磁共振扩散峰度成像定量评估IgA 肾病早期肾小管间质损害的应用价值研究

时间：2024-09-03

林家珍，崔凤，殷佳珍，乐先杰，曹佑军，杨丙奎

（浙江中医药大学附属杭州市中医院，杭州浙江 310007）

IgA肾病（Immunoglobulin A nephropathy，IgAN）是最常见的原发性肾小球疾病，病理表现以肾小球系膜区IgA 沉积为主[1]，是导致终末期肾脏病的重要原因。肾脏纤维化是IgAN 最终进展为终末期肾脏病的主要病理表现[2]，而肾小管间质病理损害程度在肾脏纤维化中起决定性作用，是影响预后的独立危险因素[3]。因此，定量评估和动态监测早期肾小管间质损害情况对于IgAN 的治疗及预后至关重要。目前临床上主要通过血清学检测肾功能指标及肾穿刺评估IgAN 患者肾脏损害程度，然而肾功能指标的敏感度和特异度不高[4]，易受饮食、代谢及肾功能是否处于代偿期内等影响。肾穿刺作为诊断的金标准，却是一种有创操作，不利于长期动态监测肾病理损害情况。基于扩散加权成像和扩散张量成像技术的发展，扩散峰度成像（Diffusion kurtosis imaging，DKI）可用于反映水分子的非高斯扩散程度[5]，在揭示IgAN 早期肾脏组织微观结构改变方面更具优势。此前有文献报道磁共振功能成像可用于评估IgAN 肾纤维化[6]，而早期肾小管间质病理损害程度的评估是延缓肾纤维化的关键，但目前缺乏相关研究。本研究拟探讨MR-DKI 无创定量评估IgAN患者肾功能及早期肾小管间质损害的临床价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究从2020 年10 月—2021 年6 月连续66例于本院已完成肾穿刺活检及MRI 检查的不同病理分型的肾病患者中纳入31 例明确诊断为IgAN的患者，其中男16例，女15 例；年龄19～57 岁。纳入标准：①年龄大于18 岁；②首次行肾穿刺；③经肾穿刺活检确诊原发性IgAN；④肾脏超声检查显示无严重肾萎缩。排除标准：①合并其他肾脏疾病如膜性肾病等；②肾肿瘤病变（直径＞10 mm）；③并发急性肾损伤；④多囊肾病；⑤图像质量不符合测量要求。最终本研究经浙江中医药大学附属杭州市中医院医学伦理委员会批准。所有参与者均获得了书面的知情同意。

将18 名性别年龄均匹配的健康志愿者纳入对照组，其中男8名，女10名，年龄23～67岁，所有志愿者既往均无肾脏相关病史，其肾功能指标均正常。

1.2 方法

1.2.1 磁共振检查方法

采用GE 公司的3.0T Discovery 750 MRI 成像仪对所有受试者进行图像采集，使用腹部相控阵表面线圈作为接收线圈。扫描野覆盖双侧肾脏、肾上腺及部分肝脏。受试者仰卧位，头先进，采用单次自旋回波成像技术采集肾脏横断面图像。先行常规MRI（横断面T2WI 序列）扫描，横断面T2WI 参数：TR：700.0 ms，TE：96.0 ms，FOV 28.5 cm×38 cm，矩阵168×320，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，后行肾脏DKI 序列扫描，层厚4.0 mm，层间距1.0 mm，扫描层数24～26层，包括双侧全肾脏。DKI 序列参数：TR 4 800.0 ms，TE 73.9 ms，FOV 40 cm×40 cm，矩阵192×192，激励次数2次，30 个扩散方向，3 个b值（分别为0、1 000、2 000 s/mm2）。

1.2.2 图像后处理

在未获悉患者临床资料的前提下，由我院放射科高年资医师将DKI 图像经GE 公司AW 4.6 工作站Functool 分析软件处理，生成平均扩散系数（Mean diffusivity，MD）图和平均峰度（Mean kurtosis，MK）图，选择近肾门水平作为测量层面，双侧肾脏均进行测量，在b=0 s/mm2图像上每侧肾皮质及髓质分别放置3 个ROI，皮髓质ROI 面积均为15～22 mm2。放置ROI 避开肾盂结构及可能出现伪影的区域。每名受试者每个参数图像均得到12 个ROI内的参数值，为减少误差，左右肾皮质和髓质每3 个ROI 取一平均值。

1.2.3 临床生化指标检测

在所有患者MRI 检查前完成血清Scr、Cys-C及24 小时尿蛋白定量（24 h-Upro）检测，并根据慢性肾脏疾病流行病学协作组（CKD-EPI）开发公式[7]估算eGFR，由一名临床医师统计记录。

1.2.4 肾活检组织病理学评估

在患者完成MRI 检查后2 天内行肾活检，在B超引导下经右肾下极行肾穿刺。取肾实质标本2～3条，长约1～2 cm，保存后送至肾病实验室行光镜、免疫荧光检查。由我院实验室两位专业病理医生共同对肾实质病理损害进行积分评估，根据肾小管间质损伤病理积分标准[8]对IgAN 患者病理损害情况进行评分（表1）。根据患者肾小管间质病理损害程度的不同，将其分为2 个亚组，即轻度损害组（总分≤3分，15 例）、中重度损害组（总分4～9分，16 例）。

表1 肾小管间质损伤病理积分标准

1.3 统计学分析

本研究应用SPSS 25.0 软件进行统计学分析。计量资料以均数±标准差（）或中位数（四分位数间距））（M（IQR））的形式表示，定性资料用数字和百分比（n，%）表示。S-W 检验所有数据正态性。配对样本t 检验用于比较所有参与者左右肾及同侧肾皮质与髓质之间的DKI 参数值差异。采用ANOVA 检验比较3 组受试者肾脏MD 和MK 值差异，随后用LSD 检验进行组间两两比较。采用Spearman 相关性分析肾脏MD 和MK 值和肾功能指标及肾小管间质损伤病理积分的相关性，ROC 曲线用于评估肾脏MD 和MK 值对IgAN 不同程度肾小管间质损害的鉴别诊断效能。P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 肾脏DKI 和病理图像分析

所有受试者均完成MRI 检查，所得DKI 图像均符合研究要求，双肾大小形态正常，肾脏皮、髓质显示清晰，IgAN 患者肾活检病理图像可见不同程度的肾间质纤维化、肾小管萎缩及炎症细胞浸润，比较健康志愿者及不同程度肾小管间质损害IgAN 患者的DKI 参数图及肾病理图（图1～3）。

图1 女，55岁，对照组DKI 参数图。图1a 为MD图，其对应的皮质平均值为4.333×10-3 mm2/s，髓质平均值为4.072×10-3 mm2/s；图1b 为MK图，其对应的皮质平均值为0.345，髓质平均值为0.369。Figure 1.Female,55y,the DKI parameter maps of control group.Figure 1a shows the MD map with the corresponding cortical mean value of 4.333×10 -3 mm2/s and medullary mean value of 4.072 ×10 -3 mm2/s;Figure 1b shows the MK map with the corresponding cortical mean value of 0.345 and medullary mean value of 0.369.

图2 男，51岁，轻度损害组DKI 参数图及肾病理图。图2a 为MD图，其对应的皮质平均值为3.932×10-3mm2/s，髓质平均值为3.793×10-3mm2/s；图2b 为MK图，其对应的皮质平均值为0.382，髓质平均值为0.396；图2c 为该患者的肾病理图（HE 染色）：间质纤维化＜25%，肾小管萎缩＜25%，炎症细胞浸润＜25%。Figure 2.Male,51y,the DKI parameter maps and renal pathological image of the mild injury group.Figure 2a shows the MD map with the corresponding cortical mean value of 3.932×10-3 mm2/s and medullary mean value of 3.793×10-3 mm2/s;Figure 2b shows the MK map with the corresponding cortical mean value of 0.382 and medullary mean value of 0.396.Figure 2c shows the renal pathological image (HE):interstitial fibrosis＜25%,tubular atrophy＜25%,inflammatory cell infiltration＜25%.

图3 女，53岁，中重度损害组DKI 参数图及肾病理图。图3a 为MD图，其对应的皮质平均值为3.363×10-3 mm2/s，髓质平均值为3.280×10-3mm2/s；图3b 为MK图，其对应的皮质平均值为0.449，髓质平均值为0.459；图3c 为该患者的肾病理图（HE 染色）：间质纤维化25%～50%，肾小管萎缩25%～50%，炎症细胞浸润25%～50%。Figure 3.Female,53y,the DKI parameter maps and renal pathological image of the moderate-severe injury group.Figure 3a shows the MD map with the corresponding cortical mean value of 3.363×10-3 mm2/s and medullary mean value of 3.280×10-3 mm2/s;Figure 3b shows the MK map with the corresponding cortical mean value of 0.449 and medullary mean value of 0.459.Figure 3c shows the renal pathological image(HE): interstitial fibrosis 25%～50%,tubular atrophy 25%～50%,inflammatory cell infiltration 25%～50%.

2.2 肾脏MD 和MK 值比较分析

所有受试者左右肾的皮髓质MD 和MK 值均无明显差异（P＞0.05），同侧肾皮质MD 值大于髓质，皮质MK 值小于髓质，差异有统计学意义（P＜0.05）。两两比较发现轻度损害组、中重度损害组和对照组3组间的肾皮质MD 和MK 值差异均具有统计学意义（P＜0.05）（表2），3 组间皮质MD 值平均值趋势为：对照组＞轻度损害组＞中重度损害组；皮质MK 值平均值趋势为：对照组＜轻度损害组＜中重度损害组（图4）。

表2 各组受试者的肾皮髓质MD 和MK 值比较

图4 各组受试者的肾实质MD 和MK 值比较。图4a 为各组受试者的肾实质MD 值箱图；图4b 为各组受试者的肾实质MK 值箱图。Figure 4.Comparison of renal parenchymal MD and MK values of subjects in each group.Figure 4a shows the boxplot of renal parenchymal MD values among different groups;Figure 4b shows the boxplot of renal parenchymal MK values among different groups.

2.3 肾脏MD 和MK 值与肾功能指标相关性分析

所有受试者皮质MD 值与Scr、Cys-C 呈中度负相关（r=-0.567；P＜0.001；r=-0.478；P＜0.05)，与eGFR呈中度正相关（r=0.496；P＜0.001）；皮质MK 值与Scr、Cys-C 呈中度正相关（r=0.584；P ＜0.001；r=0.479；P＜0.05），与eGFR 呈中度负相关（r=-0.499；P＜0.001），皮质参数值相关性均明显高于髓质参数值，DKI 参数值与24 h-Upro 相关性较小（表3）。

表3 肾脏MD 和MK 值与肾功能指标相关性

2.4 肾脏MD 和MK 值与肾小管间质损伤病理积分相关性分析

IgAN 患者皮质MD 值与肾小管间质损伤病理积分呈中度负相关（r=-0.473，P＜0.01），皮质MK 值与肾小管间质损伤病理积分呈中度正相关（r=0.488，P＜0.01），其中与炎症细胞浸润相关性最大（皮质MD值：r=-0.507，P＜0.01；皮质MK 值：r=0.521，P＜0.01），皮质参数值相关性均明显高于髓质参数值（表4，图5）。

图5 肾脏皮质MD 和MK 值与肾小管间质损伤病理积分相关性。图5a 为MD 皮质值和肾小管间质损伤病理积分相关性散点图；图5b 为MK 皮质值和肾小管间质损伤病理积分相关性散点图。Figure 5.Correlation of renal cortical MD and MK values with tubulointerstitial injury score.Figure 5a shows the scatterplots of correlation between cortical MD values and renal tubulointerstitial injury score;Figure 5b shows the scatterplots of correlation between cortical MK values and renal tubulointerstitial injury score.

表4 肾脏MD 和MK 值与肾小管间质损伤病理积分相关性

2.5 肾脏MD 和MK 值诊断效能分析

肾脏MD 和MK 值在鉴别对照组和轻度损害组以及鉴别轻度损害组和中重度损害组方面均表现出一定的诊断效能，且鉴别对照组和轻度损害组的诊断效能更佳。

2.5.1 鉴别对照组和轻度损害组

皮质MD 值的ROC 曲线下面积（AUC）最大为0.748，截断值为3.938；皮质MK 值的ROC AUC 最大为0.752，截断值为0.382；而髓质MD 和MK 值的ROC AUC 最大均为0.663，皮质MK 值诊断效能稍高于皮质MD值，且均优于髓质参数值（表5，图6a）。

表5 皮质MD 和MK 值区分对照组和轻度损害组的诊断效能

2.5.2 鉴别轻度损害组和中重度损害组

皮质MD 值的ROC AUC 最大为0.719，截断值为3.791，皮质MK 值的ROC AUC 最大为0.729，截断值为0.397，而髓质MD 和MK 值的ROC AUC 最大均为0.646，皮质MK 值诊断效能稍高于皮质MD值，且均优于髓质参数值（表6，图6b）。

表6 皮质MD 和MK 值区分轻度损害组和中重度损害组的诊断效能

图6 皮质MD 和MK 值区分不同程度肾小管间质损害的诊断效能。图6a 为皮质MD 和MK 值区分对照组与轻度损害组的ROC 曲线图；图6b 为皮质MD 和MK 值区分轻度损害组与中重度损害组的ROC 曲线图。Figure 6.Diagnostic efficacy of cortical MD and MK values in distinguishing different degrees of tubulointerstitial damage.Figure 6a shows the ROC curve of cortical MD and MK values to discriminate control group from mild injury group;Figure 6b shows the ROC curve of cortical MD and MK values to discriminate mild injury group from moderatesevere injury group.

3 讨论

IgAN 是一种临床最常见的慢性肾脏病，目前主要通过Scr、Cys-C、eGFR 来评估肾功能状态，但这种方式特异性和敏感性均不高，无法准确反映早期病理损害情况，IgAN 早期肾小管间质损害以炎症细胞浸润为主，进一步向纤维化发展，通过改变肾脏微观结构，限制水分子在微环境中的扩散。本研究中DKI 参数MK 值反映水分子扩散偏离高斯分布的程度，肾脏微观结构复杂程度越高，对水分子运动的限制越大，MK 值越大。而MD 值反映了水分子的整体扩散水平和扩散电阻，结构越简单，水分子扩散范围越大，MD 值越大[9]。因此DKI 参数MK 值及MD 值可作为评估IgAN 早期肾小管间质损害指标。

3.1 肾脏MD 和MK 值与IgAN 肾小管间质损害的相关性

研究发现，肾脏皮质MD 和MK 值与肾小管间质损伤病理积分之间存在中度相关，其中与炎症细胞浸润相关性最大，Turner等[10]认为：IgAN 早期肾小管间质损害以炎症细胞调控为主，炎症细胞浸润可进一步导致肾小管损伤[11]、促进基质蛋白沉积[12]，从而形成肾间质纤维化，在这一过程中细胞密度增加[13]，胞外含水量减少[14]，肾组织的微观结构更加复杂，这些早期病理改变限制了水分子在细胞外空间的扩散，从而使MD 和MK 值发生改变，这可能是DKI 评估IgAN 肾脏早期微观结构改变的依据。

深入研究发现，随着IgAN 肾小管间质损害程度的加重，皮质MD 值逐渐减小而皮质MK 值逐渐增大，进一步反映水分子的扩散受限程度和微环境的复杂程度密切相关，证实DKI 参数值可客观反映肾脏的微观结构，基于此，DKI 有望为动态监测IgAN患者肾小管间质损害变化情况提供有价值的信息。

3.2 肾脏MD 和MK 值与IgAN 肾功能指标的相关性

本研究发现肾脏皮质MD 和MK 值和肾功能指标Scr、Cys-C、eGFR 均有中等程度的相关性，并且MK 值对IgAN 患者的肾功能变化更为敏感。Liu[6]、Mao[15]等的研究结果也支持本研究结论，这可能与细胞因子作用下皮质肾小球毛细血管结构和肾小管的进行性丢失[16]，对水扩散限制比髓质更加明显相关，这些结果提示皮质DKI 参数值可更好地用于评估IgAN 患者的肾功能改变。

3.3 肾脏MD 和MK 值评估IgAN 早期肾小管间质损害的诊断效能

Wakai等[3]提出：肾小管间质损害可导致肾小球病变及血管损害，进一步发生肾功能不全。本研究首次将与肾功能进展密切相关的肾小管间质损害单独进行研究，发现在诊断效能方面，皮质MD 和MK 值均能区分轻度损害组和对照组，ROC AUC 最大为0.748 和0.752，而皮质MK 值表现出更高的诊断效能。这一结果提示，DKI 对IgAN 早期肾小管间质损害评估可能具有重要的临床潜力。