功能磁共振成像对移植肾急性排异反应诊断价值的初探

李琼，任涛，谢双双，陈丽华，沈文（天津市第一中心医院放射科，天津 300192）

目前，肾移植已成为治疗终末期肾病（ESRD）最为有效的方式，术后患者的1年生存率已达90%以上［1-2］。但肾移植术后仍存在移植肾功能不同程度损伤甚至完全失功的风险，其中常见的原因包括：急性排异反应（AR）、急性肾小管坏死（ATN）、复发性肾病等。AR及ATN是导致早期移植肾功能不良及移植肾失功的两个主要原因，但二者的临床表现不具有特异性，且治疗方案的选择和预后明显不同。目前，临床常用的监测和评价移植肾功能的检查方法均存在一定的不足之处，而作为移植肾功能判定“金标准”的病理穿刺活检属于有创检查，可能会导致患者出血、感染，甚至移植肾功能完全丧失等并发症［3］。因此，研究和开发能够无创、敏感地监测和评价移植肾功能并能对AR和ATN进行特异性鉴别的检查方法一直是临床上十分关注的重要问题。

本研究拟结合相应的病理穿刺结果，探讨扩散张量成像（DTI）、血氧水平依赖成像（BOLD）对AR和ATN的鉴别诊断价值，以期探究无创、敏感评价移植肾功能的方法。

1 材料与方法

1.1 一般资料：选取2012年5月—2014年3月于天津市第一中心医院行异体肾移植术后2～3周的患者51例（男性30例，女性21例）；年龄范围23～60岁，平均年龄为（38.5±12.3）岁。将患者分为3组：即肾功能正常组24例、AR组18例及ATN组9例，其中AR组与ATN组均经病理证实。所有患者均于磁共振成像（MRI）检查前2～3天内行超声检查，排除移植肾发生出血、梗死、肾动脉狭窄、肾静脉血栓等外科并发症。AR与ATN的患者MRI检查时间均于病理穿刺前或后2天内进行。

1.2 检查方法：本研究采用Siemens MAGNETOM Trio Tim 3.0T超导磁共振扫描仪，最大梯度场强40 mT/m，最大梯度转换率200 mT /（m·s） 圈。扫描时受试者仰卧于MRI检查床上，线圈中心置于移植肾所在体表区域。扫描序列及参数如下：①常规MRI扫描：横断位T1WI自旋回波（SE）序列、冠状位T2WI快速自旋回波（FSE）序列；②DTI检查：采用平面回波（EPI）序列结合并行采集技术，斜冠状面采集，b值为0、300 s/mm2，在6个非共线性方向上施加扩散敏感梯度脉冲，重复时间/回波时间（TR/TE）＝1 800 ms/103ms，层厚3 mm，层间距0 mm，激励次数（NEX）为6，矩阵128×128，视野（FOV）230 cm×230 cm，带宽1502 Hz，加速因子2；③BOLD-MRI检查：采用梯度回波（GRE）序列，斜冠状面扫描，TR 75 ms，采用8个不同TE时间（2.5、6.8、11.1、15.4、19.6、23.9、28.2、32.5 ms），层厚3 mm，层间距0 mm，NEX 1，矩阵320×320，FOV 230 cm×100 cm，带宽540 Hz。

1.3 图像处理：扫描完成后将DTI原始数据传送至Simens Syngo后处理工作站，应用Nero 3D软件对数据进行分析处理，工作站自动生成b0图、表观扩散系数（ADC）图、各向异性分数（FA）图。BOLD图像扫描完成后自动生成T2*原始图像及T2*伪彩图，将T2*原始数据传送至Image J 1.43b后处理软件，得到R2*图像。

1.4 兴趣区（ROI）的选取：由一位具有5年以上工作经验的影像专业医师对ROI进行选取，选取FA灰白图靠近肾门中心层面图像，参照相应层面b 0图及ADC图，避开肾脏边缘、血管及集合系统，于该层图像上采用自由曲线法描绘出皮质轮廓作为皮质ROI，髓质内放置3个圆形ROI作为髓质ROI（图1），分别置于肾脏上、中、下极，后处理系统在b 0图及ADC图的对应位置自动生成相应的ROI。皮质ROI 1个，约120～160个体素，髓质ROI 3个，每个ROI大小均在8～12个体素。分别记录FA图及ADC图上的相应的FA值及ADC值，计算其平均值。BOLD图像ROI选取方式同上，同时根据公式R2*＝1/T2*得到皮质和髓质平均R2*值。

1.5 统计学分析：采用SPSS 19.0统计软件，计量资料以均数±标准差（±s）表示。采用方差齐性检验及单因素方差分析（one way ANOVA）比较不同组别间皮髓质FA值、ADC值、R2*值差异，各组间两两比较采用最小显著差值法（LSD）及Dunnett T3。采用Medcalc 12.4.0统计软件对移植肾各参数值的受试者工作特征（ROC）曲线对比进行评估。P＜0.05为差异具有统计学意义。

图1 ROI选取方法

2 结 果

2.1 不同组别间肾皮髓质FA值、ADC值、R2*值对比（表1）：移植肾AR组皮质ADC值小于功能正常组（P＝0.000）， AR组皮质ADC值小于ATN组（P＝0.005），差异均具有统计学意义；功能正常组与ATN组间皮质ADC值无明显差异（P＞0.05）。AR组髓质ADC值小于功能正常组（P＝0.000），AR组髓质ADC值小于ATN组（P＝0.007），差异均具有统计学意义，功能正常组与ATN组间髓质ADC值无明显差异（P＞0.05）。AR组髓质R2*值小于功能正常组（P＝0.003），AR组髓质R2*值小于ATN组（P＝0.004），差异均具有统计学意义，功能正常组与ATN组间髓质R2*值无明显差异（P＞0.05）。移植肾功能正常组、AR组与ATN组间皮质FA值、髓质FA值及皮质R2*值两两比较差异均无明显统计学意义（P＞0.05）。

表1 不同组别间皮髓质各参数值对比（±s）

表1 不同组别间皮髓质各参数值对比（±s）

注：与正常组相比，aP＜0.05；与ATN组相比，bP＜0.05

组别 例数（例） 皮质髓质FA值 ADC 值（×10-3mm2/s） R2*值（1/s） FA值 ADC 值（×10-3mm2/s） R2*值（1/s）正常组 24 0.26±0.05 2.85±0.28 18.3±1.6 0.65±0.05 3.07±0.38 22.7±3.3 AR 组 18 0.26±0.02 2.31±0.49ab 17.4±1.4 0.63±0.03 2.21±0.50ab 19.5±3.3ab ATN 组 9 0.28±0.06 2.85±0.27 17.3±0.8 0.64±0.05 2.76±0.35 23.6±2.8

2.2 移植肾髓质R2*值、肾皮质ADC值及髓质ADC值鉴别诊断效能对比（图2）：ROC曲线分析结果显示，皮质ADC值、髓质ADC值及髓质R2*值对AR与ATN均具有较高鉴别诊断效能，鉴别AR组与ATN组ROC曲线下面积（AUC）分别为0.869、0.806、0.846，但采用z检验对三者的AUC进行对比分析结果显示3个参数值的鉴别诊断效能均无明显的统计学差异（P＞0.05）。

图2 皮质、髓质ADC值及髓质R2*的ROC曲线图

通过Youden指数计算皮质ADC值、髓质ADC值、髓质R2*值对AR组与ATN组鉴别的最佳诊断阈值分别为 2. 68×10-3mm2/s、2. 73×10-3mm2/s、21. 4/s，其敏感性、特异性均较高，达70%以上（表2，表3）。

表2 移植肾髓质R2*值（1/s）、皮质ADC值（×10-3 mm2/s）及髓质ADC值（×10-3 mm2/s）ROC曲线分析结果

3 讨 论

3.1 基本原理：扩散加权成像（DWI）通过定量检测组织内水分子扩散运动受限程度来间接反映组织微观结构的改变，在评价肾脏功能方面的可行性已得到广泛认可［4-6］。目前ADC值和FA值是肾脏DTI的主要定量评价参数。ADC值用于描述组织内水分子扩散运动幅度，ADC值越大，说明水分子的扩散能力越强。FA值指水分子扩散各向异性成分占整个扩散张量的比例，取值范围为0～1，FA值越趋近于1，说明组织内水分子扩散的各向异性越大［7-8］。

BOLD MRI是一种功能成像，是基于血红蛋白氧饱和水平的改变而成像的。利用多梯度回波MRI技术，通过计算一系列不同回波时间T2*图像信号强度对TE时间的单指数曲线拟合，计算出R2*值（R2*＝1/T2*），其与组织内氧血红蛋白的含量密切相关，是与去氧血红蛋白浓度直接相关的参数。当局部氧合血红蛋白浓度增加、氧合-去氧血红蛋白的比值增加，或者去氧血红蛋白含量减少时，T2缩短效应减弱，MRI信号增强，T2*值升高，R2*降低；反之随着去氧血红蛋白含量的增加，T2*值降低，R2*值会逐渐升高［9-10］。

3.2 不同组别间皮髓质FA值、ADC值及R2*值对比：不同组别间皮质ADC值对比结果显示，AR组皮质ADC值小于功能正常组与ATN组。移植肾功能出现AR时，皮质肾单位内肾小球及小管结构出现不同程度损伤，使得皮质血流灌注及水分子扩散程度减低，从而导致皮质ADC值降低。

不同组别间髓质ADC值对比结果显示，AR组髓质ADC值小于功能正常组与ATN组，后二者髓质ADC值间无明显差异。对于AR组，移植肾髓质内小管结构及血管结构均出现不同程度的损伤，甚至坏死，使肾小球滤过率下降、肾小球重吸收减少及细胞通透性下降，导致的水分子弥散障碍，改变其内水分子扩散方向性，从而使髓质ADC值的明显低于其他各组。Abou-El-Ghar等［11］通过采用1.5T MR DWI扫描鉴别移植肾功能正常患者及急性移植肾功能损伤的患者，结果显示移植肾功能正常患者ADC值明显高于急性移植肾功能损伤患者。

表3 移植肾髓质R2*值（1/s）、皮质ADC值（×10-3 mm2/s）及髓质ADC值（×10-3 mm2/s）鉴别诊断效能分析

移植肾各组间两两对比显示皮质FA值均无明显差异，说明肾移植术后移植肾皮质内水分子扩散各向异性仍然受到了一定程度的影响，但因肾脏的解剖结构特殊，导致移植肾各组间皮质FA值差异并不显著。

移植肾各组间两两对比显示髓质FA值均无明显差异，原因可能与肾移植术后移植肾去自主神经支配及免疫抑制剂的作用有关。而且当移植肾功能出现损伤甚至发生AR或ATN时，肾脏髓质内肾小管以及周围间质等会出现不同程度的水肿、变性、炎性细胞浸润等病理改变，导致其内水分子扩散方向性的改变，同时皮质、髓质间微循环血流分布的异常等因素也会导致水分扩散的各向异性无明显差异。

不同组别间皮质R2*值对比结果显示，移植肾各组间皮质R2*值均无明显差异，表明移植肾功能出现不同程度损伤时，皮质肾单位内肾小球及肾小管结构也出现不同程度损伤，使得皮质血流灌注减低，但由于皮质为高血流、高含氧区对血流的降低和氧消耗的增加不敏感，所以移植肾各组间皮质R2*值差异并不显著。

不同组别间髓质R2*值对比结果显示，AR组髓质R2*值明显小于功能正常组及ATN组，提示发生AR时肾内氧合发生了重大变化，局部去氧血红蛋白含量减低。正常生理状态下，肾内髓质处于相对缺氧状态，而AR发生时，局部的炎症反应、氧化应激以及细胞因子释放等因素使皮质血流的一部分向髓质分流，同时髓质肾小管损伤后，主动转运功能降低，局部耗氧量下降，共同导致髓质部分去氧血红蛋白含量下降，表现为R2*值显著下降。其次，当发生AR时，皮髓质血流动力学发生改变，具有强大调节功能的皮质肾单位血流减少，大量的血流重新分配，使得移植肾脏髓质内血流相对增加。这与Djamali等［12］的研究结果一致，移植肾AR时髓质R2*显著低于ATN和功能正常移植肾，具有诊断意义。

3.3 移植肾髓质R2*值、皮质ADC值及髓质ADC值鉴别诊断效能对比：本研究显示，髓质R2*值、皮质ADC值及髓质ADC值鉴别AR与ATN曲线下面积均达显著性水平，具有较高的诊断效能，AUC分别为0.846、0.869、0.806，对比三者的ROC曲线发现，皮质ADC值的曲线下面积为0.869，95%可信区间（95%CI）＝0.681～0.966，大于髓质R2*值及髓质ADC值的曲线下面积，但三者的曲线下面积均无显著性差异，即诊断效能无异，提示髓质R2*值与皮髓质ADC值均可用于移植肾AR与ATN的鉴别诊断。

同时，本研究得出髓质R2*值、皮质ADC值及髓质ADC值对AR组与ATN组鉴别的最佳诊断阈值分别为 21.4/s、2.68×10-3mm2/s、2.73×10-3mm2/s，其敏感性、特异性均较高，达70%以上。

ABOU-EL-GHAR等［11］采用1.5T MR成像设备对移植肾功能正常患者及AR患者进行DWI扫描发现，当ADC值为2.16×10-3mm2/s时诊断AR的效能最高，其敏感度及特异度分别为86.1%和88.5%，与本研究不一致，这可能与其未区分皮髓质ADC值且例数较少有关。

Sadowski等［13］通过对6例移植肾功能正常患者及8例AR患者进行BOLD扫描，得出R2*值为18/s时可鉴别二者，小于本研究结果，可能原因是患者接受BOLD检查时间跨度大，为2周至3个月，研究结果受不同病理过程中血管损伤及神经激素调节因素影响。其次是患者术前准备，所以患者检查前4小时禁水，研究表明，水负荷可以明显提高移植肾髓质氧浓度。

本研究尚存在一定程度的不足之处，一方面本研究未对检查前受试者的水化状态进行标准化，Sigmund等［14］最近研究表明，水化状态可能会对肾脏FA值造成影响；另一方面，本研究中AR及ATN患者例数较少，有待进一步扩展深入研究。

综所述，DTI、BOLD可有效鉴别移植肾AR与ATN，其参数皮、髓质ADC值及髓质R2*值可作为鉴别指标，为临床肾移植术后常见并发症的鉴别提供参考依据，减少穿刺活检的风险。