血氧水平依賴功能MRI及彌散張量成像評估IgA腎病患者腎功能

祝夢晴，王文娟，王錫臻，李知非，孫正鋼，吳思雨，袁國恒，劉金剛*

(1.濰坊醫學院醫學影像學院，山東 濰坊 261053；2.濰坊市人民醫院放射科，山東 濰坊 261041)

IgA腎病(immunoglobulin A nephropathy, IgAN)是慢性腎病(chronic kidney disease, CKD)的常見病理類型，臨床常以實驗室檢查、病理學及影像學檢查評價患者腎功能，但影像學增強檢查可增加對比劑腎病和腎源性系統纖維化發生危險[1-2]。血氧水平依賴功能MRI(blood oxygenation level dependent-functional MRI, BLOD-fMRI)可無創檢測活體腎臟血氧水平[3]，彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可顯示水分子彌散運動，間接反映腎臟組織結構的完整性及腎臟微觀結構改變[4]。本研究采用BLOD-fMRI及DTI觀察IgAN腎臟血氧狀態及細微結構改變，分析其評估IgAN患者腎功能的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2019年1月—2020年12月50例濰坊市人民醫院首診原發IgAN患者(IgAN組)，男24例，女26例，年齡20～50歲，平均(34.5±9.8)歲。納入標準：①經腎穿刺活檢組織病理檢查確診原發性IgAN；②年齡20～50歲。排除標準：①繼發性IgAN；②系統疾病如糖尿病、免疫性疾病、腫瘤等；③合并其他腎臟疾病如膜性腎病等；④接受腎臟替代治療；⑤伴泌尿系感染。招募同期性別、年齡相匹配的30名健康志愿者作為正常組，男、女各15名，年齡23～40歲，平均(31.9±7.1)歲。本研究經院倫理委員會批準(批準號：濰醫倫研2018第18號)，檢查前受檢者均簽署知情同意書。

記錄治療前患者血肌酐、尿素氮值。根據MDRD方程[5]計算腎小球濾過率(estimated glomerular filtration rate, eGFR)，eGFR=170×(血肌酐)-0.999×(年齡)-0.176×(尿素氮)-0.170×(白蛋白)0.318(女性×0.762)。參照美國腎臟疾病基金會《慢性腎病及透析的臨床實踐指南》(簡稱K/DOQI指南)[5]對IgAN患者進行分期，并歸入相應亞組，1期11例，2期10例，3期11例，4期9例，5期9例。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T超導型MR儀，配備腹部相控陣線圈及脊柱表面線圈，行腹部掃描。BLOD-fMRI：采用多梯度回波序列，TR 75 ms，TE 2.5～52 ms，回波數12，FOV 380 mm×380 mm，矩陣256×256，層厚5 mm，層間距1 mm，掃描時間22 s，層數6。DTI：采用單次激發平面回波成像序列，TR 2 200 ms，TE 70 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩陣154×154，層厚5 mm，層間距1 mm，層數6，b值0、400 s/mm2，彌散敏感梯度方向6個，掃描時間24 s。

掃描結束后由影像科住院醫師及副主任醫師各1名進行圖像后處理及分析，并經討論達成一致意見。將BLOD-fMRI原始圖像導入Siemens工作站，經后處理生成T2*圖，以MATLAB軟件(The Mathworks, Inc., Natick, MA, USA)合成R2*偽彩圖；將DTI原始圖像導入Siemens工作站，經后處理自動合成各項異性分數(fractional anisotropy, FA)圖，以彌散張量纖維束成像技術(diffusion tensor tractography, DTT，FA閾值0.2，角度閾值30°)自動生成DTT圖。于冠狀位T2*圖及FA圖上靠近腎門的2個相鄰層面測量MRI參數，于每層左、右側腎臟上、中、下極分界清晰的皮、髓質各放置2～3個ROI，避開腎竇、血管及偽影，測量雙側腎皮、髓質T2*及FA，以2名醫師測量結果的均值為最終結果，并根據公式R2*=(1/T2*)[6]計算R2*。

1.3 統計學分析 采用SPSS 17.0統計分析軟件。以±s表示符合正態分布的計量資料，行配對t檢驗或單因素方差分析(兩兩比較采用SNK-q法)。采用Pearson相關分析觀察MRI參數與尿素氮的相關性。以腎穿刺活檢病理結果為標準，采用受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線，計算相應曲線下面積(area under the curve, AUC)，評價MRI參數診斷IgAN的價值：AUC≥0.9為診斷價值較高，0.7≤AUC<0.9為診斷價值中等，0.5≤AUC<0.7為診斷價值較低[7]。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 BOLD-fMRI參數 腎臟R2*偽彩圖(圖1)中，腎皮質呈藍色，髓質呈綠色-黃色。正常組腎臟皮、髓質分界清晰；IgAN 1～2期亞組腎皮、髓質分界較清；IgAN 3～5期亞組腎臟體積縮小，皮、髓質分界欠清。正常組左側腎皮質R2*及髓質R2*[(16.21±0.43)s-1、(28.67±1.23)s-1]與右側[(16.02±0.27)s-1、(28.59±1.15)s-1]差異均無統計學意義(t=1.32、0.22，P均>0.05)，IgAN組左側腎皮質R2*及髓質R2*[(17.81±0.27)s-1、(31.38±0.34)s-1]與右側[(17.89±0.77)s-1、(31.33±0.05)s-1]差異亦無統計學意義(t=-0.71、0.14，P均>0.05)，故取兩側均值進行統計分析。正常組髓質R2*高于皮質(t=47.87，P<0.01)，IgAN組髓質平均R2*[(31.36±1.67)s-1]明顯高于皮質[(17.89±1.42)s-1，t=71.14，P<0.01]。正常組與IgAN各亞組間腎皮質、髓質R2*總體差異有統計學意義(P均<0.01)，兩兩比較結果見表1。

圖1 正常組與IgAN各亞組腎臟R2*偽彩圖 A.正常組；B～F.分別為IgAN 1～5期亞組

2.2 DTI參數 腎臟FA圖(圖2)中，正常組腎皮、髓質分界清晰，IgAN 1～2期亞組腎皮、髓質分界較清，3～5期亞組腎皮、髓質分界不清。正常組左側腎皮質FA及髓質FA(0.27±0.02、0.46±0.02)與右側(0.28±0.02、0.45±0.02)差異均無統計學意義(t=-1.143、1.702，P均>0.05)，IgAN組左側腎皮質FA及髓質FA(0.25±0.03、0.42±0.02)與右側(0.26±0.02、0.41±0.03)差異均無統計學意義(t=-1.120、0.834，P均>0.05)，故取兩側均值進行統計分析。正常組腎髓質FA明顯高于皮質(t=56.39，P<0.01)，IgAN組腎髓質平均FA(0.45±0.03)明顯高于皮質(0.25±0.02，t=70.84，P<0.01)。正常組與IgAN各亞組間腎皮質、髓質FA總體差異有統計學意義(P均<0.01)，兩兩比較結果見表1。腎臟DTT圖(圖3)顯示，近腎門層面管道系統呈放射狀走行，藍、紅、綠色分別表示上下、左右及前后走行方向；正常組腎臟管道結構排列規整，IgAN 1、2期亞組腎臟放射狀排列管道減少且不均勻縮短，IgAN 3～5期亞組腎臟放射狀管道明顯減少、縮短，出現多處管道缺失區。

圖2 正常組與IgAN各亞組腎臟FA圖 A.正常組；B～F.分別為IgAN 1～5期亞組

圖3 正常組與IgAN各亞組腎臟DTT圖 A.正常組；B～F.分別為IgAN 1～5期亞組

2.3 相關性分析 IgAN患者腎皮、髓質R2*與尿素氮均呈正相關(r=0.58、0.59，P均<0.05)；腎皮、髓質FA與尿素氮均呈負相關(r=-0.66、-0.69，P均<0.05)。

2.4 ROC曲線分析 腎皮、髓質R2*診斷IgAN的價值中等(AUC=0.84、0.85)，閾值分別為16.55 s-1、29.88 s-1時，特異度分別為100%、80.00%，敏感度分別為60.00%、80.00%，見圖4A。腎皮、髓質FA診斷IgAN的價值中等(AUC=0.82、0.84)，閾值分別為0.26、0.43時，特異度分別為68.00%、70.00%，敏感度分別為80.00%、83.33%，見圖4B。

圖4 腎臟R2*及FA診斷IgAN的ROC曲線 A.腎皮、髓質R2*；B.腎皮、髓質FA

3 討論

氧合血紅蛋白的解離曲線近似“S”形，氧分壓<40 mmHg時，氧分壓輕微波動即可引起血紅蛋白氧飽和度明顯變化；此時BOLD-fMRI有助于檢測相關變化。氧分壓>40 mmHg時，血紅蛋白氧飽和度不易產生明顯變化。腎皮質為富血供富氧區，氧分壓約50 mmHg，髓質為低血供低氧區，氧分壓僅10～20 mmHg。因此，BOLD-fMRI監測腎髓質血氧含量的敏感度高于皮質[6]。

本研究正常組腎髓質氧含量明顯低于皮質，與生理狀態下腎髓質缺氧狀態相符合[8]；R2*偽彩圖腎皮質至髓質呈現藍-綠-黃-紅色變化，越接近腎門區，髓質缺氧程度越重而呈黃色甚至紅色；IgAN患者腎皮、髓質R2*均明顯高于正常腎臟，由于腎臟外周毛細血管丟失、腎小球硬化、腎性血供減少等原因，IgAN患者腎供氧減少，殘存腎小管肥大、eGFR增加，導致腎臟耗氧增多[9-10]，腎臟長期處于缺氧狀態。本研究發現IgAN患者腎皮、髓質R2*與尿素氮均呈正相關，即隨著腎臟損害程度進展，腎功能下降、尿素氮升高，腎皮、髓質R2*升高提示腎臟缺氧程度逐漸加重；腎皮、髓質R2*診斷IgAN具有中等價值，表明BOLD-fMRI可監測IgAN患者腎臟血氧水平，評估腎實質缺氧范圍和程度，在一定程度上反映腎臟功能狀態。

腎髓質主要由腎錐體構成，其內大多為腎小管、集合管和小血管等管道結構，自腎門向外呈放射狀排列，水分子彌散運動各向異性較為明顯；而皮質中放射狀排列的管狀結構較少，水分子彌散各向異性低于髓質。DTI主要反映組織水分子彌散運動各向異性。本研究正常組腎髓質FA明顯高于皮質，即髓質內水分子的各向異性彌散程度明顯大于皮質[11-12]，符合正常腎臟特點；隨著腎功能降低，IgAN腎皮、髓質FA逐漸減低，腎皮、髓質FA與尿素氮呈負相關，且腎臟DTT圖示IgAN 4～5期腎臟管道結構明顯減少，符合IgAN腎臟病理改變，即腎臟管狀結構有序排列破壞，導致腎臟FA下降，表明DTI可識別腎皮、髓質水分子彌散運動方向改變，而DTT可直觀顯示腎臟組織細微結構變化，反映腎臟功能狀態改變，為評估IgAN患者腎功能提供依據。

綜上，BLOD-fMRI可用于監測IgAN患者腎臟血氧狀態，DTI可檢測IgAN腎臟細微結構改變，二者均對評估IgAN患者腎功能具有一定價值。