1.解放軍第303醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(廣西 南寧 530021)

2.解放軍第303醫(yī)院移植科(廣西 南寧 530021)

3.解放軍第303醫(yī)院病理科(廣西 南寧 530021)

黃桂雄1黃海波1李大創(chuàng)1孫旭勇2管 俊1曹理政1楊建均3

前瞻性人體移植腎急性排斥BOLD與DWI早期診斷價(jià)值＊

1.解放軍第303醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(廣西 南寧 530021)

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黃桂雄1黃海波1李大創(chuàng)1孫旭勇2管 俊1曹理政1楊建均3

目的探討B(tài)OLD_R2*與DWI_ADC值人體腎移植急性排斥早期診斷價(jià)值。方法隨機(jī)選取正常原位腎33例(A組)、正常移植腎34例(B組)、急性排斥移植腎15例(C組)為研究對(duì)象，應(yīng)用3.0T掃描儀BOLD 及DWI序列掃描所有志愿者，將圖像輸至工作站分析處理。比較三組腎皮質(zhì)、髓質(zhì)R2*及與肌肉標(biāo)準(zhǔn)化ADC0-100、ADC0-800值差異性，P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。以病理為“金標(biāo)準(zhǔn)”，評(píng)價(jià)髓質(zhì)R2*及與肌肉標(biāo)準(zhǔn)化皮質(zhì)ADC0-100、ADC0-800值鑒別急性排斥移植腎與移植正常腎、正常原位腎診斷效能。結(jié)果(1)三組間腎髓質(zhì)R2*差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，兩兩比較發(fā)現(xiàn)C組R2*明顯低于與A、B組，A與B組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；三組間腎皮質(zhì)R2*差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以病理為標(biāo)準(zhǔn)，髓質(zhì)R2*=22.7hz為界值，BOLD_R2*區(qū)別急性排斥與移植正常腎、原位正常腎ROC曲線下面積為0.981,SE和SP分別為93.3%和100%。(2)三組間腎皮質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化ADC0-100、ADC0-800值有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，兩兩比較除A與B組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外其余組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。三組間髓質(zhì)ADC0-100、ADC0-800值無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以病理為標(biāo)準(zhǔn)，取1.249、1.122為界值，標(biāo)準(zhǔn)化皮質(zhì)ADC0-100、ADC0-800診斷急性排斥移植腎ROC曲線下面積分別為0.947、0.978，SE、SP分別為83.3%、86.7%，91.1%、92.3%。結(jié)論BOLD與DWI在腎移植急性排斥早期診斷中有重要價(jià)值，可為后期治療提供可靠影像依據(jù)。

移植腎；急性排斥；血氧水平依賴成像；擴(kuò)散加權(quán)成像

移植腎急性排斥是指供體腎攜帶的異體抗原所引起的受體內(nèi)發(fā)生的免疫反應(yīng)，細(xì)胞免疫急性排斥是臨床最常見(jiàn)類型，常發(fā)生于術(shù)后4天至2周，病理組織學(xué)以大量單核和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)為特征，可通過(guò)激素沖擊逆轉(zhuǎn)大多數(shù)病例；急性排斥既是導(dǎo)致術(shù)后腎損害常見(jiàn)并發(fā)癥，也是慢性排斥和腎功能喪失、影響患者生存的重要因素[1]，因此早期急性排斥評(píng)估具有重要現(xiàn)實(shí)意義。目前活檢組織學(xué)是移植腎急性排斥診斷金標(biāo)準(zhǔn)，但穿刺活檢為有創(chuàng)性檢查，且存在穿刺出血、感染、難于耐受等潛在危險(xiǎn)或不足[2-3]。而臨床依靠血肌酐水平監(jiān)測(cè)腎急性排斥難以滿足早期、準(zhǔn)確的診斷目的，因?yàn)檠◆辉诿黠@組織損傷才升高[4]。故而長(zhǎng)期以來(lái)，相關(guān)醫(yī)學(xué)研究者一直希望找到一種高敏感和特異的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)急性排斥的早期診斷。本課題旨在通過(guò)BOLD與DWI序列掃描原位腎、移植正常腎和急性排斥移植腎三組志愿者，應(yīng)用ROC曲線，探討弛豫率和與肌肉標(biāo)準(zhǔn)化ADC值對(duì)移植腎急性排斥的早期診斷價(jià)值?，F(xiàn)報(bào)告如下。

1.1 一般資料選取我院2012年1月至2014年12月申請(qǐng)腎臟掃描志愿者82例，其中正常原位腎33例為A組(男19例、女14例)，年齡21～55歲，平均(37.2±4.5)歲；移植正常腎34例為B組(男20例、女14例)，年齡22～57歲，平均(37.0±4.5)歲；急性排斥移植腎15例為C組(男10例、女5例)，年齡25～53歲，平均(35.5±5.6)歲。納入與排除標(biāo)準(zhǔn)：A組為臨床無(wú)癥狀，實(shí)驗(yàn)室血肌酐、尿素氮、血清鐵蛋白指標(biāo)正常；B組髂窩腎移植后1月～5年，實(shí)驗(yàn)室血肌酐＜186.0μmoL/L、變化幅度＜20%、尿量正常；C組為髂窩腎移植術(shù)后1～4周，臨床低熱、全身不適及尿量進(jìn)行性減少，血肌酐＞186.0μmoL/L、尿素氮＞7.14mmoL/L，且穿刺活檢病理證實(shí)急性排斥。排除已知血色病、慢性腎病及呋塞米、水利尿作用包括禁食禁水4-8h。研究實(shí)驗(yàn)獲我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，志愿者知情并簽署同意書。

1.2 檢查技術(shù)應(yīng)用Philips Achieva 3.0T TX掃描儀及SENSE XL TORSO 16 coils配合呼吸控制并以仰臥腳先進(jìn)掃描目標(biāo)腎臟。包括橫軸及冠狀位呼吸補(bǔ)償T1WTFE和呼氣末屏氣BOLD序列、橫軸位呼吸觸發(fā)T2W-TSE和SE-EPIDWI(b=0,100,800s/mm2，三個(gè)正交方向施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng))，詳細(xì)參數(shù)如表1。

表1 掃描序列參數(shù)表

1 資料與方法

1.3 圖像分析將DWI及BOLD數(shù)據(jù)傳至EWSv2.6.3工作站或?qū)Ｓ密浖?，避開腸蠕動(dòng)及磁敏感性偽影，R2*測(cè)量選擇橫斷或冠狀位，將5-10個(gè)ROI(10～20mm2)分別放置于T2

*WI原始圖像(偽影較輕優(yōu)先)腎皮髓質(zhì)，取三次測(cè)量平均值；選擇腎門橫斷層面ADC圖設(shè)置3-5個(gè)ROI(20～30mm2)獲得皮髓質(zhì)ADC0-100、ADC0-800，三次測(cè)量平均并與肌肉作標(biāo)準(zhǔn)化為最終結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)處理應(yīng)用SPSS16.0軟件，年齡、性別差異采用列聯(lián)表或方差分析。腎皮髓質(zhì)R2*及標(biāo)準(zhǔn)化皮髓質(zhì)ADC0-100、 ADC0-800以(±s)表示，組間比較使用單因素方差(One_way ANOVA)檢驗(yàn)，組間差異顯著則進(jìn)一步兩兩比較，P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。針對(duì)急性排斥移植腎，以活檢組織學(xué)為金標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用ROC曲線評(píng)價(jià)BOLD及DWI診斷效能。

2 結(jié) 果

2.1 所有志愿者均完成掃描納入研究，三組年齡、性別比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F性別=0.562，χ2年齡=1.325，P性別/年齡=0.726/0.734)。

表2 三組標(biāo)準(zhǔn)化腎皮髓質(zhì)ADC0_100、ADC0_800及R2*值(單位:Hz)比較

2.2 三組腎皮髓質(zhì)R2*詳細(xì)測(cè)值見(jiàn)表2，正常組髓質(zhì)R2*明顯大于皮質(zhì)。三組間髓質(zhì)R2*有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，兩兩比較顯示C與A、C與B有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P ＜0.05)，A與B間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P ＞0.05)；皮質(zhì)R2*組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。以病理為標(biāo)準(zhǔn)，髓質(zhì)R2*=22.68hz為界值，BOLD_R2*診斷急性排斥移植腎ROC曲線下面積為0.981，Se和Sp分別為93.3%、100%，見(jiàn)圖1-2，4，5。

圖1-4為急性排斥移植腎志愿者：男，47歲，移植手術(shù)后20天出現(xiàn)全身不適、低熱、尿量減少及血清肌酐急劇升高至530μmol/L。圖1-2分別為BOLD序列掃描移植腎皮髓質(zhì)ROI設(shè)置及軟件處理，結(jié)果顯示腎實(shí)質(zhì)彌漫腫脹伴邊緣滲出，皮髓質(zhì)分界(CMD)消失，皮質(zhì)、髓質(zhì)平均R2*(1000/T2*)分別為18.1hz和16.7hz，提示髓質(zhì)R2*降低、脫氧血紅蛋白減少。圖3為ADC0-800圖，顯示腎皮質(zhì)擴(kuò)散受限與髓質(zhì)類似，皮髓質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化ADC值分別為0.936和0.883。圖4為HE40倍病理，淋巴細(xì)胞聚集伴腎小管及小血管侵蝕，符合T細(xì)胞介導(dǎo)急性排斥反應(yīng)（Ib）。圖5為腎髓質(zhì)R2*值ROC曲線：以22.7hz為急性排斥移植腎診斷閾值，其敏感度和特異度分別為93.3%和100%，準(zhǔn)確度98.1%。圖6為腎皮質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化ADC0-800值ROC曲線：以1.122為急性排斥移植腎診斷閾值，其敏感度和特異度分別為86.7%和92.3%，準(zhǔn)確度97.8%。

2.3 三組標(biāo)準(zhǔn)化ADC0_100、ADC0-800值比較三組間標(biāo)準(zhǔn)化腎皮質(zhì)、髓質(zhì)ADC值測(cè)量詳細(xì)見(jiàn)表2，標(biāo)準(zhǔn)化腎皮質(zhì)ADC0-100、ADC0-800值組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)，兩兩比較顯示C與A、C 與B均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，但A與B間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，正常組標(biāo)準(zhǔn)化ADC皮質(zhì)高于髓質(zhì)；三組間髓質(zhì)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，但異常組略小于正常組。以病理為標(biāo)準(zhǔn)，取1.249、1.122為界值時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化皮質(zhì)ADC0-100、ADC0-800區(qū)別C組與A、B組ROC曲線下面積分別為0.947、0.978，Se、Sp分別為83.3%、86.7%，91.1%、92.3%(圖3,6)。

3 討 論

磁共振功能成像如血氧水平依賴(BOLD)和DWI在健康腎和異常腎病應(yīng)用中具有重要價(jià)值[5]，其中BOLD-fMRI[6]是利用血液內(nèi)源性對(duì)比劑去氧血紅蛋白、無(wú)創(chuàng)檢測(cè)活體腎內(nèi)氧含量的一種功能成像，可客觀反映腎臟組織代謝、病生理狀態(tài)及功能變化。原理為通過(guò)多回波T2*序列掃描獲得馳豫參數(shù)R2*或T2*(R2*=1/T2*)，R2*受順磁性去氧血紅蛋白影響，數(shù)值越高代表去氧血紅蛋白水平越高、氧分壓越低。BOLD fMRI信號(hào)與腎內(nèi)氧含量關(guān)系業(yè)已通過(guò)氧敏感光纖探針測(cè)量得到證實(shí)[7]。DWI[8]則為目前可活體測(cè)量組織水分子布朗運(yùn)動(dòng)的唯一技術(shù)，通過(guò)兩個(gè)以上b值掃描可計(jì)算ADC以反映血管外、細(xì)胞外微循環(huán)和水分子活動(dòng)狀態(tài)。

課題以隨機(jī)原則、前瞻性選擇82例志愿者納入三組，應(yīng)用BOLD_R2*腎掃描顯示，術(shù)后1周至4周急性排斥腎移植15例中，髓質(zhì)R2*=(18.2±2.8)hz遠(yuǎn)低于原位腎(29.0±3.1)hz與移植正常腎(29.6±2.9)hz，而正常組間髓質(zhì)及三組間皮質(zhì)R2*無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，說(shuō)明早期急性排斥異常變化主要發(fā)生于腎髓質(zhì)。該結(jié)果與研究報(bào)道[9-10]相一致，Park等[9]研究發(fā)現(xiàn)移植腎急性排斥組髓質(zhì)R2*值明顯低于功能正常組，認(rèn)為與髓質(zhì)氧含量增加有關(guān)；Sadowski等[10]實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)急性排斥腎髓質(zhì)R2*水平與髓質(zhì)血流量均降低，提示髓質(zhì)氧生物利用度增加，分析原因可能為腎實(shí)質(zhì)及微血管炎性損傷或腎小管細(xì)胞代謝率下降使氧的利用受損，髓質(zhì)氧耗減少比血流灌注下降程度更大，從而導(dǎo)致髓質(zhì)去氧血紅蛋白減少。文獻(xiàn)資料一方面認(rèn)為，雖然腎血流量約占心輸出量1/4，但腎皮質(zhì)和髓質(zhì)血流量供應(yīng)比例約為90%和10%，而髓質(zhì)電解質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)耗氧量較大，造成髓質(zhì)處于低灌高耗氧的環(huán)境[11]。另一方面顯示，生理狀態(tài)腎皮質(zhì)和髓質(zhì)氧分壓(PaO2)分別約為50mmHg 和10～20mmHg，髓質(zhì)氧含量輕微變動(dòng)即會(huì)引起去氧血紅蛋白濃度很大變化，但皮質(zhì)PaO2＞50mmHg的狀態(tài)下，血紅蛋白處于解離曲線上段，其氧含量輕微變化不會(huì)以髓質(zhì)相似程度影響去氧血紅蛋白濃度[12]，本實(shí)驗(yàn)支持以上觀點(diǎn)。筆者同時(shí)發(fā)現(xiàn)正常組中髓質(zhì)弛豫率明顯大于皮質(zhì)，這也與腎臟皮髓質(zhì)氧分壓、去氧血紅蛋白含量不均衡相符合[13]。以病理為標(biāo)準(zhǔn)，髓質(zhì)R2*=22.7hz為界值，課題BOLD_R2*診斷急性排斥腎ROC曲線下面積為0.981，敏感度與特異性分別為93.3%和100%，提示BOLD對(duì)急性排斥早期診斷具有很高價(jià)值。

課題中同時(shí)應(yīng)用DWI序列掃描，與肌肉標(biāo)準(zhǔn)化腎皮質(zhì)和髓質(zhì)ADC值處理目的在于更好校正磁場(chǎng)波動(dòng)帶來(lái)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)急性排斥組腎皮質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化ADC值顯著小于正常組(P＜0.05)，但正常組腎皮質(zhì)間、三組髓質(zhì)間均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。分析原因可能為炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、細(xì)胞因子釋放使腎灌注下降，皮質(zhì)細(xì)胞缺血腫脹、細(xì)胞外間隙減少及含水量下降，而髓質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松、炎性反應(yīng)及含水量增加(血液向髓質(zhì)分流)等綜合作用的結(jié)果。這與國(guó)內(nèi)外學(xué)者[14-15]移植腎急性排斥實(shí)驗(yàn)報(bào)告相類似，同時(shí)Sadowski[10]和Yang[16]研究提示急性排斥皮髓質(zhì)血流灌注均降低且血流重新分布或巨細(xì)胞聚集等可支持此觀點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)，正常腎皮質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化ADC值高于腎髓質(zhì)、低b值測(cè)量結(jié)果大于高b值，這與秦衛(wèi)和[17]報(bào)道一致，前者可能與皮質(zhì)灌注和含水量高、擴(kuò)散各向同性而髓質(zhì)小管放射狀排布、各向異性擴(kuò)散、含水量較低等有關(guān)，后者可能為低b值更多受到微循環(huán)灌注影響而高b值可減少這種作用，近年以IVIMDWI、DTI[18]等研究為這種看法提供了一定依據(jù)。取1.249、1.122為閾值，標(biāo)準(zhǔn)化皮質(zhì)ADC0-100、ADC0-800診斷急性排斥準(zhǔn)確率分別為0.947、0.978，敏感度與特異性分別為83.3%、86.7%，91.1%、 92.3%，說(shuō)明腎皮質(zhì)ADC值對(duì)急性排斥早期診斷具有較高價(jià)值。

筆者分析圖像或處理原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，志愿者腎圖均滿足R2*及ADC定量檢測(cè)，正常組T1WI腎皮髓質(zhì)分辨清晰，腎臟無(wú)腫脹滲出，BOLD原始T2*WI圖隨TE延長(zhǎng)髓質(zhì)信號(hào)降低而與皮質(zhì)對(duì)比增加，DWI 及ADC圖髓質(zhì)信號(hào)低于皮質(zhì)；急性排斥皮髓質(zhì)分辨不清，隨TE延長(zhǎng)T2*WI腎皮髓質(zhì)對(duì)比始終欠佳(圖1-2)，受腸氣影響T2*WI圖腎邊緣可出現(xiàn)一定程度磁敏感偽影，此時(shí)可按優(yōu)先原則采用軸位數(shù)據(jù)或移動(dòng)層面重新采集。ADC圖實(shí)質(zhì)腫脹滲出，皮質(zhì)擴(kuò)散受限導(dǎo)致皮髓質(zhì)信號(hào)趨于一致(圖3)。與低b值比較，高b值A(chǔ)DC圖像更穩(wěn)定、信噪比適中、腎邊界清楚，但皮髓質(zhì)對(duì)比有所下降。最后，隨ROI位置變化及部分容積效應(yīng)影響可發(fā)生定量數(shù)據(jù)一定程度偏差。

本研究尚存不足：(1)掃描僅采用一種機(jī)型完成, 結(jié)論可能不完全適用其它型號(hào)或不同廠商、場(chǎng)強(qiáng)設(shè)備；(2)僅納入術(shù)后1周至4周排斥腎且病例數(shù)量相對(duì)較少，研究結(jié)果可能有所偏倚及無(wú)法準(zhǔn)確反映更大時(shí)間跨度的急性排斥腎臟；(3)未能結(jié)合缺血、腎小管急性壞死、糖尿病腎損害等彌漫性腎病探討，不同原因腎病診斷與鑒別價(jià)值尚有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

綜上所述，BOLD與DWI掃描可基本實(shí)現(xiàn)移植腎急性排斥早期診斷，急性排斥異常BOLD與DWI掃描分別位于腎髓質(zhì)和腎皮質(zhì)，臨床3.0T磁共振應(yīng)用中，筆者推薦BOLD序列髓質(zhì)R2*=22.7hz或DWI(b=800s.mm-2)掃描標(biāo)準(zhǔn)化皮質(zhì)ADC=1.122作為閾值診斷移植腎早期急性排斥，而BOLD掃描具有更高的準(zhǔn)確率、敏感度、特異性和掃描時(shí)效比。

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(本文編輯:謝婷婷)

Value of BOLD and DWI Technology in Transplanted Renals with Early Acute Rejection: A Perspective Experience on Human*

HUANG Gui-xiong, HUANG Hai-bo, LI Da-chuang, et al．, Department of Imaging, The People's Liberation Army 303 Hospital, Nanning 530021, Guangxi Province, China

ObjectiveTo perspectively investigate the value of BOLD_R2?and DWI_ ADC in monitoring human renals with early acute rejection．Methods33 cases of healthy kidneys in situ (group A), 34 cases of normal renal allograft (group B) and 15 cases of renals with acute rejection (group C) who underwent BOLD and DWI procedure at 3．0T were selected as the research objects． The datas were transfered into the workstation for processing after MRI． The measurements of R2?and ADC0-100, ADC0-800standardized with muscle on renal cortex, medulla were obtained among the three groups, P＜0．05 was difference significant． According to the pathological biopsy, the values of BOLD_R2?and DWI_ADC standardized to differencitae the kidneys with acute rejection were assessed by ROC curve．ResultsThere were statistic significance for R2?on renal medulla among the three groups(P＜0．05), however no statistic significances were found for medullary R2?between group A and B; While no statistic significances were found for cortical R2?among the three groups(P＞0．05)． With an area under the ROC curve of R2?=22．7hz as diagnose critical points, the sensibility was 93．3%, the specificity was 100%, and the accuracy was 0．981 in the prediction of the kidneys with acute rejection． There were statistic significance for cortical standardized ADC0-100, ADC0-800within groups(P＜0．05), however no statistic significances were found for cortical standardized ADC0-100, ADC0-800between group A and B; while no statistic significances were found for medullary standardized ADC0-100, ADC0-800among three groups(P＞0．05)． With an area under the ROC curve of ADC0-100=1．249、ADC0-800=1．122 as diagnose critical points, the sensibility was 83．3% and 86．7%, the specificity was 91．1% and 92．3%, and the accuracy was 0．947 and 0．978 in the prediction of the transplanted renals with acute rejection, respectively．ConclusionBOLD and DWI is of important value in the early diagnosis of renal acute rejection, which can provide reliable imaging evidence for later treatment．

Transplanted Kidneys; Acute Rejection; BOLD; DWI

R445.2

A

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科攻1298003-8-6)

10.3969/j.issn.1672-5131.2016.02.027

黃海波

2016-01-11