砥砺奋进：肾移植功能MRI 的现状与展望

2020-12-22李笑天沈文南开大学医学院天津30007天津市第一中心医院放射科天津3009

实用器官移植电子杂志 2020年5期

李笑天，沈文（.南开大学医学院，天津 30007；天津市第一中心医院放射科，天津 3009）

肾移植是终末期肾病患者最理想的治疗方法，可以延长患者的生存期，提高生活质量。近几十年来，随着手术技术的不断改进、有效免疫抑制剂的问世以及临床经验的不断积累，肾移植的效果得到明显提高。我国肾移植从20 世纪70 年代起步至今，已取得了极大的发展，而肾移植影像学在其中也扮演着重要的角色。

目前临床常用的评价肾移植供体和受体肾脏解剖及功能的方法有很多，包括实验室检查、超声、核素显像、常规CT 及磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、数字血管减影（digital subtraction angiography，DSA）及穿刺活检等，但均存在一定的局限性［1］，如敏感性和特异性较差，需要外源性对比剂、电离辐射危险及有创性等缺陷，且常规影像学检查对于肾脏微观结构及功能的评价存在不足。基于肾脏水分子含量丰富、血氧代谢活跃的生理基础，功能MRI 不仅能从形态学上评估肾脏解剖结构，而且能从微观结构层面无创、定量、敏感的反映肾组织的功能变化，在肾移植的应用具有广阔的前景。本文就肾移植功能MRI 的研究进展进行分析，对该领域未来研究方向进行展望。

1 肾移植供体评估

由于尸体供肾来源日益紧缺，活体肾脏捐献被广泛接受，且近年来日益普遍。随着越来越多的患者从肾脏移植中受益，对活体肾脏捐赠的需求也在增加［2］。术前对亲体供肾者筛选及手术计划的制定需要辅助影像学检查，包括供肾者肾脏形态学和血管解剖情况，以减少移植过程中潜在并发症的风险［3］。随着对钆对比剂安全性的关注，非对比增强MRA（non-contrast-enhanced MRA，NCE-MRA）在供肾术前血管评估应用越来越广泛。有研究者采用将动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）与稳态自由进动（steady-state free precession，SSFP）结合对供体肾动脉进行评价并与CT 血管造影（CT angiography，CTA）比较，认为NCE-MRA 可以替代CTA 用于供肾血管术前评估［4］。术前准确评估供体分肾的功能情况对于患者预后也至关重要，通常我们用肾小球滤过描述肾功能，而肾小球滤过是由肾血流量调节。郭文彬等［5］探讨多期相动脉自旋标记序列（mTI-PASL）测得肾血流（renal blood flow，RBF）和血流达峰时间，评估了健康供肾者肾血流灌注和肾功能的相关性，认为mTI-PASL 可作为供肾者术前常规检查肾功能的新方法。

据报道，活体肾脏捐赠者罹患终末期肾病和心血管疾病的长期风险会增加，可能需要纵向检测［6］。Eisenberger 等［7］对活体供肾行磁共振扩散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）检查，显示DWI 可用于检测供者余肾术前和术后1 年的弥散变化。另外早期检测余肾组织氧水平的变化，对供体肾功能障碍的研究具有重要意义。Seif 等［8］研究显示供体肾切除术后余肾皮髓质的R2＊明显降低，并在至少1 年的时间内保持下降，且皮质R2＊与肾小球滤过率呈负相关，认为血氧水平依赖（blood oxygenation level-dependent，BOLD） MRI 成像可提供关于余肾功能状态的信息，用于监测移植前后余肾组织氧水平的纵向变化。Niles 等［9］用ASL 和BOLD MRI 联合评估肾移植供者术后2 年以上的肾功能，供肾余肾的皮质灌注在基线和2 年之间下降了11.8%，而皮质R2＊下降了5.6%，ASL 和BOLD MRI在肾移植供者的无创功能监测中具有重要作用。

2 肾移植受体评估

对肾移植受者来说，主要的长期风险是移植肾失功，而许多引起移植肾失功的原因是可以治疗的，对移植受体肾功能的纵向监测可以实现对并发症的早期诊断，从而改善远期预后。

移植肾功能障碍是移植术后早期常见的并发症，包括急性肾小管坏死（acute tubular necrosis，ATN）、急性排斥反应（acute rejection，AR）、药物毒性和移植功能延迟（delayed graft function，DGF）［10］。不同病因可能有相似的临床症状，但治疗方法有很大的不同。早期加强对移植物功能障碍的监测和及时干预是保证肾移植成功的重要因素。在早期的研究中，Thoeny 等［11］将DWI 用于肾移植术后评估，将ADC 作为一种定量工具，用于移植肾和健康志愿者之间比较，发现与正常肾脏相比，移植肾的皮质与髓质之间缺乏显著的ADC 差异。随后Eisenberger 等［12］研究发现AR 和ATN 移植肾的ADC 值明显低于功能良好的移植肾。而其他研究也证实了ADC 值与移植肾功能的相关性［13］。Fan 等［14］研究显示，DTI 和纤维示踪可以在早期评估移植肾的功能，髓质FA、皮质及髓质ADC 与估算肾小球滤过率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）相关，能有效评估移植肾的功能，移植肾功能受损时髓质FA 值明显减低。Deger 等［15］研究显示，肾髓质FA 值和移植肾功能之间的相关性，Hueper 等［16］也报道了移植后 4 ～ 11 d 移植功能延迟患者的髓质FA 值显著降低。BOLD 可以通过测量R2＊水平来评估肾内氧合状态，已有研究将BOLD 用于评估早期移植肾功能障碍,并可以区分AR 和ATN，R2＊值在AR 异体移植物中显著降低，在ATN 早期升高［17］。Chen 等［10］研究IVIM 在肾移植术后评估的潜能，显示功能良好组移植肾皮质ADCfast 值高于髓质，功能受损组皮髓质间ADCfast 值无差异，且联合使用皮质参数可以检测移植肾功能障碍。Peperhove 等［18］研究显示肾移植术后T1 弛豫时间延长，且与肾功能显著相关，皮髓质间差异随肾功能损害的加重而减轻，T1 mapping 可能有助于早期评估急性肾损伤。有学者将磁敏感加权成像（susceptibility-weighted imaging，SWI）用于评估术后早期移植功能延迟（delayed graft function，DGF）［19］，发现DGF 患者的皮髓质交界处可在SWI 上出现低信号，且诊断DGF 的特异性和PPV 均为100%。

约10%的移植肾功能延迟恢复患者由于血管因素［20］，包括移植肾动脉狭窄（transplant renal artery stenosis，TRAS）、动静脉血栓、假性动脉瘤和动静脉瘘形成。最常见的动脉并发症是移植肾动脉狭窄，多发生在吻合口或远端［21］。早期发现这些异常是抢救移植肾和保护其功能的关键。TOF成像一直是高分辨率NCE-MRA 的主流，但由于其对血流方向的严格要求、存在湍流伪影等局限性，不能很好地评估移植肾动脉［22］。SSFP 与传统的增强MRA 相比，具有相似的敏感性和特异性，较其他NCE-MRA 方法具有更高的空间分辨率和更短的成像时间，主要用于移植肾动脉狭窄的检测的研究。Zhang 等［23］采用流入反转回复（inflow inversion recovery，IFIR）SSFP 技术可以良好显示移植肾动脉图像，对TRAS 患者的诊断与DSA 表现出良好的相关性。相位对比MRA 主要用于评估大血管，因为较长的获取时间限制了其在小血管区域的应用，最近的研究表明，与3D CTA 相比，基于广泛采样各向同性投影重建（vastly under sampled isotropic projection reconstruction，VIPR）的技术可以可靠地评估TRAS［24］。Fan 等［25］应用DWI 观察TRAS 患者移植肾灌注及组织弥散变化，结果显示与正常移植肾相比，轻度TRAS 患者无组织扩散和灌注损伤，中重度TRAS 患者的总表观扩散系数（total apparent diffusion coefficient，ADCT）明显降低。ADCT 在血管成形术成功后显著增加，而在血管成形术失败的患者中无明显变化，表明DWI 可用于检测血管成形术后肾功能恢复情况。

尽管移植肾的1 年存活率已达90%以上，但长期存活率仍较低，对受体术后移植肾长期的随访以及治疗效果的监测需要更多关注［26］。Niles 等［9］在2 年内对15 对匹配的活体肾脏供者和受者进行了4 次连续的ASL 成像，在移植受者之间观察到氯沙坦对灌注的潜在长期保护作用，证明了肾脏ASL能够很好地跟踪移植肾的灌注情况。Kaul 等［27］补充ADC 值在排斥反应后的恢复过程中也有所增加，这表明DWI 可用于排斥反应发生后的治疗监测。有研究表明［28］，与健康志愿者相比，慢性移植物肾病患者的皮质和髓质R2＊均显著降低，BOLD 可用于评估移植肾慢性功能障碍。一项针对移植受者的大型研究显示［29］，皮质ASL 灌注与慢性肾衰竭之间存在显著的关系。Katarzyna 等［30］将IVIM 用于监测移植肾功能，于术后3 个月及18 个月行IVIM 检查，结果发现移植肾功能降低的患者弥散参数值有下降的趋势，尤其是FP。移植肾失功的组织学特征是间质纤维化和肾小管萎缩。张声旺等［31］研究发现，早期慢性移植肾肾病患者的D 值低于移植肾功能长期稳定的对照组，考虑早期慢性移植肾肾病患者水分子弥散受限与移植肾间质发生纤维化，纤维细胞数量及密度增加有关，认为IVIM 的D 值可以协助早期诊断早期慢性移植肾肾病。有研究表明MR 弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）对于诊断移植肾慢性功能障碍具有较好的诊断准确性［32］。Kirpalani 等［33］研究表明，移植肾硬度与生物组织活检的纤维化评分之间存在中度正相关。

3 肾移植功能MRI 新技术及形势

近年来随着影像技术的迅速发展，新型功能MRI 技术也不断出现，如扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）及磁化传递成像（magnetization transfer imaging，MTI）等。目前已有研究将DKI用于健康肾脏及小鼠纤维化模型[34-35]，有可能为肾移植的评估提供新思路。Jiang 等[36]研究表明MTI 可用于测量和纵向监测单侧肾动脉狭窄小鼠的肾纤维化进展，提示MTI 可能具有评估移植肾功能的潜在价值。而新型功能MRI 技术用于肾脏的研究有待进一步优化，其相关参数的准确意义尚待阐明。虽然功能MRI 能够对移植肾损伤进行无创定量评估，临床地位逐渐提高，但其在肾移植损伤中应用仍存在一些问题亟待解决。① 已有的研究多局限于技术的可行性及可重复性，样本量较小，且部分研究结果相互矛盾，仍需要更大样本量的临床试验来验证这些研究结果；② 各种功能MRI 的扫描技术以及数据测量的标准化有待统一；③ 现有研究多集中于对肾移植术后早期功能的评价，缺乏长期的随访研究；④ 单一功能MRI 技术在肾移植的应用价值有限，多种技术联合应用仍为研究的趋势，而不同成像技术定量参数之间的关系也有待探索。