体素内不相干运动成像定量评估慢性移植肾功能不全

王 盼,李向南,郑 鑫,胡小鹏,张 琛,蒋 涛,李 敏*

(1.北京市房山区第一医院放射科,北京 102400;2.首都医科大学附属北京朝阳医院放射科,4.泌尿外科,北京 100020;3.首都医科大学附属北京佑安医院泌尿外科,北京 100069;5.西门子医疗有限公司磁共振科研合作部,北京 100102)

慢性移植肾功能不全(chronic allograft dysfunction, CAD)指各种因素引起的移植肾功能损害[1],可见于约13.95%移植肾[2]。CAD是影响肾移植受者长期存活的主要原因,尽早干预移植肾功能损伤可延缓甚至逆转CAD[3-4]。血肌酐、尿素氮及肾小球滤过率是临床评价移植肾功能的最常用指标,但存在局限性[5]。双指数弥散加权体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像可无创、准确评估活体组织微观结构和功能[6-7]。本研究观察IVIM成像定量评估CAD的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性纳入2019年3月—12月104例CAD患者,男81例、女23例,年龄23～65岁、平均(44.0±9.6)岁;均为首次肾移植术后≥3个月,随访依从性较好,且无其他系统疾病。排除标准:①移植肾存在出血、梗死及血管狭窄等手术并发症;②移植肾明显萎缩伴渗出;③MR禁忌证。根据估算肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate, eGFR)将CAD患者分为CAD 1组[肾功能轻度受损,eGFR≥60 ml/(min·1.73 m2)]、 2组[肾功能中度受损,30 ml/(min·1.73 m2)≤eGFR<60 ml/(min·1.73 m2)] 及3组[肾功能重度受损,eGFR<30 ml/(min·1.73 m2)]。另以36名健康志愿者为对照组,男12名、女24名,年龄27～70岁、平均(46.3±11.6)岁。本研究经院伦理委员会批准[京房伦批第(13)号],检查前所有受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Prisma 3.0T超导MR仪、18通道体部相控阵线圈,嘱患者仰卧,以移植肾为中心进行扫描;参数:快速自旋回波(fast spin echo, FSE)序列轴位T1W,TR 700 ms,TE 12 ms,层厚5.0 mm,层数24,FOV 240 mm,NEX 1;轴位FSE序列T2W,TR 3 770 ms,TE 101 ms,层厚5.0 mm,层数24,FOV 240 mm,NEX 2;冠状位半傅里叶采集单次激发快速自旋回波成像(half-Fourier acquisition single shot turbo spin echo imaging, HASTE)序列T2W,TR 1 670 ms,TE 87 ms,层厚5.0 mm,层数30,FOV 400 mm,NEX 1;采用单次激发平面回波(single-shot echo planar imaging, EPI)序列行IVIM,获得以肾门为中心的轴位图像,b值=0、50、100、150、200、400、800、1 200、2 000 s/mm2,TR 4 000 ms,TE 55.0 ms,FOV 350 mm,层厚4.0 mm,矩阵120×120,扫描时间约6 min。

1.3 图像处理与分析 由2名分别有5、10年腹部影像学诊断经验的放射科医师共同阅片,意见不同则经协商达成一致;以肾门为中心将移植肾分为上、中、下3个区域,避开囊变、出血、血管聚集区及伪影,分别于皮、髓质内勾画6个圆形ROI,使皮质ROI直径约1.0～1.5 cm、与肾脏边缘的距离>1.5 mm,髓质ROI直径约1.5～3.0 cm,见图1。将IVIM原始图像导入Siemens MR Body Diffusion Toolbox v1.30图像处理工作站,获取IVIM参数图,测量2次ROI真性弥散系数(D值)、微循环灌注弥散系数(D*值)及灌注分数(f值);对照组依次测量双侧肾脏,均取平均值作为结果。

图1 勾画ROI方法 A.勾画ROI示意图; B.于轴位图像中勾画ROI;尽可能均匀地在上、中、下3个区域的皮、髓质区域勾画圆形ROI (白点代表皮质勾画区域,黑点代表髓质勾画区域)

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布计量资料,以中位数(上下四分位数)表示不符合者,分别采用配对t检验、配对样本秩和检验比较组内肾皮、髓质IVIM参数,采用非参数多个独立样本的秩和检验进行组间比较。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic curve, ROC)曲线,计算曲线下面积(area under the curve, AUC),评价IVIM参数诊断CAD的效能,并以DeLong检验比较其差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

CAD 1组11例,男9例、女2例,平均(51.2±8.9)岁;CAD 2组61例,男51例、女10例,平均(43.6±9.2)岁;CAD 3组32例,男21例、女11例,平均(42.5±10.0)岁。

对5例重度CAD患者于MR检查后1～2周行肾脏活检穿刺,病理显示不同程度肾小球硬化、肾小管萎缩、肾间质炎性细胞浸润和纤维化。

2.1 肾脏皮、髓质IVIM参数 移植肾皮质D值在各CAD组均低于对照组(P均<0.05),且在CAD 1组、2组、3组间依序减低(P均<0.05);CAD 2组、3组移植肾髓质D值均低于对照组(P均<0.05)。移植肾皮质D*值在各CAD组均低于对照组(P均<0.05),CAD 2组、3组髓质D*值均低于对照组(P均<0.05),但 各CAD组间移植肾皮质、髓质D*值差异均无统计学意义(P均>0.05)。CAD 2组、3组移植肾皮质、髓质f值均低于对照组(P均<0.05),CAD 3组移植肾皮质f值低于1组及2组(P均<0.05)。各组肾皮质D值、D*值、f值均高于髓质(P均<0.05)。见表1。

表1 各CAD组移植肾与对照组肾皮、髓质IVIM参数比较

2.2 诊断效能 皮质IVIM联合模型诊断CAD的AUC为0.96[95%CI(0.93,0.99)],优于D*值[AUC=0.74,95%CI(0.62,0.86)]及f值[AUC=0.83,95%CI(0.74,0.91)](P均<0.05)而与D值[AUC=0.94,95%CI(0.89,0.98)]差异无统计学意义(P=0.32);D值诊断AUC优于D*值及f值(P均<0.05);D*值与f值差异无统计学意义(P>0.05)。髓质IVIM联合模型诊断CAD的AUC为0.91[95%CI(0.86,0.96)],优于D值[AUC=0.80,95%CI(0.72,0.88)]、D*值[AUC=0.67,95%CI(0.56,0.79)]及f值[AUC=0.80,95%CI(0.72,0.88)](P均<0.05)。见图2。

图2 肾皮、髓质IVIM参数诊断CAD的ROC曲线 A.肾皮质; B.肾髓质

3 讨论

CAD是多数移植肾失功的早期表现。尽管应用新型免疫抑制剂及采取预防感染等措施已使移植肾早期丢失显著下降,但未能改善移植肾远期丢失[8]。DWI可无创评估肾功能[9-10],但单指数弥散加权成像参数表观弥散系数不仅受组织和细胞结构变化、亦受局部毛细血管微循环影响而存在局限性。多b值拟合双指数弥散加权IVIM可区分组织内真实水分子扩散与毛细血管微循环灌注区,已广泛用于评估慢性肾病肾脏功能[11-12]。多参数IVIM可从微观角度准确反映移植肾功能损伤引起的肾皮、髓质水分子扩散受限及微循环灌注减低。

本研究各组肾皮质D值、D*值、f值均明显高于髓质,提示肾脏皮质水分子扩散运动较髓质活跃,微循环灌注皮质较髓质更加显著,与既往研究[13]结果相符。正常生理条件下,肾皮质处于高血流状态,血供较髓质丰富;而肾小管等管状结构在髓质内呈放射状排列,使得髓质组织间水分子扩散受到不同程度限制[14]。MAO等[15]以IVIM观察72例慢性肾病患者,发现其肾皮质D值、D*值、f值均明显高于髓质,本研究结果与之相符。

IVIM模型可无创、量化、分级评估移植肾功能。本研究发现CAD患者移植肾皮、髓质D值、D*值、f值均小于对照组,与既往研究结果[15-16]相符。移植肾皮质D值是反映移植肾功能变化的最为敏感的参数,随肾功能损伤加重,移植肾皮质D值逐渐减低。CAD过程中,随肾实质逐渐纤维化,细胞内水分子的自由扩散运动受到限制,导致反映真实水分子扩散的D值降低;而IVIM可量化、分级评估肾脏间质纤维化、肾小管硬化和肾小管萎缩引起不同程度的肾功能损伤。LIANG等[17]对74名儿童进行队列研究,发现肾皮质D值和f值存在降低趋势。HUEPER等[18-19]报道,移植肾功能损伤患者IVIM参数均减低,且与肾纤维化程度相关。

本研究结果显示,移植肾皮质D值评估CAD的效能优于f值,而f值与D*值差异无统计学意义;CAD 1、2组间肾皮质f值差异无统计学意义,而2、3组间有所差异。CAD早期,肾脏通过自身体液神经调节来应对肾脏生理病理变化,使肾小球呈代偿性高滤过,而肾皮、髓质血流相对稳定[20-21];随着肾小球硬化及肾小管萎缩,肾脏间质纤维化,肾脏血流量不断减少,导致f值显著下降[22-23]。f值对于评估不同病因及不同阶段CAD的应用价值尚待进一步研究。

综上,IVIM参数可定量评估CAD患者移植肾功能。但本研究单中心横断面观察,样本量有限而分布不均,且未能获得全面病理结果,有待后续进一步研究。

利益冲突:全体作者声明无利益冲突。

作者贡献:王盼研究实施、图像处理、数据分析、查阅文献、撰写和修改文章;李向南、郑鑫研究实施;胡小鹏指导;张琛研究设计;蒋涛指导、研究设计、经费支持;李敏研究设计,图像处理、数据分析、查阅文献、修改和审阅文章。