程仲元，馮友珍，葉耀江，胡俊嬌，蔡香然

磁共振成像作為一種無(wú)創(chuàng)性、無(wú)電離輻射及可重復(fù)性強(qiáng)的檢查方法，被越來(lái)越多的應(yīng)用到人體疾病診斷及功能評(píng)價(jià)等方面。擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)、磁共振灌注成像(perfusion weighted imaging，PWI)和體素內(nèi)相位不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion imaging，IVIM)擴(kuò)散加權(quán)成像等磁共振功能成像技術(shù)在腎臟的應(yīng)用日益增多，并展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景[1-3]。擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是近年來(lái)發(fā)展的一種新興磁共振擴(kuò)散成像技術(shù)，不僅能夠反映出生物組織非高斯分布的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)情況，而且還能夠提供組織微觀結(jié)構(gòu)變化的信息。DKI最初應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)[4]，并展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景[5]。近年來(lái)隨著磁共振硬件及軟件的不斷發(fā)展和更新，DKI在腹部應(yīng)用逐漸增多，目前主要集中在前列腺[6-8]、肝臟[9-10]的研究，在腎臟的應(yīng)用仍處于探索階段，國(guó)內(nèi)外僅見(jiàn)少量文獻(xiàn)報(bào)道[11-13]。本研究擬應(yīng)用MRI-DKI序列對(duì)健康志愿者腎臟進(jìn)行檢查，評(píng)估其在腎臟應(yīng)用的可行性。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

收集2016年3月至2017年2月在我院招募的健康男性志愿者35例。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)20周歲≤年齡≤45周歲；(2)無(wú)腎臟器質(zhì)性病變、感染等；(3)無(wú)其他系統(tǒng)疾病，如惡性腫瘤、血液病、放化療病史等；(4)無(wú)其他影響腎功能的疾病如高血壓、糖尿病、高尿酸血癥及腎病綜合征。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)腎臟內(nèi)有較大(＞2 cm)或較多(超過(guò)3個(gè))單純性腎囊腫；(2)泌尿系結(jié)石(多發(fā)結(jié)石或結(jié)石＞2 cm)或其他病變者；(3)圖像掃描偽影嚴(yán)重，影響圖像觀察的。本研究通過(guò)我院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 檢查方法

1.2.1 掃描設(shè)備及掃描前準(zhǔn)備

采用 GE HD 3.0 T Discovery MR750 USA超導(dǎo)型掃描儀，8通道體部線圈，將掃描原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入DKE軟件進(jìn)行校正處理后行數(shù)據(jù)測(cè)量。所有受檢者掃描前禁食4 h，檢查前2 h內(nèi)進(jìn)水不超過(guò)350 ml。檢查前進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，屏氣掃描。掃描采取仰臥位，足先進(jìn)，并在中腹部安放呼吸帶。

1.2.2 掃描序列及參數(shù)

掃描參數(shù)設(shè)定如下：常規(guī)冠狀位T1WI、T2WI掃描；冠狀位DKI成像：采用SE/EPI序列，TR 3000～5500 ms，TE 58.9 ms，層厚4.0 mm，層間隔0.4 mm，F(xiàn)OV 38.0 cm×30.4 cm，帶寬250 kHz，矩陣128×128，NEX為2，平均采集時(shí)間約：7 min 30 s。采用呼吸觸發(fā)掃描，兩側(cè)腎臟獲得11～13層冠狀位圖像，每層獲得三個(gè)不同b值(0、500 s/mm2，1000 s/mm2；圖1)和30個(gè)方向擴(kuò)散敏感梯度的圖像。

1.3 圖像后處理、測(cè)量及數(shù)據(jù)分析

由2名有3年以上腹部影像診斷的醫(yī)師單獨(dú)對(duì)雙腎的T1WI、T2WI以及b=1000 s/mm2的DWI圖像進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估內(nèi)容主要包括：(1)腎臟有無(wú)占位性病變，如腎多發(fā)囊腫、錯(cuò)構(gòu)瘤等；(2)腎盂腎盞有無(wú)結(jié)石、積水?dāng)U張及梗阻征象等。兩人獨(dú)立完成DKI數(shù)據(jù)的測(cè)量，意見(jiàn)不同時(shí)由商議之后的結(jié)果決定。

將DKI原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出經(jīng)圖像校正(DKE)，使用image-J工具測(cè)量數(shù)據(jù)。由于各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)圖中腎皮質(zhì)、髓質(zhì)分界最為清楚，故選取其放置感興趣區(qū)(region of interest，ROI)(圖2)。在放置ROI時(shí)，以T2WI圖像作為參考，盡量選取冠狀位近腎門(mén)層面，同時(shí)盡量避開(kāi)血管、腎盂和腎臟邊緣。在腎皮、髓質(zhì)(上、中、下極)分別放好ROI后(圖2A)，再匹配到平均擴(kuò)散峰度(mean kurtosis，MK)、軸向峰度(axial kurtosis，Ka)、徑向峰度(radial kurtosis，Kr)、平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusion，MD)、軸向擴(kuò)散張量(axial diffusion，Da)及垂直擴(kuò)散張量(radial diffusion，Dr)圖像(圖2B～H)，獲得皮、髓質(zhì)相應(yīng)參數(shù)，取平均值。皮質(zhì)、髓質(zhì)ROI大小均為22～40 mm2，皮、髓質(zhì)中每個(gè)ROI大小完全一致。

1.4 實(shí)驗(yàn)室檢查

所有受試對(duì)象于MRI檢查完成前2 d內(nèi)完成尿肌酐水平檢測(cè)，測(cè)量前避免劇烈運(yùn)動(dòng)、發(fā)熱、應(yīng)激、藥物以及尿路感染等。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，P＜0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(1) 2名觀察者間DKI參數(shù)結(jié)果，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其中0＜ICC＜0.40：一致性差；0.40＜ICC＜0.75：一致性較好；ICC＞0.75：一致性好。(2)左、右腎臟皮髓質(zhì)相應(yīng)DKI各參數(shù)的比較，采用配對(duì)t檢驗(yàn)；(3)右腎皮質(zhì)與髓質(zhì)DKI測(cè)量值比較，采用配對(duì)t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 臨床信息

圖1 b值分別為同一志愿者同一層面三個(gè)不同b值原始圖，b值分別為0 (A)、500 s/mm2 (B)、1000 s/mm2 (C)Fig. 1 The original DKI images with b=0 (A), 500 s/mm2 (b), and 1000 s/mm2 (C).

圖2 為圖1志愿者腎臟DKI功能偽彩圖；在FA偽彩圖上，腎皮質(zhì)與髓質(zhì)ROI放置圖(A)；DKI偽彩圖(B～H)。A：腎皮質(zhì)、髓質(zhì)ROI放置圖；B：MK偽彩圖；C：Ka偽彩圖；D：Kr偽彩圖；E：FA偽彩圖；F：MD偽彩圖；G：Da偽彩圖；H：Dr偽彩圖Fig. 2 Examples for regions of interest (ROIs) of the renal cortex (oval circle) and medulla (round circle), shown on the FA image, were defined manually in the coronal plane (A). The DKI derived parametric maps of the kidney were showed on B—H. The pictures in Figure 1 and Figure 2 were from the same volunteer. A:ROI placement maps of renal cortex and medulla. B: MK pseudo-color map. C: Ka pseudo-color map. D: Kr pseudo-color map. E: FA pseudo-color map. F: MD pseudo-color map. G: Da pseudo-color map. H: Dr pseudo-color map.

表1 2名觀察者峰度參數(shù)、擴(kuò)散參數(shù)各測(cè)量值ICC及95%CITab. 1 The ICCs of two observers on kurtosis and diffusion parameters

表2 左右腎皮質(zhì)和髓質(zhì)DKI峰度參數(shù)比較(x±s)Tab. 2 The comparison of DKI kurtosis parameters between left and right renal cortex or medulla (x±s)

表3 左、右腎皮質(zhì)和髓質(zhì)DKI擴(kuò)散參數(shù)比較(x±s)Tab. 3 The comparison of DKI diffusion parameters between left and right renal cortex or medulla (x±s)

根據(jù)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)，排除5例志愿者圖像，其中腎多發(fā)囊腫2例，圖像嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)偽影2例，腎臟多發(fā)結(jié)石1例，最終納入本研究健康志愿者30例，年齡范圍24～44歲，平均年齡(32.37±5.73)歲；體重指數(shù)(body mass index，BMI) 25.62±3.32。

2.2 DKI偽彩圖特征

隨著b值的增高，圖像信噪比降低(圖1)。DKI偽彩圖由暖色到冷色代表相應(yīng)量化值依次減低。

2.3 觀察者間測(cè)量數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)

兩位觀察者峰度參數(shù)、擴(kuò)散參數(shù)各測(cè)量值ICC及95%CI如表1所示，ICC所處范圍為0.912～0.973，0.935～0.969，均＞0.750，一致性較好。

2.4 左腎與右腎的DKI各參數(shù)的比較

左、右腎臟皮質(zhì)和髓質(zhì)DKI峰度參數(shù)(MK值，Ka值及Kr值)及擴(kuò)散參數(shù)(FA、MD、Da及Dr)值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)(表2，3)。

2.5 腎皮質(zhì)、髓質(zhì)DKI各參數(shù)的比較

考慮到右側(cè)腎臟受心臟大血管及膈肌運(yùn)動(dòng)影響較小，同時(shí)本研究三組受檢者左、右腎臟皮、髓質(zhì)間參數(shù)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，因此采用右側(cè)腎臟皮質(zhì)、髓質(zhì)所測(cè)DKI參數(shù)值進(jìn)行比較。腎皮質(zhì)MK值、Ka值及Kr值均高于腎髓質(zhì)，相應(yīng)參數(shù)兩兩比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，P值分別為0.003、0.001、0.018。腎皮質(zhì)FA值及Da低于腎髓質(zhì)，而MD值及Da值高于髓質(zhì)，相應(yīng)參數(shù)兩兩比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，P值分別為0.000、0.000、0.017、0.000。

3 討論

DKI于2005由Jensen等[4]首次提出，是在擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)基礎(chǔ)上的延伸與擴(kuò)展，其特有的峰度參數(shù)，能夠更加豐富地反映水分子微觀結(jié)構(gòu)的信息。峰度參數(shù)值的大小與感興趣區(qū)內(nèi)組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度成正相關(guān)[4]。

3.1 腎臟DKI b值的選擇

基于高斯分布的DWI體部成像b值在800～1000 s/mm2時(shí)最佳[13-14]，但基于非高斯模型的DKI成像技術(shù)，一般需要較高b值(＞1000 s/mm2)，因此DKI在腹部的應(yīng)用受到一定限制。b值是影響磁共振成像的重要因素，在DKI最大b值的選擇上需要考慮多種因素的影響。b值越高，對(duì)磁共振硬件及軟件要求也越高；同時(shí)也會(huì)加速組織信號(hào)衰減，使得磁共振信號(hào)強(qiáng)度的明顯下降，圖像信噪比(signal to noise ratio，SNR)隨之明顯降低[15-16]。

目前關(guān)于腎臟DKI的研究，僅有少量文獻(xiàn)報(bào)道[11-13]，且均為正常人的前瞻性研究，所采用的最大b值均小于1000 s/mm2。Jensen等[4，17]、Rosenkrantz等[16]認(rèn)為在DKI的最佳b值的選擇應(yīng)根據(jù)所研究組織的不同而又所差異，比如在正常腦組織的ADC≈1.0×10-3mm2/s，Kapp≈1，故腦組織DKI最大b值推薦選擇2000 s/mm2；而腎臟ADC≈(1.5～3.0)×10-3mm2/s，因此此時(shí)DKI最大b值應(yīng)小于腦組織推薦的最大b值，約為1000 s/mm2，甚至更小[17]。Pentang等[12]認(rèn)為在最大b值在600～800 s/mm2范圍，能夠顯示腎臟水分子偏離高斯擴(kuò)散的狀態(tài)。而huang等[11]，也認(rèn)為最大b值為1000 s/mm2的DKI模型用于正常人腎臟以顯示水分子非高斯分布擴(kuò)散狀態(tài)是可行的。此外，Quentin等[7]在前列腺DKI最高b為1000 s/mm2。綜合以上各種因素考慮，本研究最終選擇掃描最大b值為1000 s/mm2，三組b值分別為0、500 s/mm2、1000 s/mm2。

3.2 腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的峰度參數(shù)

研究表明，峰度參數(shù)主要反映感興趣內(nèi)微觀組織的復(fù)雜程度[4，17]。本研究結(jié)果顯示腎皮質(zhì)的MK值高于髓質(zhì)，相應(yīng)參數(shù)兩兩比較均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，這與Pentang等[12]、Filli等[15]研究結(jié)果一致，這可能說(shuō)明腎皮質(zhì)的微觀組織結(jié)構(gòu)比髓質(zhì)更加復(fù)雜。究其原因，可能與皮質(zhì)、髓質(zhì)微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)：(1)腎皮質(zhì)組織結(jié)構(gòu)和生理功能更復(fù)雜。腎皮質(zhì)主要由腎小球和少量近端小管組成；腎小球由復(fù)雜的毛細(xì)血管叢和腎小囊構(gòu)成，其組織結(jié)構(gòu)內(nèi)又包含內(nèi)皮細(xì)胞、壁層上皮細(xì)胞、基底膜、足細(xì)胞、系膜細(xì)胞及系膜基質(zhì)等結(jié)構(gòu)。而腎髓質(zhì)主要由腎小管系統(tǒng)、少量間質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)小血管構(gòu)成，在整體結(jié)構(gòu)上較為一致。(2)受血流灌注的影響。腎臟血流灌注豐富，但腎臟血流分布極不均勻，腎皮質(zhì)血流量約占腎臟總血流量的94%。

曲麗潔等[13]、Huang等[11]認(rèn)為腎髓質(zhì)峰度參數(shù)(MK、Ka及Kr值)高于皮質(zhì)，與本研究結(jié)果相反。掃描設(shè)備、成像方向不同可能是實(shí)驗(yàn)結(jié)果有所不同的原因，Pentang等[12]采用GE 3.0 T Signa EXCITE HD掃描儀，4通道體部線圈，軸位掃描；曲麗潔等[13]采用Siemens 1.5 T磁共振掃描儀進(jìn)行檢查，使用18通道腹部相控陣表面線圈。而本研究采用GE HD 3.0 T Discovery MR750，8通道體部線圈，冠狀位掃描。另外b的數(shù)量及大小不同可能是與曲麗潔等[13]研究結(jié)果有所差異的另一個(gè)原因。曲麗潔等[13]采用6個(gè)b值，最大b值為2500 s/mm2，而本研究采用3個(gè)b值，最大b值為1000 s/mm2。

本研究結(jié)果顯示皮質(zhì)和髓質(zhì)平均MK值分別為0.659±0.017、0.644±0.015，均小于文獻(xiàn)報(bào)道[12]。Pentang等[12]、Filli等[15]的研究顯示皮質(zhì)MK值分別0.880±0.090、0.800±0.180；髓質(zhì)平均MK值分別為0.750±0.140，0.790±0.210。這可能與以下因素有關(guān)：(1) b值大小以及數(shù)量不同。Pentang等[12]研究b值為0、300和600 s/mm2，F(xiàn)illi等[15]研究b值為0、150、300、500和800 s/mm2，而本研究b值為0、500和1000 s/mm2。b值是影響水分子擴(kuò)散的重要因素，隨著b值的增大，生物組織的不均勻性對(duì)組織的擴(kuò)散影響增加，水分子擴(kuò)散分布偏離高斯分布更加明顯，更加符合DKI模型。掃描b值數(shù)量越多，所需掃描時(shí)間越長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)偽影影響更加明顯。(2)與腎臟的血流灌注、小管內(nèi)液體流動(dòng)有關(guān)。Thoeny等[18]認(rèn)為擴(kuò)散信號(hào)受腎臟血流的影響。Sigmund等[19]對(duì)正常人狀態(tài)、水利尿后及使用呋塞米后進(jìn)行IVIM及DTI研究發(fā)現(xiàn)，DWI對(duì)利尿劑引起的腎臟流量的改變敏感，并且認(rèn)為擴(kuò)散成像的信號(hào)與血管流量、腎小管直徑、水的重吸收及管內(nèi)流量的改變均有關(guān)。曲麗潔等[13]、Pentang等[12]、Filli等[15]均未對(duì)Ka值及Kr值進(jìn)行報(bào)道。

3.3 腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的擴(kuò)散參數(shù)

本研究中腎髓質(zhì)的FA值明顯高于皮質(zhì)并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與以往研究一致[11-12，20]。這主要與腎臟本身生理功能、解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)。腎臟皮質(zhì)主要由腎小球和少量近端小管組成，而腎小球由復(fù)雜的毛細(xì)血管叢和腎小囊構(gòu)成；髓質(zhì)主要由腎小管及直小血管組成，且腎小管與直小血管平行排列，整體上呈放射狀分布，這就形成了一個(gè)限制水分子運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，因此腎皮質(zhì)表現(xiàn)為各向同性，而髓質(zhì)各向異性更為明顯。本研究顯示腎皮質(zhì)的MD值高于髓質(zhì)，曲麗潔等[13]、Huang等[11]、Pentang等[12]及Filli等[15]也得到同樣的結(jié)論。Chandarana等[21]的研究顯示腎皮質(zhì)擴(kuò)散相關(guān)參數(shù)明顯高于腎髓質(zhì)，認(rèn)為這與腎臟皮質(zhì)的高灌注及皮質(zhì)的腎小管直徑較寬有關(guān)。另外，筆者認(rèn)為皮質(zhì)Da值小于髓質(zhì)，皮質(zhì)Dr值高于髓質(zhì)，而Huang等[11]研究結(jié)果顯示皮質(zhì)Da值、Dr值高于髓質(zhì)，這可能與成像設(shè)備、掃描的方向等因素不同有關(guān)，需要進(jìn)一步深入研究。曲麗潔等[13]、Pentang等[12]、Filli等[15]均未對(duì)腎皮質(zhì)、髓質(zhì)Da值、Dr值進(jìn)行報(bào)道。

3.4 結(jié)論與不足

本研究以男性健康志愿者作為研究對(duì)象，應(yīng)用呼吸觸發(fā)的MR-DKI技術(shù)對(duì)腎臟進(jìn)行掃描，并采用DKE軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影進(jìn)行校正，結(jié)果顯示MR-DKI在腎臟的應(yīng)用可行性較好。DKI不僅能夠反映腎皮質(zhì)、髓質(zhì)水分子擴(kuò)散狀態(tài)差異，而且能夠提供更多反應(yīng)組織微觀信息；其特征性參數(shù)MK值、Ka值與Kr值，能夠?qū)U(kuò)散參數(shù)做更好的補(bǔ)充。本研究存在以下不足：(1)納入的志愿者年齡較小，而且均為男性，平均32～34歲左右(24～44歲)；(2)單中心研究、樣本量較小，需要更大的樣本量及多中心研究。

利益沖突：無(wú)。