0 引言

       慢性肾脏病（chronic kidney disease, CKD）是指由多种原因引起的、持续损伤肾脏功能的疾病，其持续时间一般超过三个月，对健康造成影响^{[1, 2]}。CKD现已成为全球范围内排行前10位的导致死亡病因，构成重大公共健康挑战。研究显示我国成年人CKD患病率为10.8%，但由于起病较隐匿，人群的知晓率和诊断率普遍较低^[3]。又因其病理机制复杂^{[4, 5, 6]}，可涉及肾实质损伤、缺氧、炎症、代谢紊乱及血流动力学异常等多个环节^{[7, 8, 9]}，并伴随肾周脂肪的异常沉积^{[10, 11]}，近期有研究发现肾周脂肪厚度是CKD的独立危险因素^[7]，因此若未能及时干预，病情可逐渐进展至肾衰竭^[12]。近年来，CKD的发病人数、死亡人数和伤残调整寿命年人年数均呈增长趋势^{[13, 14, 15]}，因此早期诊断与准确评估肾脏损害程度对延缓疾病进展、改善预后至关重要^{[15, 16, 17]}。

       目前临床常用的肾功能评估手段存在一定的局限性，尿微量白蛋白检测易受感染、发热等因素的干扰，基于血清肌酐估算的肾小球滤过率（estimated glomerular filtration rate, eGFR）在肾功能轻度受损时敏感度不足，肾穿刺活检作为金标准虽能提供直接病理证据，却因其有创伤性难以常规化且无法动态监测，因此不能被临床广泛推广使用^[18]。这些传统方法在早期损伤预警、动态检测及治疗反应评估方面存在不足，尤其难以发现肾脏微观结构和代谢功能的早期改变。近年来，具有高软组织分辨率及多参数定量分析的MRI成为研究肾脂沉积的重要工具，其中水脂分离技术通过精准分离水脂信号，可定量测量肾脏脂肪分数（fat fraction, FF）及表观自旋-自旋弛豫率（apparent relaxation rate, R2^*）值，为早期识别CKD及量化CKD肾脏损害程度提供了新方法。本文结合近年研究进展，系统阐述MRI水脂分离技术在早期识别及评估CKD肾脏损害中方法学原理、临床应用价值、前沿进展及局限性，填补现有文献在该领域的整合分析空白，并探讨其未来发展方向，以便更好地为CKD临床治疗服务。

1 磁共振水脂分离技术

1.1 技术进展及原理

       化学位移成像（chemical shift imaging, CSI）是磁共振波谱多体素空间选择的一种成像技术，水分子（H₂O）与脂肪（主要成分为-CH₂-）中氢质子的进动频率存在约3.5 ppm的差异，这一现象被称为化学位移，其是磁共振水脂分离技术的核心物理基础^[19]。梯度回波序列作为MRI的基础序列，其显著特点是对磁场不均匀性相对敏感，恰好能对水与脂肪间的微小化学位移效应产生良好响应，因此成为磁共振水脂分离技术的经典实现载体。具体而言，该技术的核心实现逻辑是通过精确控制回波时间（echo time, TE），分别采集水与脂肪中氢质子信号处于同相位和反相位的两幅图像^[20]。在梯度回波序列中，特定TE的精准设定可使两种质子的磁化矢量在同相位时信号叠加、反相位时信号相减，从而获得信号对比差异显著的成对图像（图1A）。在此基础上，通过对同反相位图像的信号进行数学处理（如经典的Dixon方法），即可有效分离并计算出纯水像与纯脂肪像，最终实现组织内水与脂肪的定量分离及评估^[21]。传统Dixon技术采用两点法（两次回波采集），计算简单但易受磁场不均匀性影响，导致伪影较重。而后续发展的多回波Dixon技术（如mDixon-Quant序列、IDEAL-IQ序列）^{[22, 23]}，通过采集多个TE对应的图像，进一步克服了磁场不均匀性带来的相位误差，使得水脂分离的准确性明显提高，并对运动伪影的耐受性更好，因此该技术可支持脂肪的定量分析（图1B）^{[24, 25, 26]}。此外多回波Dixon技术也可以进行R2^*值的测定，因R2^*值与组织脱氧血红蛋白及组织氧分压相关，现临床多用R2^*值评价组织缺氧程度^[25]。例如飞利浦的mDixon-Quant序列和GE的IDEAL-IQ序列，是指在6个不同回波时间点进行信号采集，并结合迭代最小二乘算法，生成FF、水分数以及R2^*序列图像，并校正磁场不均匀性，使量化肾脏脂肪沉积和铁过载的准确性得到提高。

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图1  磁共振水脂分离技术原理。1A：化学位移成像及梯度回波序列原理；1B：多回波Dixon技术。
Fig. 1  Principles of magnetic resonance water-fat separation techniques. 1A: Principles of chemical shift imaging and gradient echo sequence; 1B: Multi-echo Dixon technique.

1.2 技术优势

       与传统MRI技术（常规MRI序列、传统脂肪抑制技术等）相比，多回波Dixon技术具有以下优点：（1）高组织对比度，在腹部、骨盆、关节等脂肪含量较高的区域，可高效抑制脂肪信号、凸显水信号，大幅提升病变与周边组织的对比度，既能清晰呈现水肿、炎症、肿瘤等病变，又能降低脂肪伪影的干扰^{[21, 27, 28]}；（2）多对比度成像，单次扫描无需额外增加扫描步骤，即可同步获取水像、脂像、同相位及反相位图像，不仅提供充足的诊断依据，还能节省诊疗时间与成本^[29]；（3）磁场均匀性适应性强，对主磁场（B0）和射频场（B1）的均匀性要求不高，适配不同场强的磁共振设备（含低场强系统），即便在扫描部位偏中心、扫描范围较大，或存在金属植入物的场景下，也能保持稳定工作状态^{[30, 31, 32]}；（4）脂肪定量精准，可精确测算组织内脂肪含量，例如用于肝脏脂肪肝的评估、肌肉脂肪浸润情况的分析等，目前也有用于肾脏病变时脂肪沉积情况，因此为代谢性疾病的诊断及治疗效果监测提供可靠的定量数据支持^{[33, 34]}；（5）多回波Dixon在临床实践中，具有扫描时间短，速度快，临床接受度高的特点。

2 磁共振水脂分离技术在CKD中的应用

2.1 临床前研究：Dixon量化肾脏脂肪成分作为CKD诊断影像标志物

       脂肪异位沉积（ectopic lipid deposition, ELD）是CKD的重要病理特征，与肾间质纤维化、氧化应激密切相关。ELD尤其是肾窦和肾周脂肪，会通过脂毒性、炎症反应及机械压迫加速肾功能恶化。李小慧等^[35]通过动物模型证实，肾脂肪沉积可激活固醇调节元件结合蛋白-1（SREBP-1）通路，促进脂毒性介导的肾小管损伤。另有动物实验进一步证实，利用mDixon-Quant序列测得的肾内脂肪含量与SREBP-1/PPARα通路异常激活直接相关，并提示脂代谢失衡是CKD的重要驱动因素^[36]。在方法学验证层面，祝翠玲等^[37]的临床前研究证实，mDixon-Quant技术可通过FF值无创且精准地量化脂肪组织的成分变化（如棕色脂肪活性），该研究验证了该技术在活体定量脂肪方面的可靠性，为其应用于肾脏这一脂肪沉积非主要器官的定量研究提供了直接的方法学参照。因此基于这一技术能力，得以进一步探讨其在CKD患者肾周脂肪浸润定量评估中的具体价值。

2.2 磁共振水脂分离技术早期识别CKD

       有研究显示多回波Dixon技术可以评估肾脏的肾周脂肪及氧代谢情况，进而可以早期诊断CKD。LIU等^[38]通过多回波Dixon技术测量肾脏皮质与髓质的质子密度脂肪分数（proton density fat fraction, PDFF）及R2^*值，对比分析了105名2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）患者和26名健康志愿者的数据，结果显示肾脏的PDFF值和R2^*值在无糖尿病肾病（diabetic kidney disease, DKD）、DKD Ⅰ~Ⅱ期、DKD Ⅲ~Ⅳ期组间差异具有统计学意义，PDFF值与R2^*值随DKD进展同步上升，且两者呈显著正相关（r=0.692~0.717，P<0.05），此外，PDFF、R2^*值与血清肌酐、尿液白蛋白与肌酐、微量白蛋白尿之间呈显著正相关（r=0.283~0.689，P<0.05），PDFF值、R2^*与eGFR呈显著负相关（r=-0.718~-0.568，P<0.05）。验证了多回波Dixon技术可评估肾脏脂肪沉积与氧代谢状态，为CKD的早期发现与进展监测提供了重要影像学手段。YANG等^[39]基于mDixon-Quant研究了40例糖尿病患者和20例健康志愿者，并根据尿白蛋白/肌酐比值（albumin-to-creatinine ratio, ACR）将糖尿病患者分为两组：T2DM（20例，ACR<30 mg/G）和糖尿病肾病（20例，ACR≥30 mg/G），结果显示3组间肾皮质和髓质的FF值及R2^*值均有显著差异，表现为健康志愿者组<T2DM组<糖尿病肾病组，所以，利用mDixon-Quant成像技术可以无创性地区分T2DM、糖尿病肾病及健康者，间接证明了mDixon-Quant可以早期评估T2DM患者的肾脏脂肪及氧代谢情况。谢亮华等^[40]研究将189例T2DM患者[肾小球滤过率（glomerular filtration rate, GFR）<60 mL/（min•1.73 m²）]根据mDixon-Quant序列测得的PDFF值（2.498~7.434）分为三组，结果显示肾脏PDFF高分位数组的患者较于低分位数组的患者发生CKD的风险显著增加（OR=3.98，95% CI：1.12~14.09，P＝0.032），该模型的ROC曲线下面积为0.836（95% CI：0.765~0.907），证明基于六回波mDixon-Quant的肾脏PDFF与T2DM患者的CKD风险显著独立相关。WANG等^[41]运用mDixon-Quant序列对35例CKD患者（根据肾损伤程度分为轻度和中重度组）和22例健康志愿者进行对比研究，发现三组间皮质区FF值和皮质区R2^*值差异有统计学意义（P<0.001），中重度组皮质FF值显著高于轻度组（P<0.05），轻度、中重度组皮质R2^*值均显著高于健康志愿者组（P<0.001）。因此，mDixon-Quant在CKD早期诊断和评估CKD患者肾脏损害程度方面具有潜在的临床价值。

2.3 磁共振水脂分离技术对CKD的疾病分期

       王悦等^[42]根据改善全球肾脏病预后组织CKD分期标准将27例CKD患者分为轻度肾损害和中重度肾损害，另外纳入健康志愿者20名，用mDixon-Quant序列分析测得的R2^*值数据，结果显示轻度肾损害组[17.70（16.62，21.74）s^-1]皮质R2^*值显著高于中重度肾损害组[15.76（14.64，15.98）s^-1]和健康志愿者组[15.22（14.37，16.35）s^-1]，P均<0.05，且皮质R2^*值鉴别CKD轻度与中重度损害的受试者工作特征曲线下面积（area under the curve, AUC）为0.94，鉴别CKD轻度肾损害与健康志愿者的AUC为0.88，因此mDixon-Quant序列也可以用于CKD的分期。

2.4 磁共振水脂分离技术可预测CKD进展

       王国光等^[43]将收集到的CKD患者分为早期组20例[30 mL/（min•1.73 m²）≤GFR<60 mL/（min•1.73 m²）]，晚期组15例[GFR<30 mL/（min•1.73 m²）]采用mDixon-Quant技术预测CKD进展，结果显示晚期CKD组髓质R2^*值均低于对照组及早期CKD组（P<0.05），且R2^*在区分早期、晚期CKD患者时AUC为0.735，敏感度为55%，特异度为93%，诊断界值为34.88 s^-1（P<0.05），证实了肾脏mDixon-Quant序列的R2^*值与CKD进展显著相关，能评估CKD患者肾功能的变化，预测CKD患者病情发展。也有研究表明，CKD患者的血清铁蛋白值、肝脏R2^*值、脾脏R2^*值与肝脏铁和脂肪定量分析（hepatic iron and fat quantification, HISTO）定量参数推算的肝脏铁含量（liver iron concentration, LIC）呈正相关（P<0.05）^[44]，提示R2^*可指导个体化治疗。

3 磁共振水脂分离技术在CKD中应用的优势与局限性

       由上述的研究可以总结出目前多回波Dixon技术用于诊断CKD的优势：（1）早期诊断，该技术在CKD早期即可检测到肾皮质FF升高，较传统生物标志物（如尿蛋白）更敏感^{[39, 41]}；（2）疾病分期，该技术可以区分健康者与轻度肾损害，以及轻度肾损害与中重度肾损害^[42]，进而可以早期预防并减缓CKD的肾损害；（3）预测CKD进展及预后评估，研究表明肾周脂肪可能是CKD的独立预测因素^[7]，且肾周脂肪体积增加与CKD患者心血管事件风险呈正相关^{[7, 45]}，因此其有望成为综合判断预后的影像标志物，但仍需要进一步研究加以验证。

       尽管多项研究已经验证了多回波Dixon技术的可靠性，但是我们也必须清晰认识到限制其实现大规模临床应用的局限性。首先，技术标准化是多中心研究与结果可比性的核心瓶颈。目前，该技术的扫描序列与后处理算法在不同MRI设备厂商及不同场强（1.5 T与3.0 T）间存在差异，缺乏统一的图像采集协议、后处理流程与定量校准标准，导致各中心数据难以直接合并与比较，严重制约了其在大规模、前瞻性临床研究中的应用与证据等级提升。其次，临床转化需充分考虑卫生经济学因素。MRI检查本身成本较高，而多回波Dixon序列的扫描及后续定量分析时间相对更长，对设备和技术人员要求也更高。在当前医疗资源环境下，其作为CKD筛查或长期随访工具的成本效益比尚未得到充分验证，这直接影响了其在临床实践，特别是基层医疗中的可及性与推广潜力。此外，现有研究存在以下局限：多数研究样本量有限，结论需要谨慎提出；有研究指出，肥胖患者大量的皮下脂肪可能对肾周脂肪的精准量化造成干扰；王国光等^[43]的研究显示，在区分早、晚期CKD时，mDixon-Quant序列的敏感度（55%）低于血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging, BOLD-fMRI）（70%），提示其作为单一指标可能存在不足。因此，未来需致力于开发跨厂商、跨场强的标准化方案，并开展严格的卫生经济学评价，同时要扩充病例样本，获取高质量且有代表性的数据，推动该技术从研究走向临床。除此之外也可以联合多模态MRI技术提升诊断效能：（1）酰胺质子转移（amide proton transfer, APT）可反映肾组织pH值及蛋白质代谢，有研究发现APT值和mDixon-Quant序列的FF值存在正相关，两者联合可从不同角度反映肾损伤程度^[46]；JU等^[47]的研究进一步证实了mDixon-Quant与APT成像技术在联合诊断CKD的肾功能方面有一定的临床价值。（2）T1-mapping序列对于评价CKD肾功能损伤程度具有一定的价值^{[48, 49]}，并且有研究发现T1 mapping与R2^* maps参数联合在区分CKD轻度和中重度肾损害时具有良好的准确性（AUC=0.97）^[42]。（3）肾脏BOLD-fMRI及mDixon-Quant序列的R2^*值都可以定量分析肾脏髓质缺氧情况^{[50, 51, 52]}，但BOLD序列的敏感度显著高于Dixon-Quant序列^[43]，且R2^*值受多种因素（如铁含量、血流）影响，未来研究若能联合T2值及BOLD成像等多参数进行综合评估，或将能更精准、特异地揭示CKD过程中的髓质缺氧变化，从而提升对肾功能演变和病情发展的预测能力。（4）动脉自旋标记（arterial spin labeling, ASL）可无创性评价CKD的肾脏病理损伤^{[52, 53]}，与eGFR相比较，ASL检测早期CKD肾损害的敏感度从50%提高到70%^[54]。

4 小结与展望

       因CKD在全球范围内的疾病负担持续增长，开发更早期、更有效的评估手段已成为临床迫切需求。磁共振水脂分离技术以其无创性定量评估肾脏的脂肪浸润、铁沉积及微环境代谢异常的能力，为CKD的早期识别、病理分型及治疗监测提供了崭新的手段。结合近年研究进展，尤其是人工智能方法的兴起，未来应在以下方面深入推进。（1）开展大规模、标准化多中心研究：整合数据资源，验证该技术在CKD早期诊断与疗效评估中的实际价值，并着力制定跨设备、跨场强的统一扫描与后处理标准。（2）深化人工智能与影像组学的融合应用：AI算法可自动、精准地分割肾脏及肾周脂肪区域，大幅提升ROI勾画效率与可重复性。更重要的是，通过深度学习挖掘水脂分离图像中肉眼难以识别的细微特征，构建与肾功能损害、病理分型乃至预后相关的影像组学模型，实现更深层次的疾病表征与风险预测。（3）推动多模态技术与多组学数据整合：将水脂分离参数与BOLD、体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion, IVIM）等MRI功能参数融合，并结合脂质组学、代谢组学等分子信息，系统阐明肾内脂肪沉积的分子机制及其在CKD进展中的角色。（4）优化扫描技术与评估卫生经济学效益：开发快速、稳健的扫描序列以提升临床适用性，并同步开展成本效益分析，明确其在临床诊疗路径中的最佳定位。相信随着影像技术的进步、AI方法的深度介入以及临床循证证据的积累，磁共振水脂分离技术有望在CKD的精准化、个体化管理体系中发挥更核心的作用。