应用肾功能MRI技术开展肾功能评估的研究进展

王宝华

肾的主要生理功能是滤过血浆形成尿，排出代谢废物，维持机体水、电解质及酸碱平衡；并具有内分泌功能，通过产生肾素、促红细胞生成素、1，25-二羟基维生素D3等参与调节血压、红细胞生成，以及钙磷代谢。肾疾病造成不同程度的肾功能损害，通过对肾功能变化的检测，可以提高诊断与鉴别诊断质量、评价疾病程度、指导临床治疗、判断预后。目前，临床常用的肾功能无创检测方法包括生化检查、超声、静脉尿路造影、CT、常规 MRI、核素扫描等，但均存在一定的局限性或不足［1］，如敏感度和特异度较低、需要外源性对比剂、对人体有辐射损害等。

肾功能MRI技术是利用肾血流灌注丰富、血氧代谢活跃、含水量丰富的特点，甚至无需使用外源性对比剂，即可以在肾大小形态发生改变之前检测出肾功能的变化，为临床提供有价值的信息。目前，采用肾功能MRI对肾血流灌注、血氧代谢水平、水分子扩散及弹性特点等方面的研究取得进展。

1 应用肾功能MRI对肾血流灌注特点的研究

肾功能变化时常伴有灌注水平的改变。动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）技术以动脉血中的水质子作为内源性示踪物，可作为唯一无创、定量评估肾灌注水平的方法对肾灌注情况进行反复测定、长期随访，在肾疾病的研究与临床应用中具有广阔的前景，有助于区分不同病理类型的肾占位性病变，提供关于肿瘤活性的临床信息、评估治疗效果［2，3］。 在肾移植患者中，既可以提供移植肾血流灌注的定量信息，又可以对不同功能的移植肾进行评估［4，5］，还可以早期发现功能不良的移植肾，为临床治疗提供有价值的信息［6］。此外，ASL MRI还可用来评价肾动脉的狭窄程度、畸形、肾损伤程度及慢性肾病的级别等［7-9］。

目前单个反转时间（inversion time，TI）的 ASL MRI只用来测量肾皮质的血流灌注，多个TI的ASL MRI虽可获得肾髓质的血流灌注信息［10］，但仍需进一步研究。ASL MRI所获得的皮质灌注信息较髓质更有价值。

2 应用肾功能MRI对肾血氧代谢特点的研究

2.1 血氧水平依赖成像（blood oxygen level dependent，BOLD） 利用血液中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白磁性的不同，对组织器官的氧合状态进行定量评价，其定量评价指标R2＊值直接反应组织内脱氧血红蛋白的浓度，脱氧血红蛋白浓度增高，R2＊值增高，组织氧合水平减低。肾皮、髓质间的氧分压梯度差，使得处于低氧环境的髓质对血氧变化非常敏感，为BOLD MRI在肾的应用奠定了理论基础。查婷婷等［11］通过BOLD MRI评价兔肾缺血再灌注损伤证实，可无创性地间接反映肾缺血再灌注损伤随缺血时间变化的大体趋势，有助于肾缺血再灌注损伤的检出，为临床早期发现和治疗提供了帮助。通过肾氧合水平的检测，可评价血管病变所致缺血性肾病的血管病变程度、治疗效果［12-14］；有助于糖尿病肾病分期、预后评估［15］；鉴别移植肾急性排异反应和急性肾小管坏死［16］，急性肾小管坏死移植肾在BOLD MRI上，皮质呈蓝色，代表较低的R2＊值，即脱氧血红蛋白浓度较低；髓质呈绿色，代表较高的R2＊值，即脱氧血红蛋白浓度较高，氧合水平降低。急性排异反应移植肾髓质绿色区域面积减少，代之以较多的蓝色区域，提示R2＊值减小，即脱氧血红蛋白浓度下降［17］。此外BOLD MRI还可用于不同时期的急性肾功能不全、不同级别的慢性肾病［18］的肾血氧代谢的评估。

BOLD MRI技术的局限性在于其信号只是一个反应肾血氧水平的间接指标，受多种因素如血液供应、耗氧量、血细胞比容、周围环境pH值对氧合血红蛋白的分解以及年龄等的影响，需要更多研究来进一步分析引起信号变化的原因及来源［17］。

2.2 磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI） 这是一种相位对比增强MRI技术，对磁敏感性物质（脱氧静脉血、血液降解物、钙化及铁等）的显示非常敏感。SWI与BOLD具有部分共性，即利用静脉血中的氧合与脱氧血红蛋白信息成像，但SWI对局部磁场不均匀性的敏感度高于BOLD MRI［19］，且能减少小动脉对测量的干扰，更充分体现出其检测脱氧血红蛋白的能力。SWI MRI对移植肾功能延迟恢复的检出率明显高于常规MRI，可以早期发现移植肾功能延迟恢复，有助于及时治疗［20］。

3 应用肾功能MRI对肾水分子扩散特点的研究

3.1 扩散加权成像 （diffusion weighted imaging，DWI） 这是基于生物组织中水分子布朗运动进行成像的一种方法，能够提供微观结构中水分子扩散的信息，其评价指标是表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC），能够同时反映组织内水分子扩散和组织微循环灌注两方面的信息。DWI可被用来评估不同肾疾病，如肾肿瘤、急慢性肾疾病等［21-23］，鉴别肾占位的良恶性以及恶性肿瘤的病理类型，区分移植肾是功能受损还是功能良好。评价不同类型的肾病理状态，如慢性肾盂肾炎、急慢性肾损伤、输尿管梗阻等［24-26］。在炎性病变中，由于细胞质内自由扩散水分子的屏障增加［27］或成纤维细胞积聚［28］，肾皮、髓质的 ADC值明显减低。

3.2 扩散张量成像 （diffusion tensor imaging，DTI） 这是利用水分子扩散的各向异性来评价组织结构的完整性。可以同时获取组织内水分子扩散运动幅度及扩散方向两方面的信息［29］，其定量评价指标有 ADC、各向异性分数（fractional anisotropy，FA），FA表示水分子扩散各向异性成分在整个扩散张量中所占的比例，FA比ADC能更敏感地检测肾功能与病理状态。此外，扩散张量示踪图（diffusion tensor tractography，DTT）可直观显示肾髓质内小管状结构的走形、方向及疏密情况，功能不良移植肾髓质DTT与健康肾DTT比较，表现为放射状排列的纤维束样结构消失，排列稀疏、减少、杂乱无章［30］。目前，DTI已被用来评价糖尿病肾病、肾缺血再灌注损伤、慢性肾功能不全及肾移植等［30-34］。DTI的不足是数据采集及后处理时间较长，图像易受呼吸伪影干扰。

3.3 体素内不相干运动 （intravoxel incoherent motion，IVIM） 这是应用多个b值的双指数模型，可以区分水分子扩散和组织微循环灌注，更为精确地描述组织微观结构及功能改变，反映出组织微灌注的信息，克服了传统DWI中的ADC值无法区分两者的不足。IVIM的评价指标除ADC值外，还有3个定量参数，即真实扩散系数（D值）、灌注相关扩散系数（D＊）及灌注分数（f值）。D值反映了肾内水分子的扩散状态；D＊值取决于肾毛细血管的收缩或舒张状态，表示与微循环灌注相关的扩散系数；f值则在一定程度上反映了肾的液体负荷状态，表示微循环灌注在整体扩散信号衰减中所占的比例。这些评价指标可用于鉴别肾良、恶性肿瘤。恶性肿瘤的富血供性质使得灌注分数增加而组织的扩散减低［35］。 IVIM MRI在慢性肾病［36］及肾移植［37］中也得到了初步应用。张斌等［38］应用IVIM评估大鼠对比剂急性肾损伤 （contrast-induced acute kidney injury，CI-AKI）的肾功能，发现IVIM可以有效评估CI-AKI肾功能的动态变化过程，揭示CI-AKI病程改变的微观机制。目前DWI MRI缺乏标准的扫描方案，各评价指标的数值大小有赖于b值得选择，各项研究结果缺乏可比性。

3.4 扩散峰度成像 （diffusion kurtosis imaging，DKI） 这是DTI技术的延伸，是描述组织内非正态分布水分子扩散的MRI技术［39］。由于大多数组织的结构复杂，导致水分子扩散位移概率呈现非正态分布，因而扩散峰度成像更适合探查生物组织的微观结构，其评价指标除ADC、FA外，还有峰度参数，包括平均峰度（mean kurtosis，MK）、轴向峰度（axial kurtosis，K∥）、径向峰度（radial kurtosis，K⊥）。MK大小代表ROI内组织的结构复杂程度，结构越复杂，非正态分布的水分子扩散受限越明显，MK也越大。目前，DKI仅在健康肾得到应用，证实具有可行性［40］，但评估肾疾病的应用价值尚待进一步研究。

4 应用肾功能MRI对肾弹性特点的研究

MR弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）是一种新型的无创定量检测组织弹性特点的成像方法，其评价指标是弹性（或硬度）。组织的弹性特征与纤维化、炎症、肿瘤等病理改变相关。目前，MRE 在肾动脉狭窄的猪模型［41，42］中已初步证实在肾的应用是可行的，并显示皮质的弹性受血流灌注压影响较大，而在髓质弹性的检测中有较大的应用潜能。Lee等［43］通过MRE与肾穿刺活检结果比较，对于慢性移植肾病纤维化及炎症程度的评估取得初步进展。

综上所述，可见肾功能MRI取得了较大进展，这些无创性技术为临床提供了有价值的信息。尽管目前受软硬件限制、尚缺乏标准采集和处理数据的方案，影响了这些功能MRI技术的普及推广与应用，但随着软硬件的不断开发、标准操作程序的制定和推广，必将为临床提供更多、更有价值的信息。

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