0 引言

       慢性肾脏疾病（chronic kidney disease, CKD）作为世界卫生组织（World Health Organization, WHO）认定的主要公共卫生挑战之一，影响着全球超过12%的人口，其发病率和患病率逐年上升，成为全球性的健康问题^[1]。在中国，2017年CKD患病人数已达1.323亿，其中超七成患者处于CKD 1~2期，但由于早期临床症状隐匿，公众知晓率极低^[2]。而高血压作为CKD的主要病因和并发症之一，两者之间存在密切且复杂的相互关系。长期血压增高可通过血流动力学改变、肾小球硬化、肾小管间质纤维化及肾血管病变等机制损害肾脏功能；而CKD则通过水钠潴留、肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活及交感神经兴奋性增高等机制导致血压升高^{[3, 4, 5]}。两者相互作用，进一步加剧肾脏损害和纤维化。因此，评估高血压对CKD患者的肾功能损伤程度的影响，并对CKD进行早期、准确地分期，对于指导治疗、延缓疾病进展、降低并发症风险具有重要意义。

       目前，肾功能的评估主要依赖于血清学指标如估算肾小球滤过率（estimation of glomerular filtration rate, eGFR），然而，其反映整体血液生化，无法观测局部肾功能；而肾穿刺活检虽为金标准，但其有创性限制了随访评估。近年来，功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）因其新型、无创且能揭示肾实质早期病理改变而成为研究热点^{[6, 7]}。其中，准连续式动脉自旋标记技术（pseudo continuous arterial spin labeling, pCASL）作为基于对比剂的灌注MRI的替代方案，能够准确评估肾脏的血流灌注情况，为评估肾功能提供了新的手段^{[8, 9]}。pCASL技术较传统的脉冲式ASL（pulsed arterial spin labeling, PASL）和连续式ASL（continuous arterial spin labeling, CASL）具有较高的信噪比、较短的扫描时间等优势^{[10, 11]}，早期主要在急性缺血性卒中、狭窄闭塞性疾病、脑肿瘤等脑部疾病应用较广^{[12, 13]}，在肾脏方面尚未推广。已有研究表明糖尿病肾病及不同分期的CKD患者肾脏灌注下降^{[14, 15, 16]}，而高血压又会造成肾脏长期高灌注高滤过的状态^[17]，进而可能抵消早期CKD患者肾脏功能下降引起的肾脏灌注减少，这种复杂的变化需要无创而灵敏的手段进行评价与监测。因此，本研究将pCASL技术引入，在有无高血压的CKD患者中探讨肾脏血流灌注的改变。

       综上所述，本研究旨在探讨pCASL在有无高血压的CKD患者肾功能损伤和分期的应用价值，为肾功能评估提供一种更为准确、无创的方法，监测CKD患者的疾病进展，并为早期干预和个体化治疗提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，获得深圳市中医院（广州中医药大学第四临床医学院）医学伦理委员会批准，批准文号：K2023-091-01，全体受检者均自愿接受检查，并签署书面知情同意书。前瞻性纳入2023年8月至2024年12月于深圳市中医院肾病科确诊为CKD的患者70例，并招募健康志愿者20例（healthy volunteer, HV）。本研究中的CKD患者根据《中国高血压防治指南（2024年修订版）》^[18]判断是否同时合并高血压，分为34例CKD非高血压组（non-hypertension CKD, CN）和36例CKD高血压组（hypertension CKD, CH）。本研究使用CKD分期来表示患者肾脏损伤的严重程度，将CKD患者根据eGFR进一步分为轻度组（CN/CH 1~2期）：eGFR≥60 mL/（min•1.73 m²）和中重度组（CN/CH 3~5期）：eGFR<60 mL/（min•1.73 m²）。

       患者组的入组标准：符合改善全球肾脏病预后组织（KDIGO）^[19]对CKD的定义，即肾脏结构或功能异常持续时间超过3个月，且对健康造成影响。HV组的入组标准：（1）无任何肾病史，肾功能正常；（2）无影响肾功能的其他疾病，如糖尿病、高血压、高尿酸等；（3）无服用肾毒性药物。共同的排除标准：（1）可能导致双肾非对称性损害、影响肾脏灌注值测量的疾病，如移植肾、多发良性占位性病变、肾脏恶性肿瘤、肾结石并肾积水等；（2）导致高血压的肾脏器质性疾病，如肾动脉狭窄、肾上腺肿瘤等；（3）磁共振检查禁忌证；（4）肾脏pCASL图像质量差，如低分辨率、低对比度、高噪声或存在严重的运动伪影等。

1.2 磁共振检查

       所有受试者禁食禁饮4 h以上，并在检查前训练规范的呼吸屏气。取舒适仰卧位，采用3.0 T超导型MR仪（MAGNETOM, Prisma, Siemens Healthineer, Erlangen, Germany），18通道体部相控阵线圈进行肾脏pCASL序列扫描，扫描参数：扫描方式为冠状位，扫描范围为双肾上缘至双肾下缘，TR 5000 ms，TE 19.28 ms，体素4.7 mm×4.7 mm×5.0 mm，层厚5.0 mm，层间距0，FOV 250 mm×250 mm，相位编码方向F>H，压脂方式Fat sat.weak，持续时间1500 ms，翻转角28°，采集模式2D，标记层面为肾脏上方并垂直于主动脉，扫描时间5 min 5 s。RBF值按LU等^[10]推荐的下列公式（1）、（2）进行计算。

       M0为平衡磁化强度；λ为血液中水分子组成系数，λ=0.9 mL/g；f表示灌注率，单位为mL/（100 g•min）；α表示反转效率，α=0.98；Δt为动脉通过时间，Δt=750 ms；T1,  blood为动脉血纵向弛豫时间；τ表示脉冲持续时间（标记和标记后持续时间均为1500 ms）；并假定1200 ms的T1值为动脉血的T1。对组织进行背景抑制，T1值分别为230 ms和460 ms，背景抑制后的延迟为30 ms。

1.3 图像后处理及分析

       将pCASL原始数据双肾RBF图导入医学图像标注工具（ITK-SNAP, version 3.8），由一名具有5年腹部诊断经验的放射科副主任医师采用双盲法进行分析：首先完成感兴趣区（region of interest, ROI）的选取，创建标准手动分割，勾画每个层面包括准确肾皮质和髓质的ROI（图1），尽量避开肾边缘、皮髓质分界及肾窦肾血管的位置；再结合我们先前研究^[20]中的半自动分割技术构建的AI模型，客观预测得到每个肾脏对应的ROI，分别计算所有层面总和的平均值，得到肾脏皮质和髓质区域对应的皮质血流灌注（renal blood flow of cortical, cRBF）值和髓质的血流灌注（renal blood flow of medullary, mRBF）值[单位为mL/（100 g•min）]。

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图1  肾脏pCASL图像皮髓质ROI分割示例图（1A~1C）和伪彩图（1D~1F）。1A~1C中红色、绿色区域分别为右肾皮质和髓质对应ROI。与HV组（1A）相比，CKD患者（1B、1C）的血流灌注均减少。pCASL：动脉自旋标记；ROI：感兴趣区；HV：健康志愿者；CKD：慢性肾脏疾病；CN：非高血压CKD组；CH：高血压CKD组。
Fig.1  Segmentation sample of kidney pCASL image ROI (1A-1C) and color map (1D-1F). Compared with HV group (1A), patients with CKD (1B and 1C) had reduced blood perfusion. The red and green areas in 1A-1C indicate cortex and medulla of right kidney respectively, corresponding to ROI. pCASL: arterial spin labeling; ROI: region of interest; HV: healthy volunteer; CKD: chronic kidney disease; CN: non-hypertension CKD group; CH: hypertension CKD group.

1.4 统计分析

       采用IBM SPSS Statistics for Windows（version 25.0, IBMCorp, Armonk, N.Y., USA）软件进行数据分析。分类数据以频数（百分数）表示；对计量资料进行Kolmogorov-Smirnov正态性检验，符合正态分布的参数以均数±标准差表示，非正态分布的参数以中位数（四分位数间距）表示。采用卡方检验对多组分类数据进行比较。对于多组计量资料，采用单因素方差分析进行比较。对两组计量资料，采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验进行比较。采用配对t检验比较左右侧肾脏和皮髓质RBF值的差异。为控制混杂因素，采用协方差（ANCOVA）分析，以年龄和身体质量指数（body mass index, BMI）为协变量，比较各亚组肾脏RBF值的差异，并采用后期Bonferroni校正进行两两比较。采用受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线分析肾脏RBF值对肾功能损伤的诊断价值，及其区分HV和不同亚组CKD患者的能力。使用Spearman相关分析评估CKD患者的肾功能指标与RBF值之间的相关性。所有检验均为双侧检验，P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 研究对象的基本特征

       三组受试者的临床资料分析结果显示（表1），三组间的性别、年龄和BMI之间差异无统计学意义（P>0.05），而CN和CH组的血压和肾功能指标之间差异具有统计学意义（P<0.05）。

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表1  受试者临床特征
Tab. 1  Clinical characteristics of subjects

2.2 左右肾和皮髓质RBF值差异

       所有左右侧肾脏的RBF值之间差异均无统计学意义（P>0.05）（表2），因此后续研究取左右侧肾脏的RBF参数的平均值作为肾脏内部不同解剖区域的RBF参数值进行比较。

       HV、CN、CH三组的肾脏cRBF值分别为（252.57±43.82）、（189.46±57.80）、（199.11±67.10）mL/（100 g•min），均大于mRBF值（128.21±29.23）、（98.26±41.63）、（94.77±48.01）mL/（100 g·min），差异具有统计学意义（HV组：t=25.572，P<0.001；CN组：t=25.434，P<0.001；CH组：t=17.011，P<0.001）。

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表2  左右肾RBF值比较
Tab. 2  Comparison of RBF between left and right kidneys

2.3 肾脏RBF值组间差异

       CKD根据KDIGO最新指南^[19]分为5期，本研究将CKD组分为轻度（1~2期，CN 1~2组）和中重度（3~5期，CN 3~5组）两个亚组。在将年龄和BMI作为协变量进行调整后，采用ANCOVA检验不同分组间肾脏RBF值（表3）。HV、CN 1~2和CN 3~5组RBF值的总体差异具有统计学意义（cRBF：F=18.423，P<0.001；mRBF：F=12.026，P<0.001），进一步两两组间比较结果显示，除HV组与CN 1~2组的mRBF值差异不具有统计学意义（P>0.05），其余亚组间差异均具有统计学意义（P<0.05）。HV、CH和CH 3~5组RBF值的总体差异也具有统计学意义（cRBF：F=12.452，P<0.001；mRBF：F=16.153，P<0.001），进一步两两组间比较结果显示，HV组的RBF值高于CH 3~5组，CH 1~2组的RBF值高于CH 3~5组，而HV组与CH 1~2的RBF值差异不具有统计学意义（P>0.05）。箱形图（图2）显示随着肾脏损伤程度的加重，肾脏灌注也随之减少。

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图2  HV分别与CKD各亚组RBF值组间比较的箱形图。图中白色箱子表示cRBF值，灰色箱子表示mRBF值，随着肾脏损伤程度的加重，肾脏灌注也随之减少。HV：健康志愿者；CKD：慢性肾脏疾病；RBF为血流灌注；cRBF：皮质血流灌注；mRBF：髓质血流灌注；CN：非高血压CKD；CH：高血压CKD；1-2为轻度、3-5为中重度期CKD患者。*：P<0.05，**：P<0.01。
Fig. 2  Comparison of RBF values between HV and CKD subgroups. White box represents cRBF values and gray box represents mRBF values, as the degree of renal fibrosis increases, renal perfusion decreases. RBF: renal blood flow; HV: healthy volunteers; CKD: chronic kidney disease; cRBF: renal blood flow of cortical; mRBF: renal blood flow of medullary; CN: non-hypertension CKD; CH: hypertension CKD; 1-2 are mild CKD patients, 3-5 are moderate to severe CKD patients. *: P < 0.05, **: P < 0.01。

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表3  不同分组肾脏RBF值组间比较
Tab. 3  Comparison of renal cortex and medullary RBF values between different groups

2.4 肾脏RBF值ROC曲线诊断效能分析

       cRBF以188.76 mL/（100 g•min）为临界值区分HV和CN的AUC为0.794，敏感度为52.90%，特异度为95.00%；mRBF以84.64 mL/（100 g•min）为临界值区分HV和CN的AUC为0.715，敏感度为41.20%，特异度为100.00%。而cRBF以215.30 mL/（100 g•min）为临界值区分HV和CH的AUC为0.740，敏感度为58.30%，特异度为85.00%；mRBF以84.73 mL/（100 g•min）为临界值区分HV和CH的AUC为0.726，敏感度为47.20%，特异度为100.00%。此外，区分HV和各亚组之间的诊断效能详见表4。

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表4  RBF对HV和CKD诊断的ROC曲线结果
Tab.4  The results of ROC of RBF to distinguish between HV and CKD

2.5 肾脏RBF值与肾功能指标的相关性分析

       结果显示RBF值均与eGFR呈正相关，与血清肌酐（serum creatinine, Scr）、CKD分期呈负相关，CH组与肾功能指标的相关性较CN组更为显著，其中mRBF与Scr甚至达到强相关（r=-0.703，P<0.001）（图3）。

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图3  肾脏RBF值与肾功能指标的相关性热图。RBF值与eGFR呈正相关，与Scr、CKD分期呈负相关，CH组相关性更为显著。RBF为血流灌注；eGFR：估算肾小球滤过率；Scr：血清肌酐；CKD：慢性肾脏疾病；CN：非高血压CKD组；CH：高血压CKD组；cRBF：皮质血流灌注；mRBF：髓质血流灌注。*：P<0.05，**：P<0.01。
Fig.3  Heat map of correlation between renal RBF values and renal function index. RBF values is positively correlated with eGFR and negatively correlated with Scr and CKD stage, and the correlation is more significant in CH group. RBF: renal blood flow; eGFR: estimation of glomerular filtration rate; Scr: serum creatinine; CKD: chronic kidney disease; CN: non-hypertension CKD; CH: hypertension CKD; HV: healthy volunteers; cRBF: renal blood flow of cortical; mRBF: renal blood flow of medullary. *: P < 0.05, **: P < 0.01.

3 讨论

       本研究应用pCASL技术量化肾脏血流灌注值，结果表明无论有无合并高血压的CKD患者相较健康人均发生肾脏血流灌注减少，且随着肾功能损伤程度的加重，减少的趋势更为明显，提示该技术有望成为CKD患者疾病分期新的影像学参考指标。此外，本研究还发现合并高血压的CKD患者与肾功能指标具有更好的相关性，提示CKD患者的血流灌注还受到高血压这一因素的影响，这一发现为CKD患者进一步的血流动力学及并发症等预后研究打下基础。

3.1 肾脏灌注的解剖区域差异性

       pCASL技术作为一种非侵入性的MRI技术，可定量评估局部区域肾脏的血流灌注。和既往CAI等^[21]的研究相同，本研究结果显示无论是对照组还是病例组，左右侧肾脏的灌注值差异均无统计学意义，这源于双侧肾脏在解剖结构和生理功能层面的高度相似性；且以往研究^[22]表明，随着CKD疾病进展，双侧肾脏的受损程度往往趋于同步。

       此外，肾脏作为一个高度异质性的器官，其皮质灌注显著高于髓质，这和我们的结果相符。这种不同解剖区域的灌注差异可以从肾脏的解剖和生理角度解释：静息状态下肾脏约占人体20%~25%的心输出量，而肾皮质富含肾小球，髓质主要结构为肾小管，最终使得肾总血流量的80%~85%位于肾皮质内，因而肾脏血流灌注表现为区域差异性^{[23, 24]}。

3.2 CKD患者肾脏灌注变化

       CKD患者的病理生理学机制发生显著改变，主要表现为肾功能受损和肾脏结构的纤维化，这一过程导致肾脏血管调节功能下降，进而影响了肾脏的正常血液供应^[25]。此外，高血压、糖尿病等并发症的影响，进一步加剧了肾脏灌注的降低^[26]。而pCASL技术不需使用对比剂，对肾功能受损的患者尤为适用。

       本研究结果显示CKD患者肾脏灌注较HV组显著降低，根据有无高血压分为CN和CH组后，这一结论仍然成立，且随着CKD分期的进展灌注也随之减少。这一趋势与既往研究^[27]一致，进一步验证了pCASL技术在CKD患者诊断及分期的价值。不同研究之间的RBF值范围差异较大，这可能与不同研究使用的设备厂商、型号、序列参数、后处理方式以及纳入样本等有关，亟待未来在大规模的多中心研究中进行验证以及扫描方案标准化。此外，LUBAS等^[28]利用超声技术区分高血压与肾小球肾炎相关的肾脏损害，发现高血压CKD患者动脉血管供应显著减少，同时肾脏灌注也显著减少，猜测原因可能与长时间持续的高血压所带来的压力应变相关。而本研究中由于病例数较少，未能区分病型，以及直接对比相同分期有无高血压的CKD患者的灌注值，亟待未来扩大样本量后进一步验证。

3.3 pCASL对CKD患者的诊断价值

       本研究结果显示，对于非高血压CKD患者，pCASL技术可用于鉴别HV和患者组，还能进一步区分HV和CN 3~5期、CN 1~2期和CN3~5期患者；且由于皮质血流灌注丰富，对pCASL技术更敏感，cRBF的AUC诊断效能大部分高于mRBF。而pCASL区分HV和1~2期CKD患者的AUC差异无统计学意义，可能是由于早期CKD患者肾功能受损较轻，灌注改变不明显导致。

       对于鉴别合并高血压的晚期CKD患者与HV和早期CKD患者组，髓质相比皮质表现出较高的诊断效能，分析原因可能是：合并高血压的CKD患者在一定的动脉血压变动范围内（80~180 mmHg），可维持相对稳定的肾血流量和肾小球滤过率，甚至表现为高灌注高滤过，这一特性可能掩盖了CKD导致的灌注下降，使得皮质血流灌注与HV的差异较小，ROC难以区分；而髓质由于低灌注特性，受到高血压的影响较小^[29]，因此CKD患者肾损伤导致的灌注减少仍可与HV区分开来。另外，本研究样本量较少也可能对结果产生了一定影响。然而也有研究^[28]显示，原发性高血压患者病例组肾皮质RBF值较对照组减小，这可能与高血压病早期即有肾动脉痉挛、管径相对缩小、顺应性减低及小血管阻力增加有关^[30]。

       类似地，大脑血流灌注也受到高血压的影响，其皮质主要组成成分为数以亿计的神经元细胞体和神经纤维，血流较丰富，而髓质位于大脑皮质下方，主要由神经纤维组成，血流灌注较少，但其血流稳定性较高。既往研究证实ASL量化大脑灌注效果良好^{[31, 32, 33]}，LEE等^[34]的研究表明休息状态下脑血流量在新诊断的高血压和正常血压的人群中是相似的，即长期高血压患者的脑血流量可通过血管收缩/血管舒张机制（也称为“脑血流的自动调节”），在广泛的灌注压力范围内保持恒定而接近健康人群的水平^[35]，这与肾脏的早期代偿机制类似。然而，多数研究表明高血压患者脑部呈现为低灌注和缺血灶^[36]，这可能与大脑动脉/小动脉狭窄、总外周阻力增高、压力变异性增加、毛细血管稀疏有关^[37]。

       进一步对RBF值与肾功能指标进行相关性分析结果显示，RBF值与eGFR呈正相关，与Scr、CKD分期呈负相关，与刘键等^[16]研究相比，本研究的相关系数较高，这可能得益于本研究pCASL技术扫描得到的更高分辨率、更好图像质量的灌注图，以及结合自动分割技术进行皮髓质的ROI选取。值得注意的是，高血压CKD组相关性较非高血压CKD组RBF值与肾功能指标相关性更为显著，原因可能是长期慢性高血压的CKD患者中，血流灌注早期代偿性增加，晚期高血压又加重CKD患者肾脏功能下降，加剧灌注下降，呈现更明显的“早高晚低”趋势，各期血流灌注跨度更大，表现为灌注差异更易显现。我们的这一结果提示应用pCASL技术诊断长期慢性高血压的CKD患者时，相较无合并慢性高血压的CKD患者，早期和HV可能更难以区分，而区分晚期CKD患者和HV的诊断效能更好；而这又与急性血压变化引起的灌注改变机制不同，先前KANNENKERIL等^[38]通过冷试验激活健康人和患有原发高血压的人群的交感神经系统，肾脏RBF发生了短期急剧下降。

3.4 本研究的局限性

       第一，本研究具有病理结果的病例数较少，未能细分病型以及直接比较有无高血压的同期CKD患者的灌注值区别，未来需扩大样本并细化病型进一步验证；第二，在深入探究CKD患者肾脏损伤过程的机制时，有必要结合其他功能序列如磁共振弹性成像、体素内非相干运动弥散加权成像等，更全面理解肾功能和结构的变化；第三，本研究为单中心研究，希望未来通过多中心合作协同不同制造商的先进设备，开展更为深入的研究。

4 结论

       综上所述，本研究结果表明pCASL可用于诊断CKD，为疾病分期提供新的影像学参考指标，其中合并高血压的患者灌注指标与肾功能指标具有更好的相关性，提示应用该技术测得的肾脏RBF值对CKD进行诊断分期时，应考虑有无高血压这一因素。