移植腎相關(guān)并發(fā)癥的多模態(tài)MRI研究進(jìn)展

宋一丹 綜述 文兵，傅飛先 審校

益陽市中心醫(yī)院放射科，湖南 益陽 413000

與長(zhǎng)期透析相比，腎移植在延長(zhǎng)患者壽命及提高生活質(zhì)量上具有較大優(yōu)勢(shì)[1-2]。然而，移植腎的相關(guān)并發(fā)癥仍然是導(dǎo)致其失敗的重要原因之一[3-4]。因此，及時(shí)的診斷和干預(yù)治療其相關(guān)并發(fā)癥是提高腎移植成功率的關(guān)鍵。目前，用于評(píng)估移植腎相關(guān)并發(fā)癥的方法主要有腎臟活檢、腎小球?yàn)V過率估計(jì)值(estimated glomerular filtration rate，eGFR)、超聲及MRI等，活檢是評(píng)判移植腎功能受損的金標(biāo)準(zhǔn)，但它具有有創(chuàng)性，同時(shí)存在采樣誤差及感染等風(fēng)險(xiǎn)[5]，其他評(píng)估方法也存在一定不足[6-7]。而MRI是一種無創(chuàng)檢查方法，其在腎移植方面能提供水分子擴(kuò)散、血氧含量及血流灌注等信息[8]。多模態(tài)MRI技術(shù)包括擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)、擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion，IVIM)、擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、血氧水平依賴(blood oxygen-level-dependent，BOLD)、動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling，ASL)等[9]。本文主要講述并對(duì)比前四種以擴(kuò)散原理為基礎(chǔ)的多模態(tài)MRI技術(shù)在移植腎相關(guān)并發(fā)癥評(píng)估中的研究進(jìn)展。

1 DWI

1.1 DWI理論基礎(chǔ) DWI的成像原理是假設(shè)生物組織中水分子以隨機(jī)高斯運(yùn)動(dòng)進(jìn)行彌散，再采用單指數(shù)模型計(jì)算從而提供有價(jià)值的信息[10]。DWI的主要參數(shù)為ADC值，用于定量評(píng)估擴(kuò)散特性，ADC值越低，表示彌散受限越明顯。

1.2 DWI評(píng)估移植腎相關(guān)并發(fā)癥的研究發(fā)展 DWI可用于檢測(cè)移植腎[11]并發(fā)癥，主要是因?yàn)槟I臟微循環(huán)灌注不足、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)以及腎臟纖維化等病理改變都可能引起水分子的擴(kuò)散受限[12]。DWI在急性排斥反應(yīng)方面的研究，先是HUEPER等[13]在研究小鼠腎移植排斥反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)DWI可能可以區(qū)分缺血性損傷引起的急性排斥反應(yīng)和一般的組織水腫，之后HOLLIS等[14]發(fā)現(xiàn)在特定的b值下，急性排斥反應(yīng)的發(fā)生率與ADC值有顯著的相關(guān)性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)室值(例如血肌酐水平或肌酐清除率)相比，ADC值能更好地檢測(cè)出急性排斥反應(yīng)。楊朝武等[15]通過制作大鼠左側(cè)腎動(dòng)脈狹窄摸型來評(píng)估DWI對(duì)缺血性腎臟結(jié)構(gòu)和功能的價(jià)值，結(jié)果表明腎皮髓質(zhì)ADC值與GFR均呈正相關(guān)，說明DWI對(duì)顯示腎臟缺血損傷及損傷后腎萎縮具有一定價(jià)值。FALETTI等[16]在驗(yàn)證DWI對(duì)腎移植后急性腎小球腎炎的診斷價(jià)值過程中，發(fā)現(xiàn)ADC值在急性期受影響和未受影響的組織之間存在明顯差異，說明DWI具有區(qū)分正常組織與病變組織的能力。FAN等[17]研究發(fā)現(xiàn)在評(píng)價(jià)患者嚴(yán)重移植腎腎動(dòng)脈狹窄方面，ADC值具有良好的敏感性和特異性。DWI技術(shù)一直在不斷發(fā)展和完善中，小視野擴(kuò)散加權(quán)成像(reduced field of view diffusion weighted imaging，r-FOV DWI)是3.0T磁共振的一項(xiàng)新技術(shù)，能提高圖像分辨率，減少偽影。XIE等[18]研究發(fā)現(xiàn)多b值r-FOV DWI能有效監(jiān)測(cè)移植腎功能，而余元蒙等[19]研究發(fā)現(xiàn)其雖在識(shí)別移植腎排斥反應(yīng)時(shí)有較高的特異度,但是還不能鑒別移植腎急性排斥反應(yīng)的亞型。這些研究結(jié)果都表明DWI在腎移植并發(fā)癥監(jiān)測(cè)中具有較大潛力及良好的應(yīng)用前景。

1.3 DWI技術(shù)的局限性 第一，DWI技術(shù)是假設(shè)水分子擴(kuò)散均符合高斯分布，但人體組織結(jié)構(gòu)具有內(nèi)在特異性而使其擴(kuò)散并不完全符合高斯分布；第二，ADC值除了與自由水分子擴(kuò)散的有關(guān)外，還受多種因素的影響，例如毛細(xì)血管微灌注以及管狀流動(dòng)等。

2 DTI

2.1 DTI技術(shù)理論基礎(chǔ) 水分子擴(kuò)散是一個(gè)三維過程，組織中的水分子運(yùn)動(dòng)具有不同的方向性，而DWI只能測(cè)量水分子在擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)方向上的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。DTI是DWI技術(shù)的一種臨床擴(kuò)展，它利用至少六種不同的擴(kuò)散方向而獲得定向擴(kuò)散的信號(hào)，能為組織微觀結(jié)構(gòu)研究提供更詳細(xì)的信息[20]。DTI的主要特征參數(shù)為部分各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)，取值范圍為0~1，取值越大代表彌散受限越明顯，其余參數(shù)還包括相對(duì)各向異性、容積比指數(shù)等。

2.2 DTI評(píng)估移植腎相關(guān)并發(fā)癥的研究發(fā)展 在健康的腎臟中，髓質(zhì)的FA值高于皮質(zhì)的FA值[23]，提示髓質(zhì)各向異性較皮質(zhì)明顯，此結(jié)論符合腎臟解剖結(jié)構(gòu)信息。DEGER等[24]在DTI評(píng)估移植腎急性排斥反應(yīng)以及移植腎早期功能的研究中，發(fā)現(xiàn)髓質(zhì)FA值與移植腎功能具有良好相關(guān)性，而腎皮質(zhì)FA值與其無明顯相關(guān)性。FAN等[25]發(fā)現(xiàn)移植腎皮質(zhì)ADC值、髓質(zhì)ADC值及髓質(zhì)FA值隨移植物功能下降而降低，并且與eGFR呈正相關(guān)，而皮質(zhì)FA與功能變化無明顯相關(guān)性。BANE等[26]推測(cè)在纖維化嚴(yán)重的移植腎中，隨著纖維化的進(jìn)展，F(xiàn)A值與其的相關(guān)性可能由負(fù)轉(zhuǎn)為正。LI等[27]在評(píng)估FA值與移植腎組織病理改變的相關(guān)性的研究中，發(fā)現(xiàn)髓質(zhì)FA值與多種組織病理學(xué)評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。這些表明DTI具有評(píng)估移植腎組織病理改變的潛力。

2.3 DTI技術(shù)的局限性 第一，DTI和DWI類似，得到的擴(kuò)散系數(shù)都是基于最簡(jiǎn)單的模型，而人體組織結(jié)構(gòu)使水分子擴(kuò)散并不完全符合高斯分布；第二，擴(kuò)散方向數(shù)量的選擇可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第三，圖像低信噪比及各種偽影的影響。

3 IVIM

3.1 IVIM技術(shù)理論基礎(chǔ) 1988年，LE BIHAN等[28]學(xué)者首次提出IVIM的概念。IVIM技術(shù)同樣以水分子自由擴(kuò)散為基礎(chǔ)，但其能將水分子自由擴(kuò)散與微循環(huán)灌注區(qū)分開[29]。IVIM的參數(shù)主要包括：擴(kuò)散系數(shù)D、偽擴(kuò)散系數(shù)D*、灌注分?jǐn)?shù)f和總ADC值，其中，擴(kuò)散系數(shù)D及偽擴(kuò)散系數(shù)D*分別反映了水分子的真實(shí)擴(kuò)散信息和微循環(huán)灌注信息；

3.2 IVIM評(píng)估移植腎相關(guān)并發(fā)癥的研究發(fā)展 近年來，IVIM在移植腎并發(fā)癥方面的研究取得了較快的進(jìn)展。REN等[30]對(duì)62例腎移植患者及20名健康志愿者進(jìn)行IVIM檢查，發(fā)現(xiàn)ADCslow值(即D)、ADCfast值(即D*)以及f與eGFR呈正相關(guān)，同時(shí)證實(shí)IVIM具有評(píng)價(jià)腎小球硬化、間質(zhì)纖維化等可能導(dǎo)致彌散參數(shù)降低的腎臟功能及微結(jié)構(gòu)的能力。CHEN等[31]研究證實(shí)IVIM參數(shù)與腎小球?yàn)V過率(eGFR)具有良好的相關(guān)性，且發(fā)現(xiàn)功能良好的移植物腎皮質(zhì)ADC值、ADCslow值、ADCfast值、f值及髓質(zhì)ADC值、ADCslow值均顯著高于功能受損的移植物，能在腎移植早期檢測(cè)移植腎的功能障礙。在兒童腎移植方面，POYNTON等[32]發(fā)現(xiàn)D*與Banfft及CI評(píng)分呈中度負(fù)相關(guān)、與班夫I評(píng)分呈中度正相關(guān)，表明IVIM有潛力作為一種無創(chuàng)方法來評(píng)估兒童移植腎的病理組織改變情況。NI等[33]研究表明IVIM-DWI具有鑒別腎移植患者是否需要臨床干預(yù)的潛力。ZHANG等[34]以小鼠為對(duì)象研究IVIM對(duì)于評(píng)估慢性腎移植物損傷的價(jià)值，結(jié)果表明IVIM能比肌酐更早檢測(cè)到慢性腎移植物損傷，同時(shí)定量評(píng)估移植物纖維化程度。目前很多學(xué)者聯(lián)合IVIM及其他MRI技術(shù)來評(píng)估移植腎相關(guān)并發(fā)癥。BANE等[26]聯(lián)合使用IVIM、DTI、T1 mapping等技術(shù)評(píng)估移植腎功能障礙并纖維化的診斷價(jià)值，通過對(duì)15位移植腎功能穩(wěn)定的患者以及12例慢性移植腎功能障礙或移植腎纖維的患者進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)ADC值和T1測(cè)量值能預(yù)測(cè)18個(gè)月內(nèi)eGFR下降情況。任濤等[35]聯(lián)合IVIM與ASL MRI評(píng)估早期移植腎功能，結(jié)果顯示兩者聯(lián)合使用的敏感度和特異度均高于兩種技術(shù)單獨(dú)使用時(shí)。

3.3 IVIM技術(shù)的局限性 第一，不同b值的選擇、噪聲影響等導(dǎo)致所獲得的IVIM參數(shù)存在一定誤差[36]；第二，由于腎臟的解剖特異性，僅憑IVIM技術(shù)很難將其內(nèi)腎小管和集合管內(nèi)的液體流動(dòng)與血管內(nèi)血液流動(dòng)分開。

4 DKI

4.1 DKI技術(shù)理論基礎(chǔ) DKI是近年來新興的一種MRI技術(shù)，在超高b值(>1 000 s/mm2)下獲得，可揭示水分子的非高斯擴(kuò)散。前文已提到人體生物組織的水分子擴(kuò)散會(huì)受到組織結(jié)構(gòu)的限制而偏離高斯分布。偏離高斯分布的程度即峰度，它反映的是組織微觀結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性和不規(guī)則性，DKI不僅能提供DTI所有常見的擴(kuò)散參數(shù)，而且還能獲得額外的特征峰度參數(shù)。DKI的特征峰度參數(shù)包括平均峰度MK，徑向峰度K⊥和軸向峰度K//，MK值越大，表示結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，水分子的非高斯分布受到的擴(kuò)散限制程度越高[37]。

4.2 DKI評(píng)估移植腎相關(guān)并發(fā)癥的研究發(fā)展 在腹部臟器中，DKI主要應(yīng)用于前列腺及肝臟[38-39]的檢查，在腎臟方面的研究還比較少。PENTANG等發(fā)現(xiàn)與常用的單指數(shù)ADC模型相比，DKI模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合較好，同時(shí)能獲得更高的信噪比，表明在反映腎臟組織微結(jié)構(gòu)特征方面DKI比傳統(tǒng)的DWI更為準(zhǔn)確。程仲元等[40]研究發(fā)現(xiàn)，正常人腎臟皮質(zhì)特征峰度參數(shù)值均高于髓質(zhì)，表明其特有的峰度參數(shù)值能提供更多腎皮髓質(zhì)微結(jié)構(gòu)的信息。在腎臟疾病應(yīng)用方面，至今僅有少量研究報(bào)道了DKI在小鼠纖維化、IgA腎病、高尿酸血癥中的研究[41-43]，而DKI評(píng)估移植腎相關(guān)并發(fā)癥更是鮮有研究，表明其在此方面可能存在較大的探索空間。

4.3 DKI技術(shù)的局限性 第一，b值的選擇很重要但尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[44]；第二，由于呼吸、心跳以及人為因素等，DKI的圖像偽影、圖像退化以及峰度值的誤差問題還有待解決[45]。因此，需要更多的實(shí)驗(yàn)研究這種技術(shù)的潛力，使其能提供更多有關(guān)腎臟病理改變的信息。

5 展望

移植腎術(shù)后并發(fā)癥的病理、生理類型復(fù)雜，且一般都不是孤立發(fā)生的，同一患者也可以同時(shí)發(fā)生多個(gè)并發(fā)癥。因此，僅用某種MRI技術(shù)所提供的信息是不全面的，若聯(lián)合其他功能MRI技術(shù)或是其他無創(chuàng)檢測(cè)方法如超聲，則可以轉(zhuǎn)變成更強(qiáng)大的診斷工具，例如目前已有腎臟計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)(renal computer-assisted diagnostic，Renal-CAD)方面的研究，即聯(lián)合DWI、BOLD以及實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，及時(shí)、準(zhǔn)確地診斷急性排斥反應(yīng)[46]。因此，相信多模態(tài)MRI技術(shù)在早期發(fā)現(xiàn)和診斷移植腎并發(fā)癥方面具有極大的潛力及廣闊的應(yīng)用前景，從而為腎移植患者的臨床管理和決策提供合理的參考建議。