閆喆 陳麗華 沈文 王春祥

腎臟疾病是臨床常見病，已逐漸呈現(xiàn)出低齡化趨勢。腎小球濾過率（glomerular filtration rate，GFR）下降可引起不同程度的腎功能損害，同時伴發(fā)貧血、營養(yǎng)不良、腎性骨病等，繼而增加了心腦血管等其他系統(tǒng)疾病的發(fā)生率。兒童腎臟疾病越來越受到重視，若不能在早期及時有效地控制疾病發(fā)展，功能性腎單位將不斷減少，導(dǎo)致腎功能持續(xù)下降，最終可能發(fā)展為終末期腎?。╡nd-stage renal disease，ESRD）。影像學(xué)檢查旨在明確腎臟結(jié)構(gòu)是否存在異常，且越來越多的影像技術(shù)可反映出腎臟的功能信息，已廣泛用于各類腎臟疾病的診斷和治療后隨訪。既往評估腎功能的臨床檢測方法包括檢測血清生化指標(biāo)（如肌酐等）、同位素示蹤檢測GFR等，但存在早期敏感性較低等不足；影像學(xué)方法如超聲、CT尿路成像（CT urography,CTU）和靜脈腎盂造影等，主要反映腎臟形態(tài)學(xué)改變，能提供的腎臟功能信息有限。近年常用于腎臟疾病的功能MRI（functional MRI，fMRI）技術(shù)無需引入對比劑，通過腎臟水分子擴(kuò)散、腎血流量及組織氧含量等變化即可反映腎臟的病生理過程及腎功能變化，提供比臨床生化指標(biāo)更早期、準(zhǔn)確的腎功能評估[1]。本文就兒童腎臟疾病fMRI的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，結(jié)合兒童腎臟的生理解剖特點，介紹常用fMRI技術(shù)在兒童各類腎臟疾病中的研究現(xiàn)狀和臨床應(yīng)用價值。

1 兒童腎臟的生理解剖特點

胚胎時期的腎臟已具有皮髓質(zhì)結(jié)構(gòu)，腎單位總量于36周胎齡時基本確定[2]，其結(jié)構(gòu)和分布與成人無明顯差異。但新生兒期的腎小球及腎小管功能尚未完全成熟，球-管失衡表現(xiàn)尤其明顯；出生后腎臟功能還在持續(xù)完善，2歲左右可接近成人水平[3]。兒童腎臟的生理特點與成人無異，血流量大且流速快，腎動脈形成的雙重毛細(xì)血管網(wǎng)使微循環(huán)灌注豐富；腎皮髓質(zhì)不同結(jié)構(gòu)間解剖和功能的差異造成兩者間氧分壓出現(xiàn)梯度差，腎髓質(zhì)對于氧耗變化較皮質(zhì)更為敏感。腎小球生成原尿及腎小管分泌重吸收的功能使得腎臟水分子運動活躍，腎髓質(zhì)由放射狀排列的腎小管髓袢、集合管等組成而皮質(zhì)結(jié)構(gòu)排列無規(guī)律性，皮髓質(zhì)結(jié)構(gòu)排列的不同使其在水分子不同運動方向上的擴(kuò)散程度存在差異。另外，腎臟位于腹膜后區(qū)，位置相對固定且受呼吸運動、腸道蠕動的影響均較小，兒童期腎臟已具備應(yīng)用多模態(tài)fMRI的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。兒童處于生長發(fā)育期，腎臟結(jié)構(gòu)及生理機(jī)制逐漸成熟，2歲內(nèi)的功能變化尤為顯著。兒童GFR的計算公式明確了其大小與年齡等因素有關(guān)[4-5]，提示fMRI參數(shù)隨年齡增長可能發(fā)生變化，可進(jìn)一步探尋年齡相關(guān)的腎臟微小結(jié)構(gòu)的功能變化特點。

2 常用的兒童腎臟fMRI技術(shù)

2.1 擴(kuò)散成像 擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）能夠從分子水平無創(chuàng)性反映正常及病理狀態(tài)下腎組織中水分子的擴(kuò)散程度及其變化，并得到表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）。DWI單指數(shù)模型通過2個不同的擴(kuò)散敏感梯度因子（b值）來實現(xiàn)圖像采集，基于水分子高斯運動進(jìn)行定量分析。體素內(nèi)不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）通過測量純擴(kuò)散系數(shù)D值、偽擴(kuò)散系數(shù)D*值和灌注分?jǐn)?shù)f值，可進(jìn)一步真實反映水分子的擴(kuò)散程度，無需使用外源性對比劑來獲取腎臟的灌注信息。腎臟中水分子擴(kuò)散運動快速，精細(xì)的技術(shù)擬合使得IVIM應(yīng)用于腎臟的可重復(fù)性較好[6-7]。相較于DWI，擴(kuò)散張量成像（DTI）能從多個方向量化組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的各向異性，腎髓質(zhì)內(nèi)放射狀排列的小管結(jié)構(gòu)決定了其各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy,FA）值與皮質(zhì)存在差異。擴(kuò)散張量纖維束示蹤成像（diffusion tensor tractography,DTT）可直觀顯示出放射狀排列的纖維束[8-9]。擴(kuò)散峰度成像（diffusion kurtosis imaging,DKI）是DTI技術(shù)的延伸，用于反映體內(nèi)水分子非高斯分布擴(kuò)散的運動狀態(tài)，其定量參數(shù)平均擴(kuò)散系數(shù)（mean diffusivity,MD）和平均峰度（mean kurtosis,MK）能更準(zhǔn)確地評估真實的水分子擴(kuò)散情況，尤其適用于腎髓質(zhì)這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜且水分子擴(kuò)散具有明顯方向性的區(qū)域[10-11]。單指數(shù)DWI和IVIM在兒童腎臟疾病中的應(yīng)用相對更加廣泛，其參數(shù)設(shè)置與成人無異。DTI和DKI的相關(guān)研究仍處于初探階段，特別是DKI可能與其高b值有關(guān)[12]，需進(jìn)一步優(yōu)化掃描參數(shù)以助于新技術(shù)的開展。

2.2 血氧水平依賴（blood oxygen level dependent，BOLD）成像BOLD以脫氧血紅蛋白作為內(nèi)源性對比劑來反映組織內(nèi)局部氧飽和水平，其定量參數(shù)表觀弛豫率（R2*）與脫氧血紅蛋白密切相關(guān)。多個研究[1，13-14]證實BOLD可準(zhǔn)確敏感地探測腎臟的氧合變化，目前主要用于評估兒童腎臟缺血性病變。BOLD定量測量的準(zhǔn)確性與掃描條件有一定關(guān)系，屏氣掃描可有效去除呼吸運動偽影，因此現(xiàn)階段兒童腎臟的BOLD研究主要應(yīng)用于能夠自主配合的患兒。

2.3 灌注成像MR灌注成像包括對比增強灌注及動脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling,ASL）技術(shù)。對比增強灌注可能引起腎病患兒發(fā)生腎纖維化，因而臨床應(yīng)用受到限制。ASL以動脈血中能自由擴(kuò)散的水分子作為內(nèi)源性示蹤劑，能量化分析腎皮質(zhì)血流量，反映組織的微血管分布及局部血流灌注情況[15]，可應(yīng)用于兒童急性腎損傷[16]。但ASL的影像信噪比相對較低，射頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性尚有待提高，且兒童呼吸頻率更快、腸道蠕動顯著更易產(chǎn)生運動偽影，因而目前在兒童腎臟功能評估方面的應(yīng)用很少。

3 fMRI在兒童腎臟疾病中的應(yīng)用

3.1 腎臟發(fā)育異常 近年來，應(yīng)用fMRI評價胎兒及兒童腎臟發(fā)育異常已成為研究熱點。泌尿生殖系統(tǒng)畸形在胎兒期十分常見，以腎臟畸形最為多見，當(dāng)腎臟畸形合并孕婦羊水過少時可影響胎肺的發(fā)育，進(jìn)而直接決定妊娠結(jié)果[17-18]。產(chǎn)前MRI對此具有很高的臨床診斷價值，可評估胎兒泌尿系統(tǒng)及其他系統(tǒng)的發(fā)育異常[19]。先天性腎臟和尿路畸形（congenital abnormalities of the kidney and urinary,CAKUT）作為兒童早發(fā)性腎臟病最常見的一組病因，占產(chǎn)前畸形的30%[20]。CAKUT以先天性泌尿解剖學(xué)異常為臨床特征，表型多樣，部分患兒發(fā)病隱匿可進(jìn)展至ESRD，盡早干預(yù)可明顯降低腎功能的損害程度。陳等[21]分析了84例CAKUT胎兒及97例正常胎兒腎臟的DWI影像，探討ADC值和體積在CAKUT胎兒腎臟評估中的作用，發(fā)現(xiàn)正常胎兒腎臟ADC值隨胎齡增加而減小，體積隨胎齡增加而增大；而CAKUT胎兒患側(cè)腎臟ADC值與正常對照存在差異，可能是由于胎兒腎臟體積較小，空間分辨力較低，測得的數(shù)值是整體腎臟的ADC值，與實際ADC值存在一定誤差。在關(guān)于嬰幼兒梗阻性腎積水腎功能評估的研究中，李等[22]提出積水腎ADC值與GFR間呈正相關(guān)，證實常規(guī)MRI序列聯(lián)合DWI有利于提供腎臟的功能信息。CAKUT多發(fā)生于一側(cè)腎臟，早期健側(cè)腎會發(fā)揮代償作用，因此可掩蓋腎功能減低，所以對分腎功能的有效評估至關(guān)重要。田等[23]采用IVIM模型評價34例CAKUT患兒分腎功能的可行性，發(fā)現(xiàn)D*值、f值在腎功能不同受損時有差異，認(rèn)為IVIM在早期評價CAKUT患兒分腎功能中具有一定潛能。Otero等[24]對16例腎盂輸尿管連接部梗阻患兒及102例正常兒童腎臟的DTI研究發(fā)現(xiàn)，病例組的FA值顯著低于正常組，ADC值高于正常組，提示FA值和ADC值可反映有無腎實質(zhì)的損害。Suraj等[25]將6例常染色體隱性多囊腎（autosomal recessive polycystic kidney disease,ARPKD）與8例年齡與之匹配的健康兒童行腎臟DTI對照研究，病例組FA值較正常組降低，DTT顯示患腎髓質(zhì)內(nèi)管道結(jié)構(gòu)正常的放射狀纖維束消失。

3.2 慢性腎臟病 兒童慢性腎臟病（chronic kidney disease,CKD）的病因與年齡相關(guān)，嬰幼兒以梗阻性腎病、腎發(fā)育不全為主，青少年則多見于腎小球疾病和溶血尿毒綜合征等[26-27]。BOLD可用于評估兒童不同臨床分期的CKD，Luo等[28]通過測量37例CKD患兒腎皮、髓質(zhì)的R2*值來反映其血氧代謝水平，發(fā)現(xiàn)4-5期CKD患兒的皮髓質(zhì)R2*值均高于1-3期，且患兒皮髓質(zhì)的R2*值與血清肌酐水平呈正相關(guān)，與估算腎小球濾過率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）呈負(fù)相關(guān)。廖等[29]對60例CKD1-2期患兒、17例CKD3-5期患兒及16例正常兒童的雙腎皮髓質(zhì)ADC值進(jìn)行組間比較，3組間ADC值差異有統(tǒng)計學(xué)意義；CKD患兒雙腎皮髓質(zhì)的ADC值均與eGFR呈線性正相關(guān)，與血清肌酐呈線性負(fù)相關(guān)，表明ADC值可作為臨床判斷CKD分期嚴(yán)重程度的參考依據(jù)。Ding等[30]基于DWI、BOLD、磁敏感加權(quán)成像（SWI）的紋理分析來評估腎功能不全病人，發(fā)現(xiàn)這3種技術(shù)均有助于腎功能的評估，其中BOLD和SWI的紋理特征可能更適用于評估早期腎功能不全。

3.3 腎臟感染性病變DWI可明確診斷兒童急性局灶性細(xì)菌性腎炎（acute focal bacterial nephritis,AFBN）并反映患腎受累的范圍及程度，其診斷效能與MRI增強檢查一致，且ADC值的量化與AFBN的病程發(fā)展密切相關(guān)[31-32]。Faletti等[33]對52例急性腎盂腎炎（acute pyelonephritis,AP）及36例腎膿腫患兒行DWI檢查，證實正常腎臟、AP及膿腫病灶的平均ADC值的差異有統(tǒng)計學(xué)意義。Lair等[34]提出DTI技術(shù)可有效檢出兒童AP的病灶，診斷效能與DWI基本一致，且明確結(jié)合呼吸觸發(fā)技術(shù)可有效提高影像質(zhì)量。韓等[35]應(yīng)用DKI對30例急性腎小球腎炎（acute glomerulonephritis，AGN）患兒進(jìn)行初步研究，病例組皮質(zhì)的MD值、皮髓質(zhì)的MK值均顯著低于與其年齡、性別相匹配的正常對照組，并提示DKI可作為AGN患兒治療后隨訪的輔助手段。

3.4 腎臟腫瘤性病變 常規(guī)MRI主要提供兒童腎臟腫瘤的形態(tài)學(xué)信息，而早期的fMRI主要是通過DWI單指數(shù)模型的ADC值、IVIM的D值等來幫助鑒別腫瘤的良惡性[36]。隨著腎臟DWI臨床應(yīng)用的逐步深入，可進(jìn)一步在術(shù)前鑒別兒童腎臟腫瘤不同的病理分型，研究[37-38]表明腎母細(xì)胞瘤實性成分的ADC值與組織病理學(xué)分型具有相關(guān)性。Rogers等[39]提出利用ADC值結(jié)合T1WI表現(xiàn)可識別和量化腎母細(xì)胞瘤中的壞死組織，因而可實現(xiàn)在無需對比增強的情況下評估腫瘤的化療療效。

4 兒童腎臟fMRI技術(shù)展望

目前，擴(kuò)散成像、BOLD評估兒童腎臟功能的可行性已得到廣泛認(rèn)可。由于不同年齡兒童的呼吸特點和自主配合程度有所差異，以ASL為代表的灌注成像臨床應(yīng)用仍受到限制。為實現(xiàn)fMRI的精準(zhǔn)定量評估，必須盡可能減少呼吸運動偽影來提高采集影像的質(zhì)量。隨著fMRI序列的進(jìn)一步完善、后處理軟件的逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，聯(lián)合應(yīng)用多模態(tài)fMRI技術(shù)可提供更多有價值的診斷信息。在臨床應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體病癥優(yōu)化選擇功能成像序列，特別對于兒童群體，需盡可能縮短掃描時間、合理配置掃描方案。

fMRI可作為全面評估兒童腎臟形態(tài)與功能的重要影像學(xué)檢查方法，可重復(fù)性強，具有很大的臨床應(yīng)用前景。fMRI在兒童腎臟疾病中的研究仍需要進(jìn)一步多中心、多方法地進(jìn)行臨床驗證。