健康成年人肾脏DKI的可行性及可重复性研究

房 伟 冯 强 马智军

健康成年人肾脏DKI的可行性及可重复性研究

房 伟 冯 强 马智军

目的：探讨正常志愿者肾脏扩散峰度成像（DKI）的可行性和重复性。方法：30名健康志愿者纳入本研究，采用西门子3.0T磁共振行两次DKI扫描，分别测量两侧肾脏的上、中、下三个位置的平均扩散系数（MD）和平均峰度系数（MK），采用配对t检验和单因素方差分析比较差异是否统计学意义；采用Bland-Altman法对两次扫描的参数进行重复性评价。结果：测量者两次测量获得的MD 和MK具有很好的一致性（ICC为0.755～0.940）；两次扫描、两侧肾脏不同测量部位MD和MK值比较均不具有统计学意义（P＜0.05）；两次扫描，右肾下部的MD值和MK值重复性较好（分别为0.00±0.21和0.000±0.04）。结论：肾脏DKI具有可行性和重复性，尤以右肾下部的重复性较好。

扩散峰度成像；肾脏；平均扩散系数；平均峰度系数

DWI技术基于水分子的布朗运动，反映组织内水分子扩散运动的快慢，ADC值用于描述不同组织内水分子扩散能力。DTI在DWI技术的基础上发展而来，FA值反映组织内水分子扩散方向，DTI可用于肾脏的研究[1-2]。DWI、DTI技术的应用前提是人体内水分子的运动符合高斯扩散，但肾脏是腹部异质性最大的器官，实质尤其是髓质的结构呈放射状排列，体内水分子的扩散运动并不符合高斯扩散。弥散峰度成像（diffusion kurtosis imaging， DKI)是以非高斯模型为基础的一种新的MR成像技术，由DTI技术发展而来，更适合反映人体内微环境[3]。DKI用于中枢神经系统已取得良好成果[4-6]，目前肾脏DKI的研究较少[7]，且未对其参数的可重复性进行研究，本研究将探讨正常人肾脏DKI的可行性及其参数测量的可重复性。

方 法

1. 临床资料

2016年1月至4月共有30名志愿者行上腹部DKI检查，其中男20名，女10名，平均(32.5±3.5) 岁。纳入标准：肾脏实验室指标无异常；影像检查肾脏无弥漫性或局灶性病变；近一年来无使用损伤肾功能药物史。排除标准：病变区存在严重伪影而影响测量准确性；合并慢性肾脏疾病及肾功能不全。本研究经医院伦理委员会批准，所有志愿者均签署知情同意书。

2.检查方法

患者取仰卧位，采用3.0T超导磁共振仪(Skyra，Siemens Healthcare，German) 使用相控阵线圈行肾脏扫描，DKI 使用呼吸触发的单次激发平面回波成像技术，参数如下：TR 2000ms，TE 104ms，FOV 400mm×400mm，矩阵192×192，EPI 因素125，并行采集加速因子2，激励次数2，层厚5mm，层数12，采用3个b 值（0，600，1200s/mm2），梯度方向为30。室外休息30min后行相同参数的第二次扫描。总扫描时间约为23～32min。

3.图像处理

将扫描图像导入DKE2.6软件(Medical University of South Carolina)，利用该软件生成DKI 参数图平均扩散系数(mean diffusion，MD)图和平均峰度系数(mean kurtosis，MK)图。由1名高年资腹部影像诊断医师采用Image J 软件测量各参数值，测量者对所有图像进行2次测量(间隔2周)。具体测量方法如下：分别在双肾实质上、中、下 3个部分设置感兴趣区（ROI）（图1），采用3D球形ROI避开肉眼可见的血管，ROI半径r设定为5mm。（图1左上为测量冠状位ROI，右上及下方为ROI在矢状位及横轴位相对应的位置）。

测量并计算肾脏信噪比(SNR)，分别在前、后2次DKI b=1200s/mm2图像上，测量右肾3个部位信号强度(SI)值并取平均值；同时测量背景噪声，即体外区域SI的标准差(SD)。SNR计算公式如下： SNR肾脏=SI肾脏/SD噪声。

4.统计学方法

使用SPSS 19.0软件，MD值和MK值以均数±标准差表示。采用组内相关系数(ICC)评价测量者自身的一致性，用双侧肾脏内6个ROI的MD值及MK值计算ICC，ICC＞0.75认为一致性好。

两次肾脏扫描SNR的比较，左、右肾不同部位间平均参数值（MD、MK值）的比较，前后两次扫描双肾不同部位的MD值、MK值的比较均采用配对t检验。同侧肾脏不同部位的平均参数值（MD、MK值）比较采用单因素方差分析。使用MedCal15.10软件的Bland-Altman法对两次扫描进行重复性评价，以差值平均值及其95%CI表示。P＜0.05认为差异有统计学意义。

结 果

1.肾脏DKI图像质量

肾脏DKI扫描后获得图像及MD、MK图图像质量好，无严重伪影，能满足影像测量要求，选择b值为1200s/mm2的DKI图，两次扫描肾脏实质SNR分别为，差异不具有统计学意义。

2.测量者自身的一致性

测量者两次测量获得MD 和MK的具有很好的一致性。左、右肾上、中、下三个部位MD值的ICC分别为0.841、0.840、0.755和0.938、0.926、0.925；左、右肾上、中、下三个部位MK值的ICC分别为0.940、0.876、0.926 和 0.939、0.867、0.886。

3.两侧肾脏不同测量部位MD和MK的比较（表1）

表1 双肾实质不同部位的MD和MK比较

右肾实质MD值略大于左肾对应部位，差异不具有统计学意义，单侧肾脏的上部略大于其他部位，MD值差异不具有统计学意义；两次肾脏相对应部位

的MK值比较不具有统计学意义，单侧肾脏三个部位MK比较不具有统计学意义。

表2 肾脏不同部位两次扫描重复性分析

图1 双肾上、中、下三个位置ROI设置。

4.双肾两次扫描MD和MI值重复性分析（表2，图2～ 5）

双肾两次扫描不同测量部位的MD值和MK值不一致，其中右肾下部的MD值和MK值优于其他部位，而左肾上部MD值重复性最差，右肾上部MK值重复性最差。

图2 左肾实质MD测量值 bland-altman法重复性评价。

图3 右肾实质MD测量值 bland-altman法重复性评价。

图4 左肾MK测量值 bland-altman法重复性评价。

图5 右肾MK测量值 bland-altman法重复性评价。

讨 论

1.DKI基本原理

DKI基于传统 DWI 的基础上发展而来，是一个量化非正态分布水分子扩散、探查生物组织微观结构的临床技术，主要参数包括MK和MD。MK相比于FA的优势在于不依赖于组织结构的空间方位，其大小取决于感兴趣区内组织的结构复杂程度，结构越复杂，非正态分布水分子扩散受限越显著，MK 也即越大[8]。MD值是经非高斯分布矫正过的ADC值，超值峰度可被视为衡量组织结构复杂性的一种指标[9]。因此DKI的成像模型更接近人体内环境，更能准确反映组织细微结构的变化，较DWI、DTI具有更高的诊断价值和应用前景。

2.肾脏DKI的可行性

肾脏DKI的研究较少，Pengtang的研究获得了较好的图像质量，具有可行性[7]，而该研究采用的最大b值仅为600s/mm2，对于腹部成像较小，最大b值的选择将影响参数估计的准确性，有研究表明脑最大b值为2000～3000s/mm2时，具有较高的准确性。Huang等的研究采用最大b值为1000s/mm2论证了肾脏DKI的可行性[10]。本研究为保证参数估计的准确性，采用最大b值为1200s/mm2，获得较好地图像质量，为避免呼吸运动的影响，本研究采用呼吸触发技术，获得图像无严重运动伪影。

3.肾脏 DKI的可重复性

本研究两次扫描MD、MK值差异不具有统计学意义，提示DKI测量参数值较稳定，与Huang等[10]的研究结果一致。两侧肾脏的上部MD值较其他部位略高，考虑可能为肾脏长轴向外下倾斜，肾脏的上部更容易受到腹主动脉及下腔静脉的影响。因此测量时尽量选择肾脏下部为宜。同一测量者两次测量具有较高的一致性，不同测量部位的MD和MK值不一致，右肾下部MD值和MK值的重复性最佳，可能原因为右肾下部受血管搏动和胃肠蠕动的影响最少有关。

本研究存在的不足：①研究对象均为年轻健康志愿者，呼吸配合好，而老年人或不能良好配合者可能影响测量结果。②未考虑肾脏的水合状态，因此有关水负荷量对测量参数的影响有待进一步研究。③最大b值的选择将影响到测量参数的准确性和图像的质量，因此肾脏DKI的最佳b值有待进一步研究。

综上所述，正常人肾脏DKI具有可行性，所得图像满足诊断要求；两侧肾脏的MK和MD值具有可重复性，其中尤以右肾下部最佳，因此肾脏DKI参数测量时尽量选择右肾下部。

[1]冯 强,马智军,伍建林,等.健康成年人肾脏不同部位的DTI研究.中国医学计算机成像杂志,2013,19:231-234.

[2]Feng Q, Ma Z, Wu J,et al.DTI for the assessment of disease stage in patients with glomerulonephritis--correlation with renal histology.Eur Radiol， 2015 ，25:92-98.

[3]De Santis S1, Gabrielli A, Palombo M,et al.Non-Gaussian diffusion imaging: a brief practical review.Magn Reson Imaging，2011,29:1410-1416.

[4]Tan Y, Wang XC, Zhang H,et al.Differentiation of high-gradeastrocytomas from solitary-brain-metastases: Comparing diffusion kurtosis imaging and diffusion tensor imaging.Eur J Radiol，2015,84:261826-24.

[5]Zhuo J, Keledjian K, Xu S,et al.Changes in diffusion kurtosis imaging and magnetic resonance spectroscopy in a direct cranial blast traumatic brain injury (dc-bTBI) model.PLoS One, 2015,24：10.

[6]Glenn GR1, Helpern JA, Tabesh A,et al.Quantitative assessment of diffusional kurtosis anisotropy.NMR Biomed， 2015,28:448-459.

[7]Pentang G,Lanzman RS,Heusch P,et al.Diffusion kurtosis imaging of the human kidney: A feasibility study.Magn Reson Imaging,2014,32:413-420.

[8]Raab P，Hattingen E，Franz K，et al.Cerebral gliomas:diffusional kurtosis imaging analysis of microstructural differences.Radiology，2010，254: 876

[9]Poot DHJ,den Dekker AJ,Achten E,et al.Optimal experimental design for diffusion kurtosis imaging.IEEE Transactions on medical imaging,2010,29:819.

[10]Huang Y, Chen X, Zhang Z,et al.MRI quanti fication of non-Gaussian water diffusion in normal human kidney: a diffusional kurtosis imagingstudy.NMR Biomed， 2015 ,28:154-161.

The Feasibility and Repeatability of Diffusion Kurtosis Imaging in Normal Kidney

FANG Wei，FENG Qiang，MA Zhi-jun

Purpose：To explore the feasibility and repeatability of diffusion kurtosis imaging (DKI) in normal kidney.Methods:Thirty healthy volunteers were included in this study and were scanned with DKI sequence on a Siemens 3.0 T magnetic resonance scanner twice. The mean diffusion coefficient (MD) and mean kurtosis coefficient(MK) were measured on both sides of the kidney and analyzed by paired t-test and analysis of variance, the repeatability of DKI parameters was evaluated by the Bland-Altman method.Results:The two measurements of MD and MK had good consistency (ICC was 0.755-0.940). There was no statistical significant difference of MD and MK between different side of the kidneys and different measuring parts (P ＜ 0.05). MD and MK of the bottom of the right kidney had good repeatability (0.00±0.21,0.000±0.04).Conclusion:Renal DKI is feasible and with repeatability, especially in the bottom of the right kidney.

Diffusion kurtosis imaging；Kidney；Mean diffusion coefficient；Mean kurtosis coefficient

R445.2

A

1006-5741（2017）-03-0237-05

2016.07.27;修回时间：2016.08.30)

中国医学计算机成像杂志，2017，23：237-241

潍坊市益都中心医院 CT-MR科

通信地址：山东省青州市玲珑山南路4138号，青州262500

马智军(电子邮箱：13516385579@163.com)

Chin Comput Med Imag，2017，23：237-241

Weifang Yidu Central Hospital CT-MR Department

Address: 4138 South Linglongshan Rd.,Qingzhou,262500,P.R.C.

Address Correspondence to MA Zhi-jun (E-mail: 13516385579@163.com)