Cine-MRI测量健康成年人肾脏运动幅度

范文骏

龙淼淼 LONG Miaomiao

沈 文 SHEN Wen

倪红艳 NI Hongyan

黄黎香 HUANG Lixiang

天津医科大学一中心临床学院放射科天津 300192

近年来，扩散加权成像、扩散张量成像、血氧依赖水平磁共振成像等功能磁共振成像（fMRI）技术在肾脏中的应用受到越来越多的关注。为了更好地显示肾脏结构，同时减少扫描时间，肾脏fMRI研究多选用平行于双肾长轴的斜冠状面作为扫描层面。呼吸运动是肾脏fMRI检查需要克服的最大问题。部分研究者[1,2]认为斜冠状面上右肾运动幅度较左肾小，其所致的呼吸运动伪影也较小，因而采用右肾数据作为参考，但缺乏相应的理论依据。本研究利用电影磁共振成像（Cine-MRI）检查技术，结合实时呼吸监控技术，测量健康成年人平静规律呼吸状态下斜冠状面上双肾运动幅度，分析双侧肾脏及不同性别间肾脏运动幅度的差异，旨在为肾脏fMRI研究中参考数据的选择提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2012-03～10从天津医科大学中心临床学院医院工作人员及其家属中共招募57名志愿者，年龄24～63岁，平均（34.1±11.5）岁；其中男28名，年龄24～59岁，平均（34.0±10.9）岁；女29名，年龄22～63岁，平均（34.1±12.3）岁。男女志愿者年龄差异无统计学意义（P＜0.05）。纳入标准：①无MRI检查禁忌证；②能够平静、节律呼吸，无严重呼吸系统疾病；③无肾功能不全及其他严重器质性疾病史。所有志愿者检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与设备 采用 Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T超导MRI仪，32通道体部相控矩阵线圈，最大梯度场强 40 mT/m，最大梯度转换率 200 mT/（m ·s）。

1.3 检查前准备 受检者取仰卧位，双手置于身体两侧。嘱受检者放松，进行简单呼吸训练，告知受检者检查过程中尽量保持平静、均匀呼吸，避免深呼吸。

1.4 数据采集与测量

1.4.1 数据采集 在受试者上腹部体中线呼吸幅度较大的部位放置呼吸触发带，通过实时呼吸监控技术所获取的呼吸曲线观察受试者呼吸是否平稳，待呼吸平稳后开始扫描。首先采集冠状位、矢状位、轴位3方位定位图，再依据矢状位定位图沿双肾长轴选取中心层面，对所有受试者行双肾斜冠状位Cine-MRI扫描。扫描参数：TR 191.51 ms，TE 1.05 ms；矩阵 320×320；层数1，层厚6.0 mm；激励次数1次；带宽1002 Hz；编码方向从头到尾；扫描范围360 mm×75 mm。采集时间11 s，每次扫描共采集连续50帧图像，包括至少一次完整呼吸运动。

1.4.2 测量方法 在Siemens Syngo工作站上处理图像，选取一次完整呼吸运动，分别勾勒出吸气末、呼气末双肾轮廓，通过双肾下极最低点画对应侧肾脏长轴的垂线，测量两垂线间的垂直距离（图1）。以上测量由2名具有3年以上工作经验的影像专业医师各自独立完成，取二者测量结果的平均值作为测量结果。

图1 肾脏运动轨迹观测及运动幅度测量。A.左肾矢状面运动轨迹，左肾运动轨迹为其长轴所在的斜冠状面，方框为C-ine-MRI扫描所选层面；B.双肾斜冠状面图像，其中a为左肾下极运动幅度，b为右肾下极运动幅度

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，采用配对样本t检验比较双肾运动幅度的差异，采用独立样本t检验比较不同性别间肾脏运动幅度的差异，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 平静规律呼吸状态下双肾运动幅度 Cine-MRI测量结果显示，健康成人右肾运动幅度为（9.5±2.1）mm，左肾运动幅度为（8.1±2.0）mm，右肾运动幅度大于左肾，差异有统计学意义（t=9.30,P＜0.05），但其中有2名受试者右肾运动幅度小于左肾。双肾运动幅度个体间差异明显，变化范围分别为右肾5.6～16.5 mm，左肾 4.5～13.9 mm（图2）。

2.2 不同性别间双肾运动幅度的差异 男性左、右侧肾脏运动幅度均大于女性，差异均有统计学意义（t=2.82、4.41,P＜0.05），见表1。

图2 Cine-MRI测得的健康成人双肾斜冠状面呼吸运动幅度

表1 不同性别间双肾运动幅度的差异（mm）

3 讨论

近年来，随着磁共振硬件技术的发展以及并行采集、平面回波序列等软件技术的应用，扩散加权成像[3-5]、扩散张量成像[1,2,6]等fMRI技术以其能在分子水平评价组织微结构及功能改变的优势，在腹部器官尤其是肾脏中的应用受到越来越多的关注。与中枢神经系统不同，腹部器官的磁共振检查往往会受到呼吸运动、大血管搏动及肠管蠕动等不自主运动伪影及肠气所致磁敏感伪影的影响，其中呼吸运动所导致的器官位置不确定性不仅会影响图像质量，导致图像信噪比下降，而且会影响数据测量的准确性及可重复性。

肾脏作为腹腔成对器官，双侧肾脏的邻近解剖结构不同，运动幅度存在差异，对fMRI图像质量及测量结果的影响也会不同。为了更好地保证研究结果的稳定性和可重复性，有必要对双肾运动幅度进行对比分析，选择运动幅度较小的一侧肾脏数值作为参考指标。

目前，多数肾脏fMRI研究均选用平行于肾脏长轴的斜冠状面进行图像采集[1-6]，一方面能够更好地显示肾脏的解剖结构，另一方面能够减少采集层数，缩短采集时间，但该层面选择方法的合理性尚未明确，目前尚无双肾运动轨迹的相关研究报道。本研究首先对双侧肾脏行冠状位及矢状位Cine-MRI检查，观察到双肾运动轨迹为双肾长轴所在的斜冠状面，证实了该层面选择的合理性。现有的肾脏运动幅度研究均着眼于通过测量肾脏在呼吸周期内的运动幅度，指导放疗术野及放疗剂量的选择，其测量方向多为头尾方向[7-11]，即肾脏在体表Z轴方向投影的运动幅度，并非肾脏自身的运动轨迹，对肾脏fMRI扫描层面选择无参考价值。

本研究测量结果显示，平静规律呼吸状态下斜冠状面上右肾运动幅度大于左肾，其原因可能是右肾上极紧邻体积和硬度均较大的肝脏，且两者之间几乎不存在脂肪间隙，右侧胸腔因呼吸运动所致的容积改变可以通过肝脏直接传递到右肾。左肾上极与脾脏相近，两者间接触面积小，且两者之间存在或多或少的脂肪间隙，此脂肪间隙缓冲了左侧膈肌运动的向下传递，因而左肾运动幅度相对较小。另外，本研究中有2例受试者右肾运动幅度小于左肾，通过观察其图像特点，分析原因可能是：一方面，此2例受试者左肾位置相对偏高，左肾上极与脾脏之间观察不到脂肪间隙；另一方面，左肾受心脏搏动影响相对较大。同时，不同个体因体型、腹腔内脂肪、肾脏大小和形态、心脏大小和节律、肝脏和脾脏大小等不同，其肾脏的呼吸运动幅度也各不相同，本研究也证实了不同个体间肾脏的呼运动幅度存在明显差异。

一般情况下，男性以腹式呼吸为主，女性以胸式呼吸为主。腹式呼吸主要依靠膈肌的舒缩引起胸廓上下径的改变，从而使腹腔内器官发生位移；而胸式呼吸主要依靠肋间外肌的舒缩引起胸廓左右径及前后径的改变，对腹腔内器官位移影响相对较小。因此，男性双肾呼吸运动幅度往往较女性大，这与本研究结果一致，提示进行腹部fMRI检查，当受检者为男性时，更应该注意呼吸运动对测量结果的影响。

目前已有的肾脏运动幅度测量方法有超声[7]、重复CT扫描[11]、四维CT扫描等[8-10]，但各有不足之处。超声测量结果具有操作者依赖性，探头放置的位置及所选切面不同会严重影响测量结果，且易受腹部气体干扰，可重复性差。重复CT扫描通过计算测得患者吸气末屏气与呼气末屏气状态下器官的位移，虽然简单易行，但其测量结果并不能代表自由呼吸状态下的器官运动。四维CT虽然能检测平静呼吸状态下肾脏的呼吸移动度，但扫描过程复杂，耗时长，患者辐射吸收剂量大，不利于多次重复扫描。以上测量方法均是研究肾脏在体表Z轴方向上投影的运动幅度，主要用于指导放疗术野及放疗剂量的选择，不能真实地反映双肾的运动特点。本研究采用Cine-MRI技术测量双肾平静呼吸状态下的运动幅度，动态观察双肾呼吸运动过程，具有无创伤性、无辐射、空间及时间分辨力高、扫描时间短、可多次重复扫描等优点，并且扫描层面为平行于肾脏长轴的斜冠状面，与肾脏fMRI扫描层面一致，对双肾定量研究中参考层面的选择具有重要的指导意义。

综上所述，双肾运动轨迹为双肾长轴所在的斜冠状面，右肾运动幅度大于左肾，男性肾脏运动幅度大于女性。在进行肾脏fMRI研究时，宜选取左肾数据作为参照标准，尤其是当受检者为男性时。

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