體素內不相干運動成像定量評估慢性移植腎功能不全

王 盼,李向南,鄭 鑫,胡小鵬,張 琛,蔣 濤,李 敏*

(1.北京市房山區第一醫院放射科,北京 102400;2.首都醫科大學附屬北京朝陽醫院放射科,4.泌尿外科,北京 100020;3.首都醫科大學附屬北京佑安醫院泌尿外科,北京 100069;5.西門子醫療有限公司磁共振科研合作部,北京 100102)

慢性移植腎功能不全(chronic allograft dysfunction, CAD)指各種因素引起的移植腎功能損害[1],可見于約13.95%移植腎[2]。CAD是影響腎移植受者長期存活的主要原因,盡早干預移植腎功能損傷可延緩甚至逆轉CAD[3-4]。血肌酐、尿素氮及腎小球濾過率是臨床評價移植腎功能的最常用指標,但存在局限性[5]。雙指數彌散加權體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像可無創、準確評估活體組織微觀結構和功能[6-7]。本研究觀察IVIM成像定量評估CAD的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 前瞻性納入2019年3月—12月104例CAD患者,男81例、女23例,年齡23～65歲、平均(44.0±9.6)歲;均為首次腎移植術后≥3個月,隨訪依從性較好,且無其他系統疾病。排除標準:①移植腎存在出血、梗死及血管狹窄等手術并發癥;②移植腎明顯萎縮伴滲出;③MR禁忌證。根據估算腎小球濾過率(estimated glomerular filtration rate, eGFR)將CAD患者分為CAD 1組[腎功能輕度受損,eGFR≥60 ml/(min·1.73 m2)]、 2組[腎功能中度受損,30 ml/(min·1.73 m2)≤eGFR<60 ml/(min·1.73 m2)] 及3組[腎功能重度受損,eGFR<30 ml/(min·1.73 m2)]。另以36名健康志愿者為對照組,男12名、女24名,年齡27～70歲、平均(46.3±11.6)歲。本研究經院倫理委員會批準[京房倫批第(13)號],檢查前所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Prisma 3.0T超導MR儀、18通道體部相控陣線圈,囑患者仰臥,以移植腎為中心進行掃描;參數:快速自旋回波(fast spin echo, FSE)序列軸位T1W,TR 700 ms,TE 12 ms,層厚5.0 mm,層數24,FOV 240 mm,NEX 1;軸位FSE序列T2W,TR 3 770 ms,TE 101 ms,層厚5.0 mm,層數24,FOV 240 mm,NEX 2;冠狀位半傅里葉采集單次激發快速自旋回波成像(half-Fourier acquisition single shot turbo spin echo imaging, HASTE)序列T2W,TR 1 670 ms,TE 87 ms,層厚5.0 mm,層數30,FOV 400 mm,NEX 1;采用單次激發平面回波(single-shot echo planar imaging, EPI)序列行IVIM,獲得以腎門為中心的軸位圖像,b值=0、50、100、150、200、400、800、1 200、2 000 s/mm2,TR 4 000 ms,TE 55.0 ms,FOV 350 mm,層厚4.0 mm,矩陣120×120,掃描時間約6 min。

1.3 圖像處理與分析 由2名分別有5、10年腹部影像學診斷經驗的放射科醫師共同閱片,意見不同則經協商達成一致;以腎門為中心將移植腎分為上、中、下3個區域,避開囊變、出血、血管聚集區及偽影,分別于皮、髓質內勾畫6個圓形ROI,使皮質ROI直徑約1.0～1.5 cm、與腎臟邊緣的距離>1.5 mm,髓質ROI直徑約1.5～3.0 cm,見圖1。將IVIM原始圖像導入Siemens MR Body Diffusion Toolbox v1.30圖像處理工作站,獲取IVIM參數圖,測量2次ROI真性彌散系數(D值)、微循環灌注彌散系數(D*值)及灌注分數(f值);對照組依次測量雙側腎臟,均取平均值作為結果。

圖1 勾畫ROI方法 A.勾畫ROI示意圖; B.于軸位圖像中勾畫ROI;盡可能均勻地在上、中、下3個區域的皮、髓質區域勾畫圓形ROI (白點代表皮質勾畫區域,黑點代表髓質勾畫區域)

1.4 統計學分析 采用SPSS 22.0統計分析軟件。以±s表示符合正態分布計量資料,以中位數(上下四分位數)表示不符合者,分別采用配對t檢驗、配對樣本秩和檢驗比較組內腎皮、髓質IVIM參數,采用非參數多個獨立樣本的秩和檢驗進行組間比較。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic curve, ROC)曲線,計算曲線下面積(area under the curve, AUC),評價IVIM參數診斷CAD的效能,并以DeLong檢驗比較其差異。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

CAD 1組11例,男9例、女2例,平均(51.2±8.9)歲;CAD 2組61例,男51例、女10例,平均(43.6±9.2)歲;CAD 3組32例,男21例、女11例,平均(42.5±10.0)歲。

對5例重度CAD患者于MR檢查后1～2周行腎臟活檢穿刺,病理顯示不同程度腎小球硬化、腎小管萎縮、腎間質炎性細胞浸潤和纖維化。

2.1 腎臟皮、髓質IVIM參數 移植腎皮質D值在各CAD組均低于對照組(P均<0.05),且在CAD 1組、2組、3組間依序減低(P均<0.05);CAD 2組、3組移植腎髓質D值均低于對照組(P均<0.05)。移植腎皮質D*值在各CAD組均低于對照組(P均<0.05),CAD 2組、3組髓質D*值均低于對照組(P均<0.05),但 各CAD組間移植腎皮質、髓質D*值差異均無統計學意義(P均>0.05)。CAD 2組、3組移植腎皮質、髓質f值均低于對照組(P均<0.05),CAD 3組移植腎皮質f值低于1組及2組(P均<0.05)。各組腎皮質D值、D*值、f值均高于髓質(P均<0.05)。見表1。

表1 各CAD組移植腎與對照組腎皮、髓質IVIM參數比較

2.2 診斷效能 皮質IVIM聯合模型診斷CAD的AUC為0.96[95%CI(0.93,0.99)],優于D*值[AUC=0.74,95%CI(0.62,0.86)]及f值[AUC=0.83,95%CI(0.74,0.91)](P均<0.05)而與D值[AUC=0.94,95%CI(0.89,0.98)]差異無統計學意義(P=0.32);D值診斷AUC優于D*值及f值(P均<0.05);D*值與f值差異無統計學意義(P>0.05)。髓質IVIM聯合模型診斷CAD的AUC為0.91[95%CI(0.86,0.96)],優于D值[AUC=0.80,95%CI(0.72,0.88)]、D*值[AUC=0.67,95%CI(0.56,0.79)]及f值[AUC=0.80,95%CI(0.72,0.88)](P均<0.05)。見圖2。

圖2 腎皮、髓質IVIM參數診斷CAD的ROC曲線 A.腎皮質; B.腎髓質

3 討論

CAD是多數移植腎失功的早期表現。盡管應用新型免疫抑制劑及采取預防感染等措施已使移植腎早期丟失顯著下降,但未能改善移植腎遠期丟失[8]。DWI可無創評估腎功能[9-10],但單指數彌散加權成像參數表觀彌散系數不僅受組織和細胞結構變化、亦受局部毛細血管微循環影響而存在局限性。多b值擬合雙指數彌散加權IVIM可區分組織內真實水分子擴散與毛細血管微循環灌注區,已廣泛用于評估慢性腎病腎臟功能[11-12]。多參數IVIM可從微觀角度準確反映移植腎功能損傷引起的腎皮、髓質水分子擴散受限及微循環灌注減低。

本研究各組腎皮質D值、D*值、f值均明顯高于髓質,提示腎臟皮質水分子擴散運動較髓質活躍,微循環灌注皮質較髓質更加顯著,與既往研究[13]結果相符。正常生理條件下,腎皮質處于高血流狀態,血供較髓質豐富;而腎小管等管狀結構在髓質內呈放射狀排列,使得髓質組織間水分子擴散受到不同程度限制[14]。MAO等[15]以IVIM觀察72例慢性腎病患者,發現其腎皮質D值、D*值、f值均明顯高于髓質,本研究結果與之相符。

IVIM模型可無創、量化、分級評估移植腎功能。本研究發現CAD患者移植腎皮、髓質D值、D*值、f值均小于對照組,與既往研究結果[15-16]相符。移植腎皮質D值是反映移植腎功能變化的最為敏感的參數,隨腎功能損傷加重,移植腎皮質D值逐漸減低。CAD過程中,隨腎實質逐漸纖維化,細胞內水分子的自由擴散運動受到限制,導致反映真實水分子擴散的D值降低;而IVIM可量化、分級評估腎臟間質纖維化、腎小管硬化和腎小管萎縮引起不同程度的腎功能損傷。LIANG等[17]對74名兒童進行隊列研究,發現腎皮質D值和f值存在降低趨勢。HUEPER等[18-19]報道,移植腎功能損傷患者IVIM參數均減低,且與腎纖維化程度相關。

本研究結果顯示,移植腎皮質D值評估CAD的效能優于f值,而f值與D*值差異無統計學意義;CAD 1、2組間腎皮質f值差異無統計學意義,而2、3組間有所差異。CAD早期,腎臟通過自身體液神經調節來應對腎臟生理病理變化,使腎小球呈代償性高濾過,而腎皮、髓質血流相對穩定[20-21];隨著腎小球硬化及腎小管萎縮,腎臟間質纖維化,腎臟血流量不斷減少,導致f值顯著下降[22-23]。f值對于評估不同病因及不同階段CAD的應用價值尚待進一步研究。

綜上,IVIM參數可定量評估CAD患者移植腎功能。但本研究單中心橫斷面觀察,樣本量有限而分布不均,且未能獲得全面病理結果,有待后續進一步研究。

利益沖突:全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻:王盼研究實施、圖像處理、數據分析、查閱文獻、撰寫和修改文章;李向南、鄭鑫研究實施;胡小鵬指導;張琛研究設計;蔣濤指導、研究設計、經費支持;李敏研究設計,圖像處理、數據分析、查閱文獻、修改和審閱文章。