功能磁共振成像在糖尿病肾病无创评估中的应用

赵金义，李洪义，王晓申，王煜宁，史晓航，孙维洋，邢 健

(牡丹江医学院 1.研究生处;2.附属红旗医院磁共振科，黑龙江 牡丹江 157011)

糖尿病最严重的后果是持续高血糖导致人体各器官发生病理变化，其中，持续性的肾损害是主要并发症之一[1]。然而，在DN的早期，由于缺乏明显的肾病临床表现，其临床诊断并不简单。肾活检是发现早期DN的一种方式，但由于其侵袭性强，不能广泛应用于临床实践。目前，DN的临床诊断主要依赖于尿微量白蛋白的检测，然而在肾损害的早期，肾脏本身的代偿功能往往使这项检查的结果为阴性。研究表明，某些fMRI技术在检测早期DN方面可能比蛋白尿更敏感[2]。本文结合国内外对DN的影像研究,探讨fMRI技术在评估DN中的应用价值。

1 常规磁共振成像技术在评估DN中的应用价值

1.1 T1、T2加权成像T1和T2加权成像(T1WI、T2WI)取决于组织成分，能够在解剖MRI中提供不同的组织对比度，当糖尿病导致慢性肾损害时，在肾小球滤过率降低的患者中肾皮质的T1弛豫时间增加[3]。但T1和T2对DN检测的敏感性和特异性较低，其在检测糖尿病纤维化肾脏患者中的作用仍有待测试。

1.2 磁敏感加权成像磁敏感加权成像(SWI)可以根据组织成分的磁化率差异来描述其特征，由于糖尿病肾病纤维化改变了组织成分和易感性，这为使用SWI进行糖尿病肾纤维化成像提供了机会[4]，但由于SWI是通过评估其对组织特性的影响来间接评估肾纤维化，因此其评估糖尿病纤维化肾脏的特异性较低。

1.3 弥散加权成像弥散加权成像(DWI)能够测量表观扩散系数(ADC)值并反映组织的结构特征，在DN慢性肾脏纤维化中，细胞外基质的沉积和积累以及肾小管萎缩进一步限制了水分子的流动性导致DWI弥散受限[5]。肾功能衰竭患者的皮质和髓质的 ADC 值明显低于正常患者，ADC 值反映了由糖尿病肾氧合减少引起的慢性肾小管间质改变的程度。因此，水分子扩散的测量可以间接推断糖尿病肾纤维化的存在和程度。

2 新兴磁共振成像技术在评估DN中的应用价值

2.1 血氧水平依赖成像血氧水平依赖成像(BOLD-MRI)是一种新颖的fMRI技术，它利用脱氧血红蛋白的顺磁性来获取对肾组织氧浓度敏感的图像，可以快速、无创地评估动物模型和人类的肾内氧合[6]。随着糖尿病患者血液中脱氧血红蛋白浓度的增加，质子的T2弛豫时间减少并且在周围组织中发生更多的失相 ，这会在脱氧血红蛋白浓度增加的区域产生可测量的信号损失。BOLD-MRI已广泛用于大脑等器官,与血液PO2变化相关的血红蛋白血氧饱和度变化在PO2水平较低时最为显著，这使得BOLD MRI非常适合于肾髓质的氧合测量[7]，其中单次回波平面成像(EPI)对磁化率差异的敏感性很高，能够提高时间分辨率，但会导致图像失真、信号丢失和空间分辨率受限，多重梯度回忆回波(mGRE)序列是目前最广泛用于肾BOLD MRI[8]，与EPI方法相比，mGRE技术提供了具有较好的的信噪比、空间分辨率和图像质量的R2*(=1/T2*)图像。因此，BOLD-MRI 可以为糖尿病早期肾损伤的病理生理学提供重要的见解，并评估肾损伤药物干预措施。

2.2 弥散张量、弥散峰度成像弥散张量成像(DTI)是另一种新颖的fMRI技术，其反映了水分子在不同方向中的扩散运动。DTI在肾脏的应用显示，由于肾小管流量与肾脏的过滤功能有关，在DN慢性肾损伤中，弥漫性间质纤维化以及肾小管萎缩、细胞浸润和肾小球瘢痕也可能改变水的扩散[9]，如前所述，纤维和大分子等组织成分限制水的扩散，水的扩散程度(“峰度”)反映了组织的微观结构复杂性。弥散峰度成像(DKI)是一种新兴的MR技术，是DTI的自然延伸，但需要相对较大的b值(>1000 s/mm2)才能进行稳健测量[10]，糖尿病纤维化肾脏能导致水分扩散造成额外障碍，从而增加扩散峰度[11]。应用DTI、DKI两种技术能够微观提供肾脏结构及功能变化，在DN的无创评估中具有重大效能。

2.3 磁化转移成像磁化转移成像(MTI)利用不同环境中质子池之间的自旋交换，可用于评估肾组织的大分子含量。半定量MT比率(MTR)等更简单的指标是最常用的MT方法，可用于评估糖尿病肾细胞凋亡和纤维化，然而MTR测量的灵敏度、特异性和可重复性会受到各种实验参数和场强的影响。为了提高特异性和灵敏度，利用定量MT(qMT)方法来提取基于生物物理模型的定量参数，并将大分子质子池与自由水池的比率(PSR)与弛豫率和交换率隔离开来，研究表明，内皮一氧化氮合酶(eNOS)的缺乏与晚期糖尿病肾纤维化相关[12]，高PSR值的肾面积百分比与组织学纤维化指数密切相关，表明qMT可用于检测和量化糖尿病肾纤维化。MTI的高功能性将使得其应用于DN具有重大前景。

2.4 动态自旋标记DN与肾脏微血管系统功能障碍有关，导致肾脏血液灌注减少，且测量血液灌注对不同药物的反应也有助于阐明糖尿病肾脏血流动力学调节的机制。动态自旋标记(ASL)的磁共振成像已被用于测量人类的肾血流灌注[13]，ASL是一种无需静脉对比剂即可量化组织灌注的成像技术[14]，通过磁共振成像(MRI)脉冲序列在肾上腺主动脉内“标记”供应肾脏的血液的水成分。在无标记和标记后的情况下，对肾脏的选定部分进行成像，两次采集之间的信号差异为灌注差异，并允许基于每个体素自动计算定量灌注，研究表明，随着肾脏间质纤维化程度的增加，ASL组织灌注明显下降[15]，ASL-MRI能够量化糖尿病的早期肾灌注损伤，发现糖尿病不同慢性肾脏病阶段的变化。

2.5 体素内非相干运动成像体素内非相干运动成像(IVIM)是指在给定体素内和在测量时间内呈现出方向和幅度上的速度分布的平移运动[16]。IVIM成像可以检测体内水分子的扩散和灌注依赖性扩散，其测量的参数与糖尿病慢性肾纤维化密切相关。Ebrahimi等人表明IVIM衍生的参数不仅可以检测狭窄肾脏的细微功能和结构变化，还可以作为肾小管损伤的标志物[17]，IVIM测量的肾脏参数与组织病理学纤维化评分之间存在显着负相关。IVIM成像通过显示水扩散以及组织灌注和血管分布，在评估糖尿病慢性肾损伤方面显示出巨大潜力。

2.6 磁共振弹性成像磁共振弹性成像(MRE)是一种基于相位对比的磁共振技术，用于计算材料特性。MRE被认为是定量的、无创的触诊[18]，在DN慢性肾损伤导致纤维化的发展过程中，由于细胞外基质的积累通常会使受影响的器官硬化，MRE可通过可视化剪切波在组织中的传播，无创地测量组织硬度。然而，当肾血流量的减少掩盖了由于糖尿病肾脏纤维化导致的皮质固有硬度的增加时，其检出率可能会受到影响。

3 其他影像学技术

3.1 超声弹性成像与MRE一样，超声弹性成像(UE)可以通过评估组织硬度来检测肾纤维化。其中，剪切波弹性成像(SWE)通过测量超声产生的剪切波速度(SWV)来评估组织弹性，以计算组织刚度，该刚度与SWV的平方成正比，大多数研究报告表明SWV降低与肾功能受损有关，与DN导致的肾纤维化之间存在良好的相关性[19]。然而，肾脏硬度增加可受除肾纤维化以外的一系列因素的影响，包括组织灌注、肾小管或间质压力以及组织各向异。因此，UE在测量肾纤维化方面的实用性还有待提高。

3.2 放射学成像技术包括计算机断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)，也显示出对糖尿病肾纤维化成像的前景。例如，Zhu等人开发了与抗胶原蛋白抗体结合的金纳米颗粒作为CT成像对比剂，用于评估糖尿病肾纤维化[20]。目前靶向纤维化的PET和SPECT配体也已开发出来，并显示可用于评估肝脏、肺部、和心脏纤维化，未来研究其对糖尿病肾纤维化具有良好的应用前景。

4 结语

在最近的二十年中，用于无创评估DN的MRI技术取得了巨大进步，如糖尿病会导致肾小管萎缩，限制水分子的流动并增加肾脏硬度，而DWI、MRE以及MTI技术可以无创评估肾纤维化；血管稀疏会降低肾脏灌注和氧气供应，这可以应用BOLD-MRI评估组织缺氧。MRI的多功能性为通过测量其对组织结构和功能特性的影响来探测糖尿病肾病提供了机会。