CT 评价肾功能的研究进展

李 娇 任 克*

随着活体肾移植术的快速发展以及临床需要对肾肿瘤病人患侧肾选择全切或部分切除，使得肾切除术前对肾功能，尤其是对单侧肾功能的评价成为重要的环节。 影像技术的快速发展，使影像诊断正在逐渐摆脱纯粹形态学的范畴，应用医学影像技术对肾脏功能进行评价，渐渐引起了国内外研究者的关注。

1 肾脏组织构成

肾脏实质由皮质和髓质构成。 肾脏中以肾皮质血供最为丰富，使之成为肾脏多种功能的组织学基础。 肾脏是全身血流量最多的器官，肾皮质血流量约占整个肾脏血流的90%。 由于肾脏的血流灌注是成段分布、无侧支循环，因此肾皮质的血流灌注变化基本上可以反映整个肾脏的血供情况。 肾髓质由10～20 个椎体组成，椎体主要由集合管构成，具有重吸收和分泌的功能。 肾脏负责过滤血液中的杂质、维持体液和电解质的平衡，最后产生尿液经后续管道排出体外，同时也具有内分泌的功能。

2 肾核素显像

目前，临床上评价双肾、单肾功能及测定分肾、总的肾小球滤过率（glomerular filtration rate,GFR）的金标准是肾核素显像。 它是利用示踪剂的快速团注（“弹丸”注射）和快速动态连续采集技术来观察双肾的血流灌注情况，并通过GATE’S 法定量计算双侧及单侧GFR。 常用的示踪剂有131I-OIH、99Tcm-MAG3 及99Tcm-DTPA。Muller-Suur 等[1]研究发现，由于近端肾小管分泌OIH 和MAG3，导致通过这两种示踪剂测得的GFR 值偏高， 所以99Tcm-DTPA 是较为理想的示踪剂。 尽管如此，在相同个体中，以上几类示踪剂所测得的GFR 几乎无差别。 但是，核素显像的分辨力较低，不能为临床手术提供清晰的肾血管影像以及肾组织及其周围组织的解剖结构，所以病人往往还需另外接受CT 增强检查、肾CT 血管成像或MRI 检查， 这不仅增加了时间和经济上的负担，而且核素显像具有一定的放射性危害。

3 CT 成像技术

肾肿瘤以及活体肾移植术病人于手术前通常进行增强CT、CT 血管成像 （computed tomographic angiography，CTA）检查，以得到精确的肾解剖结构，包括了解肾血管变异情况以及与周围结构的解剖关系，这为研究提供了的依据，从而可以通过碘对比剂清除率测定GFR。 Brown 等[2]研究表明，X 线增强对比剂的清除率等于GFR。 应用CT 后处理软件能快速、准确地测量出组织的CT 值，且增强后组织的CT 增加值与组织中碘对比剂的浓度存在一定的直线线性关系[3]。此外，CT 成像具有高时间分辨力和空间分辨力的优势， 因此国内外研究者利用CT 数据，应用多种方法对肾功能及单侧肾功能评价进行了尝试研究。

3.1 CT 灌注扫描 不同厂家的CT 扫描设备和相关工作软件在不断的开发和升级中，CT 灌注成像作为一种评价器官组织血流灌注状态的功能成像方法，已逐步开始应用于肾功能定量分析研究。 普遍采用的计算GFR 的方法是Rutland 于1979 年首次提出的，基于单侧示踪剂从1 室转移到2 室的一个两室模型。Patlak 等于1983 年利用了基于该两室模型的一种方法，即著名的Patlak 方程，测量出血脑屏障中的灌注常数。 1993 年，Dawson 等[4]最先通过Patlak 方程模型，使用动态增强CT 测量单肾GFR。Tsushima 等[5]将24 例伴有或不伴有肾功能障碍的糖尿病病人通过单层动态CT 扫描测量所得的用肾脏体积代表的单肾GFR，与采用24 h 肌酐清除率测得的总的GFR 进行了比较，结果显示两者具有很好的相关性（r=0.87，P＜0.000 1），但该研究亦存在局限性，即缺乏测量GFR 的参考标准（菊粉清除率）。 由于Patlak 方程模型将肾间质作为第三室忽略掉，也会产生误差。 Hackstein 等[6]以急性肾积水或肾盂肾炎或两者皆有的病人作为研究对象， 应用CT 测量肾间隙空间增大病人的单肾GFR， 对结果表明Patlak 方程可以准确算出肾间隙空间小的病人的GFR 值，但使用Patlak 方程会高估肾间隙空间增大病人的GFR 值。 随着CT 动态灌注肾血管成像技术的发展，已有研究者应用这一技术对肾功能评价进行了初步的探讨。 Helck 等[7]应用简化的Patlak 方程，以肾核素显像结果作为参考标准，结果显示两者具有显著相关性，相关系数为0.84。可见，CT 动态成像可用来评价肾组织的灌注情况，同时得到较准确的GFR（肾间隙空间小）这一功能参数，且其操作简单、数据采集时间短、空间分辨力高、可重复性好，是活体状态下研究肾功能及其血流动力学较为理想的方法。

但动态CT 扫描也存在以下几方面局限性：①碘对比剂对肾功能减低病人的肾毒性；②以往进行动态扫描时，病人的呼吸运动会影响选择兴趣区层面的准确性，导致测量误差，这就需要在检查前训练病人的呼吸，以最大化地减少这种误差；③由于要获得必要的连续灌注参数，病人接受的辐射剂量增加，因而大大限制了其临床应用。 随着螺旋CT性能的不断提高，CT 灌注成像有了较快的发展，Helck 等[7]采用螺旋CT 对病人进行动态影像采集，应用了VPCT-Body 软件分析其肾功能，该软件可以去除呼吸运动带来的伪影，但其应用还需进一步研究。 此外，随着320 层螺旋CT 的出现，使全肾容积灌注扫描成为可能， 其所具备的160 mm 的z 轴覆盖范围，可使病人在平静呼吸状态下无需移动扫描床即可进行全肾灌注扫描[8-9]。 由于腹部器官自然对比度较低，尤其对于小病变分辨能力有限，能否在降低辐射的同时得到与标准扫描相媲美的影像质量，一直为研究者们所关注。 双能量概念的提出表示CT 已向能量扫描的方向发展，双源双能CT 及单源双能CT 的出现，或许能够成为降低动态CT 辐射剂量的新起点。李等[10]已经应用双源CT 进行了肾灌注扫描，研究体外冲击波碎石前后病人肾功能的变化， 结果表明肾CT 灌注成像可以应用于肾功能评估，此外，应用双源CT 进行肾灌注扫描可有效降低病人的辐射剂量。

3.2 CT 多期增强扫描 Hackstein 等[11-12]曾先后研究了基于3 期全肾增强扫描所得到的对比剂血浆清除率的值同血浆检验得到的GFR 值以及核素估计值的相关性， 结果显示均具有显著的相关性 （r=0.889）。Daghini 等[13]近年验证改进后的Patlak 模型，其中，影像上选定的兴趣区仅包括皮质，而在以前的研究中所关注的区域还包括髓质，主动脉到肾脏对比剂的到达时间也被考虑在内。 这个修改后的模型显示出由CT 测量的GFR 和参考标准（菊粉清除率）之间的相关性更好，所以没有急性肾损害的病人， 也可以使用多层螺旋CT 标准腹部扫描通过Patlak 方程进行测量，计算其肾功能，这不仅可以降低病人的辐射剂量， 而且还可以使CT 常规增强检查成为提供肾解剖结构和功能的一站式评估方法。但对于单肾功能的评价，则利用简化Patlak 方程得到的相对肾功能的百分比，不过这只是对单肾功能的半定量评估。 孙等[14]应用双肾CTA 3 期增强检查进行了单肾功能的定量研究，在应用Patlak 方程时由于主动脉时间-密度曲线不如动态增强时准确，所得单肾GFR 值准确性较差，但与金标准肾核素显像的相关性分析显示，左、右肾GFR 相关系数均为0.877，总肾GFR 相关系数为0.867，结果表明应用Patlak 方程对单肾功能进行定量测定是可行的，但尚需进一步的研究。

肾脏滤过膜面积是影响GFR 的重要因素，而滤过膜面积取决于肾皮质，94%的肾小球位于肾皮质，肾小球的形态和功能反映整个肾脏功能状态[15]，所以肾脏解剖形态和生理功能的变化与GFR 具有相关性。吴等[16]通过增强CT 扫描对肾皮质强化程度进行测量来间接判断分肾功能，结果表明，在皮质期肾皮质CT 增强值与GFR 呈高度正相关。 Kim 等[17]通过测量肾增强扫描动脉期、实质期皮质和髓质的CT 值来估计肾结石引起的急性单侧输尿管损害的肾功能。 以上研究结果均提示皮质期肾皮质CT 强化值或许可以作为一种判断分肾功能的半定量分析手段。

虽然多期CT 扫描测定GFR 具有较高的准确性，但由于获得的组织灌注信息少，绘制的主动脉时间-密度曲线精确度差，所以与动态增强CT 扫描技术相比其结果的精确度仍显不足。 Hackstein 等[11]尝试在常规标准腹部CT 扫描中加入低管电流的12层单层动态扫描， 旨在降低放射性辐射的同时，尽可能多地获得动脉灌注信息，所得GFR 与参考标准的相关性较之前的研究结果[18]更好。 Su 等[19]对拟进行肾捐献的人亦进行过相关研究，在常规腹部扫描动脉期和实质期中分别加入了2 期动态扫描，每期共10 s，应用Patlak 方程分别计算单肾功能，与核素显像比较，左肾r＝0.894，右肾r＝0.881。 虽然加入动态扫描可以获得更为准确的灌注信息，但与常规增强检查相比，增加了病人的辐射剂量，所以能否将动态扫描加入常规腹部扫描中还需进一步的研究。窦等[20]于动脉期与实质期之间加入低剂量全肾扫描，共5 次，结果总肾GFR、分肾GFR 与单光子发射体层成像之间的相关性分别为r=0.904，r=0.946，表明CT 多期增强扫描在肾功能评价中具有良好的应用前景。

为了进一步降低增强CT 辐射剂量，Knox 等[21]使用对比剂三联团注法， 应用螺旋CT 同时获取动脉期、实质期及排泄期影像，并对影像质量及单肾功能（百分比）进行评估。 由于该研究使用的对比剂剂量超出临床常规使用量，可能会增加病人对比剂肾病的危险，因而其应用尚需验证。

此外， 在上述研究中利用CT 数据测量GFR时，肾脏体积的测量仍主要依靠手工绘制ROI，精确度低、耗费时间。 Muto 等[22]应用一种新的软件，可以半自动描绘肾轮廓、肾皮质轮廓，从而定量得到全肾体积、肾皮质体积及肾髓质体积，缩短手工勾勒肾轮廓的时间，但其应用还有待进一步研究。

3.3 CT 测量肾体积评估肾功能 肾脏体积与肾脏功能具有相关性[23]，肾移植术前对肾体积进行评价是关乎移植术预后的独立决定因素[24]。 随着快速螺旋CT 设备和3D 后重建技术的发展， 可以更快、更准确地测量肾体积和肾内对比剂的浓度。3D 技术可半自动地测量肾CT 值和体积，Summerlin 等[25]研究了基于3D 技术所得的单肾功能与核医学单肾功能的相关关系。 Halleck 等[26]利用3D 后重建方法进行了活体捐赠者肾体积与肾功能相关性的研究，结果显示，3D 后重建所得肾体积与核素肾功能具有相关性（r=0.67，P＜0.001）。 Patankar 等[27]亦应用了3D 后处理软件， 通过随访分别对12 名接受过CTA 检查的肾活体捐赠者的肾功能进行了研究，旨在评估CT测得的肾体积对捐赠者术后肾功能的预测能力，他们使用由Frennby 提出的， 随后又被Summerlin 简化的公式，分别计算全肾体积、肾皮质、肾髓质体积与肾功能的关系，最后将全肾体积所得单肾功能百分比同参考核医学的数值进行比较，结果两者的相关性很差（R2=0.22），但是两组间每对数值之间的差异较小，所以这种常规肾CTA 检查也有望代替肾核医学检查来评估活体肾捐献者的单肾功能。 同样，亦有针对单侧肾功能障碍（如慢性肾盂积水）的病人进行的肾体积、肾皮质厚度、肾皮髓质增强程度与肾功能方面的研究， 这类病人的CT 结果与核医学结果亦具有显著的相关性，尤以肾盂积水程度为重度的病人相关性最好[28-31]。

应用CT 测量肾体积来估算肾功能有很多种方法，Soga 等[32]对比了最为常用的6 种方法，分别为半自动测量体积、改良的椭球法测量肾体积、肾脏长×宽值、肾长径、肾实质面积及全肾平均衰减值。 结果表明经改良后的椭球法所测得的肾体积代表的肾功能与核素肾功能相关性最好， 其次为由3D 后重建技术半自动测量所得到的肾体积。 然而，应用CT测量肾体积来估算肾功能还没有在正常人群中进行大样本研究，而且这种方法所计算的肾功能也仅局限于半定量评估。 此外，超声亦可以测量肾体积，有研究将超声检查所测得的肾长径与99Tcm-DTPA所得参考GFR 比较，发现其相关性甚至强于全肾体积[25]。因此，利用CT 3D 法测量肾体积评价肾功能还需进一步的探讨。

4 小结

综上所述，CT 检查技术结合图像后处理软件不仅能够精确地显示肾形态学解剖结构，而且随着功能成像的发展，CT 在评估肾形态的基础上可同时评估肾功能，半定量或定量测定GFR 值，为术前的临床评估提供更多的生理学指标。但由于各种原因，CT尚无法真正取代核医学检查，因此应用影像技术评估肾功能，尤其是单侧肾功能还需进一步的深入研究。

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