中国器官移植影像学：在劈波斩浪中扬帆前行

余元蒙，张龙江，沈文（.云南省第一人民医院磁共振科，云南 昆明 600； .东部战区总医院医学影像科，江苏 南京 000；.天津市第一中心医院放射科， 天津 009）

在过去的60 年中，器官移植已经发展为终末期疾病患者标准的临床治疗手段之一［1-2］。尽管目前我国器官移植水平已经日趋成熟，但移植整体发展现状不容乐观。为了最大化利用供体器官，术前供体器官全面精准评估及术后移植物的监测对于提高移植的成功率具有重要的临床意义，而影像学贯穿了整个器官移植的过程，从潜在的供体和受体选择，到术后患者的随访和并发症的评估。本文回顾了中国器官移植影像学的现状，探讨该领域未来研究的方向。

1 中国器官移植现状

我国器官移植事业起步于20 世纪70 年代，一直是机遇与挑战共存。据2018 年中华医学会器官移植学年会报道［3］：我国器官捐献数量呈现出快速增长的势头，每百万人口器官捐献者数量从2010 年的0.01，提高到了2017 年的3.72。 2017 年实现5 146 例捐献，共捐献大器官15 047 个， 2018 年已完成公民逝世后器官捐献4 103 例，捐献 器官11 554 个，同比增长24%。基于中国器官移植志愿者网络数据库，每年约有1 万例移植手术进行。其中，我国肝、肾移植相对较为成熟，数量也最多，居世界第2 位。心脏移植质量稳步提升，现移植量居世界第3 位，近3 年心脏移植1 年存活率均超过92.5%。我国肺和胰腺移植起步较晚，但发展较快，目前肺移植量世界排名第6 位。我国 器官移植事业仍面临巨大挑战：① 我国肝、肾供体短缺问题依然严峻、供需缺口仍在不断扩大； ② 心、肺供体利用率低，移植技术难度较大； ③ 地区间医疗技术水平参差不齐导致器官移植发展水平不均衡；④ 国内器官移植领域尚缺乏具有基础性、原创性、代表性被国际认可的技术突破和创新；⑤ 缺乏具有临床实践指导意义的多中心临床 研究［4-5］。

2 中国器官移植影像学现状

2.1 解剖学影像评估——已经成为常态化手段：影像学在器官移植术前和术后的评估已经成为常态化的手段。综合应用各种影像检查手段的优势能更好地进行后续的临床处理。超声检查是肾、肝、心脏移植术后评估的首选影像技术，但易受到肺和胃肠道气体的干扰，在肺、小肠、胰腺移植中的评估受到了制约，且操作者依赖性、血管成角的固有不足也限制了其诊断血管并发症的准确性。多排螺旋CT（multi-detector row helical CT，MDCT）凭借快速扫描、容积数据采集、高时空分辨力及强大影像后处理功能的优势，能够对供体脏器实质与脉管系统的解剖与功能、受体胸腹腔容积等进行一站式评估，排除移植禁忌证，有助于潜在供体和受体的选择，指导手术方案制定。但CT 可能会漏掉小的病变，加之碘对比剂的肾毒性和X 线辐射损伤，使其不适合作为肾移植术后或伴有肾功能损伤的器官移植患者的首选评估技术。MRI 检查已成为移植器官评价非常有前景的技术。非对比增强MRI 血管成像在显示移植肾血管并发症方面与数字减影血管造影（digital subsrtaction angiography，DSA）或手术结果有高度一致性［6-7］。但MRI 检查时间长，对有金属植入物、幽闭恐怖症患者的应用受限。DSA 是诊断器官移植术后血管并发症的金标准， 目前基于DSA 的球囊扩张、支架植入等介入治疗仍是器官移植术后血管并发症治疗最重要的手段之一。但DSA 不能提供血管壁信息，不利于微血管病变的检出，也不能用于血管外组织结构的观察。核医学成像在移植术前和术后评估中也有重要价值。以99mTc-DTPA 肾动态显像测量肾小球滤过率的Gates 分析法，已被列入中国亲属活体供肾移植临床指南。总之，积极开展并合理常态化地应用上述技术对于器官移植前和移植后的评估具有积极 意义。

2.2 功能与分子影像——移植影像学的新热点：随着影像技术发展的突飞猛进，医学影像实现了从二维到三维，乃至四维的转变，但是解剖形态学的影像信息对术后移植器官的功能和相关内科并发症的评估是不够的，而后者的确诊往往依赖于穿刺活检等有创性操作，存在着一定的不足。因此，开发无创、可靠的影像技术已成为器官移植影像发展的新热点和驱动力，功能和分子显像有着巨大的应用潜力。

我国学者在移植功能影像学方面做了大量工作，取得了可喜的成绩。功能MRI 技术进展迅速，包括扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）、扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）、血 氧 水 平 依 赖（blood oxygen level-dependent， BOLD）、磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）、 动 脉 自 旋 标 记（arterial spin labeling，ASL）、 磁 共 振 弹 性 成 像（magnetic resonance elastography， MRE）、T1 和T2 mapping等技术为移植器官功能、并发症的评估提供新的功能参数［8］。国内移植影像学研究主要集中在肾移植领域。急性排斥反应（acute rejection, AR）和急性肾小管坏死（acute tubular necrosis，ATN）是肾移植早期常见且严重的并发症，两者治疗方案和预后明显不同，早期鉴别意义重大。Han 等［9］和李琼等［10］研究发现BOLD 和DTI 能有效鉴别AR 和ATN，皮、髓质表观扩散系数值（apparent diffusion coefficient, ADC）和髓质R2 值可作为鉴别诊断指标。移植器官功能评估是判断手术是否成功和相关治疗是否有效的重要指标之一。Xie 等［11］探讨小视野高分辨多b 值DWI 在移植肾功能评估中的应用价值，发现皮质灌注分数f 值较ADC 值更能诊断移植肾功能受损的发生。Sun 等［12］讨论了SWI 在术后早期移植肾延迟肾功能恢复（delayed graft function，DGF）中的价值，发现皮髓质交界区异常低信号有助于判断DGF 肾功能严重受损的发生。Wang 等［13］联合BOLD、DWI 和ASL 评价移植肾纤维化，发现肾纤维化多模态MRI指标和穿刺结果有较高的一致性，其判定重度间质纤维化拥有最佳的效能，该研究发表在国际肾脏病学界高水平期刊 《美国肾脏病协会临床杂志》 （CJASN）上，并配发了述评，认为该研究对推动移植肾纤维化功能MRI 评估从研究向临床实践转化有重要的现实意义［14］。此外，Lin 等［15］探讨多b 值DWI 在移植肝排斥反应的应用价值，发现 b ＝600、800×10-3mm2/s 的ADC 值能鉴别排斥反应。而早期诊断肝缺血/再灌注损伤对肝移植术后肝功能恢复的预测尤为重要。Ji 等［16］联合BOLD、DWI 和DTI 对兔肝缺血/再灌注损伤模型进行评估，发现多模态功能MRI 能够揭示肝缺血/再灌注损伤时肝脏微环境的改变，为肝移植术后肝功能恢复的预测提供了新方法。这些研究在一定程度上体现了我国目前在器官移植功能影像学领域的研究水平。

分子影像学可以利用影像学技术对组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子进行特异性标记， 反映活体状态下分子水平变化，对生物组织的基因表达、代谢活性及生理功能进行定性或定量评价，从而实现疾病的早期诊断、病程的动态监测、治疗的效能评价，目前分子影像已经成为评估心脏疾病、神经系统疾病、恶性肿瘤等方面的重要工 具［17］。参与排斥反应过程的大分子物质或者免疫细胞可作为示踪剂标记靶点，利用这一特性，分子影像也可以用作移植器官的评估。Liu 等［18］使用基于靶向T 淋巴细胞的纳米气泡超声分子成像对心脏AR 进行评估，发现其能对AR 发生时的T 淋巴细胞浸润进行较好的显示。Wu 等［19］认为功能MRI 是探索活体靶向免疫细胞在排斥反应发生过程中所起作用的利器，通过T2＊加权成像对超顺磁氧化铁纳米粒子标记的巨噬细胞进行观察，证实了巨噬细胞的活动影响着排斥反应发生和进展，巨噬细胞的浸润与排斥反应的严重程度及心功能的降低密切相关。18F-FDG PET/CT 能够对排斥反应发生时移植物内活化白细胞的聚集进行成像，已经被用于移植肾排斥反应的评价［20］。传统的影像学评估不能对术后移植胰岛的存活进行实时追踪，因而不能及早地发现导致移植胰岛失功能的原因，分子影像技术恰好可以弥补这一空白［21］。此外，通过对紊乱的成纤维化过程中分子通路进行监测和量化，分子影像也为移植器官纤维化评估和分期提供了全新的思路， 未来越来越多的新型分子标记探针的发现为纤维化的精准、灵敏、稳定评估提供了更多可能［22］。

2.3 移植相关影像学——重视心、脑等重要脏器结构功能变化：器官移植对全身各系统都会产生影响。对于器官移植相关脏器的评估，特别是心和脑，影像学评估有着独特的优势。我国学者在这一领域做出了积极的贡献。Zhang 等［23］通过对终末期肾病（end-stage renal disease，ESRD）患者移植术前和术后1 个月进行DTI 和静息态功能MRI（fMRI）检查，发现术后1 个月ESRD 患者脑结构和功能即出现快速恢复，且默认网络（default mode network，DMN）的功能连接恢复早于结构连 接。该文章被选为国际放射学界高水平期刊Radiology 当期的封面文章。Chen 等［24］采用fMRI探究ESRD 患者认知功能改善的机制，发现不同的静息态脑网络会出现不同的恢复模式，背侧注意网络、执行控制网络、听觉网络和视觉网络在肾移植术后6 个月就恢复到正常水平，而DMN、感觉运动网络肾移植术后6 个月并未完全恢复。该研究发表在CJASN 上并配发了长篇述评，认为该研究的发现能更加激发ESRD 患者参与慢性肾脏病治疗创新的热情［25］。Chen 等［26］还发现移植术后早期部分DMN 区域如岛叶、海马、楔前叶的功能连接并没有完全恢复。这些研究为肾移植术后患者认知改善的机制提供新的见解。静息态fMRI 也发现肝性脑病患者的脑功能异常［27］以及肝移植术后类似的脑结构和功能部分恢复的现象。如Cheng 等［28］发现肝硬化肝性脑病患者术后1 个月的DMN 的功能连接仍低于健康人，一些脑区的功能连接持续减低，提示移植术后脑功能重组仍在进行，认知功能的完全恢复需要一定的时间。

移植后的心脏结构和功能的改变越来越受到大家的重视。一些新技术，如T1 和T2 mapping 技术、心肌细胞外体积分数可以评估心肌间质纤维化，有助于预测肾移植患者不良心血管事件的发 生［29］。国外有研究通过使用心脏MRI 对ESRD 患者肾移植术后的心功能进行评估，证实了相较于血容量和血压，肾移植对加强ESRD 患者左心室心肌功能恢复的作用更大，进一步验证了肾移植有助于改善ESRD 患者心功能［30］。国内在这方面相关研究较少。王未等［31］探索心脏MRI 对肾移植术后心脏结构和功能评估的价值，发现尿毒症性心肌病导致的左心室扩张、收缩功能障碍及弥漫性心肌纤维化在术后是可逆的，而初始T1 弛豫时间可作为评价ESRD 患者弥漫性心肌纤维化程度的敏感指标。

3 中国器官移植影像学研究展望

中国器官移植影像学的发展面临着机遇和挑战。近些年随着影像学和医工交叉合作研究的深入，极大地推动了影像学，包括器官影像学的快速发展，新的技术手段在这一领域发挥了重要的作用。然而我们应该清醒地看到中国器官移植影像学面临的诸多困难。一是国际上对中国器官移植工作还抱有怀疑的心态，因此严格遵守移植相关规范，提升我国器官移植水平和国际声誉是我们今后一段时间内继续努力的方向；二是尽管国内器官移植影像相关研究已取得了不错的成就，诸如肾移植的功能MRI 研究，但某些方面的器官移植影像学研究还处在追赶国际先进水平的地位，比如器官移植分子影像学研究中新型分子标记探针的缺乏，在移植基数相对较小的器官方面相关研究数量不足等；三是影像技 术，尤其是新的影像技术还需要优化和标准化， 才能满足临床和科研工作需求，比如心脏MRI 在国内发展相对滞后，缺乏统一的扫描规范和标准， 应用不够普及；四是单一的影像技术对器官移植的评估价值有限，多参数、多模态、多学科的影像评价对于移植器官的全面、精准评估十分必要。未来，国内器官移植影像学研究应该集中在这些未解决的问题上，提供更有效的证据。

4 结 语

总之，中国器官移植影像学研究虽然面临诸多困难，但在批判和怀疑中一直努力坚持和探索自己前进的道路，在劈波斩浪中扬帆前行，近些年已经在移植肾功能MRI 和移植相关器官影像学方面取得了可喜的进展。我们坚信，中国器官移植影像学，一定会乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海。呼吁全国同道们一起努力，推动我国器官移植影像学的研究和应用水平再上新台阶。