移植腎相關并發癥的多模態MRI研究進展

宋一丹 綜述 文兵，傅飛先 審校

益陽市中心醫院放射科，湖南 益陽 413000

與長期透析相比，腎移植在延長患者壽命及提高生活質量上具有較大優勢[1-2]。然而，移植腎的相關并發癥仍然是導致其失敗的重要原因之一[3-4]。因此，及時的診斷和干預治療其相關并發癥是提高腎移植成功率的關鍵。目前，用于評估移植腎相關并發癥的方法主要有腎臟活檢、腎小球濾過率估計值(estimated glomerular filtration rate，eGFR)、超聲及MRI等，活檢是評判移植腎功能受損的金標準，但它具有有創性，同時存在采樣誤差及感染等風險[5]，其他評估方法也存在一定不足[6-7]。而MRI是一種無創檢查方法，其在腎移植方面能提供水分子擴散、血氧含量及血流灌注等信息[8]。多模態MRI技術包括擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)、擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)、擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、血氧水平依賴(blood oxygen-level-dependent，BOLD)、動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)等[9]。本文主要講述并對比前四種以擴散原理為基礎的多模態MRI技術在移植腎相關并發癥評估中的研究進展。

1 DWI

1.1 DWI理論基礎 DWI的成像原理是假設生物組織中水分子以隨機高斯運動進行彌散，再采用單指數模型計算從而提供有價值的信息[10]。DWI的主要參數為ADC值，用于定量評估擴散特性，ADC值越低，表示彌散受限越明顯。

1.2 DWI評估移植腎相關并發癥的研究發展 DWI可用于檢測移植腎[11]并發癥，主要是因為腎臟微循環灌注不足、炎癥細胞浸潤以及腎臟纖維化等病理改變都可能引起水分子的擴散受限[12]。DWI在急性排斥反應方面的研究，先是HUEPER等[13]在研究小鼠腎移植排斥反應中發現DWI可能可以區分缺血性損傷引起的急性排斥反應和一般的組織水腫，之后HOLLIS等[14]發現在特定的b值下，急性排斥反應的發生率與ADC值有顯著的相關性，同時發現與單獨的實驗室值(例如血肌酐水平或肌酐清除率)相比，ADC值能更好地檢測出急性排斥反應。楊朝武等[15]通過制作大鼠左側腎動脈狹窄摸型來評估DWI對缺血性腎臟結構和功能的價值，結果表明腎皮髓質ADC值與GFR均呈正相關，說明DWI對顯示腎臟缺血損傷及損傷后腎萎縮具有一定價值。FALETTI等[16]在驗證DWI對腎移植后急性腎小球腎炎的診斷價值過程中，發現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具有區分正常組織與病變組織的能力。FAN等[17]研究發現在評價患者嚴重移植腎腎動脈狹窄方面，ADC值具有良好的敏感性和特異性。DWI技術一直在不斷發展和完善中，小視野擴散加權成像(reduced field of view diffusion weighted imaging，r-FOV DWI)是3.0T磁共振的一項新技術，能提高圖像分辨率，減少偽影。XIE等[18]研究發現多b值r-FOV DWI能有效監測移植腎功能，而余元蒙等[19]研究發現其雖在識別移植腎排斥反應時有較高的特異度,但是還不能鑒別移植腎急性排斥反應的亞型。這些研究結果都表明DWI在腎移植并發癥監測中具有較大潛力及良好的應用前景。

1.3 DWI技術的局限性 第一，DWI技術是假設水分子擴散均符合高斯分布，但人體組織結構具有內在特異性而使其擴散并不完全符合高斯分布；第二，ADC值除了與自由水分子擴散的有關外，還受多種因素的影響，例如毛細血管微灌注以及管狀流動等。

2 DTI

2.1 DTI技術理論基礎 水分子擴散是一個三維過程，組織中的水分子運動具有不同的方向性，而DWI只能測量水分子在擴散敏感梯度場方向上的擴散運動。DTI是DWI技術的一種臨床擴展，它利用至少六種不同的擴散方向而獲得定向擴散的信號，能為組織微觀結構研究提供更詳細的信息[20]。DTI的主要特征參數為部分各向異性(fractional anisotropy，FA)，取值范圍為0~1，取值越大代表彌散受限越明顯，其余參數還包括相對各向異性、容積比指數等。

2.2 DTI評估移植腎相關并發癥的研究發展 在健康的腎臟中，髓質的FA值高于皮質的FA值[23]，提示髓質各向異性較皮質明顯，此結論符合腎臟解剖結構信息。DEGER等[24]在DTI評估移植腎急性排斥反應以及移植腎早期功能的研究中，發現髓質FA值與移植腎功能具有良好相關性，而腎皮質FA值與其無明顯相關性。FAN等[25]發現移植腎皮質ADC值、髓質ADC值及髓質FA值隨移植物功能下降而降低，并且與eGFR呈正相關，而皮質FA與功能變化無明顯相關性。BANE等[26]推測在纖維化嚴重的移植腎中，隨著纖維化的進展，FA值與其的相關性可能由負轉為正。LI等[27]在評估FA值與移植腎組織病理改變的相關性的研究中，發現髓質FA值與多種組織病理學評分呈負相關。這些表明DTI具有評估移植腎組織病理改變的潛力。

2.3 DTI技術的局限性 第一，DTI和DWI類似，得到的擴散系數都是基于最簡單的模型，而人體組織結構使水分子擴散并不完全符合高斯分布；第二，擴散方向數量的選擇可能會影響實驗結果；第三，圖像低信噪比及各種偽影的影響。

3 IVIM

3.1 IVIM技術理論基礎 1988年，LE BIHAN等[28]學者首次提出IVIM的概念。IVIM技術同樣以水分子自由擴散為基礎，但其能將水分子自由擴散與微循環灌注區分開[29]。IVIM的參數主要包括：擴散系數D、偽擴散系數D*、灌注分數f和總ADC值，其中，擴散系數D及偽擴散系數D*分別反映了水分子的真實擴散信息和微循環灌注信息；

3.2 IVIM評估移植腎相關并發癥的研究發展 近年來，IVIM在移植腎并發癥方面的研究取得了較快的進展。REN等[30]對62例腎移植患者及20名健康志愿者進行IVIM檢查，發現ADCslow值(即D)、ADCfast值(即D*)以及f與eGFR呈正相關，同時證實IVIM具有評價腎小球硬化、間質纖維化等可能導致彌散參數降低的腎臟功能及微結構的能力。CHEN等[31]研究證實IVIM參數與腎小球濾過率(eGFR)具有良好的相關性，且發現功能良好的移植物腎皮質ADC值、ADCslow值、ADCfast值、f值及髓質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移植腎的功能障礙。在兒童腎移植方面，POYNTON等[32]發現D*與Banfft及CI評分呈中度負相關、與班夫I評分呈中度正相關，表明IVIM有潛力作為一種無創方法來評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的潛力。ZHANG等[34]以小鼠為對象研究IVIM對于評估慢性腎移植物損傷的價值，結果表明IVIM能比肌酐更早檢測到慢性腎移植物損傷，同時定量評估移植物纖維化程度。目前很多學者聯合IVIM及其他MRI技術來評估移植腎相關并發癥。BANE等[26]聯合使用IVIM、DTI、T1 mapping等技術評估移植腎功能障礙并纖維化的診斷價值，通過對15位移植腎功能穩定的患者以及12例慢性移植腎功能障礙或移植腎纖維的患者進行檢查，發現皮質ADC值和T1測量值能預測18個月內eGFR下降情況。任濤等[35]聯合IVIM與ASL MRI評估早期移植腎功能，結果顯示兩者聯合使用的敏感度和特異度均高于兩種技術單獨使用時。

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

4 DKI

4.1 DKI技術理論基礎 DKI是近年來新興的一種MRI技術，在超高b值(>1 000 s/mm2)下獲得，可揭示水分子的非高斯擴散。前文已提到人體生物組織的水分子擴散會受到組織結構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構的異質性和不規則性，DKI不僅能提供DTI所有常見的擴散參數，而且還能獲得額外的特征峰度參數。DKI的特征峰度參數包括平均峰度MK，徑向峰度K⊥和軸向峰度K//，MK值越大，表示結構越復雜，水分子的非高斯分布受到的擴散限制程度越高[37]。

4.2 DKI評估移植腎相關并發癥的研究發展 在腹部臟器中，DKI主要應用于前列腺及肝臟[38-39]的檢查，在腎臟方面的研究還比較少。PENTANG等發現與常用的單指數ADC模型相比，DKI模型與實驗數據的擬合較好，同時能獲得更高的信噪比，表明在反映腎臟組織微結構特征方面DKI比傳統的DWI更為準確。程仲元等[40]研究發現，正常人腎臟皮質特征峰度參數值均高于髓質，表明其特有的峰度參數值能提供更多腎皮髓質微結構的信息。在腎臟疾病應用方面，至今僅有少量研究報道了DKI在小鼠纖維化、IgA腎病、高尿酸血癥中的研究[41-43]，而DKI評估移植腎相關并發癥更是鮮有研究，表明其在此方面可能存在較大的探索空間。

4.3 DKI技術的局限性 第一，b值的選擇很重要但尚無統一標準[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，需要更多的實驗研究這種技術的潛力，使其能提供更多有關腎臟病理改變的信息。

5 展望

移植腎術后并發癥的病理、生理類型復雜，且一般都不是孤立發生的，同一患者也可以同時發生多個并發癥。因此，僅用某種MRI技術所提供的信息是不全面的，若聯合其他功能MRI技術或是其他無創檢測方法如超聲，則可以轉變成更強大的診斷工具，例如目前已有腎臟計算機輔助診斷系統(renal computer-assisted diagnostic，Renal-CAD)方面的研究，即聯合DWI、BOLD以及實驗室數據，及時、準確地診斷急性排斥反應[46]。因此，相信多模態MRI技術在早期發現和診斷移植腎并發癥方面具有極大的潛力及廣闊的應用前景，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。