IVIM-DWI和DTI在糖尿病早期肾损伤的诊断价值

发布时间：2020-08-22 13:22

【摘要】：糖尿病肾脏疾病(Diabetic kidney disease,DKD)是糖尿病常见的微血管病变之一,见于25-40%的糖尿病患者。我国糖尿病肾脏疾病的患病率呈快速增长趋势,已经成为目前国内外接受透析的慢性肾病人群的首要病因。糖尿病患者在肾损伤的早期阶段往往没有症状,肾小球处于高滤过状态并在相当长时间持续存在,逐渐出现肾脏血流动力学状态异常,肾功能进展性恶化,导致终末期肾衰。因此早期诊断糖尿病肾病并进行干预治疗具有非常重要的临床意义。目前临床上一般使用基于血清肌酐的估算肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate,eGFR 和尿白蛋白肌肝比值(urinary albumin and urinary creatine ratio,UACR)两项指标判断糖尿病患者是否存在早期肾损伤。近年来研究发现,尿蛋白排泄受多种生理病理状态的影响,相当多的糖尿病患者GFR异常的同时尿蛋白排泄并没有相应增加[2]。在糖尿病肾病的早期阶段尤其是慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)1期,肾脏处于高滤过状态(eGFR可以显著升高或轻度升高或没有变化),此时仅凭eGFR和尿蛋白往往会漏诊糖尿病早期肾损伤。糖尿病肾病的病理结构的改变包括肾脏肥大、肾小球基底膜增厚、结节性和弥漫性肾小球硬化、肾小管损伤和间质纤维化,肾活检和组织病理学检查是评估此类肾脏病变的金标准。然而,这些方法具有侵入性,容易产生采样误差,在早期患者应用受限。根据2011年美国肾脏病基金会制定的肾脏病改善生存质量指导指南(the National Kidney Foundation the Kidney Disease:Improving Global Outcomes,NKF-KDIGO)和 2014 年美国糖尿病协会(The American Diabetes Association,ADA)建议[1,4],1-2期的DKD定义为GFR≥60ml/min/1.73m2并且有其他肾损伤的证据(一般是存在微量白蛋白尿,即UACR≥30 mg/g并持续3个月以上)。NKF/KDIGO指南中特别提及,对于CKD 1和2期的患者,除了 UACR≥30 mg/g外,“肾损伤”的其他依据还包括肾小球源性血尿、尿沉渣异常、放射学异常和其他异常表现[2]。因而能否寻找到某种更准确、全面的影像学评估方法补充临床诊断方法是目前肾脏诊断学研究的热点。在影像学检查手段中,磁共振体素内不相干运动扩散成像(intravoxel incoherent motion diffusion imaging,IVIM-DWI)和扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技术在肾脏的应用逐渐成熟。IVIM-DWI是一种基于多b值扩散成像、双指数拟合信号衰减曲线的新型扩散加权成像技术,通过模型中的扩散和灌注参数反映组织内水分子扩散与微循环灌注状态。磁共振扩散张量成像通过各向异性分数(fractional anisotropy,FA)和表观扩散系数(apparent diffusional coefficient,ADC)两个参数无创性地敏感地检测组织内水分子的微观扩散运动的方向和幅度,已广泛用于脑、脊髓、周围神经等疾病。肾脏实质内存在大量的血管结构和集合系统,特别是髓质区分布着从皮质到肾盂辐射状规律排列的肾小管和毛细血管袢,因此肾脏的水分子运动模式存在一定的各向异性。这一特性对DTI技术在肾脏疾病中的应用提供了解剖和生理学依据。目前国内外针对IVIM-DWI和DTI在早期糖尿病肾脏损伤的诊断价值研究报道逐渐增多。本研究将IVIM-DWI和DTI技术应用于早期糖尿病患者的肾脏功能评估,观察这些病例和正常组之间是否有差异,以及相应的成像数据和eGFR、UACR等诊断指标的相关性,探索这一技术在诊断糖尿病早期肾损伤的临床价值。此外IVIM-DWI和DTI在检测大鼠肾纤维化和糖尿病肾病也有报道,但是既往研究对发病超早期(12周以内)糖尿病大鼠的影像表现与肾脏结构和功能的变化之间的关系研究较少,尚不清楚这些肾脏变化是否发生得更早。因此,本研究还将研究IVIM-DWI和DTI在评估糖尿病大鼠早期肾脏损害的可行性。论文包括三个部分,摘要如下:第一部分联合IVIM和DTI评估早期糖尿病大鼠肾脏结构和功能的变化目的:本研究的目的是探讨IVIM-DWI和DTI在早期糖尿病大鼠肾脏变化评估中的应用价值。材料和方法:24只雄性SD(Sprague Dawley)大鼠分为糖尿病发病4周组(DM4)、糖尿病发病8周组(DM8)和对照组(CON)三组。测量得出右肾的表观扩散系数(Apparent diffusion coefficient,ADC),纯扩散系数(Pure molecular diffusion,D),灌注相关假性扩散系数(Perfusion-related pseudo-diffusion coefficient,D*)和灌注分数(Perfusion fraction,f),以及各向异性分数(Fractional anisotropy,FA)这 5 个参数值。结果:DM4组相对于对照组,ADC值在肾皮质(cortex,CO)、外髓质外层(outer stripe of the outer medulla,OS),外髓质内层(inner stripe of the outer medulla,IS)和内髓(inner medulla,IM)都是增高的。而DM8组相对于DM4组,ADC值在外髓质外层、外髓质内层和内髓都是下降的。D值在外髓质内层和内髓这两层也有同样的动态变化。DM8组相对于对照组,FA值在皮质和外髓质外层两层呈显著的下降的。DM4和DM8组肾小管腔面积较对照组明显增加。在糖尿病大鼠中,ADC值与肾脏各解剖层的肌酐清除率、尿量呈显著的正相关。结论:糖尿病发病4周组的扩散相关参数升高,8周组的FA值降低,提示IVIM-DWI和DTI可以无创地区分早期糖尿病肾脏的病理生理变化。第二部分IVIM-DWI评估人糖尿病早期肾损伤的价值目的:探讨IVIM-DWI各参数在糖尿病早期肾功能高滤过期的特征。材料与方法:收集温州医科大学附属第二医院内分泌科44例估算肾小球滤过率(eGFR)正常和升高的糖尿病患者和24例同期健康志愿者进行研究。糖尿病患者根据eGFR分成两组:eGFR正常组(normal eGFR,NGF组,eGFR为90-120ml/min/1.73m2)和 eGFR 升高组(high eGFR,HGF 组,eGFR120 ml/min/1.73m2)。采用GE discovery750 3.0T超导型磁共振扫描仪、选择11个b值采集多b值DWI图像,通过GE工作站内置MADC软件生成ADC、D、D*及f参数图,对图像勾画ROI获取相关参数值。采用方差分析比较3组间各参数值差异,并采用Spearman相关分析检验IVIM-DWI参数与临床指标的相关性。结果:HGF和NGF组的肾皮质和髓质的f值显著高于对照组,HGF组的D*值显著高于对照组,HGF和NGF组的肾皮质D值显著低于对照组。HGF组的平均皮层和髓质f值明显高于NGF组,而皮层D值明显低于NGF组。HGF组皮质髓质f、D*值与eGFR呈正相关,皮质D值与eGFR呈负相关。结论:IVIM-DWI的扩散相关参数ADC和D值,以及灌注相关参数f可以反映早期糖尿病肾脏高滤期肾功能改变。第三部分DTI评估人糖尿病早期肾损伤的价值目的:探讨肾脏DTI评估男性糖尿病患者早期肾脏损伤的临床应用价值,分析成像参数与估算肾小球滤过率和微量蛋白尿的相关性。材料与方法:纳入27名CKD 1和2期的2型男性糖尿病患者和14名男性健康志愿者。GE discovery750 3.0T超导型磁共振扫描仪进行肾脏DTI成像,分别计算肾皮、髓质感兴趣区的表观扩散系数ADC和各向异性分数FA,分析这两个DTI参数与eGFR、尿蛋白肌酐比值的相关性。结果:不同组间肾皮、髓质的FA值均存在显著差异。CKD 1期(eGFR≥90ml/min/1.73m2)和 CKD 2 期组患者(eGFR 60-89ml/min/l.73m2)较健康对照组皮髓质的FA值均显著减低(皮质FA,χ2=12.037,p=0.002;髓质FA,F=9.078,p=0.001)。CKD 2期组患者髓质FA显著低于CKD 1期组。糖尿病患者的皮髓质FA值与eGFR呈正相关,皮质FA值与尿α1-微球蛋白肌酐比值(a 1-microglobulin/creatinine ratio,UA1MCR)呈负相关。结论:肾DTI有助于评估糖尿病患者的早期肾功能损伤。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R587.2;R692.9
【图文】：

微观图像,髓质,内髓,肾小囊

图１．大鼠肾脏的大体和微观图像。大体（ａ）、显微镜（ｂ）、ＰＡＳ染色（ｃ，ｄ，ｅ）、ＳＲ染色（ｆ）。逡逑Ｃ0（ｌ）、０Ｓ（２）、ＩＳ（３）、ＩＭ（４）即为肾脏的四层结构。图像（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）分另Ｕ为肾小球面积、逡逑肾小囊间隙和肾小管扩张面积。图⑴中的红色区域代表纤维化即ＳＲ染色阳性区域。逡逑Ｃ０，皮质；ＳＯ，夕卜髓质外层；ＩＳ，夕卜髓质内层；ＩＭ，内髓。逡逑３１逡逑

糖尿病大鼠,参数图

图２．糖尿病大鼠ＭＭ参数图

参数,单纯扩散,表观扩散系数,各向异性

图３．不同组的ＩＶＩＭ和ＤＴＩ参数。ＡＤＣ邋（ａ）邋，Ｄ邋（ｂ），Ｄ＊邋（ｃ），ｆ邋（ｄ）和ＦＡ⑷在对逡逑照组（白色条），ＤＭ４邋（灰色条），ＤＭ８邋（黑色条）。＊ｐ＜邋０．０５；邋＊＊ｐ＜邋０．０１；邋＊＊＊ｐ逡逑＜０．００１。ＡＤＣ，表观扩散系数；Ｄ，单纯扩散系数；Ｄ＊，灌注相关的扩散；ｆ，灌注分逡逑数；ＦＡ，部分各向异性。逡逑

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