磁共振弥散加权成像结合体积测量在婴幼儿梗阻性肾积水肾功能评估中的应用

2016-04-07姝张新荣郭斌刘浩姜

中国医学计算机成像杂志 2016年6期

李姝张新荣郭斌刘浩姜辉

李姝1张新荣1郭斌1刘浩2姜辉1

目的：探讨磁共振弥散加权成像(DWI)结合体积测量在婴幼儿梗阻性肾积水肾功能评价中的应用价值。方法：对20例健康儿童及80例单侧肾积水患儿行MR检查，测量肾脏的表观弥散系数(ADC)及肾脏体积，记录患儿的血清肌酐值并计算内生肌酐清除率(CCr)，并对各参数进行相关性分析。结果：病例组患儿积水侧肾脏ADC值均低于对侧肾脏组及正常对照组（P＜0.05），积水肾的ADC值与CCr具有正相关性（r=0.555，P＜0.05），经体积校正后积水肾ADC值体积乘积与CCr间正相关性明显提高（r=0.868，P＜0.05）。结论：ADC值与肾脏体积乘积值对于评估婴幼儿梗阻性肾积水肾功能有一定临床价值。

肾积水；磁共振成像；扩散加权成像；表观扩散系数

婴幼儿肾积水患者中有一部分是梗阻性的，在梗阻性肾积水病因中，肾盂输尿管连接部狭窄最为常见[1]。并非所有肾积水患儿均需手术处理，仅有25%～50%的患儿需要手术解除梗阻，而其余患儿长期随访肾功能及积水情况保持稳定或改善缓解[2]。手术的指征除了积水的梗阻程度外，了解积水肾脏以及对侧肾脏的形态及功能是临床选择治疗方法的重要依据。在现有检查方法中，随着高场强磁共振的广泛临床应用，用其进行肾脏病变检查的报道也越来越多，其除了能够提供形态学信息，在肾脏水分子扩散、血流动力学及血氧水平等方面显示了巨大的优势[3]。本研究利用DWI功能成像技术对婴幼儿肾脏进行定量评估，探讨磁共振DWI技术对婴幼儿肾功能评价的可行性。

方法

1.一般资料

研究组：我院自2015年1月—2015年12月单侧肾积水患儿80例。男42例，女38例，年龄2～48个月，平均年龄29±0.34个月，所有病例均经超声、IVU、MRU诊断。

对照组：20名健康患儿男13例，女7例，年龄6～36个月，平均年龄27±0.56个月，作为正常对照组。

所有患儿均无其他泌尿系统疾病，如先天性马蹄肾、多囊肾、巨输尿管、膀胱憩室、尿道瓣膜、结石及急、慢性肾炎等。

2.检查方法

检查前禁食4～6h，禁水4h，所有患儿均予本院制水合氯醛镇静，用量1ml/kg。采用Siemens 1.5T Avant MR扫描仪，8通道体部线圈，采用呼吸门控技术。T1WI：TR2000ms，TE58ms，层厚5.5mm，层间距1mm，FOV240mm；T2WI：TR2400ms，TE749ms，层厚5.5mm，层间距1mm，FOV240mm；DWI采用单次激发SE-EPI序列，轴位及冠位扫描，TR 5500ms，TE70ms，层厚4mm，层间距1mm，FOV250mm，矩阵256×256，带宽：1532Hz，采用频率选择脂肪抑制技术，并在扫描野上、下各加一个预饱和带，采集1次，b值选取0、500s/mm2、800s/mm2，扫描范围覆盖整个肾脏。所有患者均空腹静脉采血测得血清肌酐(SCr)值(μmol/L)，通过Cockcroft-Gault公式计算出肌酐清除率CCr，CCr=(140-年龄)×体重(kg)/72×SCr(mg/dl)[4]。

3.图像后处理

将DWI原始数据传至Syngo Acquisition工作站进行后处理，于所得图上测量ADC值。分别于肾脏上极（距上缘10mm）、肾门、下极（距下缘10mm）水平选取相同大小ROI，测值后取平均值为最终ADC值（图1）；肾脏体积的测量，采用体素累加的方法，首先测得每层的体素值，然后将所有层数累加得到整个肾脏体素的总和，经体积校正后的ADC值（ADC校正）=ADC值×肾脏体积。

4.统计学处理

采用SPSS17.0软件进行分析，包括独立样本t检验和Pearson相关性分析。计算资料以表示，P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

肾脏弥散成像选择合适的b值可以很好地呈现肾脏解剖，与MRU显示的肾脏解剖结构相仿（图1，2）。

肾积水患儿肾功能均低于正常对照组肾功能（t=46.69，P＜0.05)。

各参数相关性分析：肾脏上极、肾门水平及肾脏下极的ADC值之间差异无统计学意义，说明肾脏各部位的ADC值是相同的，因此可以用某一部位的ADC值来表示整个肾脏的ADC值。积水肾对侧肾脏的ADC值大于积水肾的ADC值，积水对侧肾ADC值与肾功能在统计学上无相关性(b=500s/mm2时，t=0.153，P＞0.1；b=800s/mm2时，t=0.013，P＞0.5)。积水肾脏的ADC值与肾功能之间的相关性分析见表1。

表1 积水肾脏的ABC值与肾功能之间的相关性

图1 男，3岁3月，左肾中重度积水。MRU成像分别从矢状位、横断位及冠状位观察肾脏解剖结构及积水程度，图像清晰分辨率较好。

图2 选取b=800时行弥散加权成像，清晰度及分辨率略逊于MRU成像，但依然能够清晰显示肾脏的解剖结构，分别取肾脏上极、肾门、肾脏下极水平的肾实质，选取适当大小ROI，测量肾脏ADC值（箭头所指处）。

图3 不同b值下积水肾脏的ADC值(×10-3s/mm2)与内生肌酐清除率(mg/dl)的相关性散点图，积水肾脏的ADC值随着肾功能的下降而减小，两者具有相关性。

积水肾ADC校正值与积水组肾功能相关性较未经体积校正时明显增高（图4）(b=500s/mm2，t=0.868，P＜0.05；b=800s/mm2，t=0.866，P＜0.05)

图4 不同b值下积水肾脏ADC校正值(×10-3s/mm2)与内生肌酐清除率(mg/dl)的相关性散点图，经体积校正后积水肾脏ADC校正值与随肾功能下降而减小，两者的相关性更强。

讨论

1.肾积水的病因、诊断及治疗

随着肾积水程度的加重，导致肾盂压力逐渐高。肾盂内压力增高可导致肾脏受损及肾功能下降[5]。先天性肾积水最常见的原因是肾盂输尿管连接处梗阻，可造成感染、肾结构破坏，严重者常引起肾后性肾功能衰竭[6]。许多肾积水患儿不必手术，在肾功能轻度受损时可以在密切随访的情况下首选保守的治疗方法[7]，而有些患儿手术解除梗阻后，肾功能并无明显改善[8]。

目前对肾积水的程度及原因的判定主要依靠B超、静脉肾盂造影、CT及MRI检查，而分析肾功能主要依靠核素显像及血清肌酐检查，但均有一定的局限性：B超对操作者要求较高，不同的切面所得结果不甚相同；CT、静脉肾盂造影以及核素显像均有一定的电离辐射，对处于生长发育期的婴幼儿是不利的。因此本研究测量肾功能时采用血清肌酐清除率来反映肾功能，虽然没有核素显像测肾小球滤过率精确，但避免了电离辐射对患者的影响；但血清肌酐检查反应的是双肾功能，无法准确评价积水分肾的功能。而磁共振弥散加权成像结合常规MRI检查，不仅可以清楚地显示泌尿系统的形态结构，而且可以对分肾功能进行评估[9]，且重复性较好。

大多数临床医生认为，在肾功能轻度受损时可以在密切随访的情况下首选保守治疗方法，部分严重病例需要手术治疗。研究表明，通过手术治疗，大部分肾积水远期疗效良好。

2.弥散加权成像在肾积水中的应用

磁共振弥散加权成像是目前最理想的测量水分子扩散的方法，也是目前唯一活体测量扩散的方法。这种水分子的自扩散运动是磁共振扩散成像的真正物理基础。DWI是在常规T2WI序列180°射频脉冲两侧对称的各施加一个相同弥散敏感梯度的脉冲（b脉冲），第一个梯度脉冲引起质子自旋去相位，第二个梯度脉冲将去相位质子部分或完全再聚，这个过程将导致信号减低。这种信号的减低与组织自身的弥散特性密切相关，因此可以用弥散成像来评价组织的结构变化。局部缺血引起组织的早期变化，弥散图像是相当敏感的，这个特性在神经系统已广泛应用。在腹部脏器中，肾脏具有高血流量和水分子转运功能，是DWI检查的理想器官之一。近来的研究显示DWI对评估肾动脉狭窄、弥漫性肾脏疾病、肾肿瘤和肾脏感染等疾病具有潜在的临床价值[10]。DWI作为新技术用于肾功能评估的研究主要集中在成人，关于成人肾积水的报道较少，而关于儿童的肾脏DWI的研究更为少见。目前实际工作中一般使用表观弥散系数(ADC)来描述生物体内的弥散量。理论上，一个脉冲序列采取2种不同b值即可获取ADC值，但ADC值与序列中采用的b值的大小有关，普遍认为低b值主要反映血流灌注，高b值主要反映组织弥散。b值越大时，分子的相位离散越明显，弥散图像信号降低越明显，所测得ADC值越小、越精确；但随着b值的增大，磁敏感伪影、化学位移伪影越明显，图像信噪比下降。因此对DWI来说，选择适当的b值是非常重要的。

3.ADC值与肾功能的相关性及结合体积的研究

本研究中积水肾脏的肾实质受压变薄，皮、髓质已无法分辨，分别测量皮质和髓质的ADC值无法实现，而Xu等[11]研究显示DWI图肾脏皮髓质未见明显差别，故本研究将感兴趣区放在不同层面测量整个肾实质的ADC值来代表肾脏的ADC值。目前有研究证实ADC值可以间接反映肾功能，DWI在肾功能的评价中具有很好的可行性及可重复性。本研究表明，ADC值与血清肌酐清除率CCr有相关性，但是相关性并不是很高，分析原因以及对文献的查阅发现研究所用的ADC值仅应用肾门层面的感兴趣区内的ADC值均值来代表肾功能，其所代表的仅是感兴趣区内的ADC值，虽然本研究表明肾脏各部位的ADC值并无统计学差异，但选取的感兴趣区并不能反映整个肾脏的功能状态，没有考虑肾脏体积的因素对肾功能的影响，而肾脏体积大小对肾功能的影响是不能忽视的。随着患儿年龄的不同及积水肾脏的体积随着积水的程度的加重而减小（主要表现为肾实质的变薄），所以有必要通过测量肾脏体积的大小结合ADC值来反映肾功能。将整个肾脏看成是n个体素累加的总和，每个体素的ADC值可以通过感兴趣区的测量来代表（各参数相关性分析表明肾脏各部分ADC值之间是没有统计学差异的），因此整个肾脏的ADC值可以看作n个体素内每个体素ADC值的累加总和，用这个指标反映整个肾脏的功能。李清海等[12]研究了磁共振ADC值与体积相结合在慢性肾功能不全研究中的应用，得出结论：分肾ADC值体积乘积与肾功能间的相关性与不考虑体积因素时明显提高，本文的研究结果与之相符，说明了体积因素在肾功能测量时的重要性。

4.研究的局限及展望

本研究的不足之处为研究中患儿的积水程度均为中、重度积水，没有轻度积水患者，故积水肾脏的肾功能均有明显下降，并不能说明所有积水肾脏的肾功能均有下降。本研究表明磁共振弥散加权成像评估积水肾脏的肾功能必须考虑肾脏体积的影响，不同体积的肾脏功能必然不同，以往的文献均未提及这一现象。目前临床评估患者肾功能往往采用核素显像和血清肌酐清除率两种方法，前者由于电离辐射及需要注入含放射性物质的药物进入体内，对于婴幼儿患者是不利的，此外肾积水导致肾脏血流量减少，尿液的生成延缓，排出减少，致使核素灌注期显像延迟，核素最终清除相延长，从而使中、重度肾功能衰竭的患儿标本的采集时相明显延长，导致该检查方法很难实际临床中大范围推广[13-14]，无法进行长期的随访复查；后者反映的是双肾的肾功能，无法对单侧肾积水的肾脏功能做出准确判断，故本研究选取病例时选择单侧肾积水患者，是要突出单侧肾功能的检查意义。随着MR技术的发展，积水肾脏弥散值经体积校正后和肾功能具有较好的正相关性，可作为临床无创性评估肾功能的一项指标，成为一种磁共振新技术用于婴幼儿患者的肾功能评估及手术前后的随访复查。

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Quantitative Evaluation of Renal Function in Infants with Congenital Hydronephrosis by MR Diffusion Weighted Imaging Combined with the Measurement of Renal Volume

LI Shu1, ZHANG Xin-rong1, GUO Bin1, LIU Hao2, JIANG Hui1

Purpose:To investigate the value of MR diffusion weighted imaging combined with the measurement of renal volume in the evaluation of the renal function in infants with obstructive hydronephrosis.Methods:Twenty healthy volunteers and 80 patients with unilateral obstructive hydronephrosis underwent conventional magnetic resonance sequences and DWI. The ADC values of the renal parenchyma and the renal volume were measured on DWI and conventional MR sequences. The serum creatine level was recorded and the creatine clearance rate was calculated. Correlation between these parameters was analyzed.Results:ADC values of the renal parenchyma in patients with renal hydronephrosis was signifcantly lower than ADC values of the contralateral normal kidney and the normal control group (P＜0.05)； There was a positive correlation between ADC value of the renal parenchyma in hydronephrotic kidney and CCr in patients with renal hydronephrosis (r=0.555, P＜0.05)； The positive correlation was increased signifcantly between volume corrected ADC value and CCr in patients with renal hydronephrosis (r=0.868, P＜0.05).Conclusion:The product of ADC value and volume of the hydronephrotic kidney has a certain clinical value for the evaluation of the function of hydronephrotic kidney in infants with congenital hydronephrosis.

Hydronephrosis； Magnetic resonance imaging； Diffusion magnetic resonance imaging； Apparent diffusion coeffcient

R445.2

1006-5741（2016）-06-0555-05

2016.05.08;修回时间：2016.06.22)

中国医学计算机成像杂志，2016，22：555-559

1南京医科大学附属南京儿童医院放射科

2南京医科大学附属南京儿童医院超声科

通信地址：江苏省南京市广州路72号，南京210008

姜辉 (电子邮箱：etyyjianghui@163.com)

南京医科大学科技面上项目 No.2014NJMU161

Chin Comput Med Imag，2016，22：555-559

1 Department of Radiology, Nanjing Children’s Hospital, Nanjing Medical University