磁共振擴散加權成像聯合血氧水平依賴成像在慢性腎臟病腎功能評價中的應用

李 成，羅丹丹，龔良庚，連 珞，曾 磊，周國盛，樊 燁，徐高四，涂衛平，房向東

慢性腎臟病 (chronic kidney disease，CKD)已然成為全球公共衛生問題，消耗大量醫療資源并嚴重威脅人民健康。因此，對CKD患者進行早期診斷、對腎功能和病理損傷程度進行準確評估，是延緩CKD進展、減慢終末期腎臟病患病率上升的有效手段［1－2］。目前，判斷 CKD 病變程度的金標準——腎臟病理活檢有助于臨床醫生判斷CKD的進展及預后，但其具有創傷性，且不便于病情的動態觀察。隨著磁共振成像 (MRI)技術的日新月異，使得MR技術不但能精確顯示腎臟形態的改變，還能反映腎臟的功能。磁共振擴散加權成像 (DWI)、血氧水平依賴磁共振成像 (BOLD MRI)是最具有臨床應用價值的MRI技術之一。本研究旨在探討CKD進展過程中，表觀彌散系數(ADC)值和表觀橫向弛豫率 (R2*)值的變化規律及其與腎臟病理損害程度的相關性，為DWI和BOLD MRI進一步應用于臨床提供依據。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2012年2—12月在南昌大學第二附屬醫院腎內科就診的CKD患者50例為CKD組，其中男29例，女21例;年齡24～66歲，平均45歲。均符合美國腎臟病基金會頒布的腎臟病生存質量指導(kidney disease outcomes quality initiative，K/DOQI)中關于 CKD的定義［3］;均為雙腎彌漫性病變，排除雙/單側腎臟明顯萎縮或合并腎臟其他疾病，如腎結石、腎積水、多發性腎囊腫等。18例CKD患者行腎穿刺活檢，并對腎臟病理損傷程度進行了評分。另選取同時期體檢健康正常志愿者20例為對照組，其中男12例，女8例;年齡25～64歲，平均41歲。納入標準:(1)臨床沒有腎臟病病史。(2)目前沒有腎臟病的臨床表現。(3)和腎功能有關的實驗室檢查指標均正常。(4)檢查前先進行磁共振常規T1WI、T2WI提示腎臟正常者。(5)最近沒有服用有明顯腎毒性的藥物。兩組性別及年齡具有均衡性。

1.2 MRI檢查方法

1.2.1 設備 采用GE Singa HDxt GE 3.0 T磁共振掃描機，采用表面相控陣線圈。使用呼吸門控技術消除腹部臟器運動造成的偽影，采用脂肪抑制技術抑制腹部脂肪信號。

1.2.2 MRI掃描 分別行常規 T1WI、T2WI腎臟掃描;DWI采用單次激發回波平面 (SS－EPI)序列，重復時間(TR)/回波時間 (TE)6 316 ms/63.1 ms，層厚6層，間隔1 mm，視野 (FOV)340 mm，矩陣 96×180，激勵次數(NEX)8次，b值800 s/mm2;BOLD掃描采用多梯度回波序列 (mGRE)，TR/TE 150 ms/2.4～27.0 ms，層厚6層，間隔1 mm，FOV 340 mm，矩陣96×180，NEX 8次。掃描中心層面定位在腎臟中心層面。

1.2.3 圖像后處理 采用GE ADW 4.4工作站的Functool 9.4.05a軟件包對DWI和BOLD MRI圖像進行后處理;工作站軟件系統自動生成彩色ADC圖。設定紅色區域代表最高ADC值，藍色區域代表ADC值。工作站軟件系統自動生成R*2圖和T2*圖。

1.2.4 圖像分析與測量 感興趣區(ROI)均在腎門中心水平皮質、髓質分界清楚的區域選擇，皮質ROI用自由線勾畫出皮質輪廓，注意避開化學偽影及腎竇。髓質ROI用圓形工具在腎臟前、中、后份勾勒3個圓形區域，面積10～20 mm2，獲得測量指標的平均值。分別獲取腎臟皮質和髓質的ADC值和R2*值。

1.3 同位素腎小球濾過率 (GFR)測定所有患者在MRI檢查前后1周內用99Tcm－二乙基三胺五乙酸 (DTPA)腎動態顯像測定了GFR，儀器為美國GE公司生產的InfiniavcHawkeye4雙探頭單光子發射計算機斷層儀 (SPECT)。檢查時患者取臥位，探頭貼近后腰部，視野包括雙腎，“彈丸”式靜脈注射99Tcm－DTPA后即刻進行動態采集。參照 K/DOQI指南［3］，根據GFR確定CKD臨床分期分為3組:CKD1期 (16例):GFR≥90 ml/min;CKD2期(13例):90 ml/min＞GFR≥60 ml/min，CKD3期 (21例):60 ml/min＞GFR≥30 ml/min。

1.4 病理檢測 18例CKD患者于試驗前后7 d在彩超引導下行腎穿刺活檢術。用10%中性甲醛溶液固定腎組織標本，經脫水、石蠟包埋制片 (1 μm)，行常規蘇木素－伊紅染色、糖原染色、Masson染色及碘酸六胺銀染色。腎臟病理損傷程度采用 Katafuchi腎病評分系統［4］:總分為0～27分，包括腎小球積分1～12分，腎小管－間質積分0～9分，血管積分0～6分。病理損害積分為其三者相加。

1.5 統計學方法 采用SPSS for Windows 16.0統計軟件包分析數據。計量資料采用()表示，多組間比較采用方差分析，組間兩兩比較采用LSD－t檢驗。相關性分析采用Pearson相關分析法。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 對照組與CKD組皮質、髓質ADC值比較 對照組與CKD各亞組皮質ADC值和髓質ADC值比較，差異均有統計學意義 (P＜0.05);其中CKD1組、CKD2組、CKD3組皮質ADC值和髓質ADC值較對照組降低，差異均有統計學意義 (P＜0.05);CKD2組、CKD3組皮質 ADC值和髓質ADC值較CKD1組降低，差異均有統計學意義 (P＜0.05);CKD3組皮質ADC值和髓質ADC值較CKD2組降低，差異均有統計學意義 (P＜0.05，見表1)。

2.2 對照組與CKD組皮質、髓質R2*值比較 對照組與CKD各亞組皮質R2*值和髓質R2*值比較，差異均有統計學意義(P＜0.05);其中CKD2組、CKD3組較對照組和CKD1組皮質R2*值升高、髓質R2*值降低，差異均有統計學意義 (P＜0.05);CKD3組較CKD2組皮質R2*值升高、髓質R2*值降低，差異均有統計學意義 (P＜0.05，見表2)。

表1 對照組與CKD各亞組間皮質、髓質ADC值比較 (， ×10－3mm2/s)Table 1 Comparison of cortical and medullary ADC values among control group and various CKD subgroups

表1 對照組與CKD各亞組間皮質、髓質ADC值比較 (， ×10－3mm2/s)Table 1 Comparison of cortical and medullary ADC values among control group and various CKD subgroups

注:ADC=表觀彌散系數;與對照組比較，*P＜0.05;與 CKD1組比較，△P＜0.05;與CKD2組比較，▲P＜0.05

組別 例數 皮質ADC 髓質ADC對照組 20 2.32±0.07 2.18±0.07 CKD1組 16 2.06±0.17* 1.89±0.17*CKD2組 13 1.81±0.09＊△ 1.68±0.09＊△CKD3組 21 1.70±0.05＊△▲ 1.56±0.04＊△▲F 0.000 0.000 150.984 153.013 P值值

2.3 CKD患者皮質、髓質ADC值與病理損害積分的相關性分析 18例CKD患者行腎穿刺病理活檢，結果顯示:皮質ADC值和髓質ADC值與病理損害積分均呈負相關 (r皮= －0.814，r髓= －0.800，P＜0.01，見圖1、2)。

2.4 CKD患者皮質、髓質R2*值與病理損害積分的相關性分析 皮質R2*值與病理損害積分無線性相關性 (r=0.461，P＞0.05，見圖3);髓質R2*值與病理損害積分呈負相關 (r=－0.659，P＜0.05，見圖4)。

表2 對照組與CKD各亞組間皮質、髓質R2*值比較 (，Hz)Table 2 Comparison of cortical and medullary R2* values among control group and various CKD subgroups

表2 對照組與CKD各亞組間皮質、髓質R2*值比較 (，Hz)Table 2 Comparison of cortical and medullary R2* values among control group and various CKD subgroups

注:R2*=表觀橫向弛豫率;與對照組比較，*P＜0.05;與 CKD1組比較，△P＜0.05;與CKD2組比較，▲P＜0.05

組別 例數 皮質R2*值 髓質R2*值對照組 20 15.58±0.46 31.22±1.25 CKD1組 16 16.04±0.51 30.13±2.95 CKD2組 13 18.38±1.89＊△ 25.45±1.44＊△CKD3組 21 20.63±0.53＊△▲ 22.17±2.65＊△▲F 0.000 0.000 44.063 69.355 P值值

圖1 CKD患者皮質ADC值與病理損害積分的相關性Figure 1 Correlation between cortical ADC values and pathological lesion degree in CKD patients

圖2 CKD患者髓質ADC值與病理損害積分的相關性Figure 2 Correlation between medullary ADC values and pathological lesion degree in CKD patients

圖3 CKD患者皮質R2*值與病理損害積分的相關性Figure 3 Correlation between cortical R2*values and pathological lesion degree in CKD patients

圖4 CKD患者髓質R2*值與病理損害積分的相關性Figure 4 Correlation between medullary R2*values and pathological lesion score in CKD patients

3 討論

3.1 腎臟DWI及其ADC值在CKD分期中的應用價值 DWI是一種對水分子擴散運動敏感的成像技術，反映組織內分子活動的自由度，間接反映組織的結構特點［5－6］。CKD 患者的腎臟功能受損時，常引起腎小球硬化、間質炎癥和纖維化、腎小管萎縮和增生，使得腎小球血流動力學改變、腎小管和間質水的轉運功能減輕，這一系列變化都可影響水分子的擴散運動，從而表現出與正常人不同的ADC值。ADC值由代表DWI的擴散敏感度的b值計算得出，大b值反映水分子的擴散，小b值主要反映組織灌注和水分子擴散的綜合情況。當b值取值較大時測得的ADC值能較真實地反映擴散情況，但過大的b值又會使圖像的信噪比下降［7］。為了兼顧擴散成像質量和彌散強度，本研究將b值定為800 s/mm2。

已有多數研究證實CKD患者腎臟ADC值明顯低于正常人，ADC值在腎功能的評估中具有很好的穩定性［8－10］，表明DWI在評價腎臟功能方面具有一定的臨床應用價值。皮質ADC值高于髓質，是由于皮質血流量豐富，水分子運動活躍，而髓質內血灌注量相對不足，且水分子的擴散受到髓質特殊放射性管狀結構的限制。本研究根據K/DOQI指南診斷標準對CKD組患者進行臨床分期，克服了以往簡單的按血肌酐分為腎功能正常和異常的研究設計缺陷，測得CKD患者的腎皮質和髓質ADC值均低于健康人，且隨著腎功能分期的加重，皮質和髓質ADC值呈下降的趨勢，與以往研究結果一致。表明在采用較高b值條件下，ADC值對不同分期的鑒別具有一定的診斷效能。

3.2 腎臟BOLD MRI及其R2*值在CKD氧合狀態評估中的價值 BOLD MRI是基于血氧水平的改變而成像的。氧合血紅蛋白具有抗磁性，而脫氧血紅蛋白具有順磁性。血中的脫氧血紅蛋白增加導致周圍局部磁場的不均勻，在血管周邊及內部產生磁場，導致T2*加權梯度回波像上信號的降低。因此，當氧合/脫氧血紅蛋白比例升高或者脫氧血紅蛋白含量下降時，T2*縮短效應減弱，MRI信號增強［11］。R2*值可以被解釋為組織氧分壓 (PaO2)的改變，即高的R2*值代表組織氧含量較低，而低的R2*值則代表組織氧含量較高。腎臟皮質PaO2明顯高于髓質，氧含量的輕微改變對血紅蛋白濃度的影響不同髓質敏感。因此，現大多研究均測量腎髓R2*值的變化，并用于評價腎臟的氧代謝情況［12］。

本研究結果顯示，皮質R2*值隨著CKD分期的增加呈上升趨勢，提示缺氧程度隨著腎功能的惡化逐漸增加，與以往文獻的結果一致［13－14］。分析其原因可能是與CKD患者腎小球硬化、外周毛細血管減少及間質纖維化導致腎皮質氧供減少有關。而隨著CKD病情加重，髓質的R2*值逐漸降低，提示髓質的氧代謝水平隨著腎功能的惡化而逐漸降低，結果與部分研究結果不同［15－16］，可能的原因考慮為:隨著腎功能的下降，GFR隨之降低，生成的超濾液也減少，從而使髓質內近端小管內Na+的主動吸收減少;同時，CKD伴有不同程度的腎小管萎縮，小分子主動運輸的減少和腎小管萎縮共同造成了Na+－K+－ATP泵工作減少，耗氧量的降低［12］。值得一提的是 CKD1期患者皮質和髓質R2*值與正常人無差異，而CKD各分期之間皮質和髓質R2*值均存在差異，提示BOLD MRI技術對CKD早期的缺氧改變并不敏感，但對于CKD腎功能的評價仍有一定的臨床價值。

3.3 皮質和髓質ADC值和R2*值與病理損害積分的相關性 腎穿刺活檢目前是評價腎臟病變嚴重程度的金標準，但其為有創性檢查，有一定的風險，且不便于病情的動態觀察。尋求一種無創檢查來評價腎臟病理損害程度是臨床工作亟待解決的問題。本試驗中活檢病理組織內可見不同程度的腎小球硬化，小球系膜增生;腎間質單核細胞浸潤及灶狀纖維化，這些病理損害均引起了腎臟灌注減少和水分子的彌散受限，在DWI上表現為腎實質ADC值降低。本研究結果顯示皮質、髓質ADC值與病理損害積分均呈負相關。

腎小管間質病變是CKD發展至尿毒癥的共同路徑，而缺氧正是慢性腎間質病變發生、發展的重要環節，髓質內間質體積是皮質內間質的2～3倍［17］。因此，腎臟發生的缺血缺氧病理改變對腎髓質氧代謝影響更為明顯［18］。國內學者李瓊［19］研究61例接受腎穿刺檢查的原發性腎小球病患者腎臟氧合水平與病理損害程度的關系，發現隨著腎間質纖維化程度的加重，髓質R2*值呈逐漸下降的趨勢。本研究對18例CKD患者行腎穿刺活檢，發現CKD患者腎皮質R2*值與病理損害積分無線性相關性，而髓質R2*值與病理損害積分呈負相關，提示隨著腎小管萎縮、間質纖維化加重，髓質的氧代謝水平降低，與上述研究結論一致。

綜上所述，ADC值和R2*值在 CKD的臨床分期中有一定的臨床價值，但ADC值對CKD的早期診斷較為敏感，可能早于GFR發現腎臟損害;而髓質R*2值對于判斷腎間質纖維化程度可能有更好的優勢。在CKD進展過程中，皮質和髓質ADC值的變化一致，皮質和髓質R*2值變化規律卻相反，但這兩指標的變化均間接反映了CKD患者腎血流量降低、GFR降低及腎功能損壞，前者反映的是腎小球硬化及小管萎縮，水分子的擴散受限，以腎小球損傷為主;后者反映的是腎實質缺血所致的缺氧狀態，以腎髓質敏感。這一結果進一步說明臨床上常見的腎臟疾病通過多種途徑導致腎小管間質受損，使得腎小球和腎小管間質關系進一步惡化，但若無腎小管間質病變存在，即使腎小球病變較嚴重，也不會出現GFR的明顯降低［17］。因此，DWI和 BOLD MRI聯合應用可全面反映腎小球及腎小管的功能狀態，在CKD早期腎功能改變評價中具有互補作用。

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