體素內(nèi)不相干運動擴散加權(quán)成像在腎臟的應(yīng)用進展

匡靜 黃小華 成濤 方可薇

人體組織內(nèi)水分子不斷地進行擴散運動，其擴散受細胞大小、細胞結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，隨著組織微觀結(jié)構(gòu)的改變而變化。擴散加權(quán)成像（DWI）能夠無創(chuàng)性檢測體內(nèi)水分子擴散受限的程度和方向，但常規(guī)DWI反映的水分子擴散特征受毛細血管網(wǎng)血流灌注的影響，體素內(nèi)不相干運動（in travoxel incoherent motion，IVI M）DW I則能夠分別檢測組織水分子擴散和微循環(huán)灌注的狀態(tài)，從而更準確地反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化[1]。目前IVIM已越來越多地應(yīng)用于肝臟、胰腺、前列腺等[2]。腎臟是人體重要的排泄及內(nèi)分泌器官，具有豐富的毛細血管網(wǎng)及小管系統(tǒng)，當各種原因引起腎臟結(jié)構(gòu)或功能的改變時，腎臟水分子擴散運動必然受影響。本文簡述IVIM-DWI的基本原理，并介紹其在原發(fā)性腎病、繼發(fā)性腎病及腎移植中的應(yīng)用進展。

1 IVIM原理

Le Bihan等[1]首次提出基于雙指數(shù)數(shù)學模型的IVIM概念。IVIM假設(shè)組織內(nèi)水分子擴散運動基于非高斯分布，且其產(chǎn)生的信號呈雙指數(shù)模型衰減，計算公式為：Sb/S0=f·exp（-b·D*）+（1-f）·exp（－b·D），其中b值為反映序列中梯度大小及持續(xù)時間的擴散敏感因子，f值為反映局部微血管灌注效應(yīng)占總擴散效應(yīng)比例的灌注分數(shù)，D*為代表微血管灌注的假性擴散系數(shù)，D值為代表單純的水分子擴散的真性擴散系數(shù)。臨床應(yīng)用中，通過設(shè)定多個b值掃描，并擬合計算得到相應(yīng)的參數(shù)值。在b值較低時，主要反映微血管的灌注情況，而b值較高時主要反映真實水分子擴散特征。IVIM通過雙指數(shù)數(shù)學計算模型將興趣區(qū)內(nèi)真實的水分子擴散和微血管灌注區(qū)分開，彌補了常規(guī)DWI的缺點，從而能更準確地反映組織內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的變化。

2 IVIM在腎臟中的應(yīng)用

2.1 原發(fā)性腎臟疾病

2.1.1 腎腫瘤 根據(jù)腎腫瘤組織來源不同可分為腎細胞腫瘤、間葉腫瘤、腎母細胞及囊性腫瘤等亞型[3]。Rheinheimer等[4]對26例腎腫瘤（20例透明細胞腎細胞癌、3例移行細胞癌、2例嗜酸性粒細胞瘤、1例乳頭狀瘤）病人及30例健康對照者行IVIM檢查，結(jié)果顯示腎腫瘤ADC值和D值顯著低于正常腎實質(zhì)，并較正常組分布更分散；腎腫瘤組與健康對照組的ADC、D及f值具有顯著差異；腎透明細胞癌的f值明顯高于非透明細胞癌。van Baalen等[5]對13例腎實性占位性病變 （9例透明細胞癌、2例乳頭狀細胞癌、1例血管瘤、1例嗜酸性細胞瘤）及5例腎囊腫病人行IVIM-DWI檢查發(fā)現(xiàn)，腎囊腫的f值明顯高于非病灶區(qū)的腎髓質(zhì)，但低于腎透明細胞癌，其D值明顯高于腎透明細胞癌，同時腎囊腫的f值和D值均高于腎實性良性腫瘤。李等[6]比較分析了21例腎臟乏脂性錯構(gòu)瘤與26例腎乳頭狀細胞癌病人術(shù)前的IVIM參數(shù)值發(fā)現(xiàn)，乳頭狀腎細胞癌f值明顯低于腎乏脂性錯構(gòu)瘤（P＜0.001），D值明顯高于腎乏脂性錯構(gòu)瘤（P＜0.05），D*在2種腫瘤間差異無統(tǒng)計學意義（P=0.085）；D值鑒別兩者的特異度高于f值的（分別為95.7%和85.2%），f值鑒別兩者的敏感度高于D值的（分別為91.3%和51.9%）。

IVIM在腎腫瘤應(yīng)用的研究不局限于不同腎腫瘤的診斷與鑒別診斷。有研究者分析了IVIM對腎腫瘤分級的診斷價值，如Zhu等[7]回顧性分析107例經(jīng)病理證實的腎透明細胞癌病人的IVIM資料，其中Ⅰ級26例，Ⅱ級27例，Ⅲ級25例，Ⅳ級29例，并將其分為低級（Ⅰ＋Ⅱ）和高級（Ⅲ＋Ⅳ），發(fā)現(xiàn) D和D*值與腎透明細胞癌分級呈負相關(guān) （r=-0.677和-0.693，P＜0.05），f值與腎透明細胞癌分級呈正相關(guān) （r=0.699，P＜0.05）；D、D*和 f值診斷低和高級別腎透明細胞癌的受試者操作特征曲線下面積（AUC）分別為 0.934、0.837和 0.793,診斷敏感度分別為82.0%、80.7%和83.2%，特異度分別為90.8%、86.3%和82.6%。目前腎臟腫瘤治療以手術(shù)為主，新輔助靶向治療是進展期腎癌的重要治療手段。但關(guān)于腎癌靶向治療的療效存在一定的爭議，所以準確評估其療效至關(guān)重要[8]。但目前尚未見關(guān)于IVIM對腎癌靶向治療療效評估的相關(guān)研究。

綜上，IVIM參數(shù)值不僅在正常腎實質(zhì)與腎腫瘤間有差異，且在不同病理類型及不同惡性程度的腫瘤間也有差異，因此IVIM-DWI在腎腫瘤的診斷及鑒別診斷中具有一定價值，但關(guān)于腎癌靶向治療療效評估的相關(guān)研究尚未見報道。

2.1.2 腎血管疾病 Ebrahimi等[9]采用組織學、多層螺旋CT及IVIM方法比較了用高膽固醇飲食誘導的家豬早期動脈粥樣硬化腎動脈狹窄（atherosclerotic renal artery stenosis，ARAS）、 單純腎動脈狹窄（renal artery stenosis，RAS）和正常對照組的腎功能、腎血流動力學及腎小管功能，發(fā)現(xiàn)ARAS組中有血管狹窄的腎臟和對側(cè)腎的皮髓質(zhì)D*和f值均顯著升高；RAS組中有血管狹窄的腎臟的皮質(zhì)f值顯著升高，其對側(cè)腎的皮髓質(zhì)D*值顯著升高；腎血管狹窄的腎皮質(zhì)ADC和D與纖維化程度呈負相關(guān)，與腎小球濾過率呈正相關(guān)，D*與所有腎臟的腎小管損傷評分相關(guān)。目前IVIM在腎血管疾病的應(yīng)用尚少，仍需進一步探索研究。

2.1.3 感染性疾病 據(jù)文獻[10]報道當泌尿系統(tǒng)感染引起膀胱輸尿管反流時，腎盂的f值和D值顯著高于對照組，且f/D、f/ADC、D*/D和D*/ADC均顯著高于對照組；IVIM的幾個參數(shù)值中，f值的 A U C（0.862）最高，敏感度為 66.7%，特異度為 90.3%；f值0.274作為區(qū)分膀胱輸尿管反流腎臟與非膀胱輸尿管反流腎臟的閾值，陽性預(yù)測值為70.00%，陰性預(yù)測值為88.89%，準確度為84.34%；IVIM各參數(shù)值在膀胱輸尿管反流的Ⅱ級和Ⅲ級，Ⅳ級和Ⅴ級組間差異無統(tǒng)計學意義。Lee等[11]采用IVIM評估上尿路感染時膀胱輸尿管反流對腎皮質(zhì)損傷的價值，結(jié)果顯示IVIM與核素腎靜態(tài)顯像結(jié)果的一致性較好（κ=94.8%；P＜0.05）；IVIM 對腎皮質(zhì)受損的腎臟的陽性預(yù)測值為100%，陰性預(yù)測值為96.5%；腎皮質(zhì)損傷組的ADC值和D值顯著低于正常對照組 （P＜0.01），D*和f值在腎皮質(zhì)組和對照組間的差異無統(tǒng)計學意義。以上研究表明，IVIM評價泌尿系感染對腎臟損傷的方法有所不同，但結(jié)果均證實IVIM可反映泌尿系統(tǒng)感染造成的腎臟損傷。

2.2 繼發(fā)性腎臟疾病

2.2.1 糖尿病腎病 糖尿病腎病是慢性腎病的主要原因之一。目前糖尿病腎病的診斷金標準為腎活檢，但為有創(chuàng)性。Deng等[12]采用IVIM研究糖尿病腎病，將糖尿病腎病病人作為實驗組，健康志愿者為對照組，結(jié)果顯示實驗組雙側(cè)腎的D值均明顯低于對照組，f值均明顯高于對照組，D*值在2組間無統(tǒng)計學差異。Feng等[13]的研究結(jié)果與Deng的結(jié)果相似，即糖尿病腎病組的D值明顯低于正常對照組；同時該研究將糖尿病腎病組按照蛋白尿程度分組比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病病人尿蛋白/肌酐的值與腎ADC和D值呈負相關(guān)，與IVIM的其他參數(shù)無相關(guān)性。糖尿病腎病的腎臟f值增加的原因可能是糖尿病早期血容量增加，腎臟內(nèi)液體負荷增加；D值的降低可能是由于腎小球基底膜增厚、腎小管上皮細胞腫脹等原因使水分子擴散受限。

2.2.2 輸尿管梗阻性繼發(fā)性腎病 輸尿管梗阻也是導致慢性腎病的重要原因之一。其主要作用機制是引起腎小管萎縮和腎間質(zhì)纖維化[14]。許多研究者通過建立單側(cè)輸尿管梗阻的動物模型研究分析IVIM對輸尿管梗阻導致的腎臟病理生理變化的評估。如Hennedige等[15]建立了單側(cè)輸尿管梗阻小鼠模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)扎后第7天腎臟實質(zhì)D值和f值均顯著低于結(jié)扎前相同腎臟實質(zhì)（P=0.014和0.046），D*值在結(jié)扎前后差異無統(tǒng)計學意義；病理組織學證實所有結(jié)扎腎臟在第7天出現(xiàn)纖維化進展和腎小球的減少。Hu等[16]通過研究IVIM評估大鼠可逆性輸尿管梗阻后腎臟的繼發(fā)性改變，發(fā)現(xiàn)輸尿管梗阻5 d內(nèi)腎臟的ADC、D、f、D*值和腎血漿流量隨時間增加而降低，在梗阻釋放后增加；病理組織學證實梗阻后腎臟出現(xiàn)腎小管腫脹，膠原纖維含量增加，解除梗阻后腎小管腫脹緩解。Woo等[17]通過對比分析單側(cè)輸尿管梗阻兔與健康對照組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)輸尿管梗阻后3 d腎臟的 ADC、D、f、D*值均較梗阻前顯著降低，同時梗阻后第7天腎臟的ADC、D、f、D*值比梗阻后第3天均有所增加，且ADC、D、D*值均顯著增加，使得梗阻后第7天僅腎臟的f值顯著低于梗阻前，ADC、D、D*值稍低于梗阻前。上述研究的結(jié)果雖不完全相同，但均發(fā)現(xiàn)輸尿管梗阻后腎臟的D和f值降低，且與梗阻后腎小管變性、萎縮等病理組織學變化相關(guān)。

2.2.3 外源性藥物性繼發(fā)性腎病 某些外源性藥物可引起腎血流量、腎小球濾過率等改變，甚至導致急性腎損傷。Sigmund等[18]對使用呋塞米前后的志愿者進行IVIM-DWI檢查，結(jié)果顯示IVIM-DWI對利尿劑引起的腎臟血流變化敏感。Jerome等[19]采用IVIM檢測多種藥物對大鼠腎臟血流量、水代謝等的影響，結(jié)果顯示：①氫丙嗪誘導可使全腎D*和f值顯著升高，與氫丙嗪引起的腎血流量增加一致；ADC和D值顯著降低，造成此結(jié)果的原因可能是細胞間質(zhì)的脫水；②呋塞米可使全腎ADC和D值顯著升高，與呋塞米利尿作用引起的腎小管內(nèi)水含量增加一致；③血管緊張素Ⅱ可使髓質(zhì)D*值顯著升高（P＜0.05）。增強檢查使用的對比劑也可引起腎臟的損傷，Liang等[20]用泛影葡胺對比劑誘導大鼠急性腎損傷，并在給藥前 24 h 及給藥后 30 min，12、24、48、72、96 h 分別行MRI檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)30 min內(nèi)D*值的降低早于f值，證明血管收縮的過程發(fā)生在液體體積減少之前；f和D*值與動脈自旋標記MR測得的腎血漿流量具有相關(guān)性 （r=0.768和0.67）；D、D*和f值變化遠遠早于血肌酐值的變化 （D、D*和f值在給藥后12~48 h發(fā)生顯著變化，而血肌酐值僅在給藥后72 h顯著升高，其余時間比給藥前稍升高或者稍降低）。Zhang等[21]研究了碘普羅胺對比劑對大鼠腎臟的影響，結(jié)果與Liang等[20]的相似，并發(fā)現(xiàn)D和f值在96 h內(nèi)先增加后下降，D*值先下降后逐漸恢復(fù)，這與腎小管上皮細胞和腎小球細胞腫脹、萎縮，甚至壞死、間質(zhì)血管擴張等系列病理變化相關(guān)。以上研究結(jié)果均證實了用IVIM-DWI監(jiān)測急性腎損傷進展的可行性。

2.2.4 其他繼發(fā)性腎病 Bane等[22]采用IVIM和動態(tài)增強MRI（DCE-MRI）評價慢性肝病病人的腎功能改變的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DCE-MRI檢測的腎小球濾過率（glomerular filtration rate，GFR）與肌酐血清肌酐獲得的估計腎小球濾過率（eGFR）顯著相關(guān)，但前者要低于后者，IVIM-DWI參數(shù)與eGFR無顯著相關(guān)性，DCE-MRI的GFR與D和ADC呈弱相關(guān)，認為腎IVIM與DCE-MRI灌注參數(shù)的相關(guān)性較弱，提示這些功能指標可能是互補的，不能互相代替。還有研究[23-24]表明IVIM可無創(chuàng)反映鐮狀細胞腎病、腎臟腫瘤引起的腎臟灌注及水分子擴散狀態(tài)，從而間接反映腎功能的受損程度。

2.3 腎移植 腎移植是終末期腎病病人的常用治療方法，但移植腎功能不全的發(fā)生率仍然較高，目前腎移植腎功能的評價方法有超聲、腎活檢等，但腎活檢屬有創(chuàng)性，故一般不作為首選方式[25-26]。Poynton等[27]將移植腎的IVIM評估和組織病理學BANFF評分進行相關(guān)性分析，BANFF評分包括小管炎（t評分）、間質(zhì)炎癥（i評分）、間質(zhì)纖維化（ci評分）和小管萎縮（ct評分），結(jié)果顯示腎皮質(zhì)D*值與t評分、ci評分呈顯著負相關(guān)，與i評分呈顯著正相關(guān)；f與ci評分和 ct評分顯著相關(guān)（P＜0．05）；其余 IVIM 參數(shù)與BANFF評分無顯著相關(guān)性。Ren等[28]的研究證實動脈自旋標記MRI和IVIM聯(lián)合應(yīng)用能較好地評價腎移植早期同種異體移植的擴散和灌注特性?？傊琁VIM-DWI能夠早期反映移植腎的腎功能變化，且與其病理組織學改變具有顯著相關(guān)性[29]。

3 小結(jié)

IVIM-DWI具有反映組織的水分子擴散狀態(tài)及血流灌注情況的優(yōu)勢，正逐漸應(yīng)用于腎臟多種疾病的檢查。IVIM-DWI能夠評估腎功能的變化，例如早期診斷急性腎功能損傷，監(jiān)測各種原因所致的慢性腎功能不全的腎功能變化和移植腎的腎功能評估等。此外，IVIM-DWI對腎臟腫瘤的診斷與鑒別診斷也具有一定的價值。

目前IVIM-DWI越來越廣泛地應(yīng)用于腎臟疾病的診斷，不同研究所使用的IVIM參數(shù)與腎功能實驗室指標，以及腎臟病理組織學改變的相關(guān)性，對腎臟腫瘤診斷及鑒別診斷的閾值等的研究結(jié)果不盡相同，這可能與不同研究的樣本量大小、實驗設(shè)備及序列參數(shù)設(shè)置等有關(guān)。另外，多種疾病和藥物等可引起腎功能不全，不同原因?qū)е碌睦^發(fā)性腎病有不同的特點，其IVIM參數(shù)也會有不同的變化趨勢。IVIM對腎癌靶向治療療效評估的相關(guān)研究尚未見報道。因此，IVIM-DWI在腎臟的應(yīng)用仍需進一步探究。