3.0T MR體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像、彌散張量成像及T1 mapping檢測(cè)健康成年人腎功能

斯 藝，楊 玲，姚 晉

(四川大學(xué)華西醫(yī)院放射科，四川 成都 610041)

腎臟是維持人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要器官之一，腎臟疾病可導(dǎo)致腎功能損害；及時(shí)發(fā)現(xiàn)腎功能早期變化至關(guān)重要。目前臨床常通過(guò)檢測(cè)血肌酐(creatinine, Cr)和腎小球?yàn)V過(guò)率(glomerular filtration rate, GFR)評(píng)估腎功能，但均無(wú)法反映單側(cè)腎功能，且對(duì)腎功能早期變化的敏感度較低[1]。功能MRI(functional MRI, fMRI)既可顯示腎臟形態(tài)學(xué)變化，又能提供腎臟功能信息。血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent, BOLD)MRI是較為成熟的fMRI技術(shù)，可通過(guò)組織氧含量及血氧飽和度反映組織代謝情況?；趶浬⒓訖?quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(intravoxel incoherent motion imaging, IVIM)和彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可反映組織內(nèi)水分子擴(kuò)散狀態(tài)及血流灌注情況，亦已用于研究腎臟[2-3]。T1 mapping目前主要用于心臟，亦可反映腎臟組織含水量及纖維化程度[4]。國(guó)內(nèi)腎臟研究[5]多采用1.5T MR設(shè)備，而國(guó)外大多以3.0T MR儀進(jìn)行相關(guān)研究[2,6-7]。本研究觀察腎臟3.0T MR IVIM、DTI及T1 mapping技術(shù)檢測(cè)健康人腎功能的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 于2020年9月—12月前瞻性招募22名健康志愿者，男10名，女12名，年齡35～59歲，平均(45.9±7.3)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①近1個(gè)月內(nèi)未服用影響腎臟功能的藥物；②無(wú)腎臟手術(shù)史。排除標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)R掃描禁忌證；②無(wú)法配合檢查；③MR掃描過(guò)程中發(fā)現(xiàn)腎臟先天性變異或腫瘤病變。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，檢查前所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 檢查前囑受檢者禁食、禁水4 h，并對(duì)其進(jìn)行呼吸訓(xùn)練(憋氣15 s以上)。采用GE Discovery 750W 3.0T超導(dǎo)型MR，24通道體部相控陣線圈。囑受檢者仰臥、足先進(jìn)，以腎門為中心、平行于雙腎長(zhǎng)軸進(jìn)行掃描，范圍覆蓋腎門：采用小視野(focus)單次激發(fā)自旋回波平面成像(single-shot spin-echo echo-planar imaging, SS-SE-EPI)，以呼吸觸發(fā)在自由呼吸狀態(tài)下采集冠狀位IVIM DWI，TR 2 857 ms，TE 77.1 ms，F(xiàn)OV 300 mm×150 mm，矩陣160×80，層厚3.0 mm，層間距1 mm，層數(shù)8，b值=10、30、50、100、150、200、400、600、800、1 000 s/mm2，掃描時(shí)間約8 min；采用SS-SE-EPI，以呼吸觸發(fā)在自由呼吸狀態(tài)下采集冠狀位DTI，TR 4 000 ms，TE 71.6 ms，F(xiàn)OV 320 mm×320 mm，矩陣128×128，層厚4.0 mm，層間距0，層數(shù)8，b值=800 s/mm2，掃描時(shí)間約4 min；采用快速穩(wěn)態(tài)梯度回波(fast imaging employing steady-state acquisition, FIESTA)序列于屏氣狀態(tài)下采集冠狀位T1 mapping，TR 3.4 ms，TE 1.5 ms，F(xiàn)OV 360 mm×270 mm，矩陣192×128，層厚8 mm，層間距0，層數(shù)1，F(xiàn)A 45°，掃描時(shí)間12 s。

1.3 圖像處理 排除圖像質(zhì)量較差和/或腎臟皮髓質(zhì)分界不清的圖像。將原始其圖像數(shù)據(jù)傳送至ADW 4.6工作站，以Functool工具包中的MADC軟件處理IVIM數(shù)據(jù)，生成DWI及表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC，b值=10、1 000 s/mm2)、純水分子擴(kuò)散系數(shù)(D)、灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)(D*)及灌注分?jǐn)?shù)(f)偽彩圖(圖1)。采用Functool工具包中的DTI軟件處理DTI數(shù)據(jù)，生成DWI圖及各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy, FA)偽彩圖(圖2)。T1 mapping掃描完成后，系統(tǒng)自動(dòng)生成T1值參數(shù)圖(圖3)。由具有10年及20年腹盆部影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師和副主任醫(yī)師各1名分別測(cè)量ROI，結(jié)合冠狀位T2WI分辨腎皮、髓質(zhì)，選擇顯示腎門區(qū)皮、髓質(zhì)分界最清晰的層面，分別于雙腎皮髓質(zhì)上、中、下份區(qū)域放置圓形ROI，直徑不超過(guò)原始圖像所示腎皮質(zhì)厚度，面積約30～50 mm2，盡量使各序列圖像中ROI位置相同，并注意避開腎臟邊緣、腎竇及大血管等測(cè)量ROI內(nèi)MRI各參數(shù)。

1.4 其他指標(biāo) 于MR檢查后1周內(nèi)檢測(cè)血常規(guī)、尿常規(guī)、血生化、尿蛋白肌酐比及24 h定量尿蛋白等。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，采用t檢驗(yàn)或單因素方差分析進(jìn)行組間比較；以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合者，采用秩和檢驗(yàn)進(jìn)行組間比較。以Spearman相關(guān)性分析觀察腎臟MRI參數(shù)與估算GFR(estimated GFR, eGFR)的相關(guān)性，以0<│r│<0.3為弱相關(guān)，0.3≤│r│<0.5為低度相關(guān)，0.5≤│r│<0.8為中度相關(guān)，│r│≥0.8為高度相關(guān)。以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)評(píng)價(jià)觀察者間一致性，ICC<0.40為一致性較差，0.40～0.75一致性一般，>0.75一致性良好。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

左、右腎皮髓質(zhì)上、中、下份MRI參數(shù)及左、右腎MRI參數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05，表1)。雙腎皮質(zhì)ADC及D均大于髓質(zhì)，而FA及T1值均小于髓質(zhì)(P均<0.05，表2)。雙腎髓質(zhì)T1值與eGFR中度相關(guān)(r=0.718，P=0.013)，其余參數(shù)均與eGFR無(wú)明顯相關(guān)(P均>0.05)。

表1 健康人腎臟MRI參數(shù)比較

表2 雙腎皮質(zhì)與髓質(zhì)MRI參數(shù)比較

觀察者間雙腎皮質(zhì)及髓質(zhì)ADC、D、FA及T1值測(cè)值的一致性良好(ICC=0.751～0.896，P均<0.001)，而雙腎皮質(zhì)及髓質(zhì)D*、f的一致性一般(ICC=0.489～0.668，P均<0.001)。

MR檢查后1周，胱抑素C為(0.80±0.10)mg/L，肌酐為59.00(54.50，75.00)μmol/L，eGFR為103.99(94.16，107.48)ml/(min·1.73 m2)，提示受檢者腎功能均正常。

3 討論

IVIM參數(shù)D反映腎組織內(nèi)水分子擴(kuò)散狀態(tài)，DTI參數(shù)FA反映腎微觀結(jié)構(gòu)的完整性，而T1 mapping參數(shù)T1值有助于反映腎含水量。

水分子擴(kuò)散為腎臟主要生理活動(dòng)，故DWI技術(shù)常用于研究腎臟疾??；但除經(jīng)典的水分子布朗運(yùn)動(dòng)外，血液及腎小管內(nèi)液體的流動(dòng)亦可影響腎臟ADC，故以ADC反映腎臟組織水分子擴(kuò)散狀態(tài)可能存在一定誤差[8]。通過(guò)雙指數(shù)模型(即IVIM模型)獲得的參數(shù)D、D*及f不僅能反映組織內(nèi)水分子擴(kuò)散狀態(tài)，還能反映組織血流灌注情況。本研究所用的focus IVIM技術(shù)為新彌散技術(shù)，可于相位編碼方向降低FOV，以減少序列所需讀出時(shí)間并獲得更優(yōu)的彌散圖像，更精細(xì)地顯示解剖細(xì)節(jié)[9]。

DTI可顯示水分子擴(kuò)散方向的差異，其參數(shù)FA越高，表明擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向性越強(qiáng)。腎小管功能和結(jié)構(gòu)的完整性極易受低氧(如移植排異或缺血)的影響，使得FA作為穩(wěn)定性較強(qiáng)的參數(shù)對(duì)評(píng)估此類疾病具有明顯優(yōu)勢(shì)。以往DTI研究[5,10]多采用單次屏氣采集，雖然采集時(shí)間短、運(yùn)動(dòng)偽影少，但圖像信噪比低。NOTOHAMIPRODJO等[6]研究表明，采用呼吸觸發(fā)可有效提高DTI圖像質(zhì)量及可重復(fù)性。本研究通過(guò)帶式傳感器檢測(cè)受檢者呼吸運(yùn)動(dòng)，并以呼吸觸發(fā)方式行DTI掃描。

T1 mapping可直接獲得組織縱向弛豫時(shí)間T1值，目前多用于心臟相關(guān)研究[11-12]。近年有文獻(xiàn)[13]報(bào)道T1值或可通過(guò)量化組織含水量反映腎臟的病理生理狀態(tài)。HUEPER等[4]發(fā)現(xiàn)T1 mapping可用于檢測(cè)急性腎損傷的嚴(yán)重程度，并預(yù)測(cè)預(yù)后。相反，也有學(xué)者[7]認(rèn)為T1 mapping技術(shù)評(píng)估腎功能的價(jià)值有限，因T1值隨MR場(chǎng)強(qiáng)增加而增高，且腎臟T1值易受不同采集方案及呼吸運(yùn)動(dòng)的影響。

本研究結(jié)果顯示，觀察者間測(cè)量雙腎皮質(zhì)及髓質(zhì)ADC、D、FA及T1值結(jié)果的一致性良好，而雙腎皮質(zhì)及髓質(zhì)D*、f的一致性一般；相比米瑞等[5]的結(jié)果，本研究觀察者間一致性有所提高，原因可能在于以focus IVIM采集圖像變形程度較小、空間分辨率較高，能更好地進(jìn)行空間選擇性激發(fā)并改善圖像質(zhì)量，同時(shí)提高了參數(shù)的穩(wěn)定性[9]。

本研究發(fā)現(xiàn)雙側(cè)腎皮質(zhì)與髓質(zhì)D*及f差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分析原因，可能主要在于腎皮質(zhì)血流灌注較高，而髓質(zhì)內(nèi)存在腎小管主要水轉(zhuǎn)運(yùn)活動(dòng)[8]，二者均為快彌散運(yùn)動(dòng)，故相關(guān)參數(shù)D*及f差異不明顯，亦可能與D*及f穩(wěn)定性較差有關(guān)。本研究中雙側(cè)腎皮質(zhì)ADC及D均大于髓質(zhì)、而FA及T1值均小于髓質(zhì)，與既往研究[7]結(jié)果一致；主要由于髓質(zhì)內(nèi)腎小管結(jié)構(gòu)排列緊密，限制水分子擴(kuò)散，且髓質(zhì)內(nèi)腎錐體結(jié)構(gòu)呈規(guī)律排列，腎錐體內(nèi)腎小管和血管呈放射狀平行排列，導(dǎo)致髓質(zhì)內(nèi)水分子運(yùn)動(dòng)的方向性較強(qiáng)。本研究所測(cè)雙腎皮質(zhì)及髓質(zhì)FA均略小于NOTOHAMIPRODJO等[6]的測(cè)值，主要原因可能在于FA可受b值影響[10]，亦受場(chǎng)強(qiáng)、彌散敏感方向及呼吸方式的影響。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)，雙腎髓質(zhì)T1值與eGFR中度相關(guān)，而其余參數(shù)均與eGFR無(wú)明顯相關(guān)，提示髓質(zhì)T1值對(duì)腎臟含水量的敏感度較高，可作為反映腎功能的潛在指標(biāo)。

本研究存在的局限性：①樣本量小；②僅以健康成年人為研究對(duì)象；③未根據(jù)年齡、性別等進(jìn)行分組觀察。

綜上所述，腎臟3.0T MR IVIM、DTI及T1 mapping技術(shù)有助于檢測(cè)健康成年人腎功能。