DTI在慢性肾脏病患者早期肾脏功能损害中的临床应用价值

刘治玲，李 旭，黄召勤，韩 雪

（山东省立医院 山东第一医科大学附属省立医院①医学影像科，②超声诊疗科，山东 济南 250021）

慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）具有发病率逐年上升、病程长、治疗费用较高、较难早期发现等特点，已成为全球范围内公共健康问题之一［1-2］。目前临床上多用血清肌酐值及估算的肾小球滤过率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）评价肾脏功能，但该方法敏感度较低，当数值发生变化时肾脏功能损伤已达一定程度，且无法反映疾病的进展过程［3］。DTI是一种无创的影像学检查手段，可通过部分各向异性（fractional anisotropy，FA）定量评价水分子的流动方向及流动速度，通过ADC体现组织的弥散情况。由于肾脏管状结构（小管、血管及肾盂等）沿肾脏皮、髓质呈放射状分布，液体流动具有一定方向，使得DTI评价肾脏损伤成为可能［4-6］。DTI可显示肾髓质小管的走行方向、长度及数量，已初步应用于肾脏结构的评估［7-8］。本研究重点研究3.0 T MRI DTI及扩散张量示踪成像（DTT）评价CKD患者肾脏功能变化的价值，尤其是对早期、eGFR尚未减低患者的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集我院肾内科住院患者50例（病变组），男37例，女13例；年龄15～62岁，平均（35.9±14.2）岁。其中IgA肾病12例，狼疮肾炎6例，局灶阶段性肾小球硬化4例，膜性肾病18例，微小病变型肾小球肾炎6例，紫癜肾炎4例。纳入标准：结合临床、实验室、影像学及病理检查结果，均满足CKD诊断标准；均排除可能造成肾脏结构、功能改变的系统性疾病，如原发性高血压、糖尿病、其他血管源性的疾病；均无恶性肿瘤病史；发病时间均＜3年，超声提示肾脏均无明显的萎缩及纤维化。排除标准：因幽闭恐惧症、大量腹水等无法完成MRI检查、MRI图像上伪影影响分析及MRI图像上皮髓质分界不清者。选择19例无肾脏病及可能造成肾脏损害的系统性疾病的健康人为对照组，男11例，女8例；年龄15～53岁，平均（33.6±11.0）岁。该研究为前瞻性研究，经我院伦理委员会批准，所有参与者均签署知情同意书。

2组均于MRI检查前3 d内测量血清肌酐值。eGFR根据CKD-EPI公式获得［9］。

由于FA值与eGFR呈显著的正相关，按照K/DOQI提出的CKD分期方法，将病变组分为4个亚组：Ⅰ期，eGFR≥90 mL/min；Ⅱ期，eGFR 60～＜90 mL/min；Ⅲ期，eGFR 30～＜60 mL/min；Ⅳ期+Ⅴ期，eGFR＜30 mL/min。本研究Ⅳ及Ⅴ期例数少，且此时治疗以肾脏替代疗法为主，因此将2期患者合并。

1.2 仪器与方法 受检者均于MRI检查前禁食、禁水4 h。采用Siemens 3.0 T MRI扫描仪，以及体线圈加8通道相控阵表面线圈。检查前受检者行屏气训练。首先行双肾MRI常规序列，包括冠状位T2WI TR 1 400 ms，TE 92 ms，层厚5 mm，层距1 mm，层数27，视野380 mm×380 mm，矩阵256×179，回波间隙3.82 ms，采集次数2，带宽781 Hz/pixel）；横轴位Fs-T2WI TR 4 070 ms，TE 93 ms，层厚5 mm，层距1.5 mm，层数39，视野380 mm×310 mm，矩阵320×144，回波间隙8.44 ms，采集次数3，带宽260 Hz/pixel；VIBI序列TR 3.92 ms，TE 1.39 ms，层厚3 mm，层距0.6 mm，层块64，视野380 mm×310 mm，采集次数1，矩阵182×320，翻转角9°，带宽400 Hz/pixel。后行双肾冠状位呼吸触发的DTI序列扫描，TR 2 000 ms，TE 90 ms，层厚4 mm，层数11，视野400 mm×400 mm，b=0、400、600 s/mm2，20个弥散方向，矩阵192×192，回波间隙0.77 ms，采集次数2，带宽2 170 Hz/pixel。双肾周放置饱和带。DTI序列的总采集时间4～8 min，主要由受检者呼吸频率及幅度决定。

1.3 图像分析 所有解剖及DTI图像均由1名经验丰富的影像诊断医师采用随机盲法分析，使用Siemens Neuro 3D Task Card软件包。

按照CAUDIANO等［8］的肾脏皮髓质分界方法，在DTI b=0 s/mm2或FA图上对皮髓质分界进行分级：1级，皮髓质分界不清；2级，皮髓质尚可模糊显示或部分模糊显示；3级，皮髓质分界能够清晰显示。本研究仅纳入CMD 2级或3级的DTI图像。

以FA图作为参考，取肾门区域的2层图像为DTI数据测量层面，按LANZMAN等［6］提出的测量方法，避开肾窦及肾周血管，于髓质上手动画5个圆形ROI，每个ROI为10～15个体素；皮质上绘制一个不规则形ROI，形态与皮质形态类似，大小50～100个像素；在中心层取2个ROI（图1），尽量避开囊肿区域。得出每个ROI的ADC值和FA值，计算其平均值。由于eGFR代表平均肾功能，最终计算双肾的平均DTI参数值作为参考值。

图1 ROI绘制方法示例

DTT能够反映水分子的优先弥散方向，即肾髓小管、血管的走向。选取肾门层面为种子点层面，DTT图像会自动生成，最小FA 0.200，最小角度30°，伪彩标注；观察肾髓质小管及血管的数量、长度及走行。

1.4 统计学分析 使用Prism 5.0（GraphPad Software，Inc.）软件进行数据分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

双肾DTI参数值的差别采用配对样本t检验。病变组与对照组间DTI参数值差别采用独立样本t检验。Pearson相关分析检验FA及ADC值与eGFR的相关性；进一步行二次回归分析，eGFR为横坐标，肾脏的DTI参数为纵坐标。

单因素方差分析（ANOVA）评价FA值在不同CKD分期及对照组间的差异，两两比较行Turkey检验。ROC曲线分析比较对照组与CKD Ⅰ期间的差异性。

2 结果

2.1 形态学分析 对照组CMD均为3级，2例检出薄壁小囊肿。病变组因明显图像运动伪影，1例被排除；1例CMD分级1级被排除，余DTI图像CMD分级均为2或3级；10例检出薄壁小囊肿；5例少量腹水。

2.2 2组DTI参数比较（表1，2） 2组左右肾间FA及ADC值差异均无统计学意义（均P＞0.05）。2组肾皮质FA值均低于髓质，病变组肾皮质、髓质FA值均低于对照组（均P＜0.001）。对照组与病变组肾皮质及髓质ADC值差异均无统计学意义（均P＞0.05）。2组DTI参数图图像差别见图2。

表1 2组双肾肾皮质及髓质的FA值比较（）

表1 2组双肾肾皮质及髓质的FA值比较（）

注：FA，部分各向异性。

表2 2组双肾肾皮质及髓质的ADC值比较（×10-3 mm2/s，）

表2 2组双肾肾皮质及髓质的ADC值比较（×10-3 mm2/s，）

图2 男，37岁，健康志愿者的DTI参数图图3 女，30岁，慢性肾脏病（CKD）患者（病理分型为IgA肾病）的DTI参数图。图2a、3a为灰度标记的各项异性（FA）图，显示皮髓质信号对比明显；图2b、图3b为ADC图，显示皮髓质信号差别较难分辩；图2c、3c为伪彩标记的FA图，伪彩颜色代表纤维束方向，图2c较图3c图方向感更强，髓质放射状形态更形象；图2d、3d为FA纹理图，图2d较图3d图纹理清晰

2.3 CKD患者FA、ADC值变化 ANOVA示不同CKD分期的FA值差异均有统计学意义（皮质：F=26.038，P＜0.001；髓质：F=26.611，P＜0.001）。且任何临床分期的FA值均低于对照组，包括eGFR尚正常的CKD Ⅰ期患者。不同CKD分期的ADC值差异无统计学意义（皮质，F=1.815，P=0.137；髓质，F=1.790，P=0.142）；CKD Ⅰ期与对照组的ADC值差异无统计学意义（P＞0.05）（表2，图3）。

病变组的皮、髓质FA及ADC值与eGFR均呈正相关关系（FA：皮质r=0.708，髓质r=0.684；ADC：皮质r=0.355，髓质r=0.380）（图4）。

2.4 FA评价CKD由于CKD Ⅰ期与对照组间FA值差异有统计学意义，2组间进一步行ROC曲线分析：皮质AUC 0.787，最佳截断值0.229 5，敏感度73.33%，特异度84.21%；髓质AUC 0.863，最佳截断值0.532，敏感度83.3%，特异度73.68%（图5，6）。

2.5 DTT评价CKD髓质结构变化 以肾门层面为种子层面的DTT显示健康肾脏肾髓质小管、血管密集放射状分布于肾门及周围，CKD患者肾功能损害，髓质管状结构数量减少、过早中断，且CKD越严重，DTT图像变化越显著（图7～12）。

表2 不同CKD分期患者的DTI参数值（）

表2 不同CKD分期患者的DTI参数值（）

注：CKD，慢性肾脏病。

图3a，3b 不同CKD亚组及对照组间的FA值箱式图分布特点图4 肾病组DTI参数值与肾小球滤过率（eGFR）的相关关系散点图图4a，4b eGFR为横坐标，FA值为纵坐标图4c，4d eGFR为横坐标，ADC值为纵坐标。实线表示直线回归趋势

3 讨论

肾脏DTI作为一种无创的MRI检查手段，可在肾脏结构发生变化前评价其生理指标的变化。DTI在自体肾及移植肾肾功能评价方面，其可重复性及稳定性较好，组间差异较小［6，8，10］。本研究重点分析DTI序列评价肾功能的能力，尤其对早期（肾功能正常或升高、临床分期为Ⅰ期、eGFR≥90 mL/min）CKD患者的诊断价值。

本研究采用呼吸门控3.0 T DTI序列，能较好地分辨肾脏皮、髓质，可重复性好，能够达到临床诊断需求［11］。定位时双肾周加6条饱和带，可减少肠管内气体及肠道蠕动产生的图像伪影。本研究仅分析双肾弥漫损害的原发性CKD患者，2组双肾皮、髓质间的DTI参数值均无差异。

2组肾皮质FA值均低于髓质，病变组皮、髓质FA值均低于对照组，原因可能是：①宏观上肾小管、集合管及血管均呈放射状排列，管内的水分子按一定方向流动；②微观上，肾脏小管及血管的排列方向性髓质明显优于皮质，反映水分子弥散方向的FA值皮质小于髓质；③不能忽视组织微灌注对肾脏FA值的影响［5，7-8，12］。因此，当肾脏生理代谢发生变化，影响到肾脏微循环、甚至破坏肾脏的微结构时，均可造成FA值降低。FA值可评价肾功能尚未降低的早期CKD患者，敏感度及特异度较高。

DTT能反映健康者与CKD患者之间肾脏功能结构的变化，重建参数相同时，CKD患者微管状结构数量减少、走行混乱、过早中断，且严重程度能反映疾病的临床分期，与既往研究结论相似［7-8］。

图5 皮质FA值区分对照组与慢性肾脏病（CKD）Ⅰ期患者的ROC曲线，AUC为0.787图6 髓质FA值区分对照组与CKDⅠ期患者的ROC曲线，AUC为0.863

图7～12 健康志愿者及慢性肾脏病（CKD）患者的扩散张量示踪成像（DTT）图图7 男，21岁，对照组健康人，显示正常人的髓质管状结构密集放射状排列图8 女，27岁，CKD Ⅰ期，肾小球滤过率（eGFR）128 mL/min，狼疮性肾炎，显示CKD Ⅰ期患者的髓质管状结构形态尚可，但数量较对照组略减少图9 男，50岁，CKD Ⅱ期，eGFR 71mL/min，IgA肾病，显示CKD Ⅱ期患者管状结构数量进一步减少，但髓质形态大部分可显示图10 男，43岁，CKD Ⅲ期，eGFR 40 mL/min，IgA肾病，显示髓质管状结构数量进一步减少，长度变短，仅少部分髓质放射状形态可显示图11 女，58岁，CKD Ⅳ期，eGFR 18 mL/min，新月体性肾小球肾炎，显示髓质管状结构数量稀少、过早中断，大部分髓质放射状结构不可显示图12 男，36岁，CKD Ⅴ期，eGFR 8 mL/min，高血管病性肾损害，仅少数髓质管状结构可显示，髓质形态不显示

本研究中，ADC值无法区分CKD Ⅰ期患者；且无法精确区分肾脏皮、髓质，与以往结论［13-15］相似。因此，FA值较ADC值能更早、更敏感地评价CKD患者肾功能变化［8］。ADC值反映的是水分子在组织中的平均扩散情况，而FA值显示水分子在组织中定向扩散的情况，两者评价水分子扩散特性不同［8］。b值的大小及数目会影响ADC值，但对FA值无影响［16］，单指数运算的ADC值受组织微灌注及液体流动的影响［14］，而FA值主要由水分子在管状结构内的定向运动决定。

本研究存在不足：所有受检者的血液标本未严格在MRI检查之前采集，但能确保血液采集与DTI检查的水和状态一致，不同参与者间的水和状态一致，尽管有研究［4］表明水和状态可能不影响肾脏皮、髓质的FA值。

综上所述，肾脏DTI能够无创、准确、敏感地反映CKD患者肾脏功能的变化，其中FA值的降低能反映肾功能损害，即使eGFR尚未变化的CKD Ⅰ期患者，肾实质的FA值也会显著减低。DTI能够动态评价肾脏结构及功能的变化，可用于CKD的早期诊断、临床分期及随访。