前瞻性人体移植肾急性排斥BOLD与DWI早期诊断价值＊

1.解放军第303医院医学影像科(广西 南宁 530021)

2.解放军第303医院移植科(广西 南宁 530021)

3.解放军第303医院病理科(广西 南宁 530021)

黄桂雄1黄海波1李大创1孙旭勇2管 俊1曹理政1杨建均3

前瞻性人体移植肾急性排斥BOLD与DWI早期诊断价值＊

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黄桂雄1黄海波1李大创1孙旭勇2管 俊1曹理政1杨建均3

目的探讨BOLD_R2*与DWI_ADC值人体肾移植急性排斥早期诊断价值。方法随机选取正常原位肾33例(A组)、正常移植肾34例(B组)、急性排斥移植肾15例(C组)为研究对象，应用3.0T扫描仪BOLD 及DWI序列扫描所有志愿者，将图像输至工作站分析处理。比较三组肾皮质、髓质R2*及与肌肉标准化ADC0-100、ADC0-800值差异性，P＜0.05为有统计学差异。以病理为“金标准”，评价髓质R2*及与肌肉标准化皮质ADC0-100、ADC0-800值鉴别急性排斥移植肾与移植正常肾、正常原位肾诊断效能。结果(1)三组间肾髓质R2*差异有统计学意义，两两比较发现C组R2*明显低于与A、B组，A与B组间无统计学差异；三组间肾皮质R2*差异无统计学意义。以病理为标准，髓质R2*=22.7hz为界值，BOLD_R2*区别急性排斥与移植正常肾、原位正常肾ROC曲线下面积为0.981,SE和SP分别为93.3%和100%。(2)三组间肾皮质标准化ADC0-100、ADC0-800值有统计学意义，两两比较除A与B组间差异无统计学意义外其余组间有统计学意义。三组间髓质ADC0-100、ADC0-800值无统计学意义。以病理为标准，取1.249、1.122为界值，标准化皮质ADC0-100、ADC0-800诊断急性排斥移植肾ROC曲线下面积分别为0.947、0.978，SE、SP分别为83.3%、86.7%，91.1%、92.3%。结论BOLD与DWI在肾移植急性排斥早期诊断中有重要价值，可为后期治疗提供可靠影像依据。

移植肾；急性排斥；血氧水平依赖成像；扩散加权成像

移植肾急性排斥是指供体肾携带的异体抗原所引起的受体内发生的免疫反应，细胞免疫急性排斥是临床最常见类型，常发生于术后4天至2周，病理组织学以大量单核和淋巴细胞浸润为特征，可通过激素冲击逆转大多数病例；急性排斥既是导致术后肾损害常见并发症，也是慢性排斥和肾功能丧失、影响患者生存的重要因素[1]，因此早期急性排斥评估具有重要现实意义。目前活检组织学是移植肾急性排斥诊断金标准，但穿刺活检为有创性检查，且存在穿刺出血、感染、难于耐受等潜在危险或不足[2-3]。而临床依靠血肌酐水平监测肾急性排斥难以满足早期、准确的诊断目的，因为血肌酐只在明显组织损伤才升高[4]。故而长期以来，相关医学研究者一直希望找到一种高敏感和特异的技术，以实现急性排斥的早期诊断。本课题旨在通过BOLD与DWI序列扫描原位肾、移植正常肾和急性排斥移植肾三组志愿者，应用ROC曲线，探讨弛豫率和与肌肉标准化ADC值对移植肾急性排斥的早期诊断价值。现报告如下。

1.1 一般资料选取我院2012年1月至2014年12月申请肾脏扫描志愿者82例，其中正常原位肾33例为A组(男19例、女14例)，年龄21～55岁，平均(37.2±4.5)岁；移植正常肾34例为B组(男20例、女14例)，年龄22～57岁，平均(37.0±4.5)岁；急性排斥移植肾15例为C组(男10例、女5例)，年龄25～53岁，平均(35.5±5.6)岁。纳入与排除标准：A组为临床无症状，实验室血肌酐、尿素氮、血清铁蛋白指标正常；B组髂窝肾移植后1月～5年，实验室血肌酐＜186.0μmoL/L、变化幅度＜20%、尿量正常；C组为髂窝肾移植术后1～4周，临床低热、全身不适及尿量进行性减少，血肌酐＞186.0μmoL/L、尿素氮＞7.14mmoL/L，且穿刺活检病理证实急性排斥。排除已知血色病、慢性肾病及呋塞米、水利尿作用包括禁食禁水4-8h。研究实验获我院伦理委员会批准，志愿者知情并签署同意书。

1.2 检查技术应用Philips Achieva 3.0T TX扫描仪及SENSE XL TORSO 16 coils配合呼吸控制并以仰卧脚先进扫描目标肾脏。包括横轴及冠状位呼吸补偿T1WTFE和呼气末屏气BOLD序列、横轴位呼吸触发T2W-TSE和SE-EPIDWI(b=0,100,800s/mm2，三个正交方向施加扩散敏感梯度场)，详细参数如表1。

表1 扫描序列参数表

1 资料与方法

1.3 图像分析将DWI及BOLD数据传至EWSv2.6.3工作站或专用软件，避开肠蠕动及磁敏感性伪影，R2*测量选择横断或冠状位，将5-10个ROI(10～20mm2)分别放置于T2

*WI原始图像(伪影较轻优先)肾皮髓质，取三次测量平均值；选择肾门横断层面ADC图设置3-5个ROI(20～30mm2)获得皮髓质ADC0-100、ADC0-800，三次测量平均并与肌肉作标准化为最终结果。

1.4 统计处理应用SPSS16.0软件，年龄、性别差异采用列联表或方差分析。肾皮髓质R2*及标准化皮髓质ADC0-100、 ADC0-800以(±s)表示，组间比较使用单因素方差(One_way ANOVA)检验，组间差异显著则进一步两两比较，P＜0.05为有统计学差异。针对急性排斥移植肾，以活检组织学为金标准，应用ROC曲线评价BOLD及DWI诊断效能。

2 结 果

2.1 所有志愿者均完成扫描纳入研究，三组年龄、性别比较无统计学意义(F性别=0.562，χ2年龄=1.325，P性别/年龄=0.726/0.734)。

表2 三组标准化肾皮髓质ADC0_100、ADC0_800及R2*值(单位:Hz)比较

2.2 三组肾皮髓质R2*详细测值见表2，正常组髓质R2*明显大于皮质。三组间髓质R2*有统计学差异(P＜0.05)，两两比较显示C与A、C与B有统计学差异(P ＜0.05)，A与B间无统计学差异(P ＞0.05)；皮质R2*组间无统计学意义(P＞0.05)。以病理为标准，髓质R2*=22.68hz为界值，BOLD_R2*诊断急性排斥移植肾ROC曲线下面积为0.981，Se和Sp分别为93.3%、100%，见图1-2，4，5。

图1-4为急性排斥移植肾志愿者：男，47岁，移植手术后20天出现全身不适、低热、尿量减少及血清肌酐急剧升高至530μmol/L。图1-2分别为BOLD序列扫描移植肾皮髓质ROI设置及软件处理，结果显示肾实质弥漫肿胀伴边缘渗出，皮髓质分界(CMD)消失，皮质、髓质平均R2*(1000/T2*)分别为18.1hz和16.7hz，提示髓质R2*降低、脱氧血红蛋白减少。图3为ADC0-800图，显示肾皮质扩散受限与髓质类似，皮髓质标准化ADC值分别为0.936和0.883。图4为HE40倍病理，淋巴细胞聚集伴肾小管及小血管侵蚀，符合T细胞介导急性排斥反应（Ib）。图5为肾髓质R2*值ROC曲线：以22.7hz为急性排斥移植肾诊断阈值，其敏感度和特异度分别为93.3%和100%，准确度98.1%。图6为肾皮质标准化ADC0-800值ROC曲线：以1.122为急性排斥移植肾诊断阈值，其敏感度和特异度分别为86.7%和92.3%，准确度97.8%。

2.3 三组标准化ADC0_100、ADC0-800值比较三组间标准化肾皮质、髓质ADC值测量详细见表2，标准化肾皮质ADC0-100、ADC0-800值组间差异有统计学意义(P ＜0.05)，两两比较显示C与A、C 与B均有统计学差异(P＜0.05)，但A与B间无统计学差异(P＞0.05)，正常组标准化ADC皮质高于髓质；三组间髓质无统计学差异(P＞0.05)，但异常组略小于正常组。以病理为标准，取1.249、1.122为界值时，标准化皮质ADC0-100、ADC0-800区别C组与A、B组ROC曲线下面积分别为0.947、0.978，Se、Sp分别为83.3%、86.7%，91.1%、92.3%(图3,6)。

3 讨 论

磁共振功能成像如血氧水平依赖(BOLD)和DWI在健康肾和异常肾病应用中具有重要价值[5]，其中BOLD-fMRI[6]是利用血液内源性对比剂去氧血红蛋白、无创检测活体肾内氧含量的一种功能成像，可客观反映肾脏组织代谢、病生理状态及功能变化。原理为通过多回波T2*序列扫描获得驰豫参数R2*或T2*(R2*=1/T2*)，R2*受顺磁性去氧血红蛋白影响，数值越高代表去氧血红蛋白水平越高、氧分压越低。BOLD fMRI信号与肾内氧含量关系业已通过氧敏感光纤探针测量得到证实[7]。DWI[8]则为目前可活体测量组织水分子布朗运动的唯一技术，通过两个以上b值扫描可计算ADC以反映血管外、细胞外微循环和水分子活动状态。

课题以随机原则、前瞻性选择82例志愿者纳入三组，应用BOLD_R2*肾扫描显示，术后1周至4周急性排斥肾移植15例中，髓质R2*=(18.2±2.8)hz远低于原位肾(29.0±3.1)hz与移植正常肾(29.6±2.9)hz，而正常组间髓质及三组间皮质R2*无统计学差异(P＞0.05)，说明早期急性排斥异常变化主要发生于肾髓质。该结果与研究报道[9-10]相一致，Park等[9]研究发现移植肾急性排斥组髓质R2*值明显低于功能正常组，认为与髓质氧含量增加有关；Sadowski等[10]实验进一步发现急性排斥肾髓质R2*水平与髓质血流量均降低，提示髓质氧生物利用度增加，分析原因可能为肾实质及微血管炎性损伤或肾小管细胞代谢率下降使氧的利用受损，髓质氧耗减少比血流灌注下降程度更大，从而导致髓质去氧血红蛋白减少。文献资料一方面认为，虽然肾血流量约占心输出量1/4，但肾皮质和髓质血流量供应比例约为90%和10%，而髓质电解质转运耗氧量较大，造成髓质处于低灌高耗氧的环境[11]。另一方面显示，生理状态肾皮质和髓质氧分压(PaO2)分别约为50mmHg 和10～20mmHg，髓质氧含量轻微变动即会引起去氧血红蛋白浓度很大变化，但皮质PaO2＞50mmHg的状态下，血红蛋白处于解离曲线上段，其氧含量轻微变化不会以髓质相似程度影响去氧血红蛋白浓度[12]，本实验支持以上观点。笔者同时发现正常组中髓质弛豫率明显大于皮质，这也与肾脏皮髓质氧分压、去氧血红蛋白含量不均衡相符合[13]。以病理为标准，髓质R2*=22.7hz为界值，课题BOLD_R2*诊断急性排斥肾ROC曲线下面积为0.981，敏感度与特异性分别为93.3%和100%，提示BOLD对急性排斥早期诊断具有很高价值。

课题中同时应用DWI序列扫描，与肌肉标准化肾皮质和髓质ADC值处理目的在于更好校正磁场波动带来的影响，结果发现急性排斥组肾皮质标准化ADC值显著小于正常组(P＜0.05)，但正常组肾皮质间、三组髓质间均无统计学差异(P＞0.05)。分析原因可能为炎症反应、氧化应激、细胞因子释放使肾灌注下降，皮质细胞缺血肿胀、细胞外间隙减少及含水量下降，而髓质结构相对疏松、炎性反应及含水量增加(血液向髓质分流)等综合作用的结果。这与国内外学者[14-15]移植肾急性排斥实验报告相类似，同时Sadowski[10]和Yang[16]研究提示急性排斥皮髓质血流灌注均降低且血流重新分布或巨细胞聚集等可支持此观点。实验同时发现，正常肾皮质标准化ADC值高于肾髓质、低b值测量结果大于高b值，这与秦卫和[17]报道一致，前者可能与皮质灌注和含水量高、扩散各向同性而髓质小管放射状排布、各向异性扩散、含水量较低等有关，后者可能为低b值更多受到微循环灌注影响而高b值可减少这种作用，近年以IVIMDWI、DTI[18]等研究为这种看法提供了一定依据。取1.249、1.122为阈值，标准化皮质ADC0-100、ADC0-800诊断急性排斥准确率分别为0.947、0.978，敏感度与特异性分别为83.3%、86.7%，91.1%、 92.3%，说明肾皮质ADC值对急性排斥早期诊断具有较高价值。

笔者分析图像或处理原始数据发现，志愿者肾图均满足R2*及ADC定量检测，正常组T1WI肾皮髓质分辨清晰，肾脏无肿胀渗出，BOLD原始T2*WI图随TE延长髓质信号降低而与皮质对比增加，DWI 及ADC图髓质信号低于皮质；急性排斥皮髓质分辨不清，随TE延长T2*WI肾皮髓质对比始终欠佳(图1-2)，受肠气影响T2*WI图肾边缘可出现一定程度磁敏感伪影，此时可按优先原则采用轴位数据或移动层面重新采集。ADC图实质肿胀渗出，皮质扩散受限导致皮髓质信号趋于一致(图3)。与低b值比较，高b值ADC图像更稳定、信噪比适中、肾边界清楚，但皮髓质对比有所下降。最后，随ROI位置变化及部分容积效应影响可发生定量数据一定程度偏差。

本研究尚存不足：(1)扫描仅采用一种机型完成, 结论可能不完全适用其它型号或不同厂商、场强设备；(2)仅纳入术后1周至4周排斥肾且病例数量相对较少，研究结果可能有所偏倚及无法准确反映更大时间跨度的急性排斥肾脏；(3)未能结合缺血、肾小管急性坏死、糖尿病肾损害等弥漫性肾病探讨，不同原因肾病诊断与鉴别价值尚有待进一步实验。

综上所述，BOLD与DWI扫描可基本实现移植肾急性排斥早期诊断，急性排斥异常BOLD与DWI扫描分别位于肾髓质和肾皮质，临床3.0T磁共振应用中，笔者推荐BOLD序列髓质R2*=22.7hz或DWI(b=800s.mm-2)扫描标准化皮质ADC=1.122作为阈值诊断移植肾早期急性排斥，而BOLD扫描具有更高的准确率、敏感度、特异性和扫描时效比。

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(本文编辑:谢婷婷)

Value of BOLD and DWI Technology in Transplanted Renals with Early Acute Rejection: A Perspective Experience on Human*

HUANG Gui-xiong, HUANG Hai-bo, LI Da-chuang, et al．, Department of Imaging, The People's Liberation Army 303 Hospital, Nanning 530021, Guangxi Province, China

ObjectiveTo perspectively investigate the value of BOLD_R2⋆and DWI_ ADC in monitoring human renals with early acute rejection．Methods33 cases of healthy kidneys in situ (group A), 34 cases of normal renal allograft (group B) and 15 cases of renals with acute rejection (group C) who underwent BOLD and DWI procedure at 3．0T were selected as the research objects． The datas were transfered into the workstation for processing after MRI． The measurements of R2⋆and ADC0-100, ADC0-800standardized with muscle on renal cortex, medulla were obtained among the three groups, P＜0．05 was difference significant． According to the pathological biopsy, the values of BOLD_R2⋆and DWI_ADC standardized to differencitae the kidneys with acute rejection were assessed by ROC curve．ResultsThere were statistic significance for R2⋆on renal medulla among the three groups(P＜0．05), however no statistic significances were found for medullary R2⋆between group A and B; While no statistic significances were found for cortical R2⋆among the three groups(P＞0．05)． With an area under the ROC curve of R2⋆=22．7hz as diagnose critical points, the sensibility was 93．3%, the specificity was 100%, and the accuracy was 0．981 in the prediction of the kidneys with acute rejection． There were statistic significance for cortical standardized ADC0-100, ADC0-800within groups(P＜0．05), however no statistic significances were found for cortical standardized ADC0-100, ADC0-800between group A and B; while no statistic significances were found for medullary standardized ADC0-100, ADC0-800among three groups(P＞0．05)． With an area under the ROC curve of ADC0-100=1．249、ADC0-800=1．122 as diagnose critical points, the sensibility was 83．3% and 86．7%, the specificity was 91．1% and 92．3%, and the accuracy was 0．947 and 0．978 in the prediction of the transplanted renals with acute rejection, respectively．ConclusionBOLD and DWI is of important value in the early diagnosis of renal acute rejection, which can provide reliable imaging evidence for later treatment．

Transplanted Kidneys; Acute Rejection; BOLD; DWI

R445.2

A

广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻1298003-8-6)

10.3969/j.issn.1672-5131.2016.02.027

黄海波

2016-01-11