磁共振彌散加權成像結合體積測量在嬰幼兒梗阻性腎積水腎功能評估中的應用

李 姝張新榮郭 斌劉 浩姜 輝

磁共振彌散加權成像結合體積測量在嬰幼兒梗阻性腎積水腎功能評估中的應用

李 姝1張新榮1郭 斌1劉 浩2姜 輝1

目的：探討磁共振彌散加權成像(DWI)結合體積測量在嬰幼兒梗阻性腎積水腎功能評價中的應用價值。方法：對20例健康兒童及80例單側腎積水患兒行MR檢查，測量腎臟的表觀彌散系數(ADC)及腎臟體積，記錄患兒的血清肌酐值并計算內生肌酐清除率(CCr)，并對各參數進行相關性分析。結果：病例組患兒積水側腎臟ADC值均低于對側腎臟組及正常對照組（P＜0.05），積水腎的ADC值與CCr具有正相關性（r=0.555，P＜0.05），經體積校正后積水腎ADC值體積乘積與CCr間正相關性明顯提高（r=0.868，P＜0.05）。結論：ADC值與腎臟體積乘積值對于評估嬰幼兒梗阻性腎積水腎功能有一定臨床價值。

腎積水；磁共振成像；擴散加權成像；表觀擴散系數

嬰幼兒腎積水患者中有一部分是梗阻性的，在梗阻性腎積水病因中，腎盂輸尿管連接部狹窄最為常見[1]。并非所有腎積水患兒均需手術處理，僅有25%～50%的患兒需要手術解除梗阻，而其余患兒長期隨訪腎功能及積水情況保持穩(wěn)定或改善緩解[2]。手術的指征除了積水的梗阻程度外，了解積水腎臟以及對側腎臟的形態(tài)及功能是臨床選擇治療方法的重要依據。在現有檢查方法中，隨著高場強磁共振的廣泛臨床應用，用其進行腎臟病變檢查的報道也越來越多，其除了能夠提供形態(tài)學信息，在腎臟水分子擴散、血流動力學及血氧水平等方面顯示了巨大的優(yōu)勢[3]。本研究利用DWI功能成像技術對嬰幼兒腎臟進行定量評估，探討磁共振DWI技術對嬰幼兒腎功能評價的可行性。

方法

1.一般資料

研究組：我院自2015年1月—2015年12月單側腎積水患兒80例。男42例，女38例，年齡2～48個月，平均年齡29±0.34個月，所有病例均經超聲、IVU、MRU診斷。

對照組：20名健康患兒男13例，女7例，年齡6～36個月，平均年齡27±0.56個月，作為正常對照組。

所有患兒均無其他泌尿系統疾病，如先天性馬蹄腎、多囊腎、巨輸尿管、膀胱憩室、尿道瓣膜、結石及急、慢性腎炎等。

2.檢查方法

檢查前禁食4～6h，禁水4h，所有患兒均予本院制水合氯醛鎮(zhèn)靜，用量1ml/kg。采用Siemens 1.5T Avant MR掃描儀，8通道體部線圈，采用呼吸門控技術。T1WI：TR2000ms，TE58ms，層厚5.5mm，層間距1mm，FOV240mm；T2WI：TR2400ms，TE749ms，層厚5.5mm，層間距1mm，FOV240mm；DWI采用單次激發(fā)SE-EPI序列，軸位及冠位掃描，TR 5500ms，TE70ms，層厚4mm，層間距1mm，FOV250mm，矩陣256×256，帶寬：1532Hz，采用頻率選擇脂肪抑制技術，并在掃描野上、下各加一個預飽和帶，采集1次，b值選取0、500s/mm2、800s/mm2，掃描范圍覆蓋整個腎臟。所有患者均空腹靜脈采血測得血清肌酐(SCr)值(μmol/L)，通過Cockcroft-Gault公式計算出肌酐清除率CCr，CCr=(140-年齡)×體重(kg)/72×SCr(mg/dl)[4]。

3.圖像后處理

將DWI原始數據傳至Syngo Acquisition工作站進行后處理，于所得圖上測量ADC值。分別于腎臟上極（距上緣10mm）、腎門、下極（距下緣10mm）水平選取相同大小ROI，測值后取平均值為最終ADC值（圖1）；腎臟體積的測量，采用體素累加的方法，首先測得每層的體素值，然后將所有層數累加得到整個腎臟體素的總和，經體積校正后的ADC值（ADC校正）=ADC值×腎臟體積。

4.統計學處理

采用SPSS17.0軟件進行分析，包括獨立樣本t檢驗和Pearson相關性分析。計算資料以表示，P＜0.05為差異有統計學意義。

結果

腎臟彌散成像選擇合適的b值可以很好地呈現腎臟解剖，與MRU顯示的腎臟解剖結構相仿（圖1，2）。

腎積水患兒腎功能均低于正常對照組腎功能（t=46.69，P＜0.05)。

各參數相關性分析：腎臟上極、腎門水平及腎臟下極的ADC值之間差異無統計學意義，說明腎臟各部位的ADC值是相同的，因此可以用某一部位的ADC值來表示整個腎臟的ADC值。積水腎對側腎臟的ADC值大于積水腎的ADC值，積水對側腎ADC值與腎功能在統計學上無相關性(b=500s/mm2時，t=0.153，P＞0.1；b=800s/mm2時，t=0.013，P＞0.5)。積水腎臟的ADC值與腎功能之間的相關性分析見表1。

表1 積水腎臟的ABC值與腎功能之間的相關性

圖1 男，3歲3月，左腎中重度積水。MRU成像分別從矢狀位、橫斷位及冠狀位觀察腎臟解剖結構及積水程度，圖像清晰分辨率較好。

圖2 選取b=800時行彌散加權成像，清晰度及分辨率略遜于MRU成像，但依然能夠清晰顯示腎臟的解剖結構，分別取腎臟上極、腎門、腎臟下極水平的腎實質，選取適當大小ROI，測量腎臟ADC值（箭頭所指處）。

圖3 不同b值下積水腎臟的ADC值(×10-3s/mm2)與內生肌酐清除率(mg/dl)的相關性散點圖，積水腎臟的ADC值隨著腎功能的下降而減小，兩者具有相關性。

積水腎ADC校正值與積水組腎功能相關性較未經體積校正時明顯增高（圖4）(b=500s/mm2，t=0.868，P＜0.05；b=800s/mm2，t=0.866，P＜0.05)

圖4 不同b值下積水腎臟ADC校正值(×10-3s/mm2)與內生肌酐清除率(mg/dl)的相關性散點圖，經體積校正后積水腎臟ADC校正值與隨腎功能下降而減小，兩者的相關性更強。

討論

1.腎積水的病因、診斷及治療

隨著腎積水程度的加重，導致腎盂壓力逐漸高。腎盂內壓力增高可導致腎臟受損及腎功能下降[5]。先天性腎積水最常見的原因是腎盂輸尿管連接處梗阻，可造成感染、腎結構破壞，嚴重者常引起腎后性腎功能衰竭[6]。許多腎積水患兒不必手術，在腎功能輕度受損時可以在密切隨訪的情況下首選保守的治療方法[7]，而有些患兒手術解除梗阻后，腎功能并無明顯改善[8]。

目前對腎積水的程度及原因的判定主要依靠B超、靜脈腎盂造影、CT及MRI檢查，而分析腎功能主要依靠核素顯像及血清肌酐檢查，但均有一定的局限性：B超對操作者要求較高，不同的切面所得結果不甚相同；CT、靜脈腎盂造影以及核素顯像均有一定的電離輻射，對處于生長發(fā)育期的嬰幼兒是不利的。因此本研究測量腎功能時采用血清肌酐清除率來反映腎功能，雖然沒有核素顯像測腎小球濾過率精確，但避免了電離輻射對患者的影響；但血清肌酐檢查反應的是雙腎功能，無法準確評價積水分腎的功能。而磁共振彌散加權成像結合常規(guī)MRI檢查，不僅可以清楚地顯示泌尿系統的形態(tài)結構，而且可以對分腎功能進行評估[9]，且重復性較好。

大多數臨床醫(yī)生認為，在腎功能輕度受損時可以在密切隨訪的情況下首選保守治療方法，部分嚴重病例需要手術治療。研究表明，通過手術治療，大部分腎積水遠期療效良好。

2.彌散加權成像在腎積水中的應用

磁共振彌散加權成像是目前最理想的測量水分子擴散的方法，也是目前唯一活體測量擴散的方法。這種水分子的自擴散運動是磁共振擴散成像的真正物理基礎。DWI是在常規(guī)T2WI序列180°射頻脈沖兩側對稱的各施加一個相同彌散敏感梯度的脈沖（b脈沖），第一個梯度脈沖引起質子自旋去相位，第二個梯度脈沖將去相位質子部分或完全再聚，這個過程將導致信號減低。這種信號的減低與組織自身的彌散特性密切相關，因此可以用彌散成像來評價組織的結構變化。局部缺血引起組織的早期變化，彌散圖像是相當敏感的，這個特性在神經系統已廣泛應用。在腹部臟器中，腎臟具有高血流量和水分子轉運功能，是DWI檢查的理想器官之一。近來的研究顯示DWI對評估腎動脈狹窄、彌漫性腎臟疾病、腎腫瘤和腎臟感染等疾病具有潛在的臨床價值[10]。DWI作為新技術用于腎功能評估的研究主要集中在成人，關于成人腎積水的報道較少，而關于兒童的腎臟DWI的研究更為少見。目前實際工作中一般使用表觀彌散系數(ADC)來描述生物體內的彌散量。理論上，一個脈沖序列采取2種不同b值即可獲取ADC值，但ADC值與序列中采用的b值的大小有關，普遍認為低b值主要反映血流灌注，高b值主要反映組織彌散。b值越大時，分子的相位離散越明顯，彌散圖像信號降低越明顯，所測得ADC值越小、越精確；但隨著b值的增大，磁敏感偽影、化學位移偽影越明顯，圖像信噪比下降。因此對DWI來說，選擇適當的b值是非常重要的。

3.ADC值與腎功能的相關性及結合體積的研究

本研究中積水腎臟的腎實質受壓變薄，皮、髓質已無法分辨，分別測量皮質和髓質的ADC值無法實現，而Xu等[11]研究顯示DWI圖腎臟皮髓質未見明顯差別，故本研究將感興趣區(qū)放在不同層面測量整個腎實質的ADC值來代表腎臟的ADC值。目前有研究證實ADC值可以間接反映腎功能，DWI在腎功能的評價中具有很好的可行性及可重復性。本研究表明，ADC值與血清肌酐清除率CCr有相關性，但是相關性并不是很高，分析原因以及對文獻的查閱發(fā)現研究所用的ADC值僅應用腎門層面的感興趣區(qū)內的ADC值均值來代表腎功能，其所代表的僅是感興趣區(qū)內的ADC值，雖然本研究表明腎臟各部位的ADC值并無統計學差異，但選取的感興趣區(qū)并不能反映整個腎臟的功能狀態(tài)，沒有考慮腎臟體積的因素對腎功能的影響，而腎臟體積大小對腎功能的影響是不能忽視的。隨著患兒年齡的不同及積水腎臟的體積隨著積水的程度的加重而減?。ㄖ饕憩F為腎實質的變薄），所以有必要通過測量腎臟體積的大小結合ADC值來反映腎功能。將整個腎臟看成是n個體素累加的總和，每個體素的ADC值可以通過感興趣區(qū)的測量來代表（各參數相關性分析表明腎臟各部分ADC值之間是沒有統計學差異的），因此整個腎臟的ADC值可以看作n個體素內每個體素ADC值的累加總和，用這個指標反映整個腎臟的功能。李清海等[12]研究了磁共振ADC值與體積相結合在慢性腎功能不全研究中的應用，得出結論：分腎ADC值體積乘積與腎功能間的相關性與不考慮體積因素時明顯提高，本文的研究結果與之相符，說明了體積因素在腎功能測量時的重要性。

4.研究的局限及展望

本研究的不足之處為研究中患兒的積水程度均為中、重度積水，沒有輕度積水患者，故積水腎臟的腎功能均有明顯下降，并不能說明所有積水腎臟的腎功能均有下降。本研究表明磁共振彌散加權成像評估積水腎臟的腎功能必須考慮腎臟體積的影響，不同體積的腎臟功能必然不同，以往的文獻均未提及這一現象。目前臨床評估患者腎功能往往采用核素顯像和血清肌酐清除率兩種方法，前者由于電離輻射及需要注入含放射性物質的藥物進入體內，對于嬰幼兒患者是不利的，此外腎積水導致腎臟血流量減少，尿液的生成延緩，排出減少，致使核素灌注期顯像延遲，核素最終清除相延長，從而使中、重度腎功能衰竭的患兒標本的采集時相明顯延長，導致該檢查方法很難實際臨床中大范圍推廣[13-14]，無法進行長期的隨訪復查；后者反映的是雙腎的腎功能，無法對單側腎積水的腎臟功能做出準確判斷，故本研究選取病例時選擇單側腎積水患者，是要突出單側腎功能的檢查意義。隨著MR技術的發(fā)展，積水腎臟彌散值經體積校正后和腎功能具有較好的正相關性，可作為臨床無創(chuàng)性評估腎功能的一項指標，成為一種磁共振新技術用于嬰幼兒患者的腎功能評估及手術前后的隨訪復查。

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Quantitative Evaluation of Renal Function in Infants with Congenital Hydronephrosis by MR Diffusion Weighted Imaging Combined with the Measurement of Renal Volume

LI Shu1, ZHANG Xin-rong1, GUO Bin1, LIU Hao2, JIANG Hui1

Purpose:To investigate the value of MR diffusion weighted imaging combined with the measurement of renal volume in the evaluation of the renal function in infants with obstructive hydronephrosis.Methods:Twenty healthy volunteers and 80 patients with unilateral obstructive hydronephrosis underwent conventional magnetic resonance sequences and DWI. The ADC values of the renal parenchyma and the renal volume were measured on DWI and conventional MR sequences. The serum creatine level was recorded and the creatine clearance rate was calculated. Correlation between these parameters was analyzed.Results:ADC values of the renal parenchyma in patients with renal hydronephrosis was signifcantly lower than ADC values of the contralateral normal kidney and the normal control group (P＜0.05)； There was a positive correlation between ADC value of the renal parenchyma in hydronephrotic kidney and CCr in patients with renal hydronephrosis (r=0.555, P＜0.05)； The positive correlation was increased signifcantly between volume corrected ADC value and CCr in patients with renal hydronephrosis (r=0.868, P＜0.05).Conclusion:The product of ADC value and volume of the hydronephrotic kidney has a certain clinical value for the evaluation of the function of hydronephrotic kidney in infants with congenital hydronephrosis.

Hydronephrosis； Magnetic resonance imaging； Diffusion magnetic resonance imaging； Apparent diffusion coeffcient

R445.2

A

1006-5741（2016）-06-0555-05

2016.05.08;修回時間：2016.06.22)

中國醫(yī)學計算機成像雜志，2016，22：555-559

1南京醫(yī)科大學附屬南京兒童醫(yī)院放射科

2南京醫(yī)科大學附屬南京兒童醫(yī)院超聲科

通信地址：江蘇省南京市廣州路72號，南京210008

姜輝 (電子郵箱：etyyjianghui@163.com)

南京醫(yī)科大學科技面上項目 No.2014NJMU161

Chin Comput Med Imag，2016，22：555-559

1 Department of Radiology, Nanjing Children’s Hospital, Nanjing Medical University

2 Department of Ultrasonography, Nanjing Children’s Hospital, Nanjing Medical University

Address: 72 Guangzhou Rd., Nanjing 210008, P.R.C.

Address Correspondence to JIANG Hui (E-mail: etyyjianghui@163q.com)

Foundation item: Science and Technology of Nanjing Medical University No. 2014NJMU161