxygen level dependent,BOLD)、體素內(nèi)不相干運(yùn)動成像(introvoxel incoherent imotion,IVIM)和磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography,MRE)等,廣泛應(yīng)用于器官功能和病理生理改變的研究和臨床診斷，可評估腎臟組織灌注、腎組織氧合、腎間質(zhì)彌散以及細(xì)胞代謝和分子表達(dá)等[4]。DWI和IVIM檢查發(fā)現(xiàn)，慢性腎臟病(CKD)患者腎臟纖維化程度、血清肌酐(SCr)與DWI-表觀彌散系數(shù)(ADC)呈負(fù)相關(guān)[5-6]。有作者發(fā)現(xiàn)LN患者基線腎功能及其預(yù)后均與DWI及BOLD呈相關(guān)性，基線ADC值高，腎功能預(yù)后相對較好[7]。

臨床上對腎組織病變程度的評價主要依靠經(jīng)皮腎穿刺組織活檢病理學(xué)分析[3]，缺乏將功能影像結(jié)合組織病理，并對LN患者遠(yuǎn)期腎功能變化進(jìn)行評估的研究。本研究擬通過觀察多模態(tài)fMRI與LN患者腎組織活動性評分及SCr變化斜率的相關(guān)性，評估LN患者腎組織損傷程度和預(yù)后。

對象和方法

研究對象選取2017年6月至2018年9月在國家腎臟疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心就診的LN患者。入選標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合1997年美國風(fēng)濕病學(xué)會制定的SLE診斷標(biāo)準(zhǔn)[8]，腎組織病理學(xué)診斷符合LN診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]；(2)具備腎組織活檢常規(guī)病理檢查資料[9]；(3)行fMRI成像。本研究為單中心、回顧性研究，經(jīng)過東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。收集患者一般資料，腎活檢前3天內(nèi)SCr、血清白蛋白、尿蛋白定量等檢驗結(jié)果，并在臨床隨訪中收集上述資料。

功能磁共振成像數(shù)據(jù)采集所有患者在禁食、禁飲4～6h后，行磁共振(美國GE公司，場強(qiáng)3.0T)檢查(腎活檢前3天內(nèi))，所有掃描均使用32通道的體部線圈，在檢查前進(jìn)行呼吸訓(xùn)練以保證掃描過程中節(jié)律性自由呼吸[10-11]。

IVIM評價腎臟水分子運(yùn)動和微循環(huán)的功能狀態(tài)，使用以下16個擴(kuò)散梯度b值進(jìn)行軸向多部分回波平面DW MR成像以獲取表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)圖：0、10 s/mm2、30 s/mm2、50 s/mm2、70 s/mm2、100 s/mm2、150 s/mm2、200 s/mm2、400 s/mm2、800 s/mm2、1 000 s/mm2、1 500 s/mm2、2 000 s/mm2、2 500 s/mm2、3 000 s/mm2、3 500 s/mm2和4 000 s/mm2。 在三個正交方向上施加梯度，隨后進(jìn)行平均化以最小化擴(kuò)散各向異性的影響。呼吸觸發(fā)掃描，平均采集時間6 min。

DTI使用三個b值(0、1 000 s/mm2、2 000 s/mm2)30個不同的擴(kuò)散梯度方向進(jìn)行軸向回波平面DTI序列。呼吸觸發(fā)掃描，平均采集時間約為6 min。

BOLD評價腎臟皮髓質(zhì)的氧和狀態(tài)。使用T2*加權(quán)多回波快速梯度回波序列掃描腎臟4個層面。屏氣掃描，屏氣時間11s。

MRE評價腎臟的硬度變化，彈性成像的機(jī)械振動來源于外置的主動氣動驅(qū)動系統(tǒng)，通過超聲定位將驅(qū)動器致動器放置在左腎的相應(yīng)表面投影上。振動頻率60 Hz，屏氣掃描。使用流動補(bǔ)償?shù)亩S回波平面冠狀MRE脈沖序列進(jìn)行采集，以獲得腎的幅度圖和相應(yīng)的硬度圖。每次屏氣時間為20s，總共80s。

fMRI成像數(shù)據(jù)分析參與者的原始成像數(shù)據(jù)均由兩名經(jīng)驗豐富影像科醫(yī)師(對臨床，實驗室和組織學(xué)數(shù)據(jù)不知情)獨(dú)立分析，排除成像不佳病例(腎臟多發(fā)囊腫、結(jié)石，呼吸偽影大及腹水較多等)后，再由商業(yè)成像工作站(Advantage Workstation 5; GE Healthcare)的Functool進(jìn)行后處理。

IVIM和DTI：在ADC和FA圖上，左側(cè)腎臟上中下極，依水平位于腎臟前面、后面、側(cè)面，皮髓質(zhì)各選取ROI區(qū)域1個，總計18個ROI區(qū)域。(圖1A/2B、圖1C/2D)分別計算腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的平均擴(kuò)散值。

BOLD：在BOLD偽彩圖上，左腎腎門部分冠狀位皮髓質(zhì)各選取ROI區(qū)域8個，總計16個ROI區(qū)域(圖1E/1F)。利用T1加權(quán)圖像和彩色圖來輔助ROI放置。

獲取數(shù)據(jù)值如IVIM-ADC值、DTI-FA值等，取均值，如數(shù)值差距過大則共同重新分析圖像進(jìn)行ROI劃定及數(shù)據(jù)分析，再取均值。

MRE：通過使用供應(yīng)商提供的內(nèi)置軟件對每個切片所有三個方向和所有四個運(yùn)動時間點(diǎn)求平均來生成硬度圖。為每個患者生成最少三個硬度圖冠狀層面用于硬度測量。 使用幅度MRE圖像手動追蹤腎實質(zhì)作為每個成像層面上的感興趣區(qū)域。左側(cè)腎臟冠狀位由背側(cè)面至腹側(cè)面，選取ROI區(qū)域4個(圖1G/H)。

腎活檢組織病理學(xué)資料收集腎活檢常規(guī)病理數(shù)據(jù)(包括AI、CI，球性硬化比例、間質(zhì)纖維化評分)以及LN分型。對腎活檢組織Masson染色進(jìn)行圖像分析(Aperio ImageScope,版本 12.3.3.1014)，量化腎活檢組織皮質(zhì)區(qū)纖維化百分比(圖1I/J)。

圖1 IVIM、DTI、BOLE及MRE興趣區(qū)選取方法A、B：IVIM在左側(cè)腎臟上中下極，依水平位于腎臟前面、后面、側(cè)面，皮髓質(zhì)各選取ROI區(qū)域1個；C、D：DTI興趣區(qū)選取方法同IVIM；E、F：左側(cè)腎臟腎門部分冠狀位皮髓質(zhì)各選取ROI區(qū)域8個;G、H：左側(cè)腎臟冠狀位由背側(cè)面至腹側(cè)面，選取ROI區(qū)域4個；I、J：病理Masson切片排除腎小球及小血管后進(jìn)行纖維化定量分析;IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動成像；ROI：興趣區(qū)；DTI：彌散張量成像；FA：各向異性分?jǐn)?shù)；BOLD：血氧水平依賴成像；MRE：磁共振彈性成像

統(tǒng)計學(xué)方法采用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS.24(IBM SPSS Statistics，版本 24.0.0.0)，對所有測量結(jié)果行正態(tài)分布及方差齊性檢驗。如連續(xù)變量符合正態(tài)分布，采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，t檢驗，若不符合正態(tài)分布采用中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示，采取Wilcoxon秩和檢驗。分類變量采用Person卡方檢驗或Fisher精確檢驗。非參數(shù)相關(guān)分析采用Spearman分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

一般情況共納入LN患者32例，27例有隨訪資料，其中腎活檢基線合并AKI者10例。所有患者的基線臨床和組織學(xué)資料見表1。

fMRI序列與臨床病理數(shù)據(jù)的相關(guān)性AKI組腎皮質(zhì)IVIM Standard-ADC值及腎皮質(zhì)FA值均顯著低于非AKI組；AKI組髓質(zhì)FA值也顯著低于非AKI組。然而，BOLD、MRE皮、髓質(zhì)區(qū)數(shù)據(jù)在AKI和非AKI患者之間無差異(表2)。皮質(zhì)FA值與腎組織AI呈負(fù)相關(guān)(R=-0.36，P<0.05)，與CI之間也呈負(fù)相關(guān)(R=-0.37，P<0.05)。然而IVIM、MRE，BOLD序列值與AI和CI之間相關(guān)性不明顯。

fMRI序列與腎功能變化的相關(guān)性分析27例患者隨訪資料，SCr升高組(定義為SCr上升>30%或規(guī)律透析)基線皮質(zhì)DTI-FA值顯著低于SCr平穩(wěn)組，(0.164±0.031 μm2/msvs0.195±0.065 μm2/ms，P<0.001)。DTI-FA值與SCr升高速率呈負(fù)相關(guān)(R=-0.681，P<0.05)。在AKI亞組中，隨訪7例患者，3例腎功能未恢復(fù)或進(jìn)入規(guī)律透析，4例患者SCr下降,其DTI值之間比較無統(tǒng)計學(xué)差異。腎功能預(yù)后與病理評分CI、DTI-FA值分別進(jìn)行受試者工作特征曲線分析，可見CI與SCr升高組(AUC 0.651，最佳截斷值：CI=3分,靈敏度 57%，特異度64% )，與DTI-FA值(AUC 0.615，最佳截斷值：DTI-FA 0.168，靈敏度55%，特異度62%)。

表1 LN患者臨床病理基線數(shù)據(jù)

LN：狼瘡性腎炎；AKI：急性腎損傷；eGFR 估算的腎小球濾過率；AI：活動性病變評分；CI：慢性化病變評分

表2 LN患者基線fMRI序列值

fMRI：功能磁共振成像；IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動成像；stand-ADC標(biāo)準(zhǔn)表觀彌散系數(shù)；DTI：彌散張量成像；FA：各向異性分?jǐn)?shù)；BOLDL血氧水平依賴成像；MRE：磁共振彈性成像

討 論

LN患者腎臟病變程度往往決定腎功能預(yù)后及治療干預(yù)效果[2-3]，對存在腎活檢禁忌及需動態(tài)監(jiān)測腎組織形態(tài)學(xué)改變的LN患者，fMRI可作為輔助診斷。既往的研究證實，對LN患者行DWI檢查，基線與隨訪過程中，腎功能預(yù)后均與DWI-ADC值關(guān)系密切[7]。IVIM作為DWI最新進(jìn)展，進(jìn)一步顯示腎組織灌注與彌散，可更加準(zhǔn)確地反映LN患者腎組織微循環(huán)狀態(tài)。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)基線水平LN患者合并AKI時，其IVIM Standard-ADC值顯著低于非AKI組，可能與毛細(xì)血管內(nèi)、毛細(xì)血管外增殖性病變使血管袢堵塞，血流灌注降低、血液流速減慢而導(dǎo)致水分子運(yùn)動減弱相關(guān)。同時小管間質(zhì)病變?nèi)缂毙阅I小管壞死，急性間質(zhì)性腎炎，大量炎細(xì)胞浸潤及小管腔堵塞、壞死，水分子(小管間質(zhì)中的尿液和組織液)運(yùn)動減弱，也可導(dǎo)致腎小球濾過功能快速下降，SCr一過性升高[12]。本研究顯示腎臟急性病變越重，ADC值降低越明顯，提示了IVIM Standard-ADC值可反映腎臟急性病變程度。

DTI作為DWI的另一項進(jìn)展，不僅反映水分子布朗運(yùn)動程度，同時也反映水分子運(yùn)動方向性[11,13-14]。本研究發(fā)現(xiàn)，基線水平LN患者合并AKI組皮髓質(zhì)FA值均顯著低于非AKI組患者，同時FA值與狼瘡AI、CI評分呈負(fù)相關(guān)，即FA值越低，患者腎臟急慢性病變程度均加重，表明FA值可準(zhǔn)確反映LN患者腎臟病變組織形態(tài)學(xué)急慢性改變。既往動物實驗中，發(fā)現(xiàn)大鼠腎臟結(jié)構(gòu)功能的損傷，會導(dǎo)致水分子(血液、小管間質(zhì)中的尿液、組織液)彌散程度減弱，彌散方向較正常腎組織減少，皮髓質(zhì)DTI-FA值均降低[11]。也有類似研究發(fā)現(xiàn)在糖尿病患者腎病早期(無尿檢異常、SCr升高)即可觀察到FA值降低[15]，表明DTI-FA值也可較早期發(fā)現(xiàn)腎臟病的結(jié)構(gòu)功能變化。

CKD進(jìn)展時，管周毛細(xì)血管稀疏化，腎小管氧供降低、壞死，導(dǎo)致間質(zhì)纖維化進(jìn)一步加重，腎臟氧彌散功能、組織氧合狀態(tài)及腎臟硬度值發(fā)生改變[16-17]?；谝陨喜±砩硖攸c(diǎn)，BOLD、MRE作為應(yīng)用于腎臟領(lǐng)域的熱點(diǎn)[10,18-19]，在本研究中并未發(fā)現(xiàn)這些序列與LN腎臟病理活動性評分間相關(guān)性。BOLD利用去氧血紅蛋白的順磁性，可用來反映腎臟組織的氧合水平，既往研究結(jié)論也往往不同，主要考慮腎組織氧供減弱的同時，腎臟耗氧量及氧氣彌散程度均降低，因而無法準(zhǔn)確評估腎組織的氧合狀況[7,19-21]。而作為在腎移植腎功能評估中較為成熟的MRE，可準(zhǔn)確地評估移植腎纖維化程度及預(yù)測其腎功能變化[10,18]。在本研究中并未發(fā)現(xiàn)MRE與基線腎功能相關(guān)性及預(yù)測價值，考慮到原位腎臟較移植腎位置較深，剪切波受干擾大。同時，本研究LN患者隨訪時間較短，不能準(zhǔn)確記錄腎功能長期變化，因而相較于腎移植受者，其應(yīng)用受限。

值得關(guān)注的是，本研究通過對LN患者進(jìn)行6個月短期隨訪，發(fā)現(xiàn)SCr升高組(SCr較基線上升超過30%或持續(xù)腎臟替代治療)較SCr平穩(wěn)患者，基線DTI-FA值顯著降低，說明DTI具有較好穩(wěn)定性，可在腎臟病早期預(yù)測腎功能預(yù)后，且隨訪過程中，基線DTI-FA值與SCr升高斜率呈負(fù)相關(guān)，即基線DTI-FA值高的患者，腎功能恢復(fù)較快。LN-AKI亞組中，功能未恢復(fù)或規(guī)律透析與SCr下降患者相比,前者DTI值較后者降低，但無統(tǒng)計學(xué)意義。而非AKI組患者中，有3例患者出現(xiàn)SCr升高，其FA值與非AKI組均值相比無差異。本研究分別將CI、DTI-FA值與SCr升高組進(jìn)行受試者曲線分析，發(fā)現(xiàn)兩者預(yù)測腎功能變化能力相近，表明DTI-FA值可預(yù)測短期內(nèi)腎功能變化。

本研究首次將fMRI序列DTI應(yīng)用于LN患者的腎功能評估，作為觀察性研究，發(fā)現(xiàn)DTI不僅能夠反映LN患者基線腎臟狀態(tài)，同時也能較好地預(yù)測其腎功能轉(zhuǎn)歸狀態(tài)。

本研究樣本量小，隨訪時間短，后續(xù)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量、延長隨訪時間，并構(gòu)建fMRI預(yù)測模型，以闡明fMRI參數(shù)對LN腎功能遠(yuǎn)期預(yù)后的評估價值。

小結(jié)：本文發(fā)現(xiàn)IVIM及DTI等功能影像序列，可用于LN組織形態(tài)學(xué)改變的評估，并借此預(yù)測短期內(nèi)腎功能的變化趨勢。未來需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量和隨訪時間進(jìn)行研究探索。