移植肾相关并发症的多模态MRI研究进展

宋一丹 综述 文兵，傅飞先 审校

益阳市中心医院放射科，湖南 益阳 413000

与长期透析相比，肾移植在延长患者寿命及提高生活质量上具有较大优势[1-2]。然而，移植肾的相关并发症仍然是导致其失败的重要原因之一[3-4]。因此，及时的诊断和干预治疗其相关并发症是提高肾移植成功率的关键。目前，用于评估移植肾相关并发症的方法主要有肾脏活检、肾小球滤过率估计值(estimated glomerular filtration rate，eGFR)、超声及MRI等，活检是评判移植肾功能受损的金标准，但它具有有创性，同时存在采样误差及感染等风险[5]，其他评估方法也存在一定不足[6-7]。而MRI是一种无创检查方法，其在肾移植方面能提供水分子扩散、血氧含量及血流灌注等信息[8]。多模态MRI技术包括扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)、扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)、扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、血氧水平依赖(blood oxygen-level-dependent，BOLD)、动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)等[9]。本文主要讲述并对比前四种以扩散原理为基础的多模态MRI技术在移植肾相关并发症评估中的研究进展。

1 DWI

1.1 DWI理论基础 DWI的成像原理是假设生物组织中水分子以随机高斯运动进行弥散，再采用单指数模型计算从而提供有价值的信息[10]。DWI的主要参数为ADC值，用于定量评估扩散特性，ADC值越低，表示弥散受限越明显。

1.2 DWI评估移植肾相关并发症的研究发展 DWI可用于检测移植肾[11]并发症，主要是因为肾脏微循环灌注不足、炎症细胞浸润以及肾脏纤维化等病理改变都可能引起水分子的扩散受限[12]。DWI在急性排斥反应方面的研究，先是HUEPER等[13]在研究小鼠肾移植排斥反应中发现DWI可能可以区分缺血性损伤引起的急性排斥反应和一般的组织水肿，之后HOLLIS等[14]发现在特定的b值下，急性排斥反应的发生率与ADC值有显著的相关性，同时发现与单独的实验室值(例如血肌酐水平或肌酐清除率)相比，ADC值能更好地检测出急性排斥反应。杨朝武等[15]通过制作大鼠左侧肾动脉狭窄摸型来评估DWI对缺血性肾脏结构和功能的价值，结果表明肾皮髓质ADC值与GFR均呈正相关，说明DWI对显示肾脏缺血损伤及损伤后肾萎缩具有一定价值。FALETTI等[16]在验证DWI对肾移植后急性肾小球肾炎的诊断价值过程中，发现ADC值在急性期受影响和未受影响的组织之间存在明显差异，说明DWI具有区分正常组织与病变组织的能力。FAN等[17]研究发现在评价患者严重移植肾肾动脉狭窄方面，ADC值具有良好的敏感性和特异性。DWI技术一直在不断发展和完善中，小视野扩散加权成像(reduced field of view diffusion weighted imaging，r-FOV DWI)是3.0T磁共振的一项新技术，能提高图像分辨率，减少伪影。XIE等[18]研究发现多b值r-FOV DWI能有效监测移植肾功能，而余元蒙等[19]研究发现其虽在识别移植肾排斥反应时有较高的特异度,但是还不能鉴别移植肾急性排斥反应的亚型。这些研究结果都表明DWI在肾移植并发症监测中具有较大潜力及良好的应用前景。

1.3 DWI技术的局限性 第一，DWI技术是假设水分子扩散均符合高斯分布，但人体组织结构具有内在特异性而使其扩散并不完全符合高斯分布；第二，ADC值除了与自由水分子扩散的有关外，还受多种因素的影响，例如毛细血管微灌注以及管状流动等。

2 DTI

2.1 DTI技术理论基础 水分子扩散是一个三维过程，组织中的水分子运动具有不同的方向性，而DWI只能测量水分子在扩散敏感梯度场方向上的扩散运动。DTI是DWI技术的一种临床扩展，它利用至少六种不同的扩散方向而获得定向扩散的信号，能为组织微观结构研究提供更详细的信息[20]。DTI的主要特征参数为部分各向异性(fractional anisotropy，FA)，取值范围为0~1，取值越大代表弥散受限越明显，其余参数还包括相对各向异性、容积比指数等。

2.2 DTI评估移植肾相关并发症的研究发展 在健康的肾脏中，髓质的FA值高于皮质的FA值[23]，提示髓质各向异性较皮质明显，此结论符合肾脏解剖结构信息。DEGER等[24]在DTI评估移植肾急性排斥反应以及移植肾早期功能的研究中，发现髓质FA值与移植肾功能具有良好相关性，而肾皮质FA值与其无明显相关性。FAN等[25]发现移植肾皮质ADC值、髓质ADC值及髓质FA值随移植物功能下降而降低，并且与eGFR呈正相关，而皮质FA与功能变化无明显相关性。BANE等[26]推测在纤维化严重的移植肾中，随着纤维化的进展，FA值与其的相关性可能由负转为正。LI等[27]在评估FA值与移植肾组织病理改变的相关性的研究中，发现髓质FA值与多种组织病理学评分呈负相关。这些表明DTI具有评估移植肾组织病理改变的潜力。

2.3 DTI技术的局限性 第一，DTI和DWI类似，得到的扩散系数都是基于最简单的模型，而人体组织结构使水分子扩散并不完全符合高斯分布；第二，扩散方向数量的选择可能会影响实验结果；第三，图像低信噪比及各种伪影的影响。

3 IVIM

3.1 IVIM技术理论基础 1988年，LE BIHAN等[28]学者首次提出IVIM的概念。IVIM技术同样以水分子自由扩散为基础，但其能将水分子自由扩散与微循环灌注区分开[29]。IVIM的参数主要包括：扩散系数D、伪扩散系数D*、灌注分数f和总ADC值，其中，扩散系数D及伪扩散系数D*分别反映了水分子的真实扩散信息和微循环灌注信息；

3.2 IVIM评估移植肾相关并发症的研究发展 近年来，IVIM在移植肾并发症方面的研究取得了较快的进展。REN等[30]对62例肾移植患者及20名健康志愿者进行IVIM检查，发现ADCslow值(即D)、ADCfast值(即D*)以及f与eGFR呈正相关，同时证实IVIM具有评价肾小球硬化、间质纤维化等可能导致弥散参数降低的肾脏功能及微结构的能力。CHEN等[31]研究证实IVIM参数与肾小球滤过率(eGFR)具有良好的相关性，且发现功能良好的移植物肾皮质ADC值、ADCslow值、ADCfast值、f值及髓质ADC值、ADCslow值均显著高于功能受损的移植物，能在肾移植早期检测移植肾的功能障碍。在儿童肾移植方面，POYNTON等[32]发现D*与Banfft及CI评分呈中度负相关、与班夫I评分呈中度正相关，表明IVIM有潜力作为一种无创方法来评估儿童移植肾的病理组织改变情况。NI等[33]研究表明IVIM-DWI具有鉴别肾移植患者是否需要临床干预的潜力。ZHANG等[34]以小鼠为对象研究IVIM对于评估慢性肾移植物损伤的价值，结果表明IVIM能比肌酐更早检测到慢性肾移植物损伤，同时定量评估移植物纤维化程度。目前很多学者联合IVIM及其他MRI技术来评估移植肾相关并发症。BANE等[26]联合使用IVIM、DTI、T1 mapping等技术评估移植肾功能障碍并纤维化的诊断价值，通过对15位移植肾功能稳定的患者以及12例慢性移植肾功能障碍或移植肾纤维的患者进行检查，发现皮质ADC值和T1测量值能预测18个月内eGFR下降情况。任涛等[35]联合IVIM与ASL MRI评估早期移植肾功能，结果显示两者联合使用的敏感度和特异度均高于两种技术单独使用时。

3.3 IVIM技术的局限性 第一，不同b值的选择、噪声影响等导致所获得的IVIM参数存在一定误差[36]；第二，由于肾脏的解剖特异性，仅凭IVIM技术很难将其内肾小管和集合管内的液体流动与血管内血液流动分开。

4 DKI

4.1 DKI技术理论基础 DKI是近年来新兴的一种MRI技术，在超高b值(>1 000 s/mm2)下获得，可揭示水分子的非高斯扩散。前文已提到人体生物组织的水分子扩散会受到组织结构的限制而偏离高斯分布。偏离高斯分布的程度即峰度，它反映的是组织微观结构的异质性和不规则性，DKI不仅能提供DTI所有常见的扩散参数，而且还能获得额外的特征峰度参数。DKI的特征峰度参数包括平均峰度MK，径向峰度K⊥和轴向峰度K//，MK值越大，表示结构越复杂，水分子的非高斯分布受到的扩散限制程度越高[37]。

4.2 DKI评估移植肾相关并发症的研究发展 在腹部脏器中，DKI主要应用于前列腺及肝脏[38-39]的检查，在肾脏方面的研究还比较少。PENTANG等发现与常用的单指数ADC模型相比，DKI模型与实验数据的拟合较好，同时能获得更高的信噪比，表明在反映肾脏组织微结构特征方面DKI比传统的DWI更为准确。程仲元等[40]研究发现，正常人肾脏皮质特征峰度参数值均高于髓质，表明其特有的峰度参数值能提供更多肾皮髓质微结构的信息。在肾脏疾病应用方面，至今仅有少量研究报道了DKI在小鼠纤维化、IgA肾病、高尿酸血症中的研究[41-43]，而DKI评估移植肾相关并发症更是鲜有研究，表明其在此方面可能存在较大的探索空间。

4.3 DKI技术的局限性 第一，b值的选择很重要但尚无统一标准[44]；第二，由于呼吸、心跳以及人为因素等，DKI的图像伪影、图像退化以及峰度值的误差问题还有待解决[45]。因此，需要更多的实验研究这种技术的潜力，使其能提供更多有关肾脏病理改变的信息。

5 展望

移植肾术后并发症的病理、生理类型复杂，且一般都不是孤立发生的，同一患者也可以同时发生多个并发症。因此，仅用某种MRI技术所提供的信息是不全面的，若联合其他功能MRI技术或是其他无创检测方法如超声，则可以转变成更强大的诊断工具，例如目前已有肾脏计算机辅助诊断系统(renal computer-assisted diagnostic，Renal-CAD)方面的研究，即联合DWI、BOLD以及实验室数据，及时、准确地诊断急性排斥反应[46]。因此，相信多模态MRI技术在早期发现和诊断移植肾并发症方面具有极大的潜力及广阔的应用前景，从而为肾移植患者的临床管理和决策提供合理的参考建议。