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影像学检查在慢性肾脏病的诊断与监测中的应用与挑战

创作时间:

2025-01-22 07:29:14

作者:

@小白创作中心

影像学检查在慢性肾脏病的诊断与监测中的应用与挑战

慢性肾脏病（CKD）的诊断与监测是临床医学中的重要课题。传统的肾功能评估方法如血清肌酐（sCr）估算的肾小球滤过率（eGFR）和肾活检存在一定的局限性。近年来，影像学检查在CKD的无创评价中展现出巨大潜力，多种新型成像手段使得CKD发生发展过程中肾脏组织灌注、氧合、纤维化等病理生理改变的观察成为可能。本文将详细介绍各种影像学技术在CKD诊断与监测中的应用与挑战。

沈楠教授现场报告

影像学检查在CKD中诊断监测的应用

影像学检查可以观测肾脏结构、形态、灌注、功能及功能标志物。不同影像技术有助于CKD预测和随访。

磁共振灌注成像MRI：评估肾脏微观结构组织、扩散、灌注和氧合的潜力；提供测量肾血流动力学、量化组织弛豫时间、大分子和弹性以及表征肾组织代谢物。
超声：识别有关肾脏组织机械性能的结构信息。
计算机断层扫描CT、发射型计算机断层成像PET/SPECT：提供解剖和功能信息，结合使用放射性示踪剂的功能和灌注测量。是评估肾功能的一种有前景的工具。

MRI在CKD中诊断监测的应用

MRI模态包括扩散加权成像（DWI）、扩散张量成像（DTI)、血氧水平依赖成像（BOLD)、动脉自旋标记（ASL)、动态对比增强（DCE)、磁共振弹性成像（MRE）、磁化传递（MT）、T1序列。功能性磁共振成像（fMRI）对急性肾损伤（AKI）肾脏病理生理的映射见下图[1]。

图1. 功能性磁共振成像对AKI肾脏病理生理的映射

扩散加权成像MRI-DWI

ECM沉积为特征的肾纤维化起着关键作用。由于组织细胞的参与，水分子在组织内的流动性会降低。水扩散可以反映组织微观结构。DWI利用水分子的运动作为对比，提供水扩散的体内测量。DWI已被报道为糖尿病肾病肾脏变化的良好预测指标，可用于动物模型中的肾纤维化评估以及CKD患者研究[2]。

表观扩散系数（ADC）是一种DWI生物标志物，对应于组织内水扩散和微循环的总体测量值。ADC值与肾功能相关，DWI参数随着严重的肾损伤而降低，纤维化增加与ADC下降之间存在很强的相关性。

ADC在根据肾小球段增殖破裂的病理评分分类组（对照组、轻度、中度和重度受损组）之间存在显著差异。根据病理类型（微小病变肾小球肾炎、局灶性节段增殖性肾小球肾炎、膜性肾病、系膜增殖性肾小球炎、肾小球硬化和新月体肾小球肾炎）进行分类时，ADC并未发现显著差异。不同的CKD病理类型具有相似的致病特征，导致ADC减少。ADC值未能及早检测CKD，因为无法区分健康CKD和I期CKD。使用ADC检测肾损伤，与DM相比，DN晚期患者的平均ADC值显著下降。ADC与CKD分期（I期至V期）呈负相关[3]。

扩散张量成像MRI-DTI

肾纤维化或基质沉积不仅会降低肾组织中水分子的流动性，还会破坏有利于水在特定方向流动的实质有序结构。DTI是DWI的发展和深化，通过在三维空间内各个方向上水分子扩散速度不同来量化其各向异性（FA）[4]。DTI可以测量水分子沿不同轴的运动，从而评估肾脏微结构组织并捕捉有序结构的破坏，对扩散方向进行三维重建（图2）。

图2. DTI成像特征

DTI反映了肾损伤的严重程度。肾损伤过程中肾小管流速降低、肾小管损伤和血管异常，这些因素可能导致FA下降。与肾功能正常人组相比，CKD患者髓质FA显著下降与eGFR密切相关。DTI能够早期检测糖尿病中CKD的进展，皮质和髓质FA在1期糖尿病肾病中显著下降，与eGFR具有良好的相关性，表明DTI能够预测CKD的进展。

钆的DTI在测量CKD患者I期和II期的肾脏病理特征、肾纤维化和肾血流量方面更准确[5]。

血氧水平依赖成像MRI-BOLD

肾缺氧在CKD的进展中起着重要作用。BOLD提供了在不使用造影剂的情况下测量组织氧合水平的机会。MRI-BOLD使用脱氧血红蛋白顺磁性来评估组织氧合：局部脱氧血红蛋白水平越高，表观弛豫率R2*越高，局部组织氧含量越低[6]。

BOLD在动物模型中R2值与纤维化百分比密切相关。R2值增加所反映的氧合减少是CKD进展的一个临床有用标志物。一项研究[7]中，对照组和糖尿病患者参加了一项为期5年的回顾性研究，其中eGFR的下降率与R2值显著相关。髓质R2值被证明对早期糖尿病肾病预测很敏感。髓质R2以高灵敏度和特异性区分对照组和轻度肾功能损害（CKD I、II期）患者（分别为92.3%和85.2%）。皮质和髓质R2值与血清肌酐水平呈正相关，与eGFR呈负相关。

动脉自旋标记MRI-ASL

由于CKD与肾纤维化和肾血流量减少引起的灌注受损有关，评估肾灌注可能是检测CKD以及区分几种CKD分期的有力工具。ASL使用血液中的水作为造影剂允许在不服用钆的情况下进行灌注测量，血流被标记为具有与目标组织相反的磁化，生成灌注图（图3）。

图3. MRI-ASL成像

研究[8-9]显示，皮质灌注与健康和CKD患者的肾功能密切相关，原发性肾小球疾病（PGD）患者和健康志愿者之间的ASL值存在显著差异，并且与PGD患者的eGFR密切相关。CKD患者的皮质和全肾ASL灌注明显低于健康受试者，随着CKD分期的增加而降低。皮质和全肾灌注与eGFR密切相关。肾脏体积或大小与灌注之间没有关联，这表明组织灌注的差异不能归因于组织萎缩。ASL灌注确定的滤过分数（FF=eGFR/ASL）与活检得出的纤维化评分相关。

动态对比增强MRI-DCE

MRI-DCE也称MR肾图，是一种MR灌注成像,使用造影剂注入患者血液中灌注体内，以催化器官的差异图像（图4）[10]。可以估计灌注和流量参数，包括皮质和髓质肾血浆流量，最重要的是单肾GFR（SK-GFR），而不是由血清肌酐血液水平估计的双侧GFR。

图4. MRI-DCE成像

尽管具有肾脏状态可视化和功能性肾脏参数估计的能力，而且具有活体肾捐献者的诊断和判断预后潜力，DCE-MRI在CKD患者中的应用受到造影剂使用的限制，即使使用低剂量，也存在肾源性全身纤维化的风险，存在对肾损伤患者安全性的担忧。

MRI-T1映射

磁共振弛豫测定法（MRR）可以通过在不施用造影剂的情况下，通过逐像素映射目标组织的真实T1，测量T1弛豫时间从而区分组织成分。

T1标测被用作评估肾功能的非侵入性工具。T1弛豫时间随着组织瘢痕的进展而增加。因此T1图在不使用造影剂的情况下识别肾纤维化负担的潜力。

临床评估的CKD患者的皮质T1s高于正常受试者，并与eGFR相关。T1图平在评估肾纤维化中的潜在用途：其中T1s的CMD与eGFR和肾纤维化分期呈正相关，而皮质或髓质T1s没有表现出相关性。

磁化转移磁共振成像MRI-MT

MT具有评估生物组织纤维化的潜力。MT对组织内固定的大分子成分敏感，可以评估伴随大分子变化的病理事件（如纤维化成分）（图5）。在人类CKD研究中，发现皮质MTR与eGFR相关，肾功正常的受试者与肾功受损患者之间存在显著差异[11]。

图5. MRI-MT成像

磁共振弹性成像MRE

MRE是一种纤维化检测和分期工具，具有预测肾功能的潜力。MRE刚度增加与纤维化阶段增加有关。使用MRE检测到肾脏机械性能、弹性和硬度的改变，并与肾纤维化相关。

MRE能够测量小鼠模型中轻度纤维化的肾钙化引起的皮质肾僵硬。与无功能的移植肾脏相比，功能性肾脏MRE值明显更高。低MRE值对应着低eGFR，皮质间质ECM体积越高，对应肾纤维化更严重。

超声弹性成像

超声弹性成像（UE）能够检测组织的机械性能。横波弹性成像（SWE）基于对在组织内传播的生成剪切波的成像，利用声波通过测量反映组织硬度的横波速度（SWV）来评估组织弹性。应变弹性成像（SE）基于对外部压力下组织的应变分析，对肾脏施加外部压缩，并测量由于这种应力引起的变形，称为皮质-髓质应变比。与传统的多普勒超声衍生参数相比，UE衍生参数在评估肾纤维化方面显示出更优的潜力。

图6. 超声弹性成像

CT

CT在评估肾功能下降和纤维化检测方面显示出良好的前景。由于CKD通常与肾脏微血管稀疏有关，有研究展示了CT血管造影衍生参数在评估CKD肾功方面的潜力，其中肾相对血流（rBF）与活检引起的肾稀疏密切相关，并且发现CKD患者的动脉直径显著减小。

尽管CT血管造影在CKD患者肾功评估有着很大潜力，但仍受到辐射和造影剂注射的限制，可能伤及肾脏。有研究称增强CT会增加ESRD的风险，然而使用非增强CT识别肾纤维化或灌注仍然具有挑战性。

正电子发射计算机断层显像PET-CT

PET-CT是核医学使用放射性示踪剂评估器官功能和灌注的最常见成像方式。核医学已被证明是定量评估肾小球功能的非侵入性工具。PET已显示出对接受AKI的肾移植中肾脏恢复的潜在预测能力，结果支持了对肾纤维化和CKD灌注评估的核成像进行更多研究的必要性，目前临床应用仅限于独肾GFR测量、纤维化检测和肾移植功能预测。

小结

在肾功能常规检查方面，超声、超声弹性成像和CT是可以取代活检和eGFR检测的合适成像技术，这些影像学检查提供了低成本、非侵入性、临床可用快速的检查技术，可为CKD诊断与监测提供快速评估工具，但需要注意CT会产生辐射。鉴于肾组织的变化发生在显微镜下，通常需要活检才能进行评估，肾脏病学应利用功能性MRI的优势，对高危患者进行评估，MRI可以预测与功能紊乱相关的肾功能衰竭，安全地提供功能和结构参数。对于CKD患者或高危患者，由于造影剂增强和辐射照射成像的副作用，尤其是当肾脏已经受到影响时，应避免使用。

参考文献：（上下滑动查看更多）