3.0T MR体素内不相干运动成像、弥散张量成像及T1 mapping检测健康成年人肾功能

斯 艺，杨 玲，姚 晋

(四川大学华西医院放射科，四川 成都 610041)

肾脏是维持人体内环境稳态的重要器官之一，肾脏疾病可导致肾功能损害；及时发现肾功能早期变化至关重要。目前临床常通过检测血肌酐(creatinine, Cr)和肾小球滤过率(glomerular filtration rate, GFR)评估肾功能，但均无法反映单侧肾功能，且对肾功能早期变化的敏感度较低[1]。功能MRI(functional MRI, fMRI)既可显示肾脏形态学变化，又能提供肾脏功能信息。血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent, BOLD)MRI是较为成熟的fMRI技术，可通过组织氧含量及血氧饱和度反映组织代谢情况。基于弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)的体素内不相干运动成像(intravoxel incoherent motion imaging, IVIM)和弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可反映组织内水分子扩散状态及血流灌注情况，亦已用于研究肾脏[2-3]。T1 mapping目前主要用于心脏，亦可反映肾脏组织含水量及纤维化程度[4]。国内肾脏研究[5]多采用1.5T MR设备，而国外大多以3.0T MR仪进行相关研究[2,6-7]。本研究观察肾脏3.0T MR IVIM、DTI及T1 mapping技术检测健康人肾功能的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 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，年龄35～59岁，平均(45.9±7.3)岁。纳入标准：①近1个月内未服用影响肾脏功能的药物；②无肾脏手术史。排除标准：①MR扫描禁忌证；②无法配合检查；③MR扫描过程中发现肾脏先天性变异或肿瘤病变。本研究经院伦理委员会批准，检查前所有受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 检查前嘱受检者禁食、禁水4 h，并对其进行呼吸训练(憋气15 s以上)。采用GE Discovery 750W 3.0T超导型MR，24通道体部相控阵线圈。嘱受检者仰卧、足先进，以肾门为中心、平行于双肾长轴进行扫描，范围覆盖肾门：采用小视野(focus)单次激发自旋回波平面成像(single-shot spin-echo echo-planar imaging, SS-SE-EPI)，以呼吸触发在自由呼吸状态下采集冠状位IVIM DWI，TR 2 857 ms，TE 77.1 ms，FOV 300 mm×150 mm，矩阵160×80，层厚3.0 mm，层间距1 mm，层数8，b值=10、30、50、100、150、200、400、600、800、1 000 s/mm2，扫描时间约8 min；采用SS-SE-EPI，以呼吸触发在自由呼吸状态下采集冠状位DTI，TR 4 000 ms，TE 71.6 ms，FOV 320 mm×320 mm，矩阵128×128，层厚4.0 mm，层间距0，层数8，b值=800 s/mm2，扫描时间约4 min；采用快速稳态梯度回波(fast imaging employing steady-state acquisition, FIESTA)序列于屏气状态下采集冠状位T1 mapping，TR 3.4 ms，TE 1.5 ms，FOV 360 mm×270 mm，矩阵192×128，层厚8 mm，层间距0，层数1，FA 45°，扫描时间12 s。

1.3 图像处理 排除图像质量较差和/或肾脏皮髓质分界不清的图像。将原始其图像数据传送至ADW 4.6工作站，以Functool工具包中的MADC软件处理IVIM数据，生成DWI及表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC，b值=10、1 000 s/mm2)、纯水分子扩散系数(D)、灌注相关扩散系数(D*)及灌注分数(f)伪彩图(图1)。采用Functool工具包中的DTI软件处理DTI数据，生成DWI图及各向异性分数(fractional anisotropy, FA)伪彩图(图2)。T1 mapping扫描完成后，系统自动生成T1值参数图(图3)。由具有10年及20年腹盆部影像学诊断经验的主治医师和副主任医师各1名分别测量ROI，结合冠状位T2WI分辨肾皮、髓质，选择显示肾门区皮、髓质分界最清晰的层面，分别于双肾皮髓质上、中、下份区域放置圆形ROI，直径不超过原始图像所示肾皮质厚度，面积约30～50 mm2，尽量使各序列图像中ROI位置相同，并注意避开肾脏边缘、肾窦及大血管等测量ROI内MRI各参数。

1.4 其他指标 于MR检查后1周内检测血常规、尿常规、血生化、尿蛋白肌酐比及24 h定量尿蛋白等。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，采用t检验或单因素方差分析进行组间比较；以中位数(上下四分位数)表示不符合者，采用秩和检验进行组间比较。以Spearman相关性分析观察肾脏MRI参数与估算GFR(estimated GFR, eGFR)的相关性，以0<│r│<0.3为弱相关，0.3≤│r│<0.5为低度相关，0.5≤│r│<0.8为中度相关，│r│≥0.8为高度相关。以组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)评价观察者间一致性，ICC<0.40为一致性较差，0.40～0.75一致性一般，>0.75一致性良好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

左、右肾皮髓质上、中、下份MRI参数及左、右肾MRI参数差异均无统计学意义(P均>0.05，表1)。双肾皮质ADC及D均大于髓质，而FA及T1值均小于髓质(P均<0.05，表2)。双肾髓质T1值与eGFR中度相关(r=0.718，P=0.013)，其余参数均与eGFR无明显相关(P均>0.05)。

表1 健康人肾脏MRI参数比较

表2 双肾皮质与髓质MRI参数比较

观察者间双肾皮质及髓质ADC、D、FA及T1值测值的一致性良好(ICC=0.751～0.896，P均<0.001)，而双肾皮质及髓质D*、f的一致性一般(ICC=0.489～0.668，P均<0.001)。

MR检查后1周，胱抑素C为(0.80±0.10)mg/L，肌酐为59.00(54.50，75.00)μmol/L，eGFR为103.99(94.16，107.48)ml/(min·1.73 m2)，提示受检者肾功能均正常。

3 讨论

IVIM参数D反映肾组织内水分子扩散状态，DTI参数FA反映肾微观结构的完整性，而T1 mapping参数T1值有助于反映肾含水量。

水分子扩散为肾脏主要生理活动，故DWI技术常用于研究肾脏疾病；但除经典的水分子布朗运动外，血液及肾小管内液体的流动亦可影响肾脏ADC，故以ADC反映肾脏组织水分子扩散状态可能存在一定误差[8]。通过双指数模型(即IVIM模型)获得的参数D、D*及f不仅能反映组织内水分子扩散状态，还能反映组织血流灌注情况。本研究所用的focus IVIM技术为新弥散技术，可于相位编码方向降低FOV，以减少序列所需读出时间并获得更优的弥散图像，更精细地显示解剖细节[9]。

DTI可显示水分子扩散方向的差异，其参数FA越高，表明扩散运动的方向性越强。肾小管功能和结构的完整性极易受低氧(如移植排异或缺血)的影响，使得FA作为稳定性较强的参数对评估此类疾病具有明显优势。以往DTI研究[5,10]多采用单次屏气采集，虽然采集时间短、运动伪影少，但图像信噪比低。NOTOHAMIPRODJO等[6]研究表明，采用呼吸触发可有效提高DTI图像质量及可重复性。本研究通过带式传感器检测受检者呼吸运动，并以呼吸触发方式行DTI扫描。

T1 mapping可直接获得组织纵向弛豫时间T1值，目前多用于心脏相关研究[11-12]。近年有文献[13]报道T1值或可通过量化组织含水量反映肾脏的病理生理状态。HUEPER等[4]发现T1 mapping可用于检测急性肾损伤的严重程度，并预测预后。相反，也有学者[7]认为T1 mapping技术评估肾功能的价值有限，因T1值随MR场强增加而增高，且肾脏T1值易受不同采集方案及呼吸运动的影响。

本研究结果显示，观察者间测量双肾皮质及髓质ADC、D、FA及T1值结果的一致性良好，而双肾皮质及髓质D*、f的一致性一般；相比米瑞等[5]的结果，本研究观察者间一致性有所提高，原因可能在于以focus IVIM采集图像变形程度较小、空间分辨率较高，能更好地进行空间选择性激发并改善图像质量，同时提高了参数的稳定性[9]。

本研究发现双侧肾皮质与髓质D*及f差异均无统计学意义，分析原因，可能主要在于肾皮质血流灌注较高，而髓质内存在肾小管主要水转运活动[8]，二者均为快弥散运动，故相关参数D*及f差异不明显，亦可能与D*及f稳定性较差有关。本研究中双侧肾皮质ADC及D均大于髓质、而FA及T1值均小于髓质，与既往研究[7]结果一致；主要由于髓质内肾小管结构排列紧密，限制水分子扩散，且髓质内肾锥体结构呈规律排列，肾锥体内肾小管和血管呈放射状平行排列，导致髓质内水分子运动的方向性较强。本研究所测双肾皮质及髓质FA均略小于NOTOHAMIPRODJO等[6]的测值，主要原因可能在于FA可受b值影响[10]，亦受场强、弥散敏感方向及呼吸方式的影响。

此外，本研究发现，双肾髓质T1值与eGFR中度相关，而其余参数均与eGFR无明显相关，提示髓质T1值对肾脏含水量的敏感度较高，可作为反映肾功能的潜在指标。

本研究存在的局限性：①样本量小；②仅以健康成年人为研究对象；③未根据年龄、性别等进行分组观察。

综上所述，肾脏3.0T MR IVIM、DTI及T1 mapping技术有助于检测健康成年人肾功能。