急性梗阻肾损伤MRI研究进展

叶梅，陈昆涛

作者单位：遵义医科大学第五附属(珠海)医院放射科，珠海519100

急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)，定义为数小时内肾功能下降，表现为血清肌酐快速增加，尿量减少或两者兼而有之[1]。5%～10%病例由尿路梗阻(肾后因素)如结石，肿瘤，先天变异、腹膜后纤维化等引起[2]。非梗阻性AKI(肾前、肾性因素)患者常伴有严重的基础疾病，病死率较高，而梗阻性AKI 患者常可通过手术等干预方式解除梗阻明显减低病死率。非梗阻性AKI 可迅速导致肾小管细胞损伤及毒性作用，而梗阻性AKI 随着梗阻时间及程度逐渐增加导致肾小管压力增高，引起肾血流及水分子运动等改变。轻度AKI 恢复后患者仍有进展为慢性肾病或过早死亡的风险[1]。所以及时鉴别梗阻与非梗阻AKI 是患者治疗和预后的关键。早期梗阻时，除肾绞痛外患者缺乏特定体征或症状，临床主要靠血清肌酐等实验室指标监测，但其不能反映单肾功能且缺乏敏感性，人体必须先丢失近50%肾小球滤过率(glomerular Filtration Rate，GFR)才能检测到其变化[3-4]。MR对于鉴别非梗阻与梗阻性肾损伤具有形态学及功能学优势，MR 能明确梗阻点、梗阻原因与梗阻程度，功能MR 成像对早期梗阻引起病理生理改变较敏感。

1 MR尿路成像及动态对比增强MR成像

功能性MR 尿路成像(function magnetic resonance urography，fMRU) 与 动 态 对 比 增 强MR 成 像(dynamic contrast-enhanced macgnetic resonance renography，DCE-MRI)基于对比剂的排泄和造影力学评估肾功能。且MRU及DCE-MRI 具有良好形态学显示价值。钆类对比剂的肾脏排泄与菊粉相似，不被肾小管分泌或吸收，因此，对比剂可能是测量GFR 的良好示踪剂，对比剂的清除率能准确反映肾脏清除率。MRU有CTU所能达到高精度的潜力，同时也消除了患者暴露于电离辐射的风险，MRU 可重复采集显示出比CTU 更好的可视化效果，对梗阻部位及梗阻原因能更直观地显示。MRU 检测钙化结石的能力虽然相比CTU较差，但MRU在检测泌尿系结石梗阻后肾脏病理改变方面表现更好[5]。fMRU测定速尿对比剂肾引流时间-强度曲线以评价肾功能，使用CHOP fMRU 工具和ImageJ MRU 插件测量肾脏转运时间(renal transit time，RTT)，发现RTT低于1200s排除固定梗阻具有较高敏感性，fMRU具有评估肾功能方面的准确性，但是否手术干预需要肾动态显像的后续验证[6]。但在婴儿和儿童急性尿路阻塞的情况下，对患儿行肾动态显像检查发现其敏感性是较低的，所以能有效避免电离辐射的fMRU 则可以代替肾动态显像评估肾功能[7]。DCE-MRI 的一种基于双室模型的patlakl-rutland 方法可以获取单肾GFR-MRI，对于阻塞性肾积水的患者，从血清肌酐值中发现各级别肾积水患者组间无显著性差异，说明血清肌酐估算GFR 无法区分各级别的肾盂积水及测量单肾功能，所以在肾积水的情况下，需要通过DCE-MRI 或肾显像评估单肾的GFR。而后发现DCE-MRI 和肾动态显像均存在高估肾盂积水患者的肾功能，但两种方法均具有良好的可靠性，DCE-MRI 功能及解剖的一站式扫描，可以减少病人的时间和成本，可用于肾动态显像的禁忌证[8]。但是在肾损伤后，钆类对比剂可能有安全隐患，但总体安全性可，对于轻度至中度肾功能不全(eGFR≥30 和＜60 mL/min/1.73 m2)的患者，使用标准剂量的钆剂是安全的，无需采取其他预防措施[9]。所以fMRU 及DCE-MRI仅限于用于单侧梗阻的病例，而不能用于严重肾功能不全的双侧梗阻病例。

2 扩散功能磁共振

2.1 扩散加权磁共振成像

基于ADC通过不同b值变化提供组织内扩散的量化信息。而从扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)图像计算的ADC 值实际上结合了毛细血管灌注和水在细胞外血管外空间中的扩散，如果可以将扩散和灌注贡献分开，灌注也有助于提供信号变化的有用信息。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion imaging，IVIM)则可以分离组织内扩散与灌注作用，得到纯扩散系数D、假扩散系数D*及灌注分数f，当扩散是唯一存在的运动时，ADC 值就等于纯扩散系数D[10]。扩散加权成像无需引用对比剂就可以无创评估肾脏灌注及尿路梗阻时肾小管压力增高后肾脏的血流及水分子运动。 单侧输尿管梗阻(unilateral ureter obstruction，UUO)小鼠，患侧肾脏ADC 降低，与患肾病理组织学比较分析，发现早期ADC 降低可能与尿流阻塞有关，而后期ADC值减低主要与患肾纤维化有关，证明梗阻过程中ADC对尿流和纤维化更为敏感[11]。对单侧输尿管结石患者进行高b 值的ADC 检测，阻塞侧肾实质中ADC 值较对侧降低，肾上极和下极实质ADC 变化更大，提示结石梗阻时肾脏两极对梗阻引起的病理变化更敏感[12]。当尝试分离评估扩散信号时，与急性梗阻患者ADC 差异结果相比，分离扩散和灌注后的信号分析显示出更大的数据差异，提示有必要将灌注和扩散作用分开，才能更好地评价肾功能的真实变化[13]。IVIM 非常适合检测高血流器官(例如肾脏)中的扩散，因为IVIM 将分子扩散信号与毛细管灌注信号的影响分离开来的能力很明显，肾脏皮髓质扩散和灌注的程度不同，IVIM 分别针对皮质和髓质而不是对整个肾脏的分析有可能有助于评估肾脏生理的不同方面[14]。肾脏维持电解质的平衡和代谢产物的排泄，即肾小管中尿液的形成和流动，是D*和f 变化的主要原因[15]。大鼠输尿管梗阻早期，肾血流量(renal blood flow，RBF)下降，RBF值和f 值变化趋势是一致的，表明梗阻早期，灌注可能是更需要考虑的关键因素[16]。兔输尿管长期梗阻后，病理发现肾脏纤维化面积和细胞密度持续增加，D相较ADC表现出更强的逆相关性，暗示D 可能与细胞活性有更高的相关性，D 更能反映细胞活性[17]。在梗阻致肾脏纤维化患者中发现髓质的D，D*和f值均显著低于皮质。所有患者的IVIM参数均显著低于健康对照者，且与组织病理学纤维化评分显著负相关。所以IVIM 在无创评估梗阻后肾纤维化方面也显示出巨大潜力[18]。利用IVIM检测不同时长UUO 兔解除梗阻后患肾功能，发现其参数与GFR、病理有较好的相关性，表明IVIM 也对积水肾解除梗阻后肾功能的恢复情况有一定预测价值[19]。

2.2 扩散张量成像

DWI只能反映水分子沿扩散梯度场方向的扩散，不能准确地检测水分子在每个体素上的各向扩散。而扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可以更全面地反映水分子在肾组织的各向扩散，提供更多关于组织成分的异质性和不规则性信息。平均扩散率(mean diffusivity，MD)也即某一体素ADC 值，各向异性分数(fractional anisotraphy，FA)反映分子在各向移动的程度[20]。UUO 小鼠同时用DWI 与DTI 进行评估，发现FA 比ADC 更适合检测肾积水后肾脏纤维化[21]。DTI评估由各种因素输尿管肾盂连接处梗阻的患儿，发现梗阻侧肾脏各向异性值显著降低。但由于患儿器官较小，呼吸控制困难，很难单独为肾皮质及髓质划分ROI，及DTI 空间分辨率较弱等关系使DTI 的评价产生了负面影响，纤束造影体积高估了fMRU测量的肾实质体积，发现fMRU对这类患儿的评估可能更好。但DTI 给我们提供了新思路，对该技术进行改进并开展更多的研究，DTI无需对比剂就可以很好的评估输尿管梗阻的肾功能变化[22]。

2.3 扩散峰度成像

扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是基于DTI 技术的延伸，DWI 与DTI 评价的水分子扩散符合高斯分布，而真实的生物组织由于病理微观结构的复杂性其水分子运动更符合非高斯分布，所以DKI 更能评估组织微观复杂结构，DKI 除了能提供常规DTI 参数，还能提供平均峰度(mean kurtosis，MK)、峰 度 各 异 向 性(kurtosis anisotropy，KA)等[23]。大鼠输尿管梗阻早期KA 值明显升高，提示梗阻后肾组织结构越紧密，MD 和FA 值明显下降，其中髓质FA 的减少幅度最大，组织学检查发现肾小管结构和纤维组织的塌陷取代了肾血管，而FA 由肾血流决定，提示早期肾实质受损时，肾小管病理改变可导致髓质微循环减少，因此，FA检测梗阻发生的病理生理变化方面可能比KA 和MD 更敏感。患肾皮质、髓质MK、KA 明显高于对侧，这表明梗阻肾的微观结构发生的改变导致水分子的分布偏离了高斯分布。结合组织学改变，梗阻肾MD明显低于对侧，提示了炎症细胞浸润导致肾实质中水分子扩散受限；FA明显低于对侧，提示肾小管萎缩消除了局部水分子沿小管方向性的扩散，导致FA 减少。DKI 显示了检测肾脏复杂病理微观结构改变的能力，显示了无创评估梗阻单肾功能改变的潜力[24]。

3 血氧水平依赖MRI

血氧水平依赖MRI (blood oxygen level dependent magnetic resonance imaging，BOLD MRI)是一种无需外源性对比剂的MRI 技术，是一种基于血红蛋白氧饱和水平的改变而成像的内源性对比剂灌注成像。可以从BOLD 图像中计算出R2*的映射，R2*可精确地无创评估组织氧合。当尿路梗阻时由于肾小管压力增大会导致肾脏氧含量的变化。急性梗阻时BOLD图像发现患肾皮质与髓质R2*降低，提示远端结石梗阻患者肾脏中氧含量增加，髓质内氧含量增加可能因髓质耗氧量减少，证实了急性阻塞时髓质血管舒张性前列腺素产生增加，对侧肾脏R2*同样减少，验证了肾小球代偿率的增加，所以BOLD提供梗阻期间肾脏血氧信息能有助于确定输尿管梗阻造成肾功能损害时的梗阻时间，对治疗策略提供更全面的信息[25]。大鼠输尿管梗阻1h后检测肾髓质内BOLD信号，发现其变化较敏感，并且通过T2WI 与BOLD 结合分析梗阻前、梗阻后及释放梗阻后的肾脏发现轻度梗阻组的R2*变化率小于重度梗阻组，说明了在梗阻时间及解除梗阻后时间一致条件下，梗阻程度越轻恢复的越好，血氧水平变化幅度越小恢复得越好[26]。同样有研究观察到急性阻塞期间肾髓质更容易检测氧含量的细微变化，释放梗阻后，肾脏R2*可增加到健侧肾脏相似的值，而且BOLD检测髓质中的变化会比DWI更明显，原因是BOLD图像比DWI图像有更高的空间分辨率，获取ROI图像更容易。因此BOLD MRI 可用于监测长期梗阻肾功能的变化[27]。BOLD 持续检测兔输尿管梗阻发现直到6 周时患肾皮质R2*保持稳定无变化，所以BOLD 同样可以反映输尿管梗阻后肾纤维化的形成和进展[28]。

4 动脉自旋标记及相位对比磁共振成像

动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)也是一种无创功能MRI 方法，ASL 通过磁化标记内源性血液量化组织的血流灌注。对受试者在多个反转时间采集ASL 信号，发现ASL 与DCE-MRI 获得RBF 的估计值有良好的一致性[29]。在输尿管梗阻后，肾脏RBF 随梗阻时间的延长逐渐减低。符合梗阻后肾脏的病理生理改变。另外，梗阻1 d后患侧与对侧肾脏RBF即产生显著差异，而此时病理学免疫组化参数尚未显示差异，表明ASL 可早期敏感地探测血流变化，有望应用于肾脏病变的早期观察及疗效评估进一步研究[30]。相位对比磁共振成像(phase-contrast magnetic resonance imaging，PC-MRI)也是一种无创测量RBF的替代方法，与体内外测量RBF的金标准方法具有良好的相关性，并具有良好的重现性，尽管PC-MRI极少在AKI 患者中得到应用，在梗阻性AKI 中尚未应用，但研究表明PC-MRI 具有评价肾功能变化的临床研究及临床实践的潜力[31]。

5 其他MRI技术

也有一些报道较少的功能MR成像可用于评估输尿管梗阻后肾功能的变化。磁共振弹性成像通过可视化组织中剪切波的传播可无创地测量组织的硬度。因为梗阻后肾积水会影响肾脏局部弹性，弹性成像能够诊断尿路急性或慢性阻塞[32]。磁化率加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)序列r 值的变化量可提供梗阻进展过程中肾纤维化的定量评估[33-34]。磁化转移成像(magnetization transfer，MT)利用非共振射频脉冲在两个质子池之间进行质子交换的时间获取游离水质子MRI 信号。交换后水信号的减少间接提供了有关分子信息。小鼠患侧肾脏与正常肾脏组织相比，梗阻后肾脏MTR值下降，髓质的变化更大[35]。DWI 结合定量MT 扫描评估UUO小鼠发现，在未梗阻与梗阻肾脏之间定量MT 成像各参数均有明显变化，可以补充DWI 提供之外的更多的信号信息，可极大地提高检测肾脏细胞和分子组成变化的敏感度，提供有关输尿管梗阻进展的病理生理基础补充信息[11]。

6 小结

综上所述，MRI 是一种广泛应用的无创成像方法，无电离辐射且具有良好的软组织对比度，还能提供肾脏的功能分析。常规T2WI 成像即可区分显示正常肾脏皮、髓质，为评价肾积水的一种高度敏感的方法。MRI不仅能明确梗阻点、梗阻原因及梗阻程度，对尿路梗阻引起的继发变化也非常敏感。MRU及DCE-MRR具有良好形态学显示价值，通过对比剂排泄及造影力学可准确反映肾脏清除能力，但钆剂有安全隐患，但总体来说安全性可，可用于单侧尿管梗阻轻度至中度肾功能不全患者。扩散功能成像通过对水分子的扩散即可反映梗阻后肾脏真实复杂的微观组织病理生理变化，是侵入性评估肾脏病理生理变化的无创代替方法。IVIM 及ASL、PC-MRI 等技术无需引入对比剂就能够评估梗阻肾血流灌注，BOLD 提供的梗阻期间肾脏血氧信息能有助于确定输尿管梗阻造成肾功能损害时的梗阻时间，及梗阻恢复后的肾功能监测，对治疗策略提供更全面的信息。还有许多功能MR 成像技术在未来具有评价梗阻后肾功能变化的临床研究及临床实践的潜力。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。