田士峰 刘爱连

肾脏疾病MR磁敏感技术的应用进展

田士峰 刘爱连

肾动脉梗阻；糖尿病肾病；肾移植；肾功能衰竭；肾肿瘤；磁共振成像；血氧水平依赖磁共振成像；磁敏感加权成像；综述

肾脏是重要的人体代谢器官，对于调节机体水-电解质平衡、维持内环境稳态具有重要作用。正常情况下，肾脏髓质具有较低的氧分压（10～20 mmHg），一方面是由于流经髓质的血流量较少，氧气需要从动脉向静脉扩散；另一方面，髓质内为维持钠平衡而存在的大量Na-K-ATP酶需要消耗大量的氧[1]。因此，肾髓质在生理条件下即处于相对缺氧的环境中，其氧含量的轻微变化即可引起氧合/去氧血红蛋白比例发生大幅变化。磁敏感技术可以反映肾脏这种特殊的解剖、生理特点。此外，当肾脏发生损害、肿瘤等病变时，可出现氧合状态异常、代谢异常、出血等改变，磁敏感技术可以检测到这些改变。本文就MR磁敏感技术在肾脏疾病中的应用予以综述。

1 MR磁敏感技术的概述

MR磁敏感技术因具有非侵入性、无需使用对比剂等优点，在临床已广泛应用。血氧水平依赖磁共振成像（blood oxygen level-dependent MRI，BOLD-MRI）是一种以血液中的去氧血红蛋白等顺磁性物质作为内源性标记[2]，使得血管与周围组织具有较大的磁敏感差异的MR功能成像方法。当去氧血红蛋白增多时引起磁敏感性的增强以及质子去相位，导致横向磁化T2*缩短、T2*WI信号减低，常以表观横向弛豫率即R2*（apparent spin-spin relaxation，R2*=l/T2*）作为氧含量评价指标[3]。磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）本质上也是一种T2*技术，采用完全流动补偿的3D梯度回波扫描。与BOLD成像相似，SWI利用不同组织之间磁敏感性的差异产生图像对比，对去氧血红蛋白、含铁血黄素等顺磁性物质具有很高的敏感性，具有薄层三维采集、高分辨、同时得到相位及幅度信息等特点[4]。增强T2*加权血管成像（enhanced T2 star weighted angiography，ESWAN）是一种高分辨率三维梯度回波成像，依据相邻组织间磁敏感性不同所致信号差异来产生幅度与相位图像。与SWI序列在后处理技术上有所不同，ESWAN序列是一个多回波采集的重度T2*加权，其特有的多回波采集方式使得一次扫描可获得多个回波的幅度图与相位图[5]，并同时获得相位值、R2*值等多个定量参数。

2 MR磁敏感技术在肾脏疾病中的应用

2.1 肾动脉狭窄 肾动脉狭窄导致肾缺血缺氧而影响肾功能，其最常见的病因是动脉粥样硬化。Gloviczki等[6]认为，由于R2*值对肾脏血氧水平变化十分敏感，因此BOLD-MRI可以作为评估动脉粥样硬化性肾动脉狭窄患者肾功能的有效手段，并且帮助在不可逆性肾损伤出现前采取相应措施解除导致肾组织氧合障碍的因素。Gloviczki等[7]的研究显示，对于中、重度动脉粥样硬化性肾动脉狭窄患者，尽管肾脏血流量减少、体积缩小，但肾髓质的氧合却保持在正常水平，而重度患者肾皮质的R2*值明显升高。Chrysochou等[8]利用R2*值与同位素单肾肾小球滤过率的比值对肾动脉粥样硬化支架植入术患者的预后进行评价，结果发现在术后肾功能改善的患者该比值明显升高，从而为支架术后肾功能评估提供无创检查方法。

2.2 糖尿病肾病 糖尿病肾病是影响糖尿病患者预后的重要因素。糖尿病肾病早期的高滤过、缺氧现象改变了肾脏的氧合状况，可对R2*值产生影响。用R2*值作为监测肾脏血氧含量的指标，可更早地发现糖尿病相关的肾损害，并作为诊疗的重要参考依据。Yin等[9]的研究发现，糖尿病肾病患者肾髓质的缺氧状况较肾皮质发生早且明显，而髓质与皮质R2*值之比随着糖尿病肾病的进展呈先升后降趋势，提示肾皮质的缺氧情况随糖尿病肾病的加重而加重，而肾髓质的缺氧情况随病情的加重而缓解，故可用R2*值之比预测和评估糖尿病肾病的进展。Wang等[10]的研究表明，糖尿病肾病患者肾髓质的R2*值低于健康志愿者[（13.8±2.4）Hz 比（19.3±1.2）Hz）]，且随着肾病的加重，髓质R2*值降低更加明显，这可能与糖尿病肾病患者病情进展所致肾小管对钠的重吸收减少而降低耗氧，导致髓质氧合增加有关。Peng等[11]通过小鼠模型研究了应用MR无创性频率选择性化学位移成像和BOLD技术确定糖尿病肾病肾脂质含量与肾内氧合作用之间的关系，结果发现糖尿病基因鼠较对照组小鼠肾脂质含量显著增高，且皮质脂质含量高于髓质，BOLD法测量的T2*值与氧张力密切相关，证实在糖尿病肾病时肾脏脂质蓄积而降低肾组织氧合作用，导致更容易出现肾脏低氧代谢。

2.3 非糖尿病肾损害慢性肾脏病 对于非糖尿病肾损害的慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD），由于肾实质氧合情况改变，从而对疾病的临床过程产生影响，及时诊断CKD对于肾间质纤维化进程的延缓及改善预后具有重要意义[12]。BOLD-MRI对于CKD的价值已有许多相关报道。Xin等[13]研究显示，CKD患者肾脏髓质、皮质的R2*值均显著高于正常志愿者，髓质R2*值增高的程度更明显，且即使患者血肌酐水平正常，也会出现髓、皮质的R2*值增高的改变。Pruijm等[14]研究发现，CKD患者在注射呋塞米后，其R2*值降低的幅度显著低于健康志愿者，且肾皮质的R2*值与男性性别、血糖及尿酸水平相关。另有报道[15]指出，不同分期的CKD患者肾髓质的R2*值均较对照组有差异，这可能是由于随着CKD病情进展，肾内病变程度加重，导致髓质血流、代谢、耗氧量等改变，提示R2*值可作为CKD临床分期的辅助方法。

2.4 肾移植 作为终末期肾病最为有效的治疗手段，肾移植越来越受到临床的重视。但是肾移植术后的急性排斥反应以及慢性移植肾病均可能对移植肾功能造成影响，甚至导致肾移植失败。Xiao等[16]研究提示，移植肾发生急性排斥反应时，肾髓质及皮质的R2*值以及R2*值之比均明显降低，从而实现对移植肾功能的无创监测，及早发现急性排斥反应。陆媛媛等[17]联合运用MR常规序列、扩散加权成像及BOLDMRI对慢性移植肾病进行分析，发现慢性移植肾病的移植肾皮质表观弥散系数值、髓质R2*值及R2*值之比均较正常移植肾降低，说明多模态MRI成像对慢性移植肾病的诊断及鉴别具有一定价值。另有报道[18]指出，由于BOLD-MRI无需注射对比剂，有效避免了顺磁性对比剂钆等所导致的移植肾肾源性系统性纤维化，对肾移植患者十分有益。

2.5 急性肾功能衰竭 急性肾功能衰竭的病因有多种，包括急性尿路梗阻、对比剂肾病等。邢金子等[19]通过对急性输尿管梗阻所致肾衰竭的大鼠模型研究发现，在急性梗阻1 h后，BOLD-MRI肾髓质R2*值较梗阻前降低，提示此阶段肾髓质氧含量升高，而此时血肌酐浓度尚处于正常水平，提示R2*值能敏感地反映急性梗阻早期肾髓质的氧含量变化，而肾髓质氧代谢的改变与急性肾衰竭的发生密切相关。刘玉品等[20]应用BOLD-MRI对大鼠对比剂肾病肾损害模型进行了评价，发现注入碘对比剂后外髓R2*值变化最明显，在注射后20 min时达最高值，24 h后逐渐降低。而内髓及皮质R2*值仅表现为轻微波动，提示肾外髓对缺氧最为敏感。Li等[21]对实验组大鼠模型注射不同类型的碘对比剂，结果发现其肾髓质R2*值较对照组显著增加，且该改变早于尿中性粒细胞明胶酶脂质运载蛋白的出现，是发生对比剂肾病肾损伤时最早出现的标记。因此，通过检测R2*值的增加能及早发现肾髓质中细微的缺氧性变化，实现对比剂肾损伤的早期监测。

2.6 肾肿瘤 MR磁敏感技术在肾肿瘤的鉴别、评估、分级分型等方面均得到了应用。Min等[22]应用BOLD-MRI研究发现，肾单纯或复杂性囊肿、肾细胞癌、肾血管平滑肌脂肪瘤的R2*值间存在显著差异，肾脏囊性病变的R2*值显著低于实性病变[（4.5±4.8）Hz 比（30.6±19.4）Hz）]，从而为不同治疗方法（手术或非手术）的肾脏病变提供了定量区分的方法。Notohamiprodjo等[23]运用扩散加权成像、BOLD及MR动态增强等多模态MRI成像方法对不同亚型的原发性肾细胞癌进行鉴别，结果发现肾透明细胞癌较肾乳头状细胞癌具有较高的表观扩散系数值和较低的R2*值，运用多模态MRI成像评估肾细胞癌亚型是可行的。Xing等[24]对肾透明细胞癌瘤内出血灶的检出率同时采用CT、常规MR序列以及SWI序列进行评估，并与同层面术后肾脏标本进行对比，结果证实SWI序列对出血灶的检出率明显低于CT及常规MR序列，准确度和敏感度均达100%。Chen等[25]将SWI图像上肾透明细胞癌内的微血管和出血灶信号定义为肿瘤内部磁敏感信号，并比较不同级别肾透明细胞癌的肿瘤内部磁敏感信号表现（包括主要类型及出现率），发现低级别肾透明细胞癌中肿瘤内部磁敏感信号出现率明显低于高级别肾透明细胞癌。对肿瘤内部磁敏感信号进行形态学评估，可以在术前对不宜进行对比增强的患者（如肾透析患者）进行肾细胞癌分级[26]。

ESWAN序列已在体部得到应用，如在肝脏疾病的诊断中取得了一定进展[27]，但其在肾脏疾病的应用鲜有报道。

3 不足与展望

MR磁敏感技术在肾脏的应用仍存在一些问题，许多氧合水平以外的因素可以对R2*值造成影响，如红细胞容积比、耗氧量、血容量、被研究者年龄、场强等[28]。此外，肾脏磁敏感技术容易受到胃肠道内气体的干扰，由呼吸引起的肾脏位置的变化也可能对病变区形态学信息的解读和感兴趣区的放置造成一定误差。

综上所述，磁敏感技术在肾脏疾病的应用十分广泛。该技术提供了肾脏疾病的血供、代谢、氧合状况等信息，且为非强化技术，不需使用对比剂，避免了一系列对比剂副作用。同时，该技术特有的定量参数也为肾脏疾病的定量诊断提供了新方法，有良好的应用前景。

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R445.2；R692

2014-12-05

2015-05-05

（本文编辑 冯 婕）

大连医科大学附属第一医院放射科 辽宁大连116011

刘爱连 E-mail: cjr.liuailian@vip.163.com

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.08.021