T1-mapping評(píng)估慢性腎病腎功能損傷的價(jià)值

索朗尼瑪, 冒煒, 曾蒙蘇, 周建軍, 丁玉芹, 曹波紅, 丁小強(qiáng), 傅彩霞

慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)是全球性的公共健康問(wèn)題,其定義為腎臟功能或結(jié)構(gòu)異常持續(xù)3個(gè)月以上[1]。每年全球CKD的患病率估計(jì)為13.4%,而需要接受腎臟替代治療的終末期腎病(end-stage renal disease,ESRD)患者大約在490～708萬(wàn)之間[2]。早期CKD的臨床治療相對(duì)容易、花費(fèi)較低,而晚期CKD的臨床治療方案復(fù)雜、花費(fèi)高昂。因此,CKD的早期診斷及腎功能損傷的精準(zhǔn)評(píng)估對(duì)于延緩CKD進(jìn)展為ESRD具有重要意義。目前臨床評(píng)估CKD患者腎功能的方法主要是通過(guò)檢測(cè)血清肌酐值來(lái)計(jì)算估算腎小球?yàn)V過(guò)率(estimated glomerular filtration rate,eGFR)。但是,eGFR評(píng)估的是雙側(cè)腎臟的整體功能,對(duì)于左、右單側(cè)腎臟功能的評(píng)估價(jià)值有限,并且其受年齡、性別和體重等個(gè)體因素的影響。我們認(rèn)為,如果能夠準(zhǔn)確評(píng)估左、右單側(cè)腎臟的功能,再與eGFR相結(jié)合,對(duì)于CKD治療效果的評(píng)價(jià)及長(zhǎng)期隨訪具有重要意義。T1-mapping是定量測(cè)量組織T1值的無(wú)創(chuàng)性MRI技術(shù),目前已廣泛應(yīng)用于評(píng)估心肌纖維化、肝功能和肝纖維化[3-6]。既往的研究已證實(shí)健康成年人腎臟T1-mapping成像的可行性[7],而此技術(shù)在評(píng)估CKD方面的應(yīng)用尚處于探索階段。因此,本研究中,筆者通過(guò)對(duì)比分析CKD患者和健康志愿者的T1-mapping檢查結(jié)果,旨在探討這項(xiàng)技術(shù)在評(píng)估CKD患者腎功能損傷中的價(jià)值。

材料與方法

1.研究對(duì)象

本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn),所有受試者在MRI檢查前簽署了知情同意書(shū)。

健康對(duì)照組:前瞻性招募20例健康志愿者,包括男9例和女11例,年齡24～56歲,平均(41±10)歲。納入標(biāo)準(zhǔn):①近期無(wú)腎毒性藥物服用史;②臨床實(shí)驗(yàn)室檢查腎功能指標(biāo)未發(fā)現(xiàn)異常;③無(wú)腎臟疾病史;④無(wú)高血壓、糖尿病等影響腎功能的疾病史。

CKD組:前瞻性納入2021年3月-2022年2月在本院就診的CKD患者。納入標(biāo)準(zhǔn):①符合CKD的診斷標(biāo)準(zhǔn)[8];②超聲檢查未發(fā)現(xiàn)腎臟有明顯萎縮;③能配合完成MRI檢查,無(wú)相關(guān)禁忌證。排除標(biāo)準(zhǔn):①存在影響腎臟T1-mapping圖像分析的疾病,如腎腫瘤、多囊腎等;②磁共振圖像質(zhì)量較差,無(wú)法進(jìn)行后續(xù)的圖像分析。最終,本研究共招募了60例CKD患者,包括37例男性和23例女性,年齡26～76歲,平均(48±11)歲。在MRI檢查前所有患者進(jìn)行血清肌酐(SCr)的檢測(cè),然后采用簡(jiǎn)化的腎臟病膳食改良公式來(lái)計(jì)算eGFR[9]:

(男性)eGFR=186×SCr-1.154×年齡-0.203

(1)

(女性)eGFR=186×SCr-1.154×年齡-0.203×0.742

(2)

根據(jù)腎臟病患者生存質(zhì)量指導(dǎo)(kidney disease outcomes quality initiative,K-DOQI)中對(duì)CKD的分期標(biāo)準(zhǔn)[10],將CKD患者分成兩組:輕度腎損傷組(eGFR≥60 mL/min/1.73 m2)31例,包括1期16例、2期15例;中重度腎損傷組(eGFR<60 mL/min/1.73 m2)29例,包括3期17例、4期9例、5期3例。

2.MRI檢查方法

使用Siemens Magnetom Prisma 3.0T磁共振掃描儀、18通道相控陣體部線圈和32通道集成脊柱線圈。在T1-mapping檢查前要求每例受試者禁水、禁食至少6 h,對(duì)其進(jìn)行呼吸訓(xùn)練,檢查過(guò)程中取仰臥位。T1-mapping采用冠狀面Look-Locker反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列屏氣掃描,掃描中心線定于腎門水平,主要掃描參數(shù):TE 1.32 ms,TR 3.00 ms,體素大小2.0 mm×2.0 mm×8.0 mm,視野380 mm×308 mm,層厚5.0 mm,層間距1.0 mm,矩陣192×153,加速因子2,層數(shù)3,掃描時(shí)間17.0 s。掃描結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)后處理并生成T1-mapping偽彩圖。

3.圖像分析和評(píng)估

由2位泌尿生殖亞專業(yè)方向的放射科醫(yī)師采用盲法在腎臟T1-mapping冠狀面圖像上進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)測(cè)量,評(píng)估2位醫(yī)師測(cè)量結(jié)果的一致性,后續(xù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析中采用兩者測(cè)量結(jié)果的平均值。本研究中,我們僅測(cè)量了右腎的數(shù)據(jù),這是為了保證數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,因?yàn)樾呐K大血管搏動(dòng)和呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)左側(cè)腎臟的影響更顯著[11]。在靠近腎門平面的冠狀面T1-mapping圖像上,避開(kāi)腎盂、腎盞及腎周組織,分別于腎臟上、中、下極區(qū)域內(nèi)的腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)內(nèi)各勾畫(huà)1個(gè)ROI,共6個(gè)ROI(皮質(zhì)和髓質(zhì)各3個(gè)),每個(gè)ROI的面積為15～18像素,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)均取3個(gè)ROI測(cè)量值的平均值作為最終結(jié)果,用于進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用MedCalc 15.8和SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。測(cè)量數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient,ICC)來(lái)評(píng)估2位醫(yī)師測(cè)量的腎實(shí)質(zhì)T1值的一致性,ICC≥ 0.75為一致性好,0.40≤ICC<0.75為一致性中等,ICC<0.40為一致性差。采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)比較每組中腎皮質(zhì)與腎髓質(zhì)之間T1值的差異。腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)T1值在3組之間的比較均采用單因素方差分析,進(jìn)一步組間兩兩比較采用LSD法。采用Spearman相關(guān)性分析評(píng)估CKD患者腎皮、髓質(zhì)T1值與eGFR之間的相關(guān)性,|r|<0.3為低度相關(guān),0.3≤|r|<0.7為中度相關(guān),0.7≤|r|<1.0為高度相關(guān)。采用ROC曲線分析評(píng)估腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)T1值鑒別CKD腎功能損傷程度的效能。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

本研究中所有受試者均獲得了高質(zhì)量的T1-mapping圖像,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)結(jié)構(gòu)顯示清晰,分界清楚(圖1)。

圖1 T1-mapping偽彩圖,腎臟的皮、髓質(zhì)顯示清晰,分界清楚。

1.兩位醫(yī)師測(cè)量值的一致性分析

兩位醫(yī)師測(cè)量的腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)T1值的ICC值分別為0.971(95%CI:0.956～0.981)和0.985(95%CI:0.977～0.991),一致性均非常好。

2.三組受試者腎實(shí)質(zhì)T1值的比較

健康對(duì)照組、輕度腎損傷組和中重度腎損傷組腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)T1值的測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。三組中腎髓質(zhì)的T1值均大于腎皮質(zhì),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表1 三組受試者間腎皮質(zhì)和髓質(zhì)T1值的比較

三組之間腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)T1值的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=46.09,P<0.01;F=37.06,P<0.01)。進(jìn)一步進(jìn)行組間兩兩比較,輕度組與對(duì)照組之間、中重度組與對(duì)照組之間、以及中重度組與輕度組之間,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)T1值的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

3.CKD患者腎實(shí)質(zhì)T1值與eGFR的相關(guān)性

CKD患者eGFR與腎皮質(zhì)T1值呈高度負(fù)相關(guān)(r=-0.773,P<0.01),eGFR與腎髓質(zhì)T1值呈中度負(fù)相關(guān)(r=-0.689,P<0.01)。

4.腎實(shí)質(zhì)T1值鑒別腎功能損傷程度的效能

腎實(shí)質(zhì)T1值對(duì)腎功能損傷程度的診斷效能指標(biāo)詳見(jiàn)表2。鑒別正常腎功能(健康對(duì)照組)與輕度腎損傷:腎髓質(zhì)T1值的ROC曲線下面積大于腎皮質(zhì)T1值(0.866 vs.0.821)。鑒別中重度與輕度腎損傷組時(shí),腎皮質(zhì)T1值的ROC曲線下面積大于腎髓質(zhì)T1值(0.874 vs.0.820)。

表2 腎實(shí)質(zhì)T1值對(duì)腎功能損傷程度的診斷效能

討 論

組織中氫質(zhì)子受到激發(fā)躍遷至高能級(jí)狀態(tài)后,關(guān)閉射頻脈沖,宏觀縱向磁化矢量會(huì)逐漸恢復(fù)至激發(fā)前的平衡狀態(tài),這個(gè)過(guò)程稱為T1弛豫(縱向弛豫),在此過(guò)程中,自旋系統(tǒng)的能量會(huì)轉(zhuǎn)移到周圍晶格[12],它的定量參數(shù)就是T1弛豫時(shí)間。T1弛豫時(shí)間是組織的一個(gè)特征物理量,T1-mapping技術(shù)可以測(cè)量組織的T1值,組織的T1值受多種生物因素影響,如組織的水含量、水結(jié)合狀態(tài)和大分子濃度等[12]。CKD中腎臟的病理學(xué)改變主要是間質(zhì)纖維化、腎小管萎縮和腎小球硬化等,這些病理學(xué)改變不但會(huì)使得腎組織的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,而且會(huì)影響腎臟的含水量,從而使腎臟T1值發(fā)生相應(yīng)的變化。早期的研究結(jié)果表明,T1-mapping技術(shù)不僅可以評(píng)估小鼠急性腎損傷的嚴(yán)重程度,還可以通過(guò)評(píng)估慢性腎纖維化的嚴(yán)重程度來(lái)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)歸,證實(shí)了T1-mapping技術(shù)評(píng)估慢性腎臟病的可行性[13]。此外,T1-mapping技術(shù)可以用于評(píng)估移植腎的腎功能、新型冠狀病毒肺炎患者腎功能損傷、糖尿病腎病患者腎病理?yè)p害、慢性乙型肝炎患者早期亞臨床腎實(shí)質(zhì)病變以及慢性腎小球腎炎患者的腎臟纖維化[14-18]。T1-mapping技術(shù)在評(píng)估CKD腎功能損傷方面的相關(guān)報(bào)道較少。本研究結(jié)果顯示T1-mapping對(duì)CKD的腎功能損傷有一定的評(píng)估價(jià)值。

1.腎臟皮質(zhì)和髓質(zhì)T1值的差異

本研究中對(duì)照組、輕度腎損傷組和中重度腎損傷組受試者腎髓質(zhì)T1值均明顯大于腎皮質(zhì)T1值,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),這與之前的研究結(jié)果類似[7,19]。分析其原因可能為腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的含水量和組織學(xué)結(jié)構(gòu)不同,腎髓質(zhì)主要由集合管和腎小管構(gòu)成,腎皮質(zhì)主要由部分腎小管和腎小球構(gòu)成,并且腎髓質(zhì)的含水量大于腎皮質(zhì)。

2.CKD患者腎皮質(zhì)和髓質(zhì)T1值的變化

Hueper等[13]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),缺血誘導(dǎo)的急性腎損傷小鼠腎實(shí)質(zhì)的T1值會(huì)隨著腎損傷程度的加深而不斷升高。陳麗華等[19]采用T1-mapping評(píng)估腎移植術(shù)后移植腎功能時(shí)發(fā)現(xiàn),移植腎功能受損組腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)T1值較對(duì)照組均升高。與既往的研究結(jié)果相似,本研究中腎實(shí)質(zhì)T1值在3組之間的比較結(jié)果顯示中重度腎損傷組、輕度腎損傷組的腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)的T1值明顯高于健康對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。我們認(rèn)為出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能為CKD患者的腎臟所發(fā)生的病理變化,如腎間質(zhì)內(nèi)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、水腫等,使得細(xì)胞間質(zhì)內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)含水量增加[20],從而使得腎組織T1值升高。不僅如此,腎間質(zhì)纖維化或許也是導(dǎo)致腎組織T1值增加的原因之一。de Miguel等[21]采用T1-mapping技術(shù)評(píng)估抗腎小球基底膜病兔后發(fā)現(xiàn),腎實(shí)質(zhì)T1值與腎纖維化之間存在相關(guān)性(P<0.05)。除此之外,本研究結(jié)果還顯示,中重度腎損傷組的腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)T1值均明顯高于輕度腎損傷組(P<0.05)。Graham-Brown等[22]采用T1-mapping評(píng)估IgA腎病患者腎纖維化,結(jié)果顯示IgA腎病患者腎皮質(zhì)的T1值明顯大于健康志愿者,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);而且在IgA腎病患者中,腎纖維化評(píng)分大于0組的腎皮質(zhì)T1值要高于腎纖維化評(píng)分等于0組,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。此外,Wu等[23]利用T1-mapping評(píng)估慢性腎小球腎炎患者腎纖維化程度,研究發(fā)現(xiàn),慢性腎小球腎炎患者的腎皮質(zhì)T1值要明顯高于健康志愿者,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);而且,不同分期的慢性腎小球腎炎患者之間腎皮質(zhì)T1值的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。上述兩項(xiàng)研究的結(jié)果與我們的研究結(jié)果類似,但是與上述研究相比,我們的研究具有一定的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)?上述研究中僅測(cè)量了腎皮質(zhì)的T1值,而本研究中同時(shí)測(cè)量了腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)的T1值,并將兩者進(jìn)行了比較。所以,相比于上述的研究,我們的研究結(jié)果更加具有代表性,研究結(jié)論更加具有適用性。除此之外,Hu等[24]利用T1-mapping評(píng)估單側(cè)輸尿管結(jié)扎大鼠的腎纖維化程度,發(fā)現(xiàn)隨著輸尿管結(jié)扎時(shí)間的延長(zhǎng),腎纖維化程度加重,腎實(shí)質(zhì)T1值會(huì)不斷升高。Schmidbauer等[25]采用T1-mapping評(píng)估腎移植小鼠的慢性腎排斥反應(yīng),他們發(fā)現(xiàn),與正常小鼠的腎臟和不伴有慢性排斥反應(yīng)的移植腎相比,伴有慢性排斥反應(yīng)的移植腎的T1值明顯升高。這兩項(xiàng)研究的結(jié)果與我們的研究結(jié)果相似,均表明隨著腎纖維化的不斷進(jìn)展及腎功能的逐漸惡化,腎組織的T1值會(huì)逐漸升高。

3.CKD患者腎實(shí)質(zhì)T1值與eGFR的相關(guān)性

Peperhove等[26]對(duì)接受器官移植的患者進(jìn)行T1-mapping檢查,評(píng)估其腎功能損傷情況。他們發(fā)現(xiàn),器官移植患者的腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的T1值均較健康志愿者升高,并且與eGFR之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。Graham-Brown等[22]的研究結(jié)果亦顯示,IgA腎病患者的腎皮質(zhì)T1值與eGFR呈負(fù)相關(guān)。與上述研究相似,我們的研究結(jié)果顯示CKD患者的eGFR與腎皮質(zhì)T1值之間呈高度負(fù)相關(guān),eGFR與腎髓質(zhì)T1值之間呈中度負(fù)相關(guān)。上述結(jié)果表明T1-mapping用于評(píng)估CKD患者的腎功能是可行的。

4.腎實(shí)質(zhì)T1值對(duì)腎功能損傷程度的診斷效能

本研究結(jié)果顯示,鑒別健康對(duì)照組與輕度腎損傷組時(shí),腎髓質(zhì)T1值的AUC大于腎皮質(zhì);而鑒別中重度與輕度腎損傷組時(shí),腎皮質(zhì)T1值的AUC大于腎髓質(zhì)。Wu等[23]的研究中腎皮質(zhì)T1值鑒別慢性腎小球腎炎患者有無(wú)腎纖維化的AUC為0.762,低于本研究中腎皮質(zhì)和髓質(zhì)T1值鑒別腎功能損傷程度的AUC(均大于0.80)。造成差異的原因,筆者認(rèn)為可能是因?yàn)閃u等的研究中是將慢性腎小球腎炎患者按照腎間質(zhì)纖維化的程度進(jìn)行分組,而本研究中是將CKD患者按照腎功能損傷程度進(jìn)行分組。我們認(rèn)為腎間質(zhì)纖維化只是CKD病理學(xué)改變的一個(gè)方面,它并不能全面和準(zhǔn)確地反映腎功能損傷的嚴(yán)重程度,所以本研究中對(duì)CKD的分組標(biāo)準(zhǔn)更加科學(xué),所得的結(jié)果應(yīng)該更加準(zhǔn)確。

5.本研究的局限性

本研究的局限性主要有以下2點(diǎn)。第一,本研究為單中心研究,樣本量相對(duì)不足,未來(lái)需要擴(kuò)大樣本量來(lái)驗(yàn)證現(xiàn)有的研究結(jié)果和結(jié)論;第二,本研究為橫斷面研究,未來(lái)還需要進(jìn)行縱向研究來(lái)探索T1-mapping評(píng)估CKD預(yù)后和進(jìn)展的價(jià)值。

綜上所述,T1-mapping技術(shù)對(duì)于評(píng)估CKD腎功能損傷具有一定的價(jià)值,有望為臨床無(wú)創(chuàng)性評(píng)估CKD的腎功能損傷提供新的影像學(xué)手段。