移植肾小视野高分辨多b值DWI研究

李延军，谢媛，张龙江，卢光明

移植肾小视野高分辨多b值DWI研究

李延军，谢媛，张龙江，卢光明

【摘要】目的：探讨小视野高分辨多b值磁共振扩散加权成像（rFOV DWI）在移植肾功能评估中的应用价值。方法：选取肾移植患者41例行rFOV DWI检查。依据估算的肾小球滤过率将患者分为3组（1组:8例，eGFR＜30mL/min•1.73m2；2组:19例，30mL/min•1.73m2≤eGFR＜60mL/min•1.73m2；3组:14例，eGFR≥60mL/min•1.73m2）。分别测量皮髓质的表观扩散系数（ADC）值、单纯扩散系数D值和灌注分数f值，采用单因素方差分析比较组间差异，采用Pearson相关系数判断各参数与eGFR的相关性，采用ROC曲线判断各参数诊断移植肾功能损伤的效能。结果：随着移植肾功能的减低，ADC值、f值均呈下降趋势，其中1组皮质ADC值显著低于2、3组（P＜0.05）；皮质f值3组间两两比较差异均有统计学意义（P＜0.05）；1组髓质f值显著低于3组（P＜0.05）；余各组间参数比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。皮质ADC值、皮髓质f值均与eGFR呈显著正相关（r值分别为0.398、0.673、0.413，P＜0.05）。以0.283为截点，皮质f值诊断移植肾功能轻中度以上受损的敏感度、特异度分别为93%和59%。结论：小视野多b值扩散加权成像可无创性评估移植肾功能。

【关键词】扩散加权成像；磁共振成像；肾移植；灌注

作者单位：210002 南京，南京军区南京总医院/南京大学医学院附属金陵医院医学影像科

随着外科学技术的进步和免疫抑制剂的成功应用，肾移植成为终末期肾病患者最合理、有效的治疗方法，早期、准确地发现移植肾实质结构、功能的异常，从而指导临床及时调整治疗方案，能够避免移植肾功能的丧失，延长移植肾寿命［1-3］。扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是目前唯一能活体无创检测水分子扩散的方法，根据体素内不相干运动（introvoxel incoherent motion，IVIM）理论，DWI同时反映了水分子的单纯扩散运动和微循环的血流灌注［4］。相关研究表明DWI具有监测移植肾功能变化的潜力［5-7］，但是传统DWI读出窗口较长，伪影及磁敏感效应导致图像变形、失真，所得图像分辨力低，直接影响了定量诊断的准确性［8］。小视野扩散加权成像（reduced field of view diffusion weighted imaging，rFOV

DWI）克服了常规DWI图像伪影及变形的影响，使用二维空间选择性射频脉冲仅激发小范围感兴趣区，提高了图像分辨力［9］。本研究对41例肾移植患者行rFOV DWI检查，旨在探讨其在移植肾功能评估中的应用价值。

材料与方法

1.病例资料

搜集2014年2月-2014年8月间至南京军区南京总医院就诊的首次同种异体肾移植患者43例，其中1例因幽闭恐惧症，1例因宫内金属节育器未能完成检查，共41例纳入本组研究，其中男30例，女11例，平均年龄（36.6±10.1）岁，移植术后时间从1～59个月不等。根据KDIGO慢性肾病（CKD）临床指南将患者分为3组:第1组为移植肾功能重度下降或肾衰竭患者（8例，男4例，女4例），平均年龄（36.8±10.9）岁，eGFR＜30mL/min•1.73m2，相当于CKD分期中的Ⅳ～Ⅴ期；第2组为移植肾功能轻中度至中重度下降患者（19例，男16例，女3例），平均年龄（37.9± 10.9）岁，30mL/min•1.73m2≤eGFR＜60mL/min•1.73m2，相当于CKD分期中的Ⅲ期；第3组为移植肾功能正常或轻度下降患者（14例，男10例，女4例），平均年龄（34.7±9.0）岁，eGFR≥60mL/min•1.73m2，相当于CKD分期中的Ⅰ～Ⅱ期。

2.患者准备

检查前嘱患者禁食、禁水4h以上，检查前4h内禁止输液，12h内禁用利尿剂，检查当日清晨抽血测量血肌酐（Scr）及估算肾小球滤过率（eGFR）。磁共振检查前训练患者平稳呼吸以尽量保持MRI扫描期间患者的呼吸频率、幅度一致。

3.检查方法

MRI检查采用GE 3.0T超导MR扫描仪（Discovery MR750，GE，Milwaukee，WI），32通道腹部相控阵线圈。rFOV DWI采用单次激发的平面回波序列（SS-EPI），10个b值（10、30、50、100、150、200、400、600、800、1000s/mm2），轴面扫描，扩散方向3个，使用呼吸触发技术，TR 4000ms，TE 55ms，视野24cm× 9.6cm，层厚6mm，层间隔1mm，矩阵240×96。

4.图像处理与分析

所有图像传至GE AW Volume Share 5工作站进行后处理，由2名分别有6年和8年工作经验的放射科医师共同阅片，参考常规T1WI图像在rFOV DWI图像上放置感兴趣区（region of interest，ROI），由工作站自动计算表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值、单纯扩散系数（D）、灌注分数（f）并生成相应参数图。ROI的放置遵循以下原则:①至少选取移植肾上、中、下极6个层面；②皮质ROI使用自由画笔手动绘制，尽量覆盖整个皮质区域；③髓质ROI取圆形或椭圆形，每层放置3～4个，取平均值。

5.统计学处理

使用SPSS 16.0软件进行统计学分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示。三组患者的皮髓质ADC值、D值、f值经正态性检验后，使用单因素方差分析（ANOVA）比较三组间各参数有无统计学差异，如有差异进一步使用SNK法行两两比较；使用Pearson直线相关分析检验各参数与eGFR的相关性；使用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线判断不同参数诊断移植肾功能受损的效能；以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.移植肾rFOV DWI表现

41例移植肾患者均成功获得了rFOV DWI图像，图像平面分辨力达到1mm×1mm，移植肾结构显示清晰，未见明显伪影及变形。第3组患者DWI及ADC图均显示皮髓质分界清晰，髓质呈明显低信号，皮质呈明显高信号（图1）；第2组患者部分皮髓质分界欠清，髓质信号升高（图2）；第1组患者皮髓质分界不清，髓质信号明显升高，接近皮质信号（图3）。

2.3组患者rFOV DWI各参数间比较

ANOVA结果显示3组间皮质ADC值、灌注分数f值及髓质灌注分数f值差异存在统计学意义（P＜0.05），进一步行两两比较结果显示第1组皮质ADC值显著低于2、3组（P＜0.05），而2、3组间差异无统

表1　3组移植肾患者间rFOV DWI各参数比较

图1　第3组患者（eGFR=74.98mL/min•1.73m2）DWI图与ADC图，皮髓质信号均匀、分界清晰，皮质呈相对高信号，髓质呈相对低信号。a）rFOV DWI图像；b）ADC图。 图2 第2组患者（eGFR=50.44mL/min•1.73m2）DWI图与ADC图，大部分皮髓质分界尚清，肾实质后部髓质信号增高，接近皮质信号。a）rFOV DWI图像；b）ADC图。 图3 第1组患者（eGFR =15.22mL/min•1.73m2）DWI图与ADC图，皮髓质信号接近，分界不清，以ADC图更为显著。a）rFOV DWI图像；b）ADC图。

计学意义；第1组皮质f值显著低于2、3组（P＜0.05），且第2组f值显著低于第3组（P＜0.05）；第1组髓质f值显著低于第3组（P＜0.05）。D值在各组间差异均无统计学意义（P＞0.05，表1）。

3.移植肾皮髓质rFOV DWI各参数和eGFR间的相关性

皮质ADC值（r=0.398，P=0.01）、皮质灌注分数f（r=0.673，P＜0.001）、髓质灌注分数f（r= 0.413，P=0.007）均与eGFR呈显著正相关，D值与eGFR无相关性（图4）。

4.rFOV DWI各参数诊断移植肾功能受损的ROC曲线分析

图4　移植肾皮质灌注分数f与eGFR的相关性。 图5 皮髓质f值诊断移植肾功能轻中度以上受损的ROC曲线。

皮、髓质灌注分数f值诊断移植肾功能轻中度以上受损（eGFR＜60mL/min•1.73m2）的ROC曲线下面积分别为0.79（P=0.003）和0.708（P=0.031）；以小于0.283为截点，皮质f值的诊断敏感度、特异度分别为93%和59%。ADC值与D值无诊断效能（P＞0.05，图5）。

讨 论

小视野扩散加权成像已成功应用于脊柱、乳腺、胰腺、前列腺、甲状腺等器官［10-15］。目前腹部DWI常用的依然是单次激发平面回波成像（single shot echo planar imaging，ss-EPI）序列，该序列T2＊衰减过程中的读出时间较长，容易导致相位编码方向的图像模糊。腹部器官较多，加之胃肠道内容物的影响，磁化率的变化容易使图像扭曲、变形，各种伪影叠加在图像上，致使测量ADC值往往偏高，同时图像的空间分辨力和细节显示度不佳［8］。与传统DWI相比，rFOV DWI的伪影和图像变形大大减少，进一步提高了图像的空间分辨力，进而减小部分容积效应的影响。在定性诊断上，rFOV DWI具有更优的图像质量，在定量诊断上，其ADC值具有更好的可重复性［14］。本研究结果显示移植肾功能尚未显著下降患者的rFOV DWI图像中皮髓质分辨清晰，髓质信号低于皮质信号，随着移植肾功能的下降，髓质信号逐渐升高，重度下降或肾衰竭患者的髓质信号与皮质信号相似，同时能够显示局部肾实质结构的紊乱。

本研究显示移植肾功能正常或轻度下降的患者皮质ADC值显著高于移植肾功能重度受损或肾衰竭患者，这与相关研究结果是一致的［16，17］。动物研究显示随着肾脏纤维化程度的加重，ADC值呈下降趋势［18］。相关研究对321例移植肾受体长达2年的纵向研究表明，随着移植肾功能的下降，间质纤维化与肾小管萎缩程度加重，而肾脏间质的纤维化常常伴随间质内细胞密度的增加和胶原的沉积，水分子的扩散运动往往受限［19］。因此随着移植肾功能的下降，其ADC值降低。

本研究显示皮质灌注分数f值与eGFR具有较好的相关性，3组患者间差异均有统计学意义，其判断不同阶段移植肾功能的敏感度较ADC值高。IVIM理论已广泛应用于腹部器官的磁共振成像［20-23］，该理论指出，使用单个非零b值计算出的ADC值实际上包含两种成分，即水分子的单纯扩散运动和微循环的血流灌注效应［4］。Eisenberger等［6］对15例移植肾受体患者术后9～15d的研究显示其中4例发生超急性排斥患者的ADC值与f值均有不同程度下降，而单纯扩散系数D值无明显变化，提示f值的变化是造成ADC值下降的主要原因。根据IVIM理论，f值代表体素内毛细血管流动血量所占的容积率［24］。Heusch等［25］研究指出通过动脉自旋标记（arterial spin-labeling，ASL）技术得出的灌注值与IVIM得出的灌注分数f值具有很好的相关性，也证实了f值是反映组织灌注的可靠参数。随着移植肾间质纤维化程度的加重，微循环的血流灌注降低，可能是导致f值降低的主要原因。

综上所述，本研究提示皮质灌注分数f值较ADC值更为敏感，使用多b值rFOV DWI可无创性监测移植肾功能的变化。

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•肾移植影像学专题•

High resolution diffusion weighted imaging of renal allograft with multiple b-values

LI Yan-jun，XIE Yuan，ZHANG Longjiang，et al.Department of Medical imaging，Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command，Nanjing 210002，P.R. China

【Abstract】Objective:To investigate the feasibility of high resolution diffusion weighted imaging（DWI）with multi-b values using reduced field of view（rFOV）as a noninvasive way for assessing the function of renal allografts.Methods:Forty-one kidney transplant recipients underwent MR examination.According to the estimated glomerular filtration rate（eGFR），subjects were divided into three groups:group 1（n=8）with eGFR＜3030mL/min•1.73m2；group 2（n=19）with 30mL/min•1.73m2≤eGFR＜60mL/min•1.73m2；group 3（n=14）eGFR≥60mL/min•1.73m2.Apparent diffusion coefficient（ADC），pure diffusion（D）and perfusion fraction（f）were calculated separately for the cortex and the medulla and compared among the three groups using one way ANOVA.Correlations between imaging results and renal allograft function determined by eGFR were also assessed.ROC curves were used for assessing the diagnostic performance of impaired renal function.Results:There was a gradually decreasing trend of ADC and f in both cortex and medulla from group 3to group 1 following the decreasing of renal allograft function.Mean value of cortical ADC was significantly lower in group 1than those of group 2and group 3，respectively.Cortical f showed significant differences between each of two groups；and medullary f in group 1was significantly lower than that of group 3.Cortical ADC，f and medullary f correlated positively and significantly with eGFR（r=0.398，0.673，0.413，respectively，P＜0.05）.The sensitivity and specificity of rFOV DWI for diagnosing the function of renal allograft with impaired renal allograft function more than mild-moderate degree were 93% and 59%，respectively，when cortical f＜0.283was used as the cutoff value.Conclusion:rFOV DWI with multi-b values in transplanted kidneys is a promising tool for non-invasive functional monitoring.

【Key words】Diffusion weighted imaging；Magnetic resonance imaging；Kidney transplantation；Perfusion

收稿日期:（2015-03-09 修回日期:2015-03-31）

基金项目：中国博士后科学基金面上项目（2014M552702）

通讯作者：卢光明，E-mail:cjr.luguangming@vip.163.com

作者简介：李延军（1979-），男，山东菏泽人，博士，主治医师，主要从事腹部磁共振功能成像与诊断工作。

DOI:10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.05.002

【中图分类号】R692.9；R445.2

【文献标识码】A

【文章编号】1000-0313（2015）05-0504-05