肾脏动脉自旋标记功能磁共振成像的研究进展

范雪姣 郭启勇

肾脏动脉自旋标记功能磁共振成像的研究进展

范雪姣①郭启勇①

动脉自旋标记磁共振功能成像(ASL-fMRI)可以通过测定局部组织血流量，进而反映器官的血流动力学及病理生理学的变化，为临床治疗以及科研提供了一种新方法。随着MR成像技术的不断改进, 动脉自旋标记技术作为一种MR灌注成像新方法已得到应用，并具有无创性、可重复性高和组织对比度较好的优点。目前肾脏ASL-fMRI的临床研究不断增多，主要包括移植肾、肾肿瘤、急性肾损伤以及慢性肾功能不全等患者肾脏血流变化的研究。

动脉自旋标记；肾脏；磁共振功能成像

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.11.023

[First-author’s address] Department of Radiology, Sheng Jing Hospital of China Medical University, ShenYang, 110004, China.

肾脏是机体血供量最丰富的器官，静息状态下成人肾脏的血流灌注约占心输出量的20%～25%；其中80%血流供应肾皮质，血流量约440 ml/(100 g.min)，15%供应外髓部，血流量约150 ml/(100 g.min)，剩余约5%供应内髓[1]。同时，肾脏也是疾病的多发器官，肾脏肿瘤、炎性病变及梗阻性病变等都可导致肾脏局部血流的变化。动脉血质子自旋标记(arterial spin labeling，ASL)MRI灌注成像是近年来发展的用来反映组织的微血管分布及血流灌注情况的磁共振新技术，可以提供血流动力学方面的信息[2]。与动态增强磁共振相比，动脉自旋标记磁共振功能成像(ASL-fMRI)能够量化分析皮质肾血流量，具有无创性、可重复性好及空间分辨率高等优点，目前已广泛应用于肾脏功能研究[3-4]。

1 肾脏ASL-fMRI基本原理及技术方法

ASL-fMRI方法是指利用选择性的反转脉冲标记供血动脉中的氢质子(即标记)，磁标记的动脉血作为内源性对比剂。待标记血进入组织，与组织发生物质交换后成像，所成图像(即标记像)包括原静态组织以及流经成像区组织标记血的量。为了消除静态组织的信号，对感兴趣区进行再一次未标记血成像(即控制像)，包括静态组织信号。标记像与控制像减影，所得的差值像只与流入成像平面的标记血有关。这种变化反映了组织局部的血流量(即灌注)[5]。

ASL技术根据标记方式的不同分为连续式(continuous arterial spin labeling，CASL)和脉冲式(pulsed arterial spin labeling，PASL)两大类[6-7]。CASL的成像原理由Detre等[9]首次提出，于成像层面近端固定的层面对供血动脉的水质子进行持续标记[7-9]。PASL与CASL相比，成像原理是在成像层面近端应用反转脉冲来标记供血动脉中的质子，且持续到标记的质子进入成像层面为止[10]。血流敏感性的交替反转恢复(flow sensitive alternating inversion recovery，FAIR)技术在腹部成像中应用较为广泛。张帆等学者比较单次激发快速自旋回波-流动敏感反转恢复序列(SSFSE-FAIR)与平面回波-流动敏感反转恢复序列(EPI-FAIR)所测量的健康人肾脏的相对血流量值(rBFV)，从而评价两种序列在正常肾脏检查中的应用价值[11]。实验采用3.0T磁共振扫描仪扫描，按3种方式采集图像：EPI-FAIR屏气法、SSFSE-FAIR自由呼吸法及SSFSE-FAIR屏气法，结果发现SSFSE-FAIR图像空间分辨率较高，可区分肾脏皮髓质结构，并较好评判肾脏皮髓质的灌注状态。

2 ASL-fMRI在肾脏病变中的应用

2.1 移植肾

肾脏移植是肾功能衰竭患者最理想的肾脏替代方法，由于手术技术的进步和免疫抑制剂的发展，肾移植术后1年的存活率极大提高。肾移植穿刺活检是目前诊断移植肾功能异常的“金标准”，但该技术为有创检查，伴有出血及感染等风险，就为肾脏磁共振功能成像的无创性、可重复及动态观测移植肾功能的手段提供了应用前景。Lanzman等[13]首次对20位肾移植患者采用1.5TMR设备，行非增强流动敏感交互反转恢复(FAIR-TrueFISP)ASL-fMRI技术进行成像，评价移植肾功能稳定者与功能急剧下降者的肾灌注，并且进行定量计算。研究结果发现，急性肾功能恶化者皮质灌注降低具有统计学意义。Artz等[14]发现FAIRASL磁共振灌注成像在肾移植患者中肾皮质的肾血流量重复性较好，而对于肾髓质没有很好的重复性。Heusch等[15]同样应用ASL-fMRI评价移植肾功能，结果显示，肾脏轻中度受损的肾移植患者的肾皮质肾血流灌注值与肾脏严重受损的移植肾患者的肾血流灌注值有统计学差异。因此，ASL-fMRI可以用于肾移植后的肾血流灌注功能监测，早期发现排斥反应，积极争取治疗时间，从而观察治疗效果。

2.2 肾肿瘤

临床上肾脏肿瘤的诊断多依靠穿刺活检及外科手术病理，而影像上肾脏肿瘤的诊断多倚重其形态学。ASL-fMRI对于肿瘤的结构成分的研究已有报道，Lanzman等[16]对42例怀疑肾肿物的患者在进行常规1.5 T临床MRI检查前，进行了ASL-fMRI检查，并计算肾脏肿瘤灌注的平均值和峰值水平，与手术后病理结果相比照，发现乳头型肾细胞癌的平均灌注值低于透明细胞型；肾嗜酸细胞瘤的灌注平均值和峰值水平高于乳头型肾细胞癌；肾嗜酸细胞瘤的平均肿瘤灌注值高于透明细胞癌。表明ASL-fMRI成像可在肾血流灌注水平上区分和诊断不同病理类型的肾脏肿物。同样的结果见于Masarapu等[17]对癌患者的研究。对于肾脏功能受损的肾肿瘤患者，磁共振灌注成像可以无创评价，以免对肾脏造成二次伤害[18-19]。

2.3 急性肾损伤

急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)是临床常见疾病，病因由于药物中毒性、感染性、缺血性以及尿路梗阻性疾病导致。患者常发展为慢性肾脏病、终末期肾病，甚至导致死亡[20]。研究数据表明，急性肾损伤发病中的6%患者需要透析治疗[21]。随着RIFLE标准和AKIN标准的提出，急性肾损伤的诊断取得进展，但目前尚无有效的生物学标记物对早期诊断急性肾损伤的报道，而且除了有创伤性的肾穿刺活检可明确诊断外，临床上尚缺乏有效的无创性快速诊断和随访肾功能的有效手段[22-23]。

ASL-fMRI技术提供了一个无创评价急性肾损伤肾功能的手段。Hueper等[24]利用药物诱导小鼠建立AKI模型，应用ASL-fMRI功能成像进行肾脏血流量的测量，结果显示，中度AKI小鼠及重度AKI小鼠与术诱导前相比，肾灌注血流量值有显著差异性；中度和重度AKI小鼠肾脏体积、肾小管损伤程度与菊粉及对氨基马尿酸清除率有显著相关性。另有研究采用ASL-fMRI成像量化分析AKI患者的肾血流量(renal blood flow，RBF)，结果表明，FAIR-SSFSE序列在不引入对比剂的情况下，可对健康志愿者及AKI患者的RBF进行可靠的量化分析AKI，患者的肾脏皮质和髓质RBF均降低，这为AKI疾病的诊断提供了有价值的信息，对肾功能不全的患者尤为重要[25]。

2.4 慢性肾病

对慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)患者进行早期诊断、对肾功能以及病理损伤程度进行准确评估，是延缓CKD进展、减慢形成终末期肾脏病的有效手段。目前检测肾功能的主要方法是检测血清肌酐水平，但此方法不能敏感地反映肾功能的早期变化。同位素示踪检测肾小球滤过率(glomerular filtration rate，GFR)是目前国际公认评价CKD临床分期的主要指标，但其具有辐射性，而且空间分辨率低，在临床广泛应用有一定的局限性[26]。肾脏病理活检是评价CKD肾功能损害程度的“金标准”，但其具有创伤性，不易被患者接受。因此，研究一种无创评价肾脏形态与功能的检查手段，是临床亟待解决的问题。ASL-fMRI对于CKD的研究国内外较少见。Rossi等[27]学者对9例轻中度肾功能不全(CKD分期1～3)进行1.5TMR设备进行扫描，采用FAIR-True-FISP序列量化肾脏血流量，并利用直方图进行数据分析，结果显示，中度CKD患者肾皮质及髓质的肾血流量RBF值明显低于健康者。ASL-fMRI数据直方图分析可能有助于检测慢性肾脏疾病，在临床环境监测CKD疾病的进展。在对于CKD的肾灌注国内外研究中，应用血氧水平依赖磁共振成像方法研究较多见，因其可以反映组织的氧含量及血氧饱和度情况，从而了解组织的局部代谢[28]。

2.5 对比剂肾病

对比剂肾病是指经血管内注射碘对比剂后72 h内发生的AKI。最新的定义为血清肌醉SCr升高0.5 mg/dl(44.2 μmol/L)或比基础值升高25%。对比剂肾病不仅明显延长患者的住院时间，更显著增加病死率[29]。有学者将29只SD大鼠肾注入碘对比剂后分别于20 min、24 h、48 h及72 h利用ASL-fMRI进行肾脏血流量动态监测，结果发现，肾脏的内、外髓对照组与注入对比剂后20 min、24 h、48 h及72 h各观察组RBF值有显著差异，从而证实ASL-fMRI成像技术，可定量的反映注入碘对比剂后肾脏的血流变化。

ASL-fMRI成像可以无创的、在不引入对比剂的条件下，对使用对比剂后发生AKI患者的肾血流量进行可靠的分析。与正常对照组相比，肾皮质、髓质的肾血流量值的降低具有潜在诊断对比剂肾病的价值。

2.6 其他

肾动脉狭窄(RAS)是继发性高血压的主要原因，磁共振血管成像已成为重要的诊断工具。Fenchel等[30]应用动脉自旋标记成像无创性对肾血流进行肾功能评估，从而对无肾动脉狭窄史的人中证实出患肾动脉狭窄疾病。

同时，A S L-f M R I对于药物治疗评价也有报道[31]。有学者对诱导肾细胞癌的小鼠注入sorafenib索拉非尼(一种针对促进血管生长的蛋白药剂)，利用ASL-fMRI对于肾脏肿瘤的灌注值进行测量，从而证实动脉自旋标记成像可以评价药物对肾肿瘤的局部疗效[32]。

最新的研究表明，ASL-fMRI对药物诱导的大鼠肾脏血流灌注具有很强的敏感性，并且对各种啮齿类动物模型的肾血流量具有可行性[33]。体外冲击波碎石术治疗上尿路结石是一种非侵入性治疗的有效性，Abd Ellah等[34]利用ASL-fMRI评估了体外冲击波碎石(ESWL)患者的肾血流量的变化。

3 展望

随着影像技术的不断发展，影像学评价肾脏已从传统的超声、CT单纯形态学研究进展到磁共振功能成像研究阶段[35]。相关成像技术包括如血氧水平依赖成像(BOLD)、弥散加权成像已在肾脏研究中发展较为迅速[36]。ASL-fMRI能够无创提供肾脏局部血流灌注的情况，在未来的研究中有望对其他肾脏疾病，比如糖尿病肾病、狼疮肾炎及免疫球蛋白A(IgA)肾病等方面进行研究的可行性。随着ASL-fMRI技术的不断发展和完善，更多的成果将会不断应用到临床实践中。

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Research on the progress of ASL functional magnetic resonance imaging of kidney

FAN Xue-jiao, GUO Qi-yong
China Medical Equipment,2015,12(11)∶71-74.

ASL-fMRI by measuring tissue blood flow, thus reflects the pathophysiology of organ blood flow dynamics and change, provides a new method for clinical and scientific research.With the improvement of MR image technology, technology as a MR perfusion imaging of arterial spin labeling method has been applied.It is non-invasive, repeatable high tissue contrast with a good advantage. Current clinical studies of renal ASL-fMRI is increasing. Includes renal transplantation, kidney tumors, acute kidney injury, patients with chronic renal dysfunction renal blood flow studies. Below reviews the progress of renal ASL-fMRI.

Arterial spin labeling; Kidney; Functional magnetic resonance imaging

范雪姣，女，(1989- )，硕士研究生。中国医科大学附属盛京医院放射科，研究方向：医学影像。

1672-8270(2015)11-0071-04

R445.2

A

2015-05-19

①中国医科大学附属盛京医院放射科 辽宁 沈阳 110004