功能磁共振成像在糖尿病腎病無(wú)創(chuàng)評(píng)估中的應(yīng)用

趙金義，李洪義，王曉申，王煜寧，史曉航，孫維洋，邢 健

(牡丹江醫(yī)學(xué)院 1.研究生處;2.附屬紅旗醫(yī)院磁共振科，黑龍江 牡丹江 157011)

糖尿病最嚴(yán)重的后果是持續(xù)高血糖導(dǎo)致人體各器官發(fā)生病理變化，其中，持續(xù)性的腎損害是主要并發(fā)癥之一[1]。然而，在DN的早期，由于缺乏明顯的腎病臨床表現(xiàn)，其臨床診斷并不簡(jiǎn)單。腎活檢是發(fā)現(xiàn)早期DN的一種方式，但由于其侵襲性強(qiáng)，不能廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐。目前，DN的臨床診斷主要依賴于尿微量白蛋白的檢測(cè)，然而在腎損害的早期，腎臟本身的代償功能往往使這項(xiàng)檢查的結(jié)果為陰性。研究表明，某些fMRI技術(shù)在檢測(cè)早期DN方面可能比蛋白尿更敏感[2]。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)DN的影像研究,探討fMRI技術(shù)在評(píng)估DN中的應(yīng)用價(jià)值。

1 常規(guī)磁共振成像技術(shù)在評(píng)估DN中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 T1、T2加權(quán)成像T1和T2加權(quán)成像(T1WI、T2WI)取決于組織成分，能夠在解剖MRI中提供不同的組織對(duì)比度，當(dāng)糖尿病導(dǎo)致慢性腎損害時(shí)，在腎小球?yàn)V過率降低的患者中腎皮質(zhì)的T1弛豫時(shí)間增加[3]。但T1和T2對(duì)DN檢測(cè)的敏感性和特異性較低，其在檢測(cè)糖尿病纖維化腎臟患者中的作用仍有待測(cè)試。

1.2 磁敏感加權(quán)成像磁敏感加權(quán)成像(SWI)可以根據(jù)組織成分的磁化率差異來描述其特征，由于糖尿病腎病纖維化改變了組織成分和易感性，這為使用SWI進(jìn)行糖尿病腎纖維化成像提供了機(jī)會(huì)[4]，但由于SWI是通過評(píng)估其對(duì)組織特性的影響來間接評(píng)估腎纖維化，因此其評(píng)估糖尿病纖維化腎臟的特異性較低。

1.3 彌散加權(quán)成像彌散加權(quán)成像(DWI)能夠測(cè)量表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)值并反映組織的結(jié)構(gòu)特征，在DN慢性腎臟纖維化中，細(xì)胞外基質(zhì)的沉積和積累以及腎小管萎縮進(jìn)一步限制了水分子的流動(dòng)性導(dǎo)致DWI彌散受限[5]。腎功能衰竭患者的皮質(zhì)和髓質(zhì)的 ADC 值明顯低于正常患者，ADC 值反映了由糖尿病腎氧合減少引起的慢性腎小管間質(zhì)改變的程度。因此，水分子擴(kuò)散的測(cè)量可以間接推斷糖尿病腎纖維化的存在和程度。

2 新興磁共振成像技術(shù)在評(píng)估DN中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 血氧水平依賴成像血氧水平依賴成像(BOLD-MRI)是一種新穎的fMRI技術(shù)，它利用脫氧血紅蛋白的順磁性來獲取對(duì)腎組織氧濃度敏感的圖像，可以快速、無(wú)創(chuàng)地評(píng)估動(dòng)物模型和人類的腎內(nèi)氧合[6]。隨著糖尿病患者血液中脫氧血紅蛋白濃度的增加，質(zhì)子的T2弛豫時(shí)間減少并且在周圍組織中發(fā)生更多的失相 ，這會(huì)在脫氧血紅蛋白濃度增加的區(qū)域產(chǎn)生可測(cè)量的信號(hào)損失。BOLD-MRI已廣泛用于大腦等器官,與血液PO2變化相關(guān)的血紅蛋白血氧飽和度變化在PO2水平較低時(shí)最為顯著，這使得BOLD MRI非常適合于腎髓質(zhì)的氧合測(cè)量[7]，其中單次回波平面成像(EPI)對(duì)磁化率差異的敏感性很高，能夠提高時(shí)間分辨率，但會(huì)導(dǎo)致圖像失真、信號(hào)丟失和空間分辨率受限，多重梯度回憶回波(mGRE)序列是目前最廣泛用于腎BOLD MRI[8]，與EPI方法相比，mGRE技術(shù)提供了具有較好的的信噪比、空間分辨率和圖像質(zhì)量的R2*(=1/T2*)圖像。因此，BOLD-MRI 可以為糖尿病早期腎損傷的病理生理學(xué)提供重要的見解，并評(píng)估腎損傷藥物干預(yù)措施。

2.2 彌散張量、彌散峰度成像彌散張量成像(DTI)是另一種新穎的fMRI技術(shù)，其反映了水分子在不同方向中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。DTI在腎臟的應(yīng)用顯示，由于腎小管流量與腎臟的過濾功能有關(guān)，在DN慢性腎損傷中，彌漫性間質(zhì)纖維化以及腎小管萎縮、細(xì)胞浸潤(rùn)和腎小球瘢痕也可能改變水的擴(kuò)散[9]，如前所述，纖維和大分子等組織成分限制水的擴(kuò)散，水的擴(kuò)散程度(“峰度”)反映了組織的微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。彌散峰度成像(DKI)是一種新興的MR技術(shù)，是DTI的自然延伸，但需要相對(duì)較大的b值(>1000 s/mm2)才能進(jìn)行穩(wěn)健測(cè)量[10]，糖尿病纖維化腎臟能導(dǎo)致水分?jǐn)U散造成額外障礙，從而增加擴(kuò)散峰度[11]。應(yīng)用DTI、DKI兩種技術(shù)能夠微觀提供腎臟結(jié)構(gòu)及功能變化，在DN的無(wú)創(chuàng)評(píng)估中具有重大效能。

2.3 磁化轉(zhuǎn)移成像磁化轉(zhuǎn)移成像(MTI)利用不同環(huán)境中質(zhì)子池之間的自旋交換，可用于評(píng)估腎組織的大分子含量。半定量MT比率(MTR)等更簡(jiǎn)單的指標(biāo)是最常用的MT方法，可用于評(píng)估糖尿病腎細(xì)胞凋亡和纖維化，然而MTR測(cè)量的靈敏度、特異性和可重復(fù)性會(huì)受到各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)和場(chǎng)強(qiáng)的影響。為了提高特異性和靈敏度，利用定量MT(qMT)方法來提取基于生物物理模型的定量參數(shù)，并將大分子質(zhì)子池與自由水池的比率(PSR)與弛豫率和交換率隔離開來，研究表明，內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)的缺乏與晚期糖尿病腎纖維化相關(guān)[12]，高PSR值的腎面積百分比與組織學(xué)纖維化指數(shù)密切相關(guān)，表明qMT可用于檢測(cè)和量化糖尿病腎纖維化。MTI的高功能性將使得其應(yīng)用于DN具有重大前景。

2.4 動(dòng)態(tài)自旋標(biāo)記DN與腎臟微血管系統(tǒng)功能障礙有關(guān)，導(dǎo)致腎臟血液灌注減少，且測(cè)量血液灌注對(duì)不同藥物的反應(yīng)也有助于闡明糖尿病腎臟血流動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)的機(jī)制。動(dòng)態(tài)自旋標(biāo)記(ASL)的磁共振成像已被用于測(cè)量人類的腎血流灌注[13]，ASL是一種無(wú)需靜脈對(duì)比劑即可量化組織灌注的成像技術(shù)[14]，通過磁共振成像(MRI)脈沖序列在腎上腺主動(dòng)脈內(nèi)“標(biāo)記”供應(yīng)腎臟的血液的水成分。在無(wú)標(biāo)記和標(biāo)記后的情況下，對(duì)腎臟的選定部分進(jìn)行成像，兩次采集之間的信號(hào)差異為灌注差異，并允許基于每個(gè)體素自動(dòng)計(jì)算定量灌注，研究表明，隨著腎臟間質(zhì)纖維化程度的增加，ASL組織灌注明顯下降[15]，ASL-MRI能夠量化糖尿病的早期腎灌注損傷，發(fā)現(xiàn)糖尿病不同慢性腎臟病階段的變化。

2.5 體素內(nèi)非相干運(yùn)動(dòng)成像體素內(nèi)非相干運(yùn)動(dòng)成像(IVIM)是指在給定體素內(nèi)和在測(cè)量時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出方向和幅度上的速度分布的平移運(yùn)動(dòng)[16]。IVIM成像可以檢測(cè)體內(nèi)水分子的擴(kuò)散和灌注依賴性擴(kuò)散，其測(cè)量的參數(shù)與糖尿病慢性腎纖維化密切相關(guān)。Ebrahimi等人表明IVIM衍生的參數(shù)不僅可以檢測(cè)狹窄腎臟的細(xì)微功能和結(jié)構(gòu)變化，還可以作為腎小管損傷的標(biāo)志物[17]，IVIM測(cè)量的腎臟參數(shù)與組織病理學(xué)纖維化評(píng)分之間存在顯著負(fù)相關(guān)。IVIM成像通過顯示水?dāng)U散以及組織灌注和血管分布，在評(píng)估糖尿病慢性腎損傷方面顯示出巨大潛力。

2.6 磁共振彈性成像磁共振彈性成像(MRE)是一種基于相位對(duì)比的磁共振技術(shù)，用于計(jì)算材料特性。MRE被認(rèn)為是定量的、無(wú)創(chuàng)的觸診[18]，在DN慢性腎損傷導(dǎo)致纖維化的發(fā)展過程中，由于細(xì)胞外基質(zhì)的積累通常會(huì)使受影響的器官硬化，MRE可通過可視化剪切波在組織中的傳播，無(wú)創(chuàng)地測(cè)量組織硬度。然而，當(dāng)腎血流量的減少掩蓋了由于糖尿病腎臟纖維化導(dǎo)致的皮質(zhì)固有硬度的增加時(shí)，其檢出率可能會(huì)受到影響。

3 其他影像學(xué)技術(shù)

3.1 超聲彈性成像與MRE一樣，超聲彈性成像(UE)可以通過評(píng)估組織硬度來檢測(cè)腎纖維化。其中，剪切波彈性成像(SWE)通過測(cè)量超聲產(chǎn)生的剪切波速度(SWV)來評(píng)估組織彈性，以計(jì)算組織剛度，該剛度與SWV的平方成正比，大多數(shù)研究報(bào)告表明SWV降低與腎功能受損有關(guān)，與DN導(dǎo)致的腎纖維化之間存在良好的相關(guān)性[19]。然而，腎臟硬度增加可受除腎纖維化以外的一系列因素的影響，包括組織灌注、腎小管或間質(zhì)壓力以及組織各向異。因此，UE在測(cè)量腎纖維化方面的實(shí)用性還有待提高。

3.2 放射學(xué)成像技術(shù)包括計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、正電子發(fā)射斷層掃描(PET)和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(SPECT)，也顯示出對(duì)糖尿病腎纖維化成像的前景。例如，Zhu等人開發(fā)了與抗膠原蛋白抗體結(jié)合的金納米顆粒作為CT成像對(duì)比劑，用于評(píng)估糖尿病腎纖維化[20]。目前靶向纖維化的PET和SPECT配體也已開發(fā)出來，并顯示可用于評(píng)估肝臟、肺部、和心臟纖維化，未來研究其對(duì)糖尿病腎纖維化具有良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

在最近的二十年中，用于無(wú)創(chuàng)評(píng)估DN的MRI技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，如糖尿病會(huì)導(dǎo)致腎小管萎縮，限制水分子的流動(dòng)并增加腎臟硬度，而DWI、MRE以及MTI技術(shù)可以無(wú)創(chuàng)評(píng)估腎纖維化；血管稀疏會(huì)降低腎臟灌注和氧氣供應(yīng)，這可以應(yīng)用BOLD-MRI評(píng)估組織缺氧。MRI的多功能性為通過測(cè)量其對(duì)組織結(jié)構(gòu)和功能特性的影響來探測(cè)糖尿病腎病提供了機(jī)會(huì)。