韩绮嘉 艾竹 向之明

广州市番禺区中心医院放射科（广州511400）

磁共振扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是一种基于水分子布朗运动的一种无创性功能成像技术，其对检测部位的血液微循环和水分子运动非常敏感。由于其体素内的信号衰减包含了真性水分子扩散和毛细血管血流微循环灌注，而且采用的是单一的b 值成像，所以其表观扩散系数（ADC）值反映的衰减信息有一定的局限性。而体素内不相干运动磁共振成像（intravoxel incoherent motion MR imaging，IVIM-MR）则采用多个b 值成像并行双指数模型拟合，因此它可同时获得组织的扩散和相关血流灌注信息，能更全面地分析组织扩散成像数据。目前该技术已经在腹部得到广泛应用，而肾脏研究领域也日渐成为热点，特别对于像肾脏这类水分子运动比较复杂的器官，IVIM 可以反映其高灌注、高水分子代谢的特征［1-3］。本文就IVIM-DWI 的相关技术及其在肾脏中的研究进展进行综述。

1 IVIM 的技术和原理

DWI 反映的是水分子在组织体素内的扩散情况，检测水分子扩散的同时，也包含了活体组织内微循环内的血液流动情况，形成假性扩散。IVIM的成像是一个包含多b 值的DWI 成像技术，它可以反映组织体素内水分子扩散情况及组织微循环所形成的假性扩散两个方面的信息，其理论基于双指数模型，双指数模型是通过多个b 值的DWI成像，并对不同b 值图像中相应体素内的测量值进行双指数拟合，得到真性扩散系数（D）、假性扩散系数（D*）和灌注分数（f）等参数图，用公式表示为：Sb/S0=（1-f）exp（-bD）+ fexp［-b（D + D*）］，其中D 值（mm2/s）为扩散系数，又叫慢弥散系数（ADCslow），代表细胞内外单纯水分子扩散，是真实的弥散信息。D*值（mm2/s）为假扩散系数，又叫快弥散系数（ADCfast）描述血流灌注相关扩散运动，代表灌注对弥散图像信号衰减的贡献。f 值为灌注分数（%），反映单位体素内微循环灌注占总扩散系数的比例，用于组织内血容量的测定。S0及Sb分别为b = 0 及b 取其他值（如10、20、30 s/mm2等）时的信号强度［4］。多b 值IVIM 成像时，小b 值主要以反映了组织微循环灌注明显，而大b 值成像时受弥散灌注影响较小，可以真实反映组织内水分子的扩散情况。

2 IVIM 对正常肾脏的成像表现

在正常肾脏结构，肾血流量90%供应皮质，供应髓质的血流仅占10%［5］，其结构差异导致肾皮髓质内水分子扩散及血液的微循环灌注方式不同。早期肾脏研究提示，DWI 能准确地评估肾皮、髓质中水分子的扩散情况，ADC 值中肾皮质多高于髓质，而在低b 值时，髓质ADC 值则可高于皮质［6-7］。FILLI 等［8］的研究结果表明，对正常肾脏进行IVIM 检查，所得各参数图像在皮质与髓质之间存在较大差异，因此基本可以区分皮、髓质。皮质的ADC 值、Dslow值均明显高于髓质；皮髓质fp值无明显差异，而皮髓质Dfast差异没有统计学意义，但髓质Dfast值略高于皮质。曲丽洁等［2］对正常肾脏的研究结果大体与FILLI 等研究结果相符，认为肾脏皮质ADC 值、Dslow明显高于髓质，但髓质Dfast值相对高于皮质，其原因考虑是水分子转运活跃、髓质肾小管袢内液体流量高等原因，该研究结果进一步说明IVIM 成像能有效地区分肾皮质与髓质，并评估肾皮、髓质中水分子的扩散情况。相关研究提示正常肾脏IVIM 灌注参数（Dfast值、fp值）结果差异明显，其测量的稳定性较低，考虑因其低b 值的情况下受灌注的影响大，信号更易受其他生理运动影响有关［9-12］。上述有关肾脏皮髓质IVIM 的参数意义为进一步研究IVIM 对肾脏疾病的评价研究提供了参考基础及临床价值。

3 IVIM 对肾脏疾病的评价

3.1 IVIM 对糖尿病患者肾脏功能的评价糖尿病肾脏疾病（diabetic kidney disease，DKD）是导致终末期肾衰的主要病因，病理学上DKD 先后以肾小球毛细血管扩张肥大、基底膜增厚硬化、肾小管间质纤维化改变为主［13-14］，糖代谢紊乱以及相关肾脏血流动力学改变与肾小球系列病理发展过程密切相关。在糖尿病（diabetes mellitus，DM）早期，患者的肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）明显高于正常人［15］，由于肾小球处于高滤过状态，肾脏血流动力学发生异常变化，肾功能逐渐恶化发展为DKD，最终导致终末期肾衰［16］。糖尿病早期肾血流量增加，一方面毛细血管灌注增加，但对毛细血管密度无明显影响，另一方面毛细血管灌注相关扩散系数的分辨率低于扩散系数和灌注分数的分辨率。而传统检测肾功能标准也就是肾功能实验室检查，一般是以GFR 为基础，其不足之处是不能全方位不同角度地观察肾功能的情况，而且在早期糖尿病的肾脏损害时，肾脏的自身代偿阶段实验室检查指标经常出现假阴性。 俞璐等［17］的研究表明，糖尿病肾损害早期，肾脏高灌注的特征尤为明显，糖尿病肾皮质D 值和f 值均高于正常肾脏，而D*远大于D 值，表明毛细血管引起的血液灌注相关扩散远大于纯水分子，糖分含量高于纯水分子。但随着DKD 病程的发展，肾小球的进一步损伤，肾脏血流动力学的改变，其DWI 参数也随之发生改变。CHEN 等［18］对52例2 型糖尿病患者进行研究，结果表明DKD 患者的皮髓质的D、f 值均低于无肾病性糖尿病患者及健康对照者，且D 值显示与eGFR 呈正相关。姚永杰等［19］研究也发现DKD 受损者皮髓质D 值、f 值明显低于健康对照组，说明DKD 患者肾脏组织中的水分子扩散因肾功能的减退而逐渐减慢，而肾小球硬化导致皮、髓质f 值有所减低。由此可见，IVIM-MRI 能通过定量分析DKD 患者肾脏中水分子的运动以及血流微灌注情况，无创性地检测肾功能变化、早期监测DKD 损害时的肾脏病理动态变化过程，有利于早期发现糖尿病肾病，为临床糖尿病肾功能的早期检查提供了新的方法。

3.2 IVIM 对肾脏良恶性肿瘤鉴别诊断的评价在肾脏良恶性肿瘤的鉴别中，IVIM 技术相关参数D 值、D*值和f 值可以反映不同分化的肾肿瘤病变的病理、生理方面的演变过程。李璐等［20］研究结果表明，对于D 值而言，恶性肾肿瘤组（透明细胞癌及非透明细胞癌）明显大于良性肿瘤组，且透明细胞癌高于非透明细胞癌，是因为肾脏良性肿瘤的细胞排列比恶性肿瘤更致密，从而水分子扩散受限比恶性肿瘤更加明显；而对于D*值，良性肿瘤却大于恶性肿瘤组（透明细胞癌及非透明细胞癌组），这说明在肾脏良性肿瘤中，其微循环灌注比肾脏恶性肿瘤明显；对于f 值，ZHU 等［21］研究发现，正常肾脏组织f 值大于肾脏肿瘤，f 值会随着b 值的变化而变化，当b 值＜750 s/mm2时，f 值与b 值呈正相关，而高b 值时，f 值有下降趋势，考虑是正常肾脏与肾脏肿瘤由于组织细胞组成以及血流灌注情况有差异，而不同的b 值对病变敏感性不同而有所影响，因此肾脏肿瘤病变IVIM 成像参数f 值的稳定性及可参考性还需要进一步分析研究。综上所述，IVIM 定量参数对临床肾脏良恶性肿瘤鉴别诊断提供了更多的辅助及参考信息。

3.3 IVIM 对肾功能损害的评价IVIM 以其多参数反映灌注特性可以体现肾功能不全肾脏的慢速水运动，是评估肾功能不全的一种有效手段。BANE 等［22］对肾功能不全患者IVIM 研究表明，随着肾功能不全的发展，肌酐清除率的降低，eGFR减少，早期肾脏灌注会有所降低，影响肾脏皮层分子的扩散而致使皮质ADC、Dfast、Dslow、PF 也有相对的降低。刘永久等［23］对慢性肾病（chronic kidney disease，CKD）研 究显示，肾脏eGFR 与肾皮 质ADC 值、Dfast、Dslow均呈线性相关，而且该值在轻度肾功能受损组中明显大于中、重度肾功能受损组（P＜0.05），在早期由于人体神经体液的调节，发生CKD时还有适当滤过功能及肾脏皮髓质的血流量，但随着CKD 的进一步发展，肾小球、肾小管的损伤使肾脏功能减退，肾脏血流量减慢，导致Dfast及PF下降；最后病变发展到间质纤维化，因为水分子的扩散受限，ADC、Dslow也随之下降。由此可见，IVIM成像以其特有的敏感性可以有效检测到这些变化，特别是ADC 值、Dslow值可以成为MRI 评价肾功能不全的监测指标，也为定量评估肾功能转归和评估治疗效果提供了一种良好的无创技术手段。

3.4 IVIM 在早期肾移植术后评价肾扩散及灌注功能的价值终末期肾病为各种慢性肾疾病持续进展的共同结局，受到临床广泛关注［24］。而肾移植是目前有效治疗终末期肾病的临床有效手段，但部分肾移植术后经常也会发生肾功能不全［25］，如能早期监测术后移植肾肾功能的情况，就能减低肾功能不全的发生率并提高移植肾的生存率［26］。在肾脏功能损害时其血流灌注的变化相当明显，这与肾脏的血液动力学有关。因此IVIM 以其早期发现肾脏血流灌注特征对肾移植术后肾功能判断可以发挥重要价值。SJEKAVICA 等［27］对移植肾脏进行IVIM 研究表明，ADC、ADCslow及PF 值在移植肾的皮、髓质之间并无明显的差异，但ADC、ADCslow值在健康肾脏中明显高于移植肾。任涛等［28］研究认为，在早期移植肾由于肾脏功能未得到全面恢复，一定程度上影响了肾皮质中水分子和血流的扩散、灌注情况，因此移植肾皮质的ADCslow、ADCfast、PF 及 肾血流量（RBF）值随着肾小球、肾小管的功能损伤，而有逐渐降低的趋势。张声旺等［29］研究提示D 值对鉴别早期慢性移植肾病（CAN）的敏感度和特异度分别为58.3%和90.9%，MM.DWI 的定量参数D 值能在一定程度上无创性评价早期CAN。REN 等［30］对肾移植受者（肾移植后2～4 周）进行IVIM 技术检查，研究发现功能正常的同种异体移植肾皮质RBF 在统计学上低于健康对照组（P＜0.001），功能受损的同种异体移植肾的平均皮质ADCslow、ADCfast、PF 和RBF 低于功能正常的患者（P＜0.05），接受者的平均皮质层ADCslow、ADCfast、PF 和RBF 与eGFR 呈 正 相 关（均P＜0.01）。上述研究表明IVIM 能够很好地反映肾移植术后微循环扩散和灌注特性，为早期肾移植功能的的准确定量评估提供了依据。

3.5 IVIM 对评估肾脏纤维化的初步研究临床评估肾脏纤维化往往需要采用穿刺等手段，但由于有创、结果评估不准确、缺乏定期评估手段等局限。随着IVIM 技术的发展，近年来很多学者利用IVIM 技术对肾脏纤维化进行研究越来越受到重视。BUCHANAN 等［31］证实CKD 和健康志愿者显著差异包括T1，皮质和髓质表观弥散系数（ADC），肾动脉血流灌注中的皮、髓质差异，并且各个定量参数随着肾脏组织病理学纤维化发展而导致参数会发生变化。WOO 等［32］对IVIM 衍生参数与肾纤维化期间组织病理学变化关系进行实验研究，结果发现ADC、IVIM 衍生参数与肾纤维化过程中纤维化面积和细胞密度显著相关。MAO 等［33］在对85例CKD 患者和20例健康志愿者的肾脏IVIM 研究中，其所有参与者髓质层的D、D*和f 值显著低于皮质层，CKD 患者的所有IVIM 参数显著低于健康对照组。上述学者研究结果表明，IVIM 具有无创评估肾脏纤维化的潜力，当然还需要以后进一步实验研究和临床数据的进一步总结。

4 总结与展望

目前，IVIM 在肾脏研究方面的研究还有待深入，一方面，很多肾脏IVIM 的相关研究纳入样本量不足，有的还是在动物实验阶段，很多研究需待日后进一步大宗病例分析和总结。其次，在扫描技术方面，目前IVIM 扫描成像中，自由呼吸、屏气扫描、膈肌导航、呼吸门控、心电门控等各式扫描方式尽管都有使用，但缺乏技术的统一标准化。与此同时，目前国内外对IVIM 扫描参数的设置、b值的选择没有达成统一的标准，因此所测得的数值存在一定的差异。 但无论如何，IVIM 作为动态病变反映分子扩散和微循环变化的有效手段，可全面反映肾脏病理及生理方面的变化，在肾脏疾病的诊断、疗效评估及定量定性分析等方面展现了很大潜力，有着广阔的临床研究及应用前景。