磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像聯(lián)合血氧水平依賴成像在慢性腎臟病腎功能評價中的應(yīng)用

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

慢性腎臟病 (chronic kidney disease，CKD)已然成為全球公共衛(wèi)生問題，消耗大量醫(yī)療資源并嚴(yán)重威脅人民健康。因此，對CKD患者進(jìn)行早期診斷、對腎功能和病理損傷程度進(jìn)行準(zhǔn)確評估，是延緩CKD進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)——腎臟病理活檢有助于臨床醫(yī)生判斷CKD的進(jìn)展及預(yù)后，但其具有創(chuàng)傷性，且不便于病情的動態(tài)觀察。隨著磁共振成像 (MRI)技術(shù)的日新月異，使得MR技術(shù)不但能精確顯示腎臟形態(tài)的改變，還能反映腎臟的功能。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像 (DWI)、血氧水平依賴磁共振成像 (BOLD MRI)是最具有臨床應(yīng)用價值的MRI技術(shù)之一。本研究旨在探討CKD進(jìn)展過程中，表觀彌散系數(shù)(ADC)值和表觀橫向弛豫率 (R2*)值的變化規(guī)律及其與腎臟病理損害程度的相關(guān)性，為DWI和BOLD MRI進(jìn)一步應(yīng)用于臨床提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2012年2—12月在南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院腎內(nèi)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(zhì)量指導(dǎo)(kidney disease outcomes quality initiative，K/DOQI)中關(guān)于 CKD的定義［3］;均為雙腎彌漫性病變，排除雙/單側(cè)腎臟明顯萎縮或合并腎臟其他疾病，如腎結(jié)石、腎積水、多發(fā)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn):(1)臨床沒有腎臟病病史。(2)目前沒有腎臟病的臨床表現(xiàn)。(3)和腎功能有關(guān)的實驗室檢查指標(biāo)均正常。(4)檢查前先進(jìn)行磁共振常規(guī)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(shè)備 采用GE Singa HDxt GE 3.0 T磁共振掃描機(jī)，采用表面相控陣線圈。使用呼吸門控技術(shù)消除腹部臟器運動造成的偽影，采用脂肪抑制技術(shù)抑制腹部脂肪信號。

1.2.2 MRI掃描 分別行常規(guī) T1WI、T2WI腎臟掃描;DWI采用單次激發(fā)回波平面 (SS－EPI)序列，重復(fù)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(shù)(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，F(xiàn)OV 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(jìn)行后處理;工作站軟件系統(tǒng)自動生成彩色ADC圖。設(shè)定紅色區(qū)域代表最高ADC值，藍(lán)色區(qū)域代表ADC值。工作站軟件系統(tǒng)自動生成R*2圖和T2*圖。

1.2.4 圖像分析與測量 感興趣區(qū)(ROI)均在腎門中心水平皮質(zhì)、髓質(zhì)分界清楚的區(qū)域選擇，皮質(zhì)ROI用自由線勾畫出皮質(zhì)輪廓，注意避開化學(xué)偽影及腎竇。髓質(zhì)ROI用圓形工具在腎臟前、中、后份勾勒3個圓形區(qū)域，面積10～20 mm2，獲得測量指標(biāo)的平均值。分別獲取腎臟皮質(zhì)和髓質(zhì)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(nèi)用99Tcm－二乙基三胺五乙酸 (DTPA)腎動態(tài)顯像測定了GFR，儀器為美國GE公司生產(chǎn)的InfiniavcHawkeye4雙探頭單光子發(fā)射計算機(jī)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(jìn)行動態(tài)采集。參照 K/DOQI指南［3］，根據(jù)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(dǎo)下行腎穿刺活檢術(shù)。用10%中性甲醛溶液固定腎組織標(biāo)本，經(jīng)脫水、石蠟包埋制片 (1 μm)，行常規(guī)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(tǒng)［4］:總分為0～27分，包括腎小球積分1～12分，腎小管－間質(zhì)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(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS for Windows 16.0統(tǒng)計軟件包分析數(shù)據(jù)。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(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析法。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

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

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

表1 對照組與CKD各亞組間皮質(zhì)、髓質(zhì)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(zhì)、髓質(zhì)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(shù);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(shù) 皮質(zhì)ADC 髓質(zhì)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(zhì)、髓質(zhì)ADC值與病理損害積分的相關(guān)性分析 18例CKD患者行腎穿刺病理活檢，結(jié)果顯示:皮質(zhì)ADC值和髓質(zhì)ADC值與病理損害積分均呈負(fù)相關(guān) (r皮= －0.814，r髓= －0.800，P＜0.01，見圖1、2)。

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

表2 對照組與CKD各亞組間皮質(zhì)、髓質(zhì)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(zhì)、髓質(zhì)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(shù) 皮質(zhì)R2*值 髓質(zhì)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(zhì)ADC值與病理損害積分的相關(guān)性Figure 1 Correlation between cortical ADC values and pathological lesion degree in CKD patients

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

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

圖4 CKD患者髓質(zhì)R2*值與病理損害積分的相關(guān)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(yīng)用價值 DWI是一種對水分子擴(kuò)散運動敏感的成像技術(shù)，反映組織內(nèi)分子活動的自由度，間接反映組織的結(jié)構(gòu)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(zhì)炎癥和纖維化、腎小管萎縮和增生，使得腎小球血流動力學(xué)改變、腎小管和間質(zhì)水的轉(zhuǎn)運功能減輕，這一系列變化都可影響水分子的擴(kuò)散運動，從而表現(xiàn)出與正常人不同的ADC值。ADC值由代表DWI的擴(kuò)散敏感度的b值計算得出，大b值反映水分子的擴(kuò)散，小b值主要反映組織灌注和水分子擴(kuò)散的綜合情況。當(dāng)b值取值較大時測得的ADC值能較真實地反映擴(kuò)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(kuò)散成像質(zhì)量和彌散強(qiáng)度，本研究將b值定為800 s/mm2。

已有多數(shù)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(wěn)定性［8－10］，表明DWI在評價腎臟功能方面具有一定的臨床應(yīng)用價值。皮質(zhì)ADC值高于髓質(zhì)，是由于皮質(zhì)血流量豐富，水分子運動活躍，而髓質(zhì)內(nèi)血灌注量相對不足，且水分子的擴(kuò)散受到髓質(zhì)特殊放射性管狀結(jié)構(gòu)的限制。本研究根據(jù)K/DOQI指南診斷標(biāo)準(zhǔn)對CKD組患者進(jìn)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(shè)計缺陷，測得CKD患者的腎皮質(zhì)和髓質(zhì)ADC值均低于健康人，且隨著腎功能分期的加重，皮質(zhì)和髓質(zhì)ADC值呈下降的趨勢，與以往研究結(jié)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(tài)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(dǎo)致周圍局部磁場的不均勻，在血管周邊及內(nèi)部產(chǎn)生磁場，導(dǎo)致T2*加權(quán)梯度回波像上信號的降低。因此，當(dāng)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(yīng)減弱，MRI信號增強(qiáng)［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(zhì)PaO2明顯高于髓質(zhì)，氧含量的輕微改變對血紅蛋白濃度的影響不同髓質(zhì)敏感。因此，現(xiàn)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(jié)果顯示，皮質(zhì)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(xiàn)的結(jié)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(xì)血管減少及間質(zhì)纖維化導(dǎo)致腎皮質(zhì)氧供減少有關(guān)。而隨著CKD病情加重，髓質(zhì)的R2*值逐漸降低，提示髓質(zhì)的氧代謝水平隨著腎功能的惡化而逐漸降低，結(jié)果與部分研究結(jié)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(zhì)內(nèi)近端小管內(nèi)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?shù)臏p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(zhì)和髓質(zhì)R2*值與正常人無差異，而CKD各分期之間皮質(zhì)和髓質(zhì)R2*值均存在差異，提示BOLD MRI技術(shù)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(zhì)和髓質(zhì)ADC值和R2*值與病理損害積分的相關(guān)性 腎穿刺活檢目前是評價腎臟病變嚴(yán)重程度的金標(biāo)準(zhǔn)，但其為有創(chuàng)性檢查，有一定的風(fēng)險，且不便于病情的動態(tài)觀察。尋求一種無創(chuàng)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(nèi)可見不同程度的腎小球硬化，小球系膜增生;腎間質(zhì)單核細(xì)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(xiàn)為腎實質(zhì)ADC值降低。本研究結(jié)果顯示皮質(zhì)、髓質(zhì)ADC值與病理損害積分均呈負(fù)相關(guān)。

腎小管間質(zhì)病變是CKD發(fā)展至尿毒癥的共同路徑，而缺氧正是慢性腎間質(zhì)病變發(fā)生、發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，髓質(zhì)內(nèi)間質(zhì)體積是皮質(zhì)內(nèi)間質(zhì)的2～3倍［17］。因此，腎臟發(fā)生的缺血缺氧病理改變對腎髓質(zhì)氧代謝影響更為明顯［18］。國內(nèi)學(xué)者李瓊［19］研究61例接受腎穿刺檢查的原發(fā)性腎小球病患者腎臟氧合水平與病理損害程度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著腎間質(zhì)纖維化程度的加重，髓質(zhì)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(fā)現(xiàn)CKD患者腎皮質(zhì)R2*值與病理損害積分無線性相關(guān)性，而髓質(zhì)R2*值與病理損害積分呈負(fù)相關(guān)，提示隨著腎小管萎縮、間質(zhì)纖維化加重，髓質(zhì)的氧代謝水平降低，與上述研究結(jié)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(fā)現(xiàn)腎臟損害;而髓質(zhì)R*2值對于判斷腎間質(zhì)纖維化程度可能有更好的優(yōu)勢。在CKD進(jìn)展過程中，皮質(zhì)和髓質(zhì)ADC值的變化一致，皮質(zhì)和髓質(zhì)R*2值變化規(guī)律卻相反，但這兩指標(biāo)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(kuò)散受限，以腎小球損傷為主;后者反映的是腎實質(zhì)缺血所致的缺氧狀態(tài)，以腎髓質(zhì)敏感。這一結(jié)果進(jìn)一步說明臨床上常見的腎臟疾病通過多種途徑導(dǎo)致腎小管間質(zhì)受損，使得腎小球和腎小管間質(zhì)關(guān)系進(jìn)一步惡化，但若無腎小管間質(zhì)病變存在，即使腎小球病變較嚴(yán)重，也不會出現(xiàn)GFR的明顯降低［17］。因此，DWI和 BOLD MRI聯(lián)合應(yīng)用可全面反映腎小球及腎小管的功能狀態(tài)，在CKD早期腎功能改變評價中具有互補作用。

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