腎臟動(dòng)脈自旋標(biāo)記功能磁共振成像的研究進(jìn)展

范雪姣 郭啟勇

腎臟動(dòng)脈自旋標(biāo)記功能磁共振成像的研究進(jìn)展

范雪姣①郭啟勇①

動(dòng)脈自旋標(biāo)記磁共振功能成像(ASL-fMRI)可以通過(guò)測(cè)定局部組織血流量，進(jìn)而反映器官的血流動(dòng)力學(xué)及病理生理學(xué)的變化，為臨床治療以及科研提供了一種新方法。隨著MR成像技術(shù)的不斷改進(jìn), 動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)作為一種MR灌注成像新方法已得到應(yīng)用，并具有無(wú)創(chuàng)性、可重復(fù)性高和組織對(duì)比度較好的優(yōu)點(diǎn)。目前腎臟ASL-fMRI的臨床研究不斷增多，主要包括移植腎、腎腫瘤、急性腎損傷以及慢性腎功能不全等患者腎臟血流變化的研究。

動(dòng)脈自旋標(biāo)記；腎臟；磁共振功能成像

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.11.023

[First-author’s address] Department of Radiology, Sheng Jing Hospital of China Medical University, ShenYang, 110004, China.

腎臟是機(jī)體血供量最豐富的器官，靜息狀態(tài)下成人腎臟的血流灌注約占心輸出量的20%～25%；其中80%血流供應(yīng)腎皮質(zhì)，血流量約440 ml/(100 g.min)，15%供應(yīng)外髓部，血流量約150 ml/(100 g.min)，剩余約5%供應(yīng)內(nèi)髓[1]。同時(shí)，腎臟也是疾病的多發(fā)器官，腎臟腫瘤、炎性病變及梗阻性病變等都可導(dǎo)致腎臟局部血流的變化。動(dòng)脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記(arterial spin labeling，ASL)MRI灌注成像是近年來(lái)發(fā)展的用來(lái)反映組織的微血管分布及血流灌注情況的磁共振新技術(shù)，可以提供血流動(dòng)力學(xué)方面的信息[2]。與動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振相比，動(dòng)脈自旋標(biāo)記磁共振功能成像(ASL-fMRI)能夠量化分析皮質(zhì)腎血流量，具有無(wú)創(chuàng)性、可重復(fù)性好及空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于腎臟功能研究[3-4]。

1 腎臟ASL-fMRI基本原理及技術(shù)方法

ASL-fMRI方法是指利用選擇性的反轉(zhuǎn)脈沖標(biāo)記供血?jiǎng)用}中的氫質(zhì)子(即標(biāo)記)，磁標(biāo)記的動(dòng)脈血作為內(nèi)源性對(duì)比劑。待標(biāo)記血進(jìn)入組織，與組織發(fā)生物質(zhì)交換后成像，所成圖像(即標(biāo)記像)包括原靜態(tài)組織以及流經(jīng)成像區(qū)組織標(biāo)記血的量。為了消除靜態(tài)組織的信號(hào)，對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行再一次未標(biāo)記血成像(即控制像)，包括靜態(tài)組織信號(hào)。標(biāo)記像與控制像減影，所得的差值像只與流入成像平面的標(biāo)記血有關(guān)。這種變化反映了組織局部的血流量(即灌注)[5]。

ASL技術(shù)根據(jù)標(biāo)記方式的不同分為連續(xù)式(continuous arterial spin labeling，CASL)和脈沖式(pulsed arterial spin labeling，PASL)兩大類(lèi)[6-7]。CASL的成像原理由Detre等[9]首次提出，于成像層面近端固定的層面對(duì)供血?jiǎng)用}的水質(zhì)子進(jìn)行持續(xù)標(biāo)記[7-9]。PASL與CASL相比，成像原理是在成像層面近端應(yīng)用反轉(zhuǎn)脈沖來(lái)標(biāo)記供血?jiǎng)用}中的質(zhì)子，且持續(xù)到標(biāo)記的質(zhì)子進(jìn)入成像層面為止[10]。血流敏感性的交替反轉(zhuǎn)恢復(fù)(flow sensitive alternating inversion recovery，F(xiàn)AIR)技術(shù)在腹部成像中應(yīng)用較為廣泛。張帆等學(xué)者比較單次激發(fā)快速自旋回波-流動(dòng)敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(SSFSE-FAIR)與平面回波-流動(dòng)敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(EPI-FAIR)所測(cè)量的健康人腎臟的相對(duì)血流量值(rBFV)，從而評(píng)價(jià)兩種序列在正常腎臟檢查中的應(yīng)用價(jià)值[11]。實(shí)驗(yàn)采用3.0T磁共振掃描儀掃描，按3種方式采集圖像：EPI-FAIR屏氣法、SSFSE-FAIR自由呼吸法及SSFSE-FAIR屏氣法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SSFSE-FAIR圖像空間分辨率較高，可區(qū)分腎臟皮髓質(zhì)結(jié)構(gòu)，并較好評(píng)判腎臟皮髓質(zhì)的灌注狀態(tài)。

2 ASL-fMRI在腎臟病變中的應(yīng)用

2.1 移植腎

腎臟移植是腎功能衰竭患者最理想的腎臟替代方法，由于手術(shù)技術(shù)的進(jìn)步和免疫抑制劑的發(fā)展，腎移植術(shù)后1年的存活率極大提高。腎移植穿刺活檢是目前診斷移植腎功能異常的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但該技術(shù)為有創(chuàng)檢查，伴有出血及感染等風(fēng)險(xiǎn)，就為腎臟磁共振功能成像的無(wú)創(chuàng)性、可重復(fù)及動(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè)移植腎功能的手段提供了應(yīng)用前景。Lanzman等[13]首次對(duì)20位腎移植患者采用1.5TMR設(shè)備，行非增強(qiáng)流動(dòng)敏感交互反轉(zhuǎn)恢復(fù)(FAIR-TrueFISP)ASL-fMRI技術(shù)進(jìn)行成像，評(píng)價(jià)移植腎功能穩(wěn)定者與功能急劇下降者的腎灌注，并且進(jìn)行定量計(jì)算。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，急性腎功能惡化者皮質(zhì)灌注降低具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Artz等[14]發(fā)現(xiàn)FAIRASL磁共振灌注成像在腎移植患者中腎皮質(zhì)的腎血流量重復(fù)性較好，而對(duì)于腎髓質(zhì)沒(méi)有很好的重復(fù)性。Heusch等[15]同樣應(yīng)用ASL-fMRI評(píng)價(jià)移植腎功能，結(jié)果顯示，腎臟輕中度受損的腎移植患者的腎皮質(zhì)腎血流灌注值與腎臟嚴(yán)重受損的移植腎患者的腎血流灌注值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。因此，ASL-fMRI可以用于腎移植后的腎血流灌注功能監(jiān)測(cè)，早期發(fā)現(xiàn)排斥反應(yīng)，積極爭(zhēng)取治療時(shí)間，從而觀(guān)察治療效果。

2.2 腎腫瘤

臨床上腎臟腫瘤的診斷多依靠穿刺活檢及外科手術(shù)病理，而影像上腎臟腫瘤的診斷多倚重其形態(tài)學(xué)。ASL-fMRI對(duì)于腫瘤的結(jié)構(gòu)成分的研究已有報(bào)道，Lanzman等[16]對(duì)42例懷疑腎腫物的患者在進(jìn)行常規(guī)1.5 T臨床MRI檢查前，進(jìn)行了ASL-fMRI檢查，并計(jì)算腎臟腫瘤灌注的平均值和峰值水平，與手術(shù)后病理結(jié)果相比照，發(fā)現(xiàn)乳頭型腎細(xì)胞癌的平均灌注值低于透明細(xì)胞型；腎嗜酸細(xì)胞瘤的灌注平均值和峰值水平高于乳頭型腎細(xì)胞癌；腎嗜酸細(xì)胞瘤的平均腫瘤灌注值高于透明細(xì)胞癌。表明ASL-fMRI成像可在腎血流灌注水平上區(qū)分和診斷不同病理類(lèi)型的腎臟腫物。同樣的結(jié)果見(jiàn)于Masarapu等[17]對(duì)癌患者的研究。對(duì)于腎臟功能受損的腎腫瘤患者，磁共振灌注成像可以無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)，以免對(duì)腎臟造成二次傷害[18-19]。

2.3 急性腎損傷

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是臨床常見(jiàn)疾病，病因由于藥物中毒性、感染性、缺血性以及尿路梗阻性疾病導(dǎo)致?；颊叱０l(fā)展為慢性腎臟病、終末期腎病，甚至導(dǎo)致死亡[20]。研究數(shù)據(jù)表明，急性腎損傷發(fā)病中的6%患者需要透析治療[21]。隨著RIFLE標(biāo)準(zhǔn)和AKIN標(biāo)準(zhǔn)的提出，急性腎損傷的診斷取得進(jìn)展，但目前尚無(wú)有效的生物學(xué)標(biāo)記物對(duì)早期診斷急性腎損傷的報(bào)道，而且除了有創(chuàng)傷性的腎穿刺活檢可明確診斷外，臨床上尚缺乏有效的無(wú)創(chuàng)性快速診斷和隨訪(fǎng)腎功能的有效手段[22-23]。

ASL-fMRI技術(shù)提供了一個(gè)無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)急性腎損傷腎功能的手段。Hueper等[24]利用藥物誘導(dǎo)小鼠建立AKI模型，應(yīng)用ASL-fMRI功能成像進(jìn)行腎臟血流量的測(cè)量，結(jié)果顯示，中度AKI小鼠及重度AKI小鼠與術(shù)誘導(dǎo)前相比，腎灌注血流量值有顯著差異性；中度和重度AKI小鼠腎臟體積、腎小管損傷程度與菊粉及對(duì)氨基馬尿酸清除率有顯著相關(guān)性。另有研究采用ASL-fMRI成像量化分析AKI患者的腎血流量(renal blood flow，RBF)，結(jié)果表明，F(xiàn)AIR-SSFSE序列在不引入對(duì)比劑的情況下，可對(duì)健康志愿者及AKI患者的RBF進(jìn)行可靠的量化分析AKI，患者的腎臟皮質(zhì)和髓質(zhì)RBF均降低，這為AKI疾病的診斷提供了有價(jià)值的信息，對(duì)腎功能不全的患者尤為重要[25]。

2.4 慢性腎病

對(duì)慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)患者進(jìn)行早期診斷、對(duì)腎功能以及病理?yè)p傷程度進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，是延緩CKD進(jìn)展、減慢形成終末期腎臟病的有效手段。目前檢測(cè)腎功能的主要方法是檢測(cè)血清肌酐水平，但此方法不能敏感地反映腎功能的早期變化。同位素示蹤檢測(cè)腎小球?yàn)V過(guò)率(glomerular filtration rate，GFR)是目前國(guó)際公認(rèn)評(píng)價(jià)CKD臨床分期的主要指標(biāo)，但其具有輻射性，而且空間分辨率低，在臨床廣泛應(yīng)用有一定的局限性[26]。腎臟病理活檢是評(píng)價(jià)CKD腎功能損害程度的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其具有創(chuàng)傷性，不易被患者接受。因此，研究一種無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)腎臟形態(tài)與功能的檢查手段，是臨床亟待解決的問(wèn)題。ASL-fMRI對(duì)于CKD的研究國(guó)內(nèi)外較少見(jiàn)。Rossi等[27]學(xué)者對(duì)9例輕中度腎功能不全(CKD分期1～3)進(jìn)行1.5TMR設(shè)備進(jìn)行掃描，采用FAIR-True-FISP序列量化腎臟血流量，并利用直方圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示，中度CKD患者腎皮質(zhì)及髓質(zhì)的腎血流量RBF值明顯低于健康者。ASL-fMRI數(shù)據(jù)直方圖分析可能有助于檢測(cè)慢性腎臟疾病，在臨床環(huán)境監(jiān)測(cè)CKD疾病的進(jìn)展。在對(duì)于CKD的腎灌注國(guó)內(nèi)外研究中，應(yīng)用血氧水平依賴(lài)磁共振成像方法研究較多見(jiàn)，因其可以反映組織的氧含量及血氧飽和度情況，從而了解組織的局部代謝[28]。

2.5 對(duì)比劑腎病

對(duì)比劑腎病是指經(jīng)血管內(nèi)注射碘對(duì)比劑后72 h內(nèi)發(fā)生的AKI。最新的定義為血清肌醉SCr升高0.5 mg/dl(44.2 μmol/L)或比基礎(chǔ)值升高25%。對(duì)比劑腎病不僅明顯延長(zhǎng)患者的住院時(shí)間，更顯著增加病死率[29]。有學(xué)者將29只SD大鼠腎注入碘對(duì)比劑后分別于20 min、24 h、48 h及72 h利用ASL-fMRI進(jìn)行腎臟血流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腎臟的內(nèi)、外髓對(duì)照組與注入對(duì)比劑后20 min、24 h、48 h及72 h各觀(guān)察組RBF值有顯著差異，從而證實(shí)ASL-fMRI成像技術(shù)，可定量的反映注入碘對(duì)比劑后腎臟的血流變化。

ASL-fMRI成像可以無(wú)創(chuàng)的、在不引入對(duì)比劑的條件下，對(duì)使用對(duì)比劑后發(fā)生AKI患者的腎血流量進(jìn)行可靠的分析。與正常對(duì)照組相比，腎皮質(zhì)、髓質(zhì)的腎血流量值的降低具有潛在診斷對(duì)比劑腎病的價(jià)值。

2.6 其他

腎動(dòng)脈狹窄(RAS)是繼發(fā)性高血壓的主要原因，磁共振血管成像已成為重要的診斷工具。Fenchel等[30]應(yīng)用動(dòng)脈自旋標(biāo)記成像無(wú)創(chuàng)性對(duì)腎血流進(jìn)行腎功能評(píng)估，從而對(duì)無(wú)腎動(dòng)脈狹窄史的人中證實(shí)出患腎動(dòng)脈狹窄疾病。

同時(shí)，A S L-f M R I對(duì)于藥物治療評(píng)價(jià)也有報(bào)道[31]。有學(xué)者對(duì)誘導(dǎo)腎細(xì)胞癌的小鼠注入sorafenib索拉非尼(一種針對(duì)促進(jìn)血管生長(zhǎng)的蛋白藥劑)，利用ASL-fMRI對(duì)于腎臟腫瘤的灌注值進(jìn)行測(cè)量，從而證實(shí)動(dòng)脈自旋標(biāo)記成像可以評(píng)價(jià)藥物對(duì)腎腫瘤的局部療效[32]。

最新的研究表明，ASL-fMRI對(duì)藥物誘導(dǎo)的大鼠腎臟血流灌注具有很強(qiáng)的敏感性，并且對(duì)各種嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型的腎血流量具有可行性[33]。體外沖擊波碎石術(shù)治療上尿路結(jié)石是一種非侵入性治療的有效性，Abd Ellah等[34]利用ASL-fMRI評(píng)估了體外沖擊波碎石(ESWL)患者的腎血流量的變化。

3 展望

隨著影像技術(shù)的不斷發(fā)展，影像學(xué)評(píng)價(jià)腎臟已從傳統(tǒng)的超聲、CT單純形態(tài)學(xué)研究進(jìn)展到磁共振功能成像研究階段[35]。相關(guān)成像技術(shù)包括如血氧水平依賴(lài)成像(BOLD)、彌散加權(quán)成像已在腎臟研究中發(fā)展較為迅速[36]。ASL-fMRI能夠無(wú)創(chuàng)提供腎臟局部血流灌注的情況，在未來(lái)的研究中有望對(duì)其他腎臟疾病，比如糖尿病腎病、狼瘡腎炎及免疫球蛋白A(IgA)腎病等方面進(jìn)行研究的可行性。隨著ASL-fMRI技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，更多的成果將會(huì)不斷應(yīng)用到臨床實(shí)踐中。

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Research on the progress of ASL functional magnetic resonance imaging of kidney

FAN Xue-jiao, GUO Qi-yong
China Medical Equipment,2015,12(11)∶71-74.

ASL-fMRI by measuring tissue blood flow, thus reflects the pathophysiology of organ blood flow dynamics and change, provides a new method for clinical and scientific research.With the improvement of MR image technology, technology as a MR perfusion imaging of arterial spin labeling method has been applied.It is non-invasive, repeatable high tissue contrast with a good advantage. Current clinical studies of renal ASL-fMRI is increasing. Includes renal transplantation, kidney tumors, acute kidney injury, patients with chronic renal dysfunction renal blood flow studies. Below reviews the progress of renal ASL-fMRI.

Arterial spin labeling; Kidney; Functional magnetic resonance imaging

范雪姣，女，(1989- )，碩士研究生。中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，研究方向：醫(yī)學(xué)影像。

1672-8270(2015)11-0071-04

R445.2

A

2015-05-19

①中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科 遼寧 沈陽(yáng) 110004