作者：绵阳市第三人民医院/四川省精神卫生中心核医学科（李凌霄、龙拥军）；放射科（彭希）；四川大学华西医院放射科（郜发宝）；重庆市中医院肾病（风湿免疫）科（李亥辰）；

慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)因其具有高患病率、高发病率和高致残率等特点，已成为加重全球人群健康负担的主要疾病之一。其起病隐匿，当患者出现大量蛋白尿、肌酐升高或肾小球滤过率下降等实验室指标异常时，多已进展至终末期肾病，并且上述指标普遍存在灵敏度差和特异性低等问题。同时，肾穿刺活体组织检查虽是诊断CKD 的“金标准”，但因为有创性及重复性差等原因，在临床应用中亦存在诸多局限。

故而，寻求更为敏感且精准的早期诊断指标和可持续评估的新兴手段对于有效控制CKD 进程具有重要的临床意义。随着功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)技术的发展，相较于传统常规影像学检查(超声、CT 和静脉肾盂造影)来说，它不仅具有安全稳定和可重复性高等优势，能做到无创评估早期肾脏的微观病理改变，而且还可以在不增加患者肾脏负担的基础上，从水分子扩散、血氧代谢和微循环灌注等多方面揭示CKD 病变的发展特性，在动态监测肾功能变化上表现出巨大潜力。因此，本文通过总结近年来已广泛应用于CKD的fMRI 技术，以期为后续临床相关的研究提供理论基础。

1. 血氧水平依赖磁共振成像( blood oxygenation level dependent magnetic resonance imaging，BOLD-MRI)

BOLD-MRI 是借助脱氧血红蛋白的顺磁性，将其作为内源性对比剂，从而干扰质子自旋去相位，使器官周围组织磁场不均匀分布导致T2 WI 信号衰减，并通过反映BOLD-MRI信号强度的表观弛豫率R2∗ (R2∗ = 1/ T2∗ )来评估患者肾脏的氧合水平。有研究表明，R2∗值与脱氧血红蛋白含量呈正相关，与氧合血红蛋白浓度呈负相关，因此R2∗ 值增加可间接反映组织缺氧的严重程度。

生理状态下，肾氧合作用在供养和耗氧之间形成动态平衡，肾皮质由于丰富的血流灌注，R2∗值要相对高于肾髓质。慢性缺氧引起的氧平衡失调，已被证实是CKD 患者肾小管间质纤维化进展和肾小球存活率降低的决定因素。BOLD 通过R2∗值的变化能定量分析组织的氧合状态和及时识别间质纤维化，故而已广泛应用于评估和预测不同肾脏疾病的肾功能，如CKD、糖尿病肾病(DKD)、狼疮性肾炎、肾部分切除术后和肾移植术后等。

Li 等的研究通过BOLD-MRI 对比27 例不同分期CKD 患者和2 名健康志愿者的肾皮质及肾髓质R2∗值发现，随着患者肾小球滤过率(epidermal growth factor receptor，eGFR)的不断下降，肾髓质R2∗值逐渐降低，并且二者呈正相关，这提示随着CKD 患者肾功能的下降，肾损伤逐渐加重，肾髓质中脱氧血红蛋白的含量逐步降低，氧合能力不足。

而Pruijim 等的研究通过对159例CKD 患者进行三年动态随访发现，肾皮质的R2∗ 值可预测CKD 患者eGFR 的进行性下降，二者呈负相关，即肾皮质R2∗值越高，患者肾功能下降速度越快；并且该研究还发现，肾皮质R2∗值的斜率平坦与否更能反映CKD 患者eGFR 的远期变化，其可有效预测CKD 患者不良肾脏结局的发生率。因此，受限于不同实验所纳患者标准及检查参数设置不统一等原因，目前对于肾皮质及肾髓质R2∗ 值与CKD患者肾功能相关性的明确尚存在诸多争议。

有意思的是，Wei 等通过BOLD-MRI 监测DKD 患者肾皮质及肾髓质的R2∗值变化，结果显示随着患者肾功能的不断恶化，肾皮质R2∗值呈先上升后下降趋势，分析可能是因为CKD 患者早期肾小球处于高滤过状态，耗氧量随着肾血流量的增加而逐渐增高，但后期由于肾小球滤过率的降低和肾小管尿浓缩和稀释功能的逐渐丧失，氧消耗也随之下降。另一方面，除了动态评估CKD 患者肾功能外，更多研究旨在探索BOLD-MRI 在早期预测有进行性肾功能下降风险的CKD 患者肾损害方面的应用前景，以助于其治疗和肾脏替代方案的规划。

孙海珍等研究表明，BOLD-fMRI 可从氧合水平无创地评估DKD 患者早期的肾脏损害情况，并能监测到在临床尚未出现蛋白尿阶段的肾脏髓质功能性缺氧改变。但也有研究对此持不同看法，认为BOLD-MRI 并不能做到对早期CKD 的有效诊断，考虑是由于肾脏复杂的微循环系统能有效代偿，可使CKD 早期患者肾脏处于相对不缺氧状态。

2. 扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)

扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)主要通过测量水分子的布朗运动获取水分子扩散运动的方向和程度等信息，是利用表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)对组织中水分子扩散性能进行定量评价的影像学方法；当氢质子扩散得越快，则ADC 表现为信号越高。DTI 则是在DWI 序列的基础上，通过测量水分子扩散在不同方向的扩散梯度下所发生的信号衰减变化，从而评估水分子扩散幅度和方向的功能信息，主要参数包括ADC 和各向异性分数(fractional anisotropy，FA)。

FA 取值范围为0 ~ 1，FA 越接近1，则扩散异性越强。由于肾脏从髓质肾小管、直小血管到皮质肾小管呈放射状排列，使得其内部的水分子运动具有明显的方向性，沿肾小管长轴方向扩散相对较快，故而DTI 可有效评估肾小管和集合管等微观结构的走行及数量，其在诊断和预测各种病因导致的肾纤维化和肾功能不全方面均有一定的潜在价值。甚至有研究者进一步分析了其在CKD 亚组人群中的诊断价值，研究结果表明运用DTI评估慢性肾小球肾炎、DKD、狼疮性肾炎和高尿酸血症肾病等患者的肾功能损害均是可行的。

一般来说，生理状态下，DTI 表现为肾髓质FA 值大于肾皮质FA 值，肾皮质ADC 值大于肾髓质ADC 值。由于CKD 的共同病理特征表现为炎细胞浸润、肾小球肥大及硬化、基底膜增厚、肾小管萎缩和间质纤维化。上述病理改变不仅会限制水分子在肾皮质和肾髓质各个方向上的扩散幅度，还会导致肾小球滤过膜的破坏以及肾小管的堵塞。这些因素均会引起CKD 患者肾实质的ADC 值和FA 值发生改变。

Nassar 等通过对22 例CKD 患者和24 名健康对照者行DTI 和肾活检发现，CKD 患者肾皮质FA 值升高并与血清肌酐呈正相关，与eGFR 呈负相关；同时肾皮质ADC 值降低，并与肾纤维化百分比、肾小球硬化和肾小管萎缩等病理改变呈负相关，这些结果均与Panduranga 等的研究相一致。并且Panduranga 等的研究还发现，随着DKD 患者eGFR 的不断降低，肾髓质FA 也呈现出逐渐下降的趋势。而针对肾功能尚未降低的CKD 患者，多项研究证实FA 值可作为其早期诊断的敏感指标之一。

Zhang 等通过DTI 评估大量蛋白尿DKD 患者、微量蛋白尿DKD 患者和健康受试者三组间的肾损伤程度，结果发现肾髓质FA 值对于DKD 早期肾损伤的诊断性能要显著优于其他参数。

另一方面，由于肾脏灌注受到水分子扩散和微循环灌注扩散的双重影响，仅采用单指数拟合模型测量得到的ADC 值并不能准确地评估早期CKD 患者的肾损害程度，因此造成多项研究间的结果有所差异：如Ye 等研究结果表明，早期DKD 患者肾皮质及肾髓质FA 值均明显降低，但ADC 值却无明显变化；但Mrdanin等却认为DKD 患者肾脏ADC 值与eGFR 呈显著正相关。

3. 体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM) 成像

IVIM 成像是从DWI 衍生而来的多b 值双指数模型，其通过双指数函数拟合不同b 值下的DWI 信号衰减，分辨出自由水扩散形成的真性扩散和微循环灌注形成的假性扩散。故而，其可在不使用对比剂的情况下同时反映组织中二者的扩散情况，并且由于IVIM 成像的采集方式多为呼吸触发联合平面回波技术，因此其适用于大多数难以屏气的肾功能不全患者。

IVIM 成像的主要定量参数包括反映单纯水分子扩散的真性扩散系数(pure diffusion coefficient，D)、微循环灌注的假性扩散系数(pseudo diffusion coefficient，D∗ )以及代表微循环灌注效应占总体扩散比例的灌注分数(perfusion fraction，f)。

目前普遍认为，相较于受扩散效应和灌注效应双重影响的ADC 值，D 值则更能准确地反映肾组织中的水分子扩散情况；而同样提供肾内微循环灌注信息的D∗ 值和f 值，D∗值与肾小管的平均长度和流体速度有关，f 值则表示肾组织中的毛细血管丰富程度。同时研究发现，在健康人群中，由于更为丰富的血流量和相对自由的水分子扩散环境，使得肾皮质的D、D∗和f 值均显著高于肾髓质，并且左右肾之间的D、D∗和f 值是没有明显差异的。

而在预测肾功能恶化程度方面，IVIM 被认为要显著优于DWI。故基于IVIM 成像评估肾功能已广泛运用于各类CKD 的研究中，如监测CKD 肾纤维化进展、移植肾术后的肾功能障碍以及DKD 或高尿酸血症患者早期肾功能的改变等，这些研究均证实IVIM 成像尤其适用于CKD 患者早期肾功能不全的检测。

Mao 等的研究结果显示，72 例已行穿刺活体组织检查的CKD 患者同20 名健康志愿者相比，D、D∗和f 值均明显降低，并且D、f 值随着疾病的进展与eG-FR 之间呈正相关，尤其是f 值与肾纤维化程度呈显著负相关。因此该研究认为IVIM 成像可用于对CKD 患者肾功能的无创性动态评估。

Liang 等的研究很好地印证了这一观点，该研究发现肾皮质和肾髓质的D 和f 值在无创评估IgA 患者肾功能趋势、病理分型诊断和远期预后预测等方面均有较好的运用前景。而在早期诊断上，Zhang 等通过IVIM成像定量评估健康对照者、单纯糖尿病患者以及尿微量白蛋白阳性的糖尿病患者的肾脏灌注情况，结果发现三组的肾髓质D 值之间具有明显的统计学差异，其中尿微量白蛋白阳性的糖尿病患者肾髓质D 值最低，这与Feng 等的报道结果相一致，分析认为造成这一结果的原因可能在于，在蛋白尿和血肌酐异常之前，DKD 患者的早期肾损害，如肾小球基底膜增厚、毛细血管与系膜粘连、炎性细胞浸润、肾小管上皮细胞肿胀和肾小管间质损伤代谢物产生等病理改变，均可导致患者肾脏内的扩散受限，因此肾髓质D 值可作为有效诊断DKD 患者早期肾功能的指标之一。

4. 动脉自旋标记磁共振成像( arterial spin labeling magnetic resonance imaging，ASL-MRI)

ASL-MRI 是将动脉血中的水分子经过磁标记后，作为内源性对比剂，通过计算同层面磁标记和未被磁标记图像之间的信号差值，去控制及消除背景和噪声，从而评估组织的血流灌注情况，而相关研究显示肾损伤的主要病因就是肾血量减少所导致的肾脏氧供不平衡。因此，即使ASL-MRI 早期常用于神经系统疾病，但凭借其无需使用外源性对比剂的优势，也逐渐被运用到对CKD 患者肾血流灌注(renal blood flow，RBF)的检测，并且早有研究表明，其获取的肾血流量参数与动态对比增强磁共振成像(dynamic contrast-enhancedmagnetic resonance imaging，DCE-MRI)之间具有良好的一致性。

目前，ASL-MRI 主要分为三大类，包括脉冲动脉自旋标记、连续动脉自旋标记和伪连续动脉自旋标记，其中伪连续动脉自旋标记在评估CKD 患者肾功能方面要优于前两者，并且凭借着良好的准确性和可重复性，临床上也逐渐将其作为评价CKD 患者肾功能的有效手段之一。

Mora-Gutiérrez 等的研究通过评估DKD 肾损伤程度与肾脏灌注血流量之间的相关性，发现随着疾病的进展，肾皮质灌注血流量逐渐降低，说明ASL-MRI 可用于DKD 各阶段肾损害的定量评估。而更多研究则聚焦于其对于CKD 早期肾损害的诊断，Prasad 等的研究发现DKD 患者肾皮质平均血流灌注量与eGFR 呈正相关，其在早期即明显减少。甚至最新研究结果表明，就诊断效能来说，对于CKD 早期，肾皮质RBF 的受试者工作特征曲线曲线下面积(AUC)值甚至要高于eGFR。

这些均提示了其在CKD 早期评估和分期诊断上的潜在价值。除此之外，Niles 等的研究通过ASL-MRI 对肾移植受体和供体进行为期两年的纵向评估发现，二者的肾皮质灌注血流量相较于基线均呈进行性下降，这提示可将其作为长期监测肾移植并发症的影像手段之一并为ASL-MRI提供了新的临床应用方向。

5. 其他fMRI 技术

近来年，除了上述fMRI 技术外，多种新兴成像技术也逐渐被应用到CKD 患者的肾功能评估上，如磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography，MRE)、水通道蛋白磁共振成像(aquaporin magnetic resonance imaging，AQP-MRI) 和扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)等。MRE 是一种非侵入性定量测量组织弹性剪切力的动态成像手段，其主要通过收集经外界弹力装置传播至组织的低频振动波(30 ~70Hz)，再由后处理软件分析以获取组织的结构及弹性值。

MRE 主要被用于肝脏纤维化程度分级中，在肾纤维化的研究方面尚处于探索阶段。Brown 等研究通过各期CKD患者与正常人比较发现，在剪切波为90 Hz 时，肾实质的弹性值要显著低于正常人，并且MRE 剪切刚度会随着CKD 病情加重而逐渐下降，考虑这是由于CKD 中晚期患者肾脏血流灌注的减少，进而肾组织的肿胀和僵硬程度也会明显降低。

Güven 等的研究则表明MRE 弹力值与CKD 患者的肾间质纤维化参数呈负相关，MRE 与实验室指标的联合诊断上表现出较大的研究潜力。但亦有研究分析显示，MRE弹力值并不能有效区分正常人与CKD 患者，而弹力值偏度对CKD 患者的肾功能障碍的识别更为敏感。

AQP-MRI又称为超高b 值DWI，是在IVIM 成像的基础上引入一系列超高b 值( >1500 s/ mm2 )从而获取定量参数ADCaqp。传统DWI 的原理是基于水分子自由扩散实现跨膜转运，但实际上依赖于细胞膜上AQP 蛋白的主动转运，其在维持肾脏组织内外水平衡方面同样发挥着重要的作用。因此，基于三指数模型的AQP-MRI 能够从肾脏血流灌注、组织扩散和AQP跨膜转运三个方面定量评估肾功能的动态变化。

目前，AQP-MRI 已被研究证实可用于肾脏缺血再灌注损伤的评估。而Wang 等的研究则首次说明了AQP-MRI 可用于对Ⅱ型糖尿病早期肾损害的诊断，并发现ADCaqp 与细胞膜上AQP2 的表达密切相关。DKI 最早是由Jensen 等于2005 年首次提出，是一种基于非高斯扩散模型的新兴DWI技术。作为DTI 技术的扩展，DKI 能通过测量生物组织内水分子扩散运动偏离高斯分布的程度，更为准确地定量评估组织微环境的复杂性和异质性，从而反映各组织中不同的病理组织特征。其主要参数包括平均扩散峰度(mean kurtosis，MK)、平均扩散系数(mean diffusion，MD)、FA、轴向扩散峰度(axial kurtosis，AK)和径向扩散峰度(radial kurtosis，RK)。

多项研究表明，DKI 通过更高级的模型拟合，可更为敏感地反映正常肾皮质及肾髓质的组织学特征和多种肾脏疾病早期微观的病理改变。早期Filli 等的研究主要对健康受试者进行了DKI 扫描，结果显示相较于DWI，DKI 与受试者的测量数据拟合曲线更为吻合，从而初步说明了DKI 对正常肾脏组织和功能的诊断价值。魏伟等则通过比较DKD 早期患者与对照组患者的DKI 参数，发现DKD 早期患者肾皮质及肾髓质的MD 和FA 值均低于对照组，而MK 值高于对照组，分析可能是由于DKD 早期系膜基质增生导致组织内水分子扩散运动偏离高斯分布明显，并且三项指标均具有较好的灵敏度和特异度；研究结论认为相较于微量蛋白尿，MD、MK 和FA 值可作为DKD 早期诊断的无创性指标，但三者与DKD 病程发展的相关性仍需要进一步的深入研究。

Lin 等的研究则显示出DKI 在评估CKD 早期肾功能尚未降低或轻微降低时的诊断潜力。与此同时，亦有研究通过探索DKI 在定量评估IgA 肾病患者肾功能和间质纤维化上的临床价值，发现MK 值不仅与eGFR 有良好的相关性，同时其也与肾纤维化的病理分级显著相关，这证实其能为动态监测IgA 肾病患者的肾功能进展及病理损害情况提供可靠的依据。

6. 总结与展望

fMRI 不仅能从肾组织的氧合代谢、水分子扩散和微循环灌注等多方面去定量评估肾功能损害和肾纤维化，还具有安全、无创、可重复性好和灵敏度高的绝对优势，其避免了肾穿刺活体组织检查的创伤性和取样偏差，有助于对CKD 患者进行有效的早期诊断、药物疗效动态监测、个体化方案制定和预后评估。因此，fMRI 已成为CKD 相关研究的持续热点。

但受限于以下几方面原因，使得目前大多数研究仍处于基础研究或临床回顾性研究：(1)存在扫描时间长、呼吸运动伪影、磁化率伪影和图像信噪比低等自身局限性；(2)扫描序列参数、采集图像方案及后处理分析技术均缺乏统一标准，这使得不同研究之间的结果彼此矛盾；(3)对于上述fM-RI 技术参数在CKD 早期诊断和分期标准上未达成相关共识，同时受制于肾穿刺活体组织检查的有创性，大多数研究并没有与病理组织结果进行比对；(4)以往研究多针对于肾组织氧合水平、水分子扩散和血流灌注等某一方面的具体改变，在全面分析CKD 患者肾脏结构和功能方面的研究尚显不足。

综上所述，笔者认为未来CKD 相关研究的新方向，应集中于大样本、多中心、前瞻性以及联合运用多模态fMRI 技术的临床循证研究。

来源：李凌霄，龙拥军，彭希，等.功能磁共振成像评估慢性肾脏病肾功能的临床应用进展[J].临床放射学杂志，2025，44(04)：759-763.DOI：10.13437/j.cnki.jcr.2025.04.013.