張曉東，米悅，王晶，孫艷，張銳，吳靜云，王成彥，趙凱，羅健，楊學(xué)東，張玨，王霄英

基于MRI技術(shù)定量測(cè)量單側(cè)腎動(dòng)脈狹窄動(dòng)物模型腎臟氧攝取分?jǐn)?shù)的初步研究

張曉東，米悅，王晶，孫艷，張銳，吳靜云，王成彥，趙凱，羅健，楊學(xué)東，張玨，王霄英

【摘要】目的：驗(yàn)證基于血氧水平依賴（BOLD）的多回波梯度自旋回波（MEGSE）序列無(wú)創(chuàng)定量測(cè)量腎臟氧攝取分?jǐn)?shù)（OEF）等氧代謝指標(biāo)參數(shù)的可行性。方法：15只健康新西蘭大白兔入組研究。對(duì)每只兔子施行左腎動(dòng)脈部分結(jié)扎手術(shù)以造成單側(cè)腎動(dòng)脈狹窄（RAS）動(dòng)物模型。行MRI掃描采集3個(gè)不同時(shí)刻的MEGSE數(shù)據(jù)，分別為基礎(chǔ)狀態(tài)、RAS術(shù)后30min（RAS-30min）和RAS術(shù)后60min（RAS-60min），以獲得腎臟動(dòng)脈狹窄造模前后的腎臟OEF值。結(jié)果：15只兔子均造模成功。在RAS術(shù)前測(cè)得的腎臟基礎(chǔ)狀態(tài)下OEF值為（0.36±0.08）（皮質(zhì)）和（0.39±0.11）（髓質(zhì)）。RAS術(shù)后30min和60min測(cè)得的OEF顯著增大分別為（0.46±0.14）（皮質(zhì)，RAS-30min，P＜0.05）、（0.51±0.12）（髓質(zhì)，RAS-30min，P＜0.05）、（0.46±0.13）（皮質(zhì)，RAS-60min，P＜0.05）、（0.56±0.09）（髓質(zhì)，RAS-60min，P＜0.05）。結(jié)論：本研究驗(yàn)證了MEGSE序列可以無(wú)創(chuàng)、定量測(cè)量腎缺血狀態(tài)下的OEF改變，為將來(lái)進(jìn)一步應(yīng)用于人類腎臟氧攝取分?jǐn)?shù)的測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】氧攝取分?jǐn)?shù)；腎動(dòng)脈狹窄；磁共振成像

作者單位：100034 北京，北京大學(xué)第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科（張曉東、孫艷、吳靜云、趙凱、羅健、楊學(xué)東、王霄英），泌尿外科（米悅）；100044北京，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局醫(yī)療器械技術(shù)評(píng)審中心（王晶）；100871 北京，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院功能成像中心（張銳、王成彥、張玨、王霄英）

在正常的生理?xiàng)l件下，相對(duì)于腎皮質(zhì)區(qū)域，腎髓質(zhì)區(qū)域處于相對(duì)低氧的狀態(tài)，因此腎臟髓質(zhì)區(qū)域易于受到由于腎臟氧供給和需求不平衡造成的急性或慢性損傷［1］，所以定量測(cè)量腎臟特別是腎髓質(zhì)區(qū)域的氧代謝水平對(duì)于腎臟疾病的診斷和治療非常重要。相關(guān)學(xué)者用微電極直接測(cè)量已麻醉動(dòng)物模型的腎臟髓質(zhì)和皮質(zhì)區(qū)域的氧代謝指標(biāo)-氧分壓（partial pressure of oxygen，pO2）［2］，但是基于微電極的方法不能提供空間分布的信息，而且這種方法是有創(chuàng)的，無(wú)法用來(lái)在臨床條件下測(cè)量人體的腎臟氧代謝水平。因此，開發(fā)一種可以無(wú)創(chuàng)地、定量測(cè)量人體腎臟氧代謝水平的方法非常必要。

基于血氧水平依賴信號(hào)對(duì)比（blood oxygenation level dependent contrast，BOLD）的原理［3-5］，梯度回波序列（gradient echo，GRE）可以用來(lái)無(wú)創(chuàng)地獲得健康志愿者及不同病理生理?xiàng)l件下的腎臟R2＊值［6-14］。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步定量描繪出R2′分布圖（R2′mapping），也可以用來(lái)研究在不同生理?xiàng)l件下腎臟氧代謝

水平的變化［15］，但是有一定的局限性。R2＊是不可逆和可逆的弛豫率之和（R2＊=R2+R2′），而R2已經(jīng)被證明與多種生理變化相關(guān)，其中包括組織水容量、炎癥以及組織的氧代謝水平等［16］；另一方面，R2′與組織氧代謝線性相關(guān)，但其中包括組織脫氧血紅蛋白的含量和體積分?jǐn)?shù)的貢獻(xiàn)［17］，不能直接、明確反映組織的氧代謝水平。

Yablonskiy等［17］提出了基于BOLD對(duì)比效應(yīng)的磁共振信號(hào)衰減模型，并在此基礎(chǔ)上利用多回波梯度自旋回波（multi-echo gradient and spin echo，MEGSE）序列定量獲得直接明確反映大腦組織氧代謝水平的氧攝取分?jǐn)?shù)（oxygen extraction fraction，OEF）等氧代謝指標(biāo)［18-19］。在本研究中，筆者利用MEGSE序列獲得腎臟OEF等氧代謝指標(biāo)參數(shù)，同時(shí)利用單側(cè)腎動(dòng)脈狹窄動(dòng)物模型，來(lái)評(píng)估這個(gè)方法能否檢測(cè)到由于急性腎缺血引起的腎臟氧代謝水平的變化。

材料與方法

1.研究對(duì)象

15只健康雄性新西蘭大白兔入組本次研究，自由采食法飼養(yǎng)，體重2.8～3.5kg。本實(shí)驗(yàn)方案得到了醫(yī)院動(dòng)物倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有參與實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物都要求在實(shí)驗(yàn)前禁食12h。

2.單側(cè)腎臟動(dòng)脈狹窄動(dòng)物模型制備及實(shí)驗(yàn)方案

暴露左腎動(dòng)靜脈，剝離腎靜脈，用手術(shù)縫合線將24G套管針（Vasofix Safety，B.Braun Melsungen AG，Germany）軟管和腎動(dòng)脈捆綁在一起，抽離套管針軟管，造成一定程度的腎缺血（缺血程度取決于套管針軟管的直徑）。

3.MRI掃描方案

實(shí)驗(yàn)在3.0T MR掃描儀（Signa Excite TM；GE Medical Systems，Milwaukee，Wisconsin，USA）上進(jìn)行，最大梯度場(chǎng)40mT/m，梯度爬升率120T/m/s，采用8通道膝關(guān)節(jié)相控陣線圈。

實(shí)驗(yàn)前5～10min固定兔子，利用呼吸式動(dòng)物麻醉機(jī)（Matrx VME，Midmark Corporation，Versailles，Ohio，USA），通過(guò)專用動(dòng)物面罩使其吸入異氟醚直至麻醉成功。兔子深度麻醉后，先進(jìn)行基礎(chǔ)狀態(tài)下的腎臟MRI數(shù)據(jù)采集，然后對(duì)麻醉后的兔子行單側(cè)腎動(dòng)脈結(jié)扎手術(shù)，并在腎動(dòng)脈狹窄（renal artery stenosis，RAS）手術(shù)后30min、60min分別采集MRI數(shù)據(jù)。

首先采用冠狀面T2加權(quán)序列得到腎臟定位像，以保證其成腎臟最大軸位中心平面圖像。腎臟軸面MEGSE序列掃描參數(shù):TR 1500ms，TE 56ms，回波數(shù)32，帶寬62.5kHz，層厚3mm，回波間隔3.748ms，視野150mm×150mm，矩陣大小128×128，圖像分辨率1.17mm×1.17mm×3.00mm。本研究為了評(píng)估腎臟血流灌注功能，同時(shí)采集了FAIR-SSFSE-ASL序列的數(shù)據(jù)。上述3個(gè)序列同時(shí)采集3個(gè)不同時(shí)刻的數(shù)據(jù):基礎(chǔ)狀態(tài)（Baseline）、RAS術(shù)后30分鐘（RAS-30min）和RAS術(shù)后60分鐘（RAS-60min）（圖1）。

4.MEGSE序列設(shè)計(jì)原理

血液BOLD對(duì)比［3-5，20］機(jī)制的生理基礎(chǔ)是組織血液中脫氧血紅蛋白（deoxyhemoglobin，Hb）是順磁性的，而氧合血紅蛋白（oxyhemoglobin，HbO2）是逆磁性的。當(dāng)含有脫氧血紅蛋白的組織置于MRI磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁化率差，從而導(dǎo)致MRI信號(hào)變化，因此可以利用MRI技術(shù)探測(cè)到組織氧代謝功能相關(guān)的脫氧血紅蛋白含量的變化。

組織血液中總的磁化率等于紅細(xì)胞的磁化率和血漿的磁化率之和。紅細(xì)胞的磁化率與組織中氧合及脫氧的血紅蛋白的含量線性相關(guān)［21］:

這里χery，ox和χery，deox分別表示完全氧合和完全脫氧的紅細(xì)胞的磁化率。血漿的磁化率χplasma為-9.05ppm［22］，完全氧合的血細(xì)胞的磁化率χery，ox大約等于-9.25ppm［23］，由于這兩個(gè)磁化率之間差異很小，故可以認(rèn)為它們近似相等，即χery，ox≈χplasma。同時(shí)，定義完全氧合與完全脫氧的組織血液的磁化率差為:

因?yàn)檠芡ǔ６记对诮M織網(wǎng)絡(luò)中，所以對(duì)于生物體軟組織與血液之間的磁化率之差Δχ的活體測(cè)量非常重要。假設(shè)生物體組織的磁化率與組織完全氧化的血液的磁化率相等，結(jié)合公式（2），可以得到組織與靜脈血管網(wǎng)之間的磁化率差的表達(dá)式:

在Hct和Δχdo已知的前提下，根據(jù)公式（3），可以通過(guò)測(cè)量組織靜脈毛細(xì)血管網(wǎng)的磁化率來(lái)估計(jì)出組織的攝取分?jǐn)?shù)OEF。

假設(shè)來(lái)自于血管內(nèi)部的信號(hào)貢獻(xiàn)以及水分子擴(kuò)散效應(yīng)忽略不計(jì)，并且在靜態(tài)磁場(chǎng)下，組織中血管分布是任意朝向的，Yablonskiy等［17］提出了一個(gè)磁共振信號(hào)衰減理論模型，這個(gè)理論模型描述了磁共振信號(hào)變化與脫氧血紅蛋白的含量及其體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。根據(jù)Yablonskiy等的理論信號(hào)模型，由MEGSE序列獲得的磁共振信號(hào)S（t）可以表示為［18，24］:

這里ρ是質(zhì)子自旋密度，λ是靜脈血容積（venous cerebral blood volume，vCBV），ΔTEi是指自旋回波中心時(shí)間TE與各個(gè)梯度回波時(shí)間之差；δω是指由脫氧

血紅蛋白引起的頻率偏移，可以表示為:

圖1　MEGSE和FAIR-SSFSE-ASL序列定位掃描圖像。紅線表示軸面MEGSE及FAIR-SSFSE-ASL序列圖像的定位位置，以保證其成腎臟最大中心軸位平面圖像。3列分別表示圖像數(shù)據(jù)采集的3個(gè)不同時(shí)刻，即基礎(chǔ)狀態(tài)（BASELINE）、RAS術(shù)后30min（RAS-30min）和RAS術(shù)后60min（RAS-60min）。a）基礎(chǔ)狀態(tài)下MEGSE序列圖像；b）RAS-30min MEGSE序列圖象；c）RAS-60min MEGSE序列圖象；d）基礎(chǔ)狀態(tài)下T2WI圖像；e）RAS-30min T2WI圖象；；f）RAS-60min T2WI圖象。

這里γ是磁旋比；Hct是血紅細(xì)胞容積；Δχ0是完全氧合與完全脫氧的血液之間的磁化率差。在我們的實(shí)驗(yàn)中根據(jù)前人的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，選取大血管Hct= 0.42，并且大血管與小血管的Hct之比為0.85［25］，選取Δχ0=0.18ppm為每單位Hct［23］。fc（δω?ΔTEi）可根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算［27，29］

5.OEF估算方法

本研究所用的理論信號(hào)模型公式（4）是沒有解析解的。為了利用這個(gè)理論模型估算氧代謝指標(biāo)參數(shù)，需要根據(jù)這個(gè)模型信號(hào)的特點(diǎn)，用近似的解析方程代替原公式（4）［17-18，24］。當(dāng)采樣磁共振信號(hào)時(shí)間ΔTEi滿足條件δω?｜ΔTEi｜≤1.5時(shí)，此時(shí)的磁共振信號(hào)可以用如下的解析表達(dá)式近似代替:

類似地，當(dāng)采樣磁共振信號(hào)時(shí)間ΔTEi滿足條件δω?｜ΔTEi｜＞1.5時(shí)，此時(shí)的磁共振信號(hào)可以用如下的解析表達(dá)式近似代替:

這里的SS（t）表示短時(shí)間尺度時(shí)的信號(hào)，SL（t）表示長(zhǎng)時(shí)間尺度時(shí)的信號(hào)。

當(dāng)估算出R2′和λ后，可以得到δω，進(jìn)一步利用關(guān)系式（5）估算出OEF。

在實(shí)際估算OEF的過(guò)程中，我們按照如下步驟進(jìn)行運(yùn)算:第一步，將方程式（6）和（7）的兩邊取自然對(duì)數(shù)；第二步，利用最小二乘線性擬和方法，得到R2′、R2、u1、u2和u3的估算值；第三步，根據(jù)如下的方程式:

分別得到λ，δω和OEF的估算值。第四步，將所有的參數(shù)估算值R2′、R2、λ、δω和OEF代入方程（4）中，得到相應(yīng)的磁共振信號(hào)估算值δ，此時(shí)可以得到一個(gè)評(píng)判估算結(jié)果準(zhǔn)確度的指標(biāo)剩余平方和（residual sum of squares，RSS），RSS=（S-δ）。每一個(gè)參考氧攝取分?jǐn)?shù)值都有一個(gè)相應(yīng)的評(píng)判估算結(jié)果準(zhǔn)確性的指標(biāo)剩余平方和，最后我們選擇導(dǎo)致最小RSS的參考OEF值為最終的參考OEF值，并把與其相對(duì)應(yīng)的參數(shù)估計(jì)值作為最終的模型氧代謝指標(biāo)估計(jì)值。

6.腎臟OEF計(jì)算及統(tǒng)計(jì)方法

圖2　一只兔子左側(cè)施行部分結(jié)扎手術(shù)，腎臟分別在基態(tài)、RAS術(shù)后30min、60min的OEF和RBF分布圖。a）基礎(chǔ)狀態(tài)下OEF分布圖；b）RAS-30min OEF分布圖；c）RAS-60min OEF分布圖；d）基礎(chǔ)狀態(tài)下RBF分布圖；e）RAS-30min RBF分布圖；f）RAS-60min RBF分布圖。

基于MEGSE序列的OEF圖像后處理程序在Matlab（MathWorks Inc.Natick，MA，USA）平臺(tái)編寫完成。局部腎臟OEF值及其他氧代謝指標(biāo)參數(shù)采用感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）分析法來(lái)計(jì)算。對(duì)于MEGSE序列圖像，自旋回波圖像具有良好的組織對(duì)比，可作為ROI選擇的背景圖像；而對(duì)于FAIR-SSFSE-ASL序列圖像，M0圖像具有良好的組織對(duì)比，可作為ROI選擇的背景圖像。ROI選擇腎臟皮髓質(zhì)區(qū)域，并要求每個(gè)手動(dòng)勾畫的ROI至少包括20個(gè)像素。

為了比較腎臟單側(cè)動(dòng)脈狹窄手術(shù)前后OEF等氧代謝指標(biāo)參數(shù)的變化，對(duì)腎臟皮髓質(zhì)區(qū)的術(shù)前/后結(jié)果采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

15只兔子動(dòng)脈狹窄模型均成功完成數(shù)據(jù)采集，其中MEGSE、FAIR-SSFSE-ASL序列的圖像質(zhì)量可接受，無(wú)顯著磁敏感偽影或形變，所有MRI序列掃描SAR值都在安全范圍之內(nèi)。

所得氧代謝參數(shù)分布圖結(jié)果如圖2所示。經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，RAS術(shù)后在腎臟皮髓質(zhì)區(qū)域，腎臟血流量（renal blood flow，RBF）顯著降低，而OEF顯著升高。其中在RAS術(shù)前測(cè)得的正常兔子腎臟基礎(chǔ)狀態(tài)下的OEF為（0.36±0.08）（皮質(zhì)）和（0.39±0.11）（髓質(zhì)），RBF為（261.80±143.71）mL/ （100g?min）（皮質(zhì)）和（56.42± 35.29）mL/（100g?min）（髓質(zhì)），而在RAS術(shù)后30min和60min測(cè)得的OEF分別為（0.46±0.14）（皮質(zhì)，RAS-30min，P＜0.05）、（0.51±0.12）（髓質(zhì)，RAS-30min，P＜0.05）、（0.46±0.13）（皮質(zhì)，RAS-60min，P＜0.05）、（0.56±0.09）（髓質(zhì)，RAS-60min，P＜0.05）。RBF分別為（63.90±37.93）mL/（100g?min）（皮質(zhì)，RAS-30min，P＜0.05）、（31.29±12.97）mL/（100g?min）（髓質(zhì)，RAS-30min，P＜0.05）、（66.95±39.82）mL/（100g?min）（皮質(zhì)，RAS-60min，P＜0.05）、（31.46±17.23）mL/（100g?min）（髓質(zhì)，RAS-60min，P＜0.05，圖3）。

討 論

1.腎臟動(dòng)脈狹窄與腎臟RBF、OEF變化之間的病理生理關(guān)系及臨床意義

RAS會(huì)對(duì)腎臟的存活能力造成威脅，但其所導(dǎo)致的腎損害甚至腎臟纖維化是否與腎臟氧代謝水平降低和局部組織缺血相關(guān)還未知。由于缺乏適當(dāng)?shù)脑u(píng)估人類腎臟組織氧代謝水平的方法，故上述問(wèn)題還無(wú)定論，所以定量測(cè)量腎臟特別是腎髓質(zhì)區(qū)域的氧代謝水平對(duì)于腎臟疾病的診斷和治療非常重要。明確腎動(dòng)脈狹窄對(duì)于腎臟氧代謝功能影響機(jī)制對(duì)于相關(guān)疾病的提早預(yù)防、治療及療效評(píng)估有重要的臨床意義。

在正常的生理?xiàng)l件下，相對(duì)于腎皮質(zhì)區(qū)域，腎髓質(zhì)區(qū)域處于相對(duì)低氧的狀態(tài)，因此腎臟髓質(zhì)區(qū)域易于受到由于腎臟氧供給和需求不平衡造成的急性或慢性損傷。本研究通過(guò)部分結(jié)扎單側(cè)腎動(dòng)脈，模擬腎動(dòng)脈狹窄，使該側(cè)腎臟動(dòng)脈血流灌注減少，導(dǎo)致腎臟處于低氧狀態(tài)，在此病理生理?xiàng)l件下腎臟為了繼續(xù)維持其活性，將使腎臟OEF升高以補(bǔ)償其減少的血流灌注；故可以通過(guò)觀測(cè)RAS手術(shù)前后RBF和OEF的變化趨勢(shì)，評(píng)判利用MEGSE序列估算腎臟OEF的有效性和敏感性。

圖3　15只兔子腎臟氧攝取分?jǐn)?shù)（OEF）和血流灌注（RBF）在基礎(chǔ)狀態(tài)與RAS術(shù)后整體均值及標(biāo)準(zhǔn)差示意圖。＊表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。a）血流灌注（RBF）示意圖；b）氧攝取分?jǐn)?shù)（OEF）示意圖。

2.MEGSE序列的優(yōu)勢(shì)

腎臟缺氧的檢測(cè)大部分基于有創(chuàng)性的微電極技術(shù)［2，26］。其它方法包括乏氧標(biāo)記物法如低氧誘導(dǎo)因子［21-28］、Pimonidazole法［29］等，但這些方法均無(wú)法應(yīng)用于人體。與其它方法不同的是，MRI對(duì)于人體組織病變有很高的空間分辨力，在組織結(jié)構(gòu)、功能、生理和新陳代謝等多方面是一種更為安全、全面的檢查方法。臨床上MEGSE技術(shù)能夠無(wú)創(chuàng)、定量評(píng)估腎臟OEF，是一種評(píng)估腎臟氧代謝水平的工具。在本次可行性研究中，由MEGSE序列測(cè)得的腎臟OEF在RAS術(shù)后比基礎(chǔ)狀態(tài)下顯著增加，這與理論預(yù)測(cè)一致，證實(shí)了MEGSE測(cè)量腎臟OEF的可行性。

3.磁共振信號(hào)衰減理論模型的假設(shè)條件適用性分析

Yablonskiy等［17］的磁共振信號(hào)衰減理論模型基于如下三個(gè)假設(shè):①方向隨機(jī)性，可以將模型中產(chǎn)生信號(hào)的物體假設(shè)成隨機(jī)朝向分布的磁性粒子，用這些粒子來(lái)模擬毛細(xì)血管網(wǎng)中的細(xì)小血管。腎臟實(shí)質(zhì)中這個(gè)假設(shè)是滿足的，因?yàn)榉浅＜?xì)小的隨機(jī)分布的毛細(xì)血管的直徑約為10微米，這個(gè)尺度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于毛細(xì)血管的長(zhǎng)度，滿足我們的假設(shè)。②在這個(gè)模型里，我們將血管外順磁性的脫氧血紅蛋白考慮進(jìn)模型，假設(shè)信號(hào)的損失由這些粒子引起，而血管內(nèi)效應(yīng)并沒有被考慮。③在這個(gè)模型中，由質(zhì)子擴(kuò)散導(dǎo)致的信號(hào)損失被忽略掉了。對(duì)于血管內(nèi)空間來(lái)說(shuō)，Kennan等［30］發(fā)現(xiàn)影響擴(kuò)散效應(yīng)的因素有序列和干擾源；對(duì)于血管外空間效應(yīng)，我們?cè)谀Ｐ椭袑?duì)靠近自旋回波附近的信號(hào)使用二階多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合，據(jù)報(bào)道這個(gè)函數(shù)可以將血管外擴(kuò)散效應(yīng)降到最?。?1］。

4.基于剩余平方和（RSS）估算組織OEF的優(yōu)勢(shì)

基于Yablonskiy等［21］提出的信號(hào)衰減模型估算組織OEF等氧代謝指標(biāo)，用兩個(gè)解析表達(dá)式近似替換原始模型，需要預(yù)先設(shè)定一個(gè)參考的OEF值，但通常OEF是未知的，特別是對(duì)于病理情況下的OEF，其可能的變化范圍為0～1之間，所以選擇參考OEF值對(duì)于氧代謝參數(shù)估算的準(zhǔn)確性非常重要。本研究中，我們利用剩余平方和（RSS）作為選擇最優(yōu)參考OEF的判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以更加準(zhǔn)確地估算出腎臟OEF及其他氧代謝指標(biāo)。

5.本研究的不足

由BOLD機(jī)制可知，脫氧血紅蛋白作為內(nèi)源性對(duì)比劑，在T2或T2＊加權(quán)圖像上引起信號(hào)衰減［5，32］，但人體組織中除了脫氧血紅蛋白以外，還有其它導(dǎo)致信號(hào)衰減的因素，例如在空氣和組織交界區(qū)域，由于存在不同組織間的磁化率差異，導(dǎo)致磁場(chǎng)不均勻，同樣引起信號(hào)衰減，此即磁敏感偽影，這將造成氧代謝指標(biāo)R2 和vCBV的估計(jì)值過(guò)高，并可能進(jìn)一步影響到對(duì)腎臟OEF估計(jì)的準(zhǔn)確性。本研究中，腹部器官、腎臟皮質(zhì)區(qū)域由于存在不同組織交界面，較易受到磁敏感偽影的影響。

MEGSE技術(shù)在腹部及盆腔的應(yīng)用受到呼吸、心跳、腸道蠕動(dòng)等的影響，本研究利用專用氣體麻醉機(jī)使兔子處于深度麻醉狀態(tài)中，呼吸平穩(wěn)，并通過(guò)圖像后處理將運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的MEGSE異常信號(hào)所在的MRI層面剔除，進(jìn)一步減少了運(yùn)動(dòng)對(duì)PBF估算的影響。

本研究中所用的MEGSE序列只限于單層數(shù)據(jù)采集模式，由于MEGSE是基于自旋回波序列，故掃描時(shí)間較長(zhǎng)，平均需要3～5min（基于不同的重復(fù)次數(shù)）。另外，MEGSE序列的采樣時(shí)間分辨力受到掃描設(shè)備硬件條件限制，不能根據(jù)模型信號(hào)曲線分布優(yōu)化分配采樣時(shí)間。為了更好地應(yīng)用于臨床，我們需要在此基礎(chǔ)上開發(fā)能自由分配采樣時(shí)間、具有更高時(shí)間分辨力、更短掃描時(shí)間的序列、技術(shù)來(lái)估算腎臟OEF。

總之，本研究驗(yàn)證了MEGSE序列可以無(wú)創(chuàng)、定量測(cè)量腎缺血狀態(tài)下的OEF改變，為將來(lái)進(jìn)一步應(yīng)用于人類腎臟氧攝取分?jǐn)?shù)的測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。

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?腎移植影像學(xué)專題?

Feasibility of non-invasively quantitative measurements of Intrarenal oxygen extraction fraction（OEF）in rabbits with unilater-al renal artery stenosis using MRI

ZHANG Xiao-dong，MI Yue，WANG Jing，et al.Department of Radiology，Peking University First Hospital，Beijing 100034，P.R.China

【Abstract】Objective:To demonstrate the feasibility of 2Dmulti-echo gradient and spin echo（MEGSE）sequence used for non-invasive quantitative measurements of intrarenal oxygen extraction fraction（OEF）in rabbits with unilateral renal artery stenosis（RAS）.Methods:Fifteen New Zealand rabbits with a mean weight of 3.2kg were used in this study.Unilateral partial ligation of left renal artery was performed to create the animal model of acute RAS.Three sequential MEGSE scans were performed pre-RAS operation（baseline:tp1），30min post-RAS operation（tp2）and 60min post-RAS operation （tp3）respectively，to acquire the OEF before and after the renal artery stenosis.Results:Significant increments of OEF in the renal cortex and medulla were obtained（Cortex，OEF=0.36±0.08at baseline vs 0.46±0.14at post-RAS 30min，0.46±0.13at post-RAS 60min，P＜0.05；Medulla，OEF=0.39±0.11at baseline vs 0.51±0.12at post-RAS 30min，0.56±0.09at post-RAS 60min，P＜0.05），suggesting an increase of oxygen consumption in the cortex and medulla region after the renal artery stenosis.Conclusion:Our results demonstrate a consistent and significant increase of renal OEF in rabbits post renal artery stenosis，suggesting that MEGSE technique can be utilized to noninvasively detect pathophysiological changes in intrarenal OEF during an reduction of renal blood flow，which may be potentially applicable in humans in the future.

【Key words】Oxygen extraction fraction；Renal artery stenosis；Magnetic resonance imaging

收稿日期:（2015-03-11）

基金項(xiàng)目：高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（20110001120053）；首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項(xiàng)項(xiàng)目（2011-4021-02）資助

通訊作者：王霄英，E-mail:cjr.wangxiaoying@vip.163.com

作者簡(jiǎn)介：張曉東（1979-），男，山西人，博士，技師，主要從事醫(yī)學(xué)物理師工作。

DOI:10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.05.005

【中圖分類號(hào)】R692.9；R445.2

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1000-0313（2015）05-0519-06