急性梗阻腎損傷MRI研究進展

葉梅，陳昆濤

作者單位：遵義醫(yī)科大學第五附屬(珠海)醫(yī)院放射科，珠海519100

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)，定義為數(shù)小時內腎功能下降，表現(xiàn)為血清肌酐快速增加，尿量減少或兩者兼而有之[1]。5%～10%病例由尿路梗阻(腎后因素)如結石，腫瘤，先天變異、腹膜后纖維化等引起[2]。非梗阻性AKI(腎前、腎性因素)患者常伴有嚴重的基礎疾病，病死率較高，而梗阻性AKI 患者常可通過手術等干預方式解除梗阻明顯減低病死率。非梗阻性AKI 可迅速導致腎小管細胞損傷及毒性作用，而梗阻性AKI 隨著梗阻時間及程度逐漸增加導致腎小管壓力增高，引起腎血流及水分子運動等改變。輕度AKI 恢復后患者仍有進展為慢性腎病或過早死亡的風險[1]。所以及時鑒別梗阻與非梗阻AKI 是患者治療和預后的關鍵。早期梗阻時，除腎絞痛外患者缺乏特定體征或癥狀，臨床主要靠血清肌酐等實驗室指標監(jiān)測，但其不能反映單腎功能且缺乏敏感性，人體必須先丟失近50%腎小球濾過率(glomerular Filtration Rate，GFR)才能檢測到其變化[3-4]。MR對于鑒別非梗阻與梗阻性腎損傷具有形態(tài)學及功能學優(yōu)勢，MR 能明確梗阻點、梗阻原因與梗阻程度，功能MR 成像對早期梗阻引起病理生理改變較敏感。

1 MR尿路成像及動態(tài)對比增強MR成像

功能性MR 尿路成像(function magnetic resonance urography，fMRU) 與 動 態(tài) 對 比 增 強MR 成 像(dynamic contrast-enhanced macgnetic resonance renography，DCE-MRI)基于對比劑的排泄和造影力學評估腎功能。且MRU及DCE-MRI 具有良好形態(tài)學顯示價值。釓類對比劑的腎臟排泄與菊粉相似，不被腎小管分泌或吸收，因此，對比劑可能是測量GFR 的良好示蹤劑，對比劑的清除率能準確反映腎臟清除率。MRU有CTU所能達到高精度的潛力，同時也消除了患者暴露于電離輻射的風險，MRU 可重復采集顯示出比CTU 更好的可視化效果，對梗阻部位及梗阻原因能更直觀地顯示。MRU 檢測鈣化結石的能力雖然相比CTU較差，但MRU在檢測泌尿系結石梗阻后腎臟病理改變方面表現(xiàn)更好[5]。fMRU測定速尿對比劑腎引流時間-強度曲線以評價腎功能，使用CHOP fMRU 工具和ImageJ MRU 插件測量腎臟轉運時間(renal transit time，RTT)，發(fā)現(xiàn)RTT低于1200s排除固定梗阻具有較高敏感性，fMRU具有評估腎功能方面的準確性，但是否手術干預需要腎動態(tài)顯像的后續(xù)驗證[6]。但在嬰兒和兒童急性尿路阻塞的情況下，對患兒行腎動態(tài)顯像檢查發(fā)現(xiàn)其敏感性是較低的，所以能有效避免電離輻射的fMRU 則可以代替腎動態(tài)顯像評估腎功能[7]。DCE-MRI 的一種基于雙室模型的patlakl-rutland 方法可以獲取單腎GFR-MRI，對于阻塞性腎積水的患者，從血清肌酐值中發(fā)現(xiàn)各級別腎積水患者組間無顯著性差異，說明血清肌酐估算GFR 無法區(qū)分各級別的腎盂積水及測量單腎功能，所以在腎積水的情況下，需要通過DCE-MRI 或腎顯像評估單腎的GFR。而后發(fā)現(xiàn)DCE-MRI 和腎動態(tài)顯像均存在高估腎盂積水患者的腎功能，但兩種方法均具有良好的可靠性，DCE-MRI 功能及解剖的一站式掃描，可以減少病人的時間和成本，可用于腎動態(tài)顯像的禁忌證[8]。但是在腎損傷后，釓類對比劑可能有安全隱患，但總體安全性可，對于輕度至中度腎功能不全(eGFR≥30 和＜60 mL/min/1.73 m2)的患者，使用標準劑量的釓劑是安全的，無需采取其他預防措施[9]。所以fMRU 及DCE-MRI僅限于用于單側梗阻的病例，而不能用于嚴重腎功能不全的雙側梗阻病例。

2 擴散功能磁共振

2.1 擴散加權磁共振成像

基于ADC通過不同b值變化提供組織內擴散的量化信息。而從擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)圖像計算的ADC 值實際上結合了毛細血管灌注和水在細胞外血管外空間中的擴散，如果可以將擴散和灌注貢獻分開，灌注也有助于提供信號變化的有用信息。體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion imaging，IVIM)則可以分離組織內擴散與灌注作用，得到純擴散系數(shù)D、假擴散系數(shù)D*及灌注分數(shù)f，當擴散是唯一存在的運動時，ADC 值就等于純擴散系數(shù)D[10]。擴散加權成像無需引用對比劑就可以無創(chuàng)評估腎臟灌注及尿路梗阻時腎小管壓力增高后腎臟的血流及水分子運動。 單側輸尿管梗阻(unilateral ureter obstruction，UUO)小鼠，患側腎臟ADC 降低，與患腎病理組織學比較分析，發(fā)現(xiàn)早期ADC 降低可能與尿流阻塞有關，而后期ADC值減低主要與患腎纖維化有關，證明梗阻過程中ADC對尿流和纖維化更為敏感[11]。對單側輸尿管結石患者進行高b 值的ADC 檢測，阻塞側腎實質中ADC 值較對側降低，腎上極和下極實質ADC 變化更大，提示結石梗阻時腎臟兩極對梗阻引起的病理變化更敏感[12]。當嘗試分離評估擴散信號時，與急性梗阻患者ADC 差異結果相比，分離擴散和灌注后的信號分析顯示出更大的數(shù)據(jù)差異，提示有必要將灌注和擴散作用分開，才能更好地評價腎功能的真實變化[13]。IVIM 非常適合檢測高血流器官(例如腎臟)中的擴散，因為IVIM 將分子擴散信號與毛細管灌注信號的影響分離開來的能力很明顯，腎臟皮髓質擴散和灌注的程度不同，IVIM 分別針對皮質和髓質而不是對整個腎臟的分析有可能有助于評估腎臟生理的不同方面[14]。腎臟維持電解質的平衡和代謝產(chǎn)物的排泄，即腎小管中尿液的形成和流動，是D*和f 變化的主要原因[15]。大鼠輸尿管梗阻早期，腎血流量(renal blood flow，RBF)下降，RBF值和f 值變化趨勢是一致的，表明梗阻早期，灌注可能是更需要考慮的關鍵因素[16]。兔輸尿管長期梗阻后，病理發(fā)現(xiàn)腎臟纖維化面積和細胞密度持續(xù)增加，D相較ADC表現(xiàn)出更強的逆相關性，暗示D 可能與細胞活性有更高的相關性，D 更能反映細胞活性[17]。在梗阻致腎臟纖維化患者中發(fā)現(xiàn)髓質的D，D*和f值均顯著低于皮質。所有患者的IVIM參數(shù)均顯著低于健康對照者，且與組織病理學纖維化評分顯著負相關。所以IVIM 在無創(chuàng)評估梗阻后腎纖維化方面也顯示出巨大潛力[18]。利用IVIM檢測不同時長UUO 兔解除梗阻后患腎功能，發(fā)現(xiàn)其參數(shù)與GFR、病理有較好的相關性，表明IVIM 也對積水腎解除梗阻后腎功能的恢復情況有一定預測價值[19]。

2.2 擴散張量成像

DWI只能反映水分子沿擴散梯度場方向的擴散，不能準確地檢測水分子在每個體素上的各向擴散。而擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可以更全面地反映水分子在腎組織的各向擴散，提供更多關于組織成分的異質性和不規(guī)則性信息。平均擴散率(mean diffusivity，MD)也即某一體素ADC 值，各向異性分數(shù)(fractional anisotraphy，F(xiàn)A)反映分子在各向移動的程度[20]。UUO 小鼠同時用DWI 與DTI 進行評估，發(fā)現(xiàn)FA 比ADC 更適合檢測腎積水后腎臟纖維化[21]。DTI評估由各種因素輸尿管腎盂連接處梗阻的患兒，發(fā)現(xiàn)梗阻側腎臟各向異性值顯著降低。但由于患兒器官較小，呼吸控制困難，很難單獨為腎皮質及髓質劃分ROI，及DTI 空間分辨率較弱等關系使DTI 的評價產(chǎn)生了負面影響，纖束造影體積高估了fMRU測量的腎實質體積，發(fā)現(xiàn)fMRU對這類患兒的評估可能更好。但DTI 給我們提供了新思路，對該技術進行改進并開展更多的研究，DTI無需對比劑就可以很好的評估輸尿管梗阻的腎功能變化[22]。

2.3 擴散峰度成像

擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是基于DTI 技術的延伸，DWI 與DTI 評價的水分子擴散符合高斯分布，而真實的生物組織由于病理微觀結構的復雜性其水分子運動更符合非高斯分布，所以DKI 更能評估組織微觀復雜結構，DKI 除了能提供常規(guī)DTI 參數(shù)，還能提供平均峰度(mean kurtosis，MK)、峰 度 各 異 向 性(kurtosis anisotropy，KA)等[23]。大鼠輸尿管梗阻早期KA 值明顯升高，提示梗阻后腎組織結構越緊密，MD 和FA 值明顯下降，其中髓質FA 的減少幅度最大，組織學檢查發(fā)現(xiàn)腎小管結構和纖維組織的塌陷取代了腎血管，而FA 由腎血流決定，提示早期腎實質受損時，腎小管病理改變可導致髓質微循環(huán)減少，因此，F(xiàn)A檢測梗阻發(fā)生的病理生理變化方面可能比KA 和MD 更敏感。患腎皮質、髓質MK、KA 明顯高于對側，這表明梗阻腎的微觀結構發(fā)生的改變導致水分子的分布偏離了高斯分布。結合組織學改變，梗阻腎MD明顯低于對側，提示了炎癥細胞浸潤導致腎實質中水分子擴散受限；FA明顯低于對側，提示腎小管萎縮消除了局部水分子沿小管方向性的擴散，導致FA 減少。DKI 顯示了檢測腎臟復雜病理微觀結構改變的能力，顯示了無創(chuàng)評估梗阻單腎功能改變的潛力[24]。

3 血氧水平依賴MRI

血氧水平依賴MRI (blood oxygen level dependent magnetic resonance imaging，BOLD MRI)是一種無需外源性對比劑的MRI 技術，是一種基于血紅蛋白氧飽和水平的改變而成像的內源性對比劑灌注成像。可以從BOLD 圖像中計算出R2*的映射，R2*可精確地無創(chuàng)評估組織氧合。當尿路梗阻時由于腎小管壓力增大會導致腎臟氧含量的變化。急性梗阻時BOLD圖像發(fā)現(xiàn)患腎皮質與髓質R2*降低，提示遠端結石梗阻患者腎臟中氧含量增加，髓質內氧含量增加可能因髓質耗氧量減少，證實了急性阻塞時髓質血管舒張性前列腺素產(chǎn)生增加，對側腎臟R2*同樣減少，驗證了腎小球代償率的增加，所以BOLD提供梗阻期間腎臟血氧信息能有助于確定輸尿管梗阻造成腎功能損害時的梗阻時間，對治療策略提供更全面的信息[25]。大鼠輸尿管梗阻1h后檢測腎髓質內BOLD信號，發(fā)現(xiàn)其變化較敏感，并且通過T2WI 與BOLD 結合分析梗阻前、梗阻后及釋放梗阻后的腎臟發(fā)現(xiàn)輕度梗阻組的R2*變化率小于重度梗阻組，說明了在梗阻時間及解除梗阻后時間一致條件下，梗阻程度越輕恢復的越好，血氧水平變化幅度越小恢復得越好[26]。同樣有研究觀察到急性阻塞期間腎髓質更容易檢測氧含量的細微變化，釋放梗阻后，腎臟R2*可增加到健側腎臟相似的值，而且BOLD檢測髓質中的變化會比DWI更明顯，原因是BOLD圖像比DWI圖像有更高的空間分辨率，獲取ROI圖像更容易。因此BOLD MRI 可用于監(jiān)測長期梗阻腎功能的變化[27]。BOLD 持續(xù)檢測兔輸尿管梗阻發(fā)現(xiàn)直到6 周時患腎皮質R2*保持穩(wěn)定無變化，所以BOLD 同樣可以反映輸尿管梗阻后腎纖維化的形成和進展[28]。

4 動脈自旋標記及相位對比磁共振成像

動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)也是一種無創(chuàng)功能MRI 方法，ASL 通過磁化標記內源性血液量化組織的血流灌注。對受試者在多個反轉時間采集ASL 信號，發(fā)現(xiàn)ASL 與DCE-MRI 獲得RBF 的估計值有良好的一致性[29]。在輸尿管梗阻后，腎臟RBF 隨梗阻時間的延長逐漸減低。符合梗阻后腎臟的病理生理改變。另外，梗阻1 d后患側與對側腎臟RBF即產(chǎn)生顯著差異，而此時病理學免疫組化參數(shù)尚未顯示差異，表明ASL 可早期敏感地探測血流變化，有望應用于腎臟病變的早期觀察及療效評估進一步研究[30]。相位對比磁共振成像(phase-contrast magnetic resonance imaging，PC-MRI)也是一種無創(chuàng)測量RBF的替代方法，與體內外測量RBF的金標準方法具有良好的相關性，并具有良好的重現(xiàn)性，盡管PC-MRI極少在AKI 患者中得到應用，在梗阻性AKI 中尚未應用，但研究表明PC-MRI 具有評價腎功能變化的臨床研究及臨床實踐的潛力[31]。

5 其他MRI技術

也有一些報道較少的功能MR成像可用于評估輸尿管梗阻后腎功能的變化。磁共振彈性成像通過可視化組織中剪切波的傳播可無創(chuàng)地測量組織的硬度。因為梗阻后腎積水會影響腎臟局部彈性，彈性成像能夠診斷尿路急性或慢性阻塞[32]。磁化率加權成像(susceptibility weighted imaging，SWI)序列r 值的變化量可提供梗阻進展過程中腎纖維化的定量評估[33-34]。磁化轉移成像(magnetization transfer，MT)利用非共振射頻脈沖在兩個質子池之間進行質子交換的時間獲取游離水質子MRI 信號。交換后水信號的減少間接提供了有關分子信息。小鼠患側腎臟與正常腎臟組織相比，梗阻后腎臟MTR值下降，髓質的變化更大[35]。DWI 結合定量MT 掃描評估UUO小鼠發(fā)現(xiàn)，在未梗阻與梗阻腎臟之間定量MT 成像各參數(shù)均有明顯變化，可以補充DWI 提供之外的更多的信號信息，可極大地提高檢測腎臟細胞和分子組成變化的敏感度，提供有關輸尿管梗阻進展的病理生理基礎補充信息[11]。

6 小結

綜上所述，MRI 是一種廣泛應用的無創(chuàng)成像方法，無電離輻射且具有良好的軟組織對比度，還能提供腎臟的功能分析。常規(guī)T2WI 成像即可區(qū)分顯示正常腎臟皮、髓質，為評價腎積水的一種高度敏感的方法。MRI不僅能明確梗阻點、梗阻原因及梗阻程度，對尿路梗阻引起的繼發(fā)變化也非常敏感。MRU及DCE-MRR具有良好形態(tài)學顯示價值，通過對比劑排泄及造影力學可準確反映腎臟清除能力，但釓劑有安全隱患，但總體來說安全性可，可用于單側尿管梗阻輕度至中度腎功能不全患者。擴散功能成像通過對水分子的擴散即可反映梗阻后腎臟真實復雜的微觀組織病理生理變化，是侵入性評估腎臟病理生理變化的無創(chuàng)代替方法。IVIM 及ASL、PC-MRI 等技術無需引入對比劑就能夠評估梗阻腎血流灌注，BOLD 提供的梗阻期間腎臟血氧信息能有助于確定輸尿管梗阻造成腎功能損害時的梗阻時間，及梗阻恢復后的腎功能監(jiān)測，對治療策略提供更全面的信息。還有許多功能MR 成像技術在未來具有評價梗阻后腎功能變化的臨床研究及臨床實踐的潛力。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。