磁共振擴(kuò)散峰度成像定量評估IgA 腎病早期腎小管間質(zhì)損害的應(yīng)用價值研究

林家珍，崔鳳，殷佳珍，樂先杰，曹佑軍，楊丙奎

（浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬杭州市中醫(yī)院，杭州 浙江 310007）

IgA腎病（Immunoglobulin A nephropathy，IgAN）是最常見的原發(fā)性腎小球疾病，病理表現(xiàn)以腎小球系膜區(qū)IgA 沉積為主[1]，是導(dǎo)致終末期腎臟病的重要原因。腎臟纖維化是IgAN 最終進(jìn)展為終末期腎臟病的主要病理表現(xiàn)[2]，而腎小管間質(zhì)病理損害程度在腎臟纖維化中起決定性作用，是影響預(yù)后的獨立危險因素[3]。因此，定量評估和動態(tài)監(jiān)測早期腎小管間質(zhì)損害情況對于IgAN 的治療及預(yù)后至關(guān)重要。目前臨床上主要通過血清學(xué)檢測腎功能指標(biāo)及腎穿刺評估IgAN 患者腎臟損害程度，然而腎功能指標(biāo)的敏感度和特異度不高[4]，易受飲食、代謝及腎功能是否處于代償期內(nèi)等影響。腎穿刺作為診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，卻是一種有創(chuàng)操作，不利于長期動態(tài)監(jiān)測腎病理損害情況。基于擴(kuò)散加權(quán)成像和擴(kuò)散張量成像技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)散峰度成像（Diffusion kurtosis imaging，DKI）可用于反映水分子的非高斯擴(kuò)散程度[5]，在揭示IgAN 早期腎臟組織微觀結(jié)構(gòu)改變方面更具優(yōu)勢。此前有文獻(xiàn)報道磁共振功能成像可用于評估IgAN 腎纖維化[6]，而早期腎小管間質(zhì)病理損害程度的評估是延緩腎纖維化的關(guān)鍵，但目前缺乏相關(guān)研究。本研究擬探討MR-DKI 無創(chuàng)定量評估IgAN患者腎功能及早期腎小管間質(zhì)損害的臨床價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究從2020 年10 月—2021 年6 月連續(xù)66例于本院已完成腎穿刺活檢及MRI 檢查的不同病理分型的腎病患者中納入31 例明確診斷為IgAN的患者，其中男16例，女15 例；年齡19～57 歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡大于18 歲；②首次行腎穿刺；③經(jīng)腎穿刺活檢確診原發(fā)性IgAN；④腎臟超聲檢查顯示無嚴(yán)重腎萎縮。排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并其他腎臟疾病如膜性腎病等；②腎腫瘤病變（直徑＞10 mm）；③并發(fā)急性腎損傷；④多囊腎??；⑤圖像質(zhì)量不符合測量要求。最終本研究經(jīng)浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬杭州市中醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。所有參與者均獲得了書面的知情同意。

將18 名性別年齡均匹配的健康志愿者納入對照組，其中男8名，女10名，年齡23～67歲，所有志愿者既往均無腎臟相關(guān)病史，其腎功能指標(biāo)均正常。

1.2 方法

1.2.1 磁共振檢查方法

采用GE 公司的3.0T Discovery 750 MRI 成像儀對所有受試者進(jìn)行圖像采集，使用腹部相控陣表面線圈作為接收線圈。掃描野覆蓋雙側(cè)腎臟、腎上腺及部分肝臟。受試者仰臥位，頭先進(jìn)，采用單次自旋回波成像技術(shù)采集腎臟橫斷面圖像。先行常規(guī)MRI（橫斷面T2WI 序列）掃描，橫斷面T2WI 參數(shù)：TR：700.0 ms，TE：96.0 ms，F(xiàn)OV 28.5 cm×38 cm，矩陣168×320，層厚5.0 mm，層間距1.0 mm，后行腎臟DKI 序列掃描，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，掃描層數(shù)24～26層，包括雙側(cè)全腎臟。DKI 序列參數(shù)：TR 4 800.0 ms，TE 73.9 ms，F(xiàn)OV 40 cm×40 cm，矩陣192×192，激勵次數(shù)2次，30 個擴(kuò)散方向，3 個b值（分別為0、1 000、2 000 s/mm2）。

1.2.2 圖像后處理

在未獲悉患者臨床資料的前提下，由我院放射科高年資醫(yī)師將DKI 圖像經(jīng)GE 公司AW 4.6 工作站Functool 分析軟件處理，生成平均擴(kuò)散系數(shù)（Mean diffusivity，MD）圖和平均峰度（Mean kurtosis，MK）圖，選擇近腎門水平作為測量層面，雙側(cè)腎臟均進(jìn)行測量，在b=0 s/mm2圖像上每側(cè)腎皮質(zhì)及髓質(zhì)分別放置3 個ROI，皮髓質(zhì)ROI 面積均為15～22 mm2。放置ROI 避開腎盂結(jié)構(gòu)及可能出現(xiàn)偽影的區(qū)域。每名受試者每個參數(shù)圖像均得到12 個ROI內(nèi)的參數(shù)值，為減少誤差，左右腎皮質(zhì)和髓質(zhì)每3 個ROI 取一平均值。

1.2.3 臨床生化指標(biāo)檢測

在所有患者M(jìn)RI 檢查前完成血清Scr、Cys-C及24 小時尿蛋白定量（24 h-Upro）檢測，并根據(jù)慢性腎臟疾病流行病學(xué)協(xié)作組（CKD-EPI）開發(fā)公式[7]估算eGFR，由一名臨床醫(yī)師統(tǒng)計記錄。

1.2.4 腎活檢組織病理學(xué)評估

在患者完成MRI 檢查后2 天內(nèi)行腎活檢，在B超引導(dǎo)下經(jīng)右腎下極行腎穿刺。取腎實質(zhì)標(biāo)本2～3條，長約1～2 cm，保存后送至腎病實驗室行光鏡、免疫熒光檢查。由我院實驗室兩位專業(yè)病理醫(yī)生共同對腎實質(zhì)病理損害進(jìn)行積分評估，根據(jù)腎小管間質(zhì)損傷病理積分標(biāo)準(zhǔn)[8]對IgAN 患者病理損害情況進(jìn)行評分（表1）。根據(jù)患者腎小管間質(zhì)病理損害程度的不同，將其分為2 個亞組，即輕度損害組（總分≤3分，15 例）、中重度損害組（總分4～9分，16 例）。

表1 腎小管間質(zhì)損傷病理積分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

本研究應(yīng)用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）或中位數(shù)（四分位數(shù)間距））（M（IQR））的形式表示，定性資料用數(shù)字和百分比（n，%）表示。S-W 檢驗所有數(shù)據(jù)正態(tài)性。配對樣本t 檢驗用于比較所有參與者左右腎及同側(cè)腎皮質(zhì)與髓質(zhì)之間的DKI 參數(shù)值差異。采用ANOVA 檢驗比較3 組受試者腎臟MD 和MK 值差異，隨后用LSD 檢驗進(jìn)行組間兩兩比較。采用Spearman 相關(guān)性分析腎臟MD 和MK 值和腎功能指標(biāo)及腎小管間質(zhì)損傷病理積分的相關(guān)性，ROC 曲線用于評估腎臟MD 和MK 值對IgAN 不同程度腎小管間質(zhì)損害的鑒別診斷效能。P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 腎臟DKI 和病理圖像分析

所有受試者均完成MRI 檢查，所得DKI 圖像均符合研究要求，雙腎大小形態(tài)正常，腎臟皮、髓質(zhì)顯示清晰，IgAN 患者腎活檢病理圖像可見不同程度的腎間質(zhì)纖維化、腎小管萎縮及炎癥細(xì)胞浸潤，比較健康志愿者及不同程度腎小管間質(zhì)損害IgAN 患者的DKI 參數(shù)圖及腎病理圖（圖1～3）。

圖1 女，55歲，對照組DKI 參數(shù)圖。圖1a 為MD圖，其對應(yīng)的皮質(zhì)平均值為4.333×10-3 mm2/s，髓質(zhì)平均值為4.072×10-3 mm2/s；圖1b 為MK圖，其對應(yīng)的皮質(zhì)平均值為0.345，髓質(zhì)平均值為0.369。Figure 1.Female,55y,the DKI parameter maps of control group.Figure 1a shows the MD map with the corresponding cortical mean value of 4.333×10 -3 mm2/s and medullary mean value of 4.072 ×10 -3 mm2/s;Figure 1b shows the MK map with the corresponding cortical mean value of 0.345 and medullary mean value of 0.369.

圖2 男，51歲，輕度損害組DKI 參數(shù)圖及腎病理圖。圖2a 為MD圖，其對應(yīng)的皮質(zhì)平均值為3.932×10-3mm2/s，髓質(zhì)平均值為3.793×10-3mm2/s；圖2b 為MK圖，其對應(yīng)的 皮質(zhì)平均值為0.382，髓質(zhì)平均值為0.396；圖2c 為該患者的腎病理圖（HE 染色）：間質(zhì)纖維化＜25%，腎小管萎縮＜25%，炎癥細(xì)胞浸潤＜25%。Figure 2.Male,51y,the DKI parameter maps and renal pathological image of the mild injury group.Figure 2a shows the MD map with the corresponding cortical mean value of 3.932×10-3 mm2/s and medullary mean value of 3.793×10-3 mm2/s;Figure 2b shows the MK map with the corresponding cortical mean value of 0.382 and medullary mean value of 0.396.Figure 2c shows the renal pathological image (HE):interstitial fibrosis＜25%,tubular atrophy＜25%,inflammatory cell infiltration＜25%.

圖3 女，53歲，中重度損害組DKI 參數(shù)圖及腎病理圖。圖3a 為MD圖，其對應(yīng)的皮質(zhì)平均值為3.363×10-3 mm2/s，髓質(zhì)平均值為3.280×10-3mm2/s；圖3b 為MK圖，其對應(yīng)的皮質(zhì)平均值為0.449，髓質(zhì)平均值為0.459；圖3c 為該患者的腎病理圖（HE 染色）：間質(zhì)纖維化25%～50%，腎小管萎縮25%～50%，炎癥細(xì)胞浸潤25%～50%。Figure 3.Female,53y,the DKI parameter maps and renal pathological image of the moderate-severe injury group.Figure 3a shows the MD map with the corresponding cortical mean value of 3.363×10-3 mm2/s and medullary mean value of 3.280×10-3 mm2/s;Figure 3b shows the MK map with the corresponding cortical mean value of 0.449 and medullary mean value of 0.459.Figure 3c shows the renal pathological image(HE): interstitial fibrosis 25%～50%,tubular atrophy 25%～50%,inflammatory cell infiltration 25%～50%.

2.2 腎臟MD 和MK 值比較分析

所有受試者左右腎的皮髓質(zhì)MD 和MK 值均無明顯差異（P＞0.05），同側(cè)腎皮質(zhì)MD 值大于髓質(zhì)，皮質(zhì)MK 值小于髓質(zhì)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。兩兩比較發(fā)現(xiàn)輕度損害組、中重度損害組和對照組3組間的腎皮質(zhì)MD 和MK 值差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）（表2），3 組間皮質(zhì)MD 值平均值趨勢為：對照組＞輕度損害組＞中重度損害組；皮質(zhì)MK 值平均值趨勢為：對照組＜輕度損害組＜中重度損害組（圖4）。

表2 各組受試者的腎皮髓質(zhì)MD 和MK 值比較

圖4 各組受試者的腎實質(zhì)MD 和MK 值比較。圖4a 為各組受試者的腎實質(zhì)MD 值箱圖；圖4b 為各組受試者的腎實質(zhì)MK 值箱圖。Figure 4.Comparison of renal parenchymal MD and MK values of subjects in each group.Figure 4a shows the boxplot of renal parenchymal MD values among different groups;Figure 4b shows the boxplot of renal parenchymal MK values among different groups.

2.3 腎臟MD 和MK 值與腎功能指標(biāo)相關(guān)性分析

所有受試者皮質(zhì)MD 值與Scr、Cys-C 呈中度負(fù)相關(guān)（r=-0.567；P＜0.001；r=-0.478；P＜0.05)，與eGFR呈中度正相關(guān)（r=0.496；P＜0.001）；皮質(zhì)MK 值與Scr、Cys-C 呈中度正相關(guān)（r=0.584；P ＜0.001；r=0.479；P＜0.05），與eGFR 呈中度負(fù)相關(guān)（r=-0.499；P＜0.001），皮質(zhì)參數(shù)值相關(guān)性均明顯高于髓質(zhì)參數(shù)值，DKI 參數(shù)值與24 h-Upro 相關(guān)性較小（表3）。

表3 腎臟MD 和MK 值與腎功能指標(biāo)相關(guān)性

2.4 腎臟MD 和MK 值與腎小管間質(zhì)損傷病理積分相關(guān)性分析

IgAN 患者皮質(zhì)MD 值與腎小管間質(zhì)損傷病理積分呈中度負(fù)相關(guān)（r=-0.473，P＜0.01），皮質(zhì)MK 值與腎小管間質(zhì)損傷病理積分呈中度正相關(guān)（r=0.488，P＜0.01），其中與炎癥細(xì)胞浸潤相關(guān)性最大（皮質(zhì)MD值：r=-0.507，P＜0.01；皮質(zhì)MK 值：r=0.521，P＜0.01），皮質(zhì)參數(shù)值相關(guān)性均明顯高于髓質(zhì)參數(shù)值（表4，圖5）。

圖5 腎臟皮質(zhì)MD 和MK 值與腎小管間質(zhì)損傷病理積分相關(guān)性。圖5a 為MD 皮質(zhì)值和腎小管間質(zhì)損傷病理積分相關(guān)性散點圖；圖5b 為MK 皮質(zhì)值和腎小管間質(zhì)損傷病理積分相關(guān)性散點圖。Figure 5.Correlation of renal cortical MD and MK values with tubulointerstitial injury score.Figure 5a shows the scatterplots of correlation between cortical MD values and renal tubulointerstitial injury score;Figure 5b shows the scatterplots of correlation between cortical MK values and renal tubulointerstitial injury score.

表4 腎臟MD 和MK 值與腎小管間質(zhì)損傷病理積分相關(guān)性

2.5 腎臟MD 和MK 值診斷效能分析

腎臟MD 和MK 值在鑒別對照組和輕度損害組以及鑒別輕度損害組和中重度損害組方面均表現(xiàn)出一定的診斷效能，且鑒別對照組和輕度損害組的診斷效能更佳。

2.5.1 鑒別對照組和輕度損害組

皮質(zhì)MD 值的ROC 曲線下面積（AUC）最大為0.748，截斷值為3.938；皮質(zhì)MK 值的ROC AUC 最大為0.752，截斷值為0.382；而髓質(zhì)MD 和MK 值的ROC AUC 最大均為0.663，皮質(zhì)MK 值診斷效能稍高于皮質(zhì)MD值，且均優(yōu)于髓質(zhì)參數(shù)值（表5，圖6a）。

表5 皮質(zhì)MD 和MK 值區(qū)分對照組和輕度損害組的診斷效能

2.5.2 鑒別輕度損害組和中重度損害組

皮質(zhì)MD 值的ROC AUC 最大為0.719，截斷值為3.791，皮質(zhì)MK 值的ROC AUC 最大為0.729，截斷值為0.397，而髓質(zhì)MD 和MK 值的ROC AUC 最大均為0.646，皮質(zhì)MK 值診斷效能稍高于皮質(zhì)MD值，且均優(yōu)于髓質(zhì)參數(shù)值（表6，圖6b）。

表6 皮質(zhì)MD 和MK 值區(qū)分輕度損害組和中重度損害組的診斷效能

圖6 皮質(zhì)MD 和MK 值區(qū)分不同程度腎小管間質(zhì)損害的診斷效能。圖6a 為皮質(zhì)MD 和MK 值區(qū)分對照組與輕度損害組的ROC 曲線圖；圖6b 為皮質(zhì)MD 和MK 值區(qū)分輕度損害組與中重度損害組的ROC 曲線圖。Figure 6.Diagnostic efficacy of cortical MD and MK values in distinguishing different degrees of tubulointerstitial damage.Figure 6a shows the ROC curve of cortical MD and MK values to discriminate control group from mild injury group;Figure 6b shows the ROC curve of cortical MD and MK values to discriminate mild injury group from moderatesevere injury group.

3 討論

IgAN 是一種臨床最常見的慢性腎臟病，目前主要通過Scr、Cys-C、eGFR 來評估腎功能狀態(tài)，但這種方式特異性和敏感性均不高，無法準(zhǔn)確反映早期病理損害情況，IgAN 早期腎小管間質(zhì)損害以炎癥細(xì)胞浸潤為主，進(jìn)一步向纖維化發(fā)展，通過改變腎臟微觀結(jié)構(gòu)，限制水分子在微環(huán)境中的擴(kuò)散。本研究中DKI 參數(shù)MK 值反映水分子擴(kuò)散偏離高斯分布的程度，腎臟微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度越高，對水分子運(yùn)動的限制越大，MK 值越大。而MD 值反映了水分子的整體擴(kuò)散水平和擴(kuò)散電阻，結(jié)構(gòu)越簡單，水分子擴(kuò)散范圍越大，MD 值越大[9]。因此DKI 參數(shù)MK 值及MD 值可作為評估IgAN 早期腎小管間質(zhì)損害指標(biāo)。

3.1 腎臟MD 和MK 值與IgAN 腎小管間質(zhì)損害的相關(guān)性

研究發(fā)現(xiàn)，腎臟皮質(zhì)MD 和MK 值與腎小管間質(zhì)損傷病理積分之間存在中度相關(guān)，其中與炎癥細(xì)胞浸潤相關(guān)性最大，Turner等[10]認(rèn)為：IgAN 早期腎小管間質(zhì)損害以炎癥細(xì)胞調(diào)控為主，炎癥細(xì)胞浸潤可進(jìn)一步導(dǎo)致腎小管損傷[11]、促進(jìn)基質(zhì)蛋白沉積[12]，從而形成腎間質(zhì)纖維化，在這一過程中細(xì)胞密度增加[13]，胞外含水量減少[14]，腎組織的微觀結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，這些早期病理改變限制了水分子在細(xì)胞外空間的擴(kuò)散，從而使MD 和MK 值發(fā)生改變，這可能是DKI 評估IgAN 腎臟早期微觀結(jié)構(gòu)改變的依據(jù)。

深入研究發(fā)現(xiàn)，隨著IgAN 腎小管間質(zhì)損害程度的加重，皮質(zhì)MD 值逐漸減小而皮質(zhì)MK 值逐漸增大，進(jìn)一步反映水分子的擴(kuò)散受限程度和微環(huán)境的復(fù)雜程度密切相關(guān)，證實DKI 參數(shù)值可客觀反映腎臟的微觀結(jié)構(gòu)，基于此，DKI 有望為動態(tài)監(jiān)測IgAN患者腎小管間質(zhì)損害變化情況提供有價值的信息。

3.2 腎臟MD 和MK 值與IgAN 腎功能指標(biāo)的相關(guān)性

本研究發(fā)現(xiàn)腎臟皮質(zhì)MD 和MK 值和腎功能指標(biāo)Scr、Cys-C、eGFR 均有中等程度的相關(guān)性，并且MK 值對IgAN 患者的腎功能變化更為敏感。Liu[6]、Mao[15]等的研究結(jié)果也支持本研究結(jié)論，這可能與細(xì)胞因子作用下皮質(zhì)腎小球毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)和腎小管的進(jìn)行性丟失[16]，對水?dāng)U散限制比髓質(zhì)更加明顯相關(guān)，這些結(jié)果提示皮質(zhì)DKI 參數(shù)值可更好地用于評估IgAN 患者的腎功能改變。

3.3 腎臟MD 和MK 值評估IgAN 早期腎小管間質(zhì)損害的診斷效能

Wakai等[3]提出：腎小管間質(zhì)損害可導(dǎo)致腎小球病變及血管損害，進(jìn)一步發(fā)生腎功能不全。本研究首次將與腎功能進(jìn)展密切相關(guān)的腎小管間質(zhì)損害單獨進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在診斷效能方面，皮質(zhì)MD 和MK 值均能區(qū)分輕度損害組和對照組，ROC AUC 最大為0.748 和0.752，而皮質(zhì)MK 值表現(xiàn)出更高的診斷效能。這一結(jié)果提示，DKI 對IgAN 早期腎小管間質(zhì)損害評估可能具有重要的臨床潛力。

3.4 本研究的局限與展望

慢性腎臟病病理類型繁多，我們的研究對象IgAN 為其中之一，未來可進(jìn)一步研究DKI 對慢性腎臟病其他病理類型的診斷價值；同時本研究為初步研究，總體樣本量不足，未來可進(jìn)一步增加樣本量。

綜上所述，DKI 具有定量評估IgAN 患者腎功能和早期腎小管間質(zhì)損害的價值，并可能為動態(tài)監(jiān)測IgAN 腎功能進(jìn)展及病理損害情況提供可靠信息，未來需要更進(jìn)一步的深入研究。