磁共振扩散峰度成像在人体肾脏的应用

磁共振扩散峰度成像在人体肾脏的应用

程仲元，冯友珍，叶耀江，胡俊娇，蔡香然*磁共振成像作为一种无创性、无电离辐射及可重复性强的检查方法，被越来越多的应用到人体疾病诊断及功能评价等方面。扩散加权成像(diffusion weighted imaging ，DWI)、磁共振灌注成像(perfusion weighted imaging ，PWI)和体素内相位不相干运动(intravoxel incoherent motion imaging ，IVIM)扩散加权成像等磁共振功能成像技术在肾脏的应用日益增多，并展现出良好的应用前景[1-3]。扩散峰度成像(diffusion kurtosis

imaging ，DKI)是近年来发展的一种新兴磁共振扩散成像技术，不仅能够反映出生物组织非高斯分布的水分子扩散运动情况，而且还能够提供组织微观结构变化的信息。DKI 最初应用于中枢神经系统[4]，并展现出良好的应用前景[5]。近年来随着磁共振硬件及软件的不断发展和更新，DKI 在腹部应用逐渐增多，目前主要集中在前列腺[6-8]、肝脏[9-10]的研究，在肾脏的应用仍处于探索阶段，国内外仅见少量文献报道[11-13]。本研究拟应用

MRI-DKI 序列对健康志愿者肾脏进行检查，评估其在肾脏应用的可行性。1 材料与方法1.1 研究对象

收集2016年3月至2017年2月在我院招募的健康男性志愿者35例。纳入标准：(1)20周岁≤年龄≤45周岁；(2)无肾脏器质性病变、感染等；(3)无其他系统疾病，如恶性肿瘤、血液病、放化疗病史等；(4)无其他影响肾功能的疾病如高血压、糖尿病、高尿酸血症及肾病综合征。排除标准：(1)肾脏内有较大(＞2 cm)或较多(超过3个)单纯性肾囊肿；(2)泌尿系结石(多发结石或结石＞2 cm)或其他病变者；(3)图像扫描伪影严重，影响图像观察的。本研究通过我院伦理委员会的批准，所有受试者均签署知情同意书。1.2 检查方法

1.2.1 扫描设备及扫描前准备

采用 GE HD 3.0 T Discovery MR750 USA 超导型扫描仪，8通道体部线圈，将扫描原始数据导入DKE 软件进行校正处理后行数据测量。所有受检者扫描前禁食4 h ，检查前2 h 内进水不超过350 ml 。检查前进行呼吸训练，屏气扫描。扫描采取仰卧位，足先进，并在中腹部安放呼吸带。1.2.2 扫描序列及参数

扫描参数设定如下：常规冠状位T1WI 、T2WI 扫描；冠状位DKI 成像：采用SE/EPI 序列，TR 3000～5500 ms ，TE 58.9 ms ，层厚4.0 mm ，层间隔0.4 mm ，FOV 38.0 cm ×30.4 cm ，带宽250 kHz ，矩阵128×128，NEX 为2，平均采集时间约：7 min 30 s 。采用呼吸触发扫描，两侧肾脏获得11～13层冠状位图像，每层获得三个不同b 值(0、500 s/mm 2，1000 s/mm 2；图1)和30个方向扩散敏感梯度的图像。1.3 图像后处理、测量及数据分析

由2名有3年以上腹部影像诊断的医师单独对双肾的T1WI 、T2WI 以及b=1000 s/mm 2的DWI

图像进行评估，评估内容主要包括：(1)肾脏有无占位性病变，如肾多发囊肿、错构瘤等；(2)肾盂肾盏有无结石、积水扩张及梗阻征象等。两人独立完成DKI 数据的测量，意见不同时由商议之后的结果决定。

将DKI 原始数据导出经图像校正(DKE)，使用image-J 工具测量数据。由于各向异性分数(fractional anisotropy ，FA)图中肾皮质、髓质分界最为清楚，故选取其放置感兴趣区(region of interest ，ROI)(图2)。在放置ROI 时，以T2WI 图像作为参考，尽量选取冠状位近肾门层面，同时尽量避开血管、肾盂和肾脏边缘。在肾皮、髓质(上、中、下极)分别放好ROI 后(图2A)，再匹配到平均扩散峰度(mean kurtosis ，MK)、轴向峰度(axial kurtosis ，Ka)、径向峰度(radial kurtosis ，Kr)、平均扩散系数(mean diffusion ，MD)、轴向扩散张量(axial diffusion ，Da)及垂直扩散张量(radial diffusion ，Dr)图像(图2B ～H)，获得皮、髓质相应参数，取平均值。皮质、髓质ROI 大小均为22～40 mm 2，皮、髓质中每个ROI 大小完全一致。1.4 实验室检查

所有受试对象于MRI 检查完成前2 d 内完成尿肌酐水平检测，测量前避免剧烈运动、发热、应激、药物以及尿路感染等。1.5 统计学分析

使用SPSS 22.0统计软件包进行统计学处理，P ＜0.05有统计学意义。(1) 2名观察者间DKI 参数结果，采用组内相关系数(ICC

)进行一致性检验，其中0＜ICC ＜0.40：一致性差；0.40＜ICC ＜0.75：一致性较好；ICC ＞0.75：一致性好。(2)左、右肾脏皮髓质相应DKI 各参数的比较，采用配对t 检验；(3)右肾皮质与髓质

DKI 测量值比较，采用配对

t 检验。2 结果2.1 临床信息　

根据纳入和排除标准，排除5例志愿者图像，其

图1 b 值分别为同一志愿者同一层面三个不同b 值原始图，b 值分别为0 (A)、500 s/mm 2 (B)、1000 s/mm 2 (C)Fig. 1 The original DKI images with b=0 (A), 500 s/mm 2 (b), and 1000 s/mm 2 (C).

中肾多发囊肿2例，图像严重运动伪影2例，肾脏多发结石1例，最终纳入本研究健康志愿者30例，年龄范围24～44岁，平均年龄(32.37±5.73)岁；体重指数(body mass index ，BMI) 25.62±3.32。2.2 DKI伪彩图特征

随着b 值的增高，图像信噪比降低(图1)。DKI 伪彩图由暖色到冷色代表相应量化值依次减低。

2.3 观察者间测量数据的一致性检验

两位观察者峰度参数、扩散参数各测量值ICC 及95%CI 如表1所示，ICC 所处范围为0.912～0.973，0.935～0.969，均＞0.750，一致性较好。2.4 左肾与右肾的DKI各参数的比较

左、右肾脏皮质和髓质DKI 峰度参数(MK 值，Ka 值及Kr 值)及扩散参数(FA 、MD 、Da 及Dr)值均无统计

表1 2名观察者峰度参数、扩散参数各测量值ICC 及95%CI Tab. 1 The ICC s of two observers on kurtosis and diffusion parameters

项目MK Ka Kr FA MD (×10-3mm 2/s)Da (×10-3mm 2/s)

Dr (×10-3mm 2/s)

肾皮质 ICC 0.9190.9530.9120.9430.9560.9350.950 95%CI 0.830～0.961

0.901～0.978

0.815～0.958

0.880～0.973

0.907～0.979

0.863～0.969

0.894～0.976

肾髓质 ICC 0.9250.9730.9140.9690.9520.9460.965 95%CI

0.843～0.964

0.943～0.987

0.819～0.959

0.935～0.985

0.898～0.977

0.887～0.974

0.927～0.983

表2 左右肾皮质和髓质DKI 峰度参数比较(x±s )

Tab. 2 The comparison of DKI kurtosis parameters between left and right renal cortex or medulla (x±s )

参数肾皮质

肾髓质

P 值右左右左C R-L M R-L R C-M MK 0.659±0.0170.658±0.0130.644±0.0150.649±0.0200.5730.2570.003Ka 0.698±0.0570.708±0.0310.656±0.0440.663±0.0380.2640.4130.001Kr

0.633±0.029

0.629±0.038

0.612±0.027

0.611±0.053

0.545

0.864

0.018

注：CR-L ：肾皮质左右对应参数值比较；MR-L ：肾髓质左右对应参数值比较；RC-M ：右肾皮、髓质对应参数值比较

表3 左、右肾皮质和髓质DKI 扩散参数比较(x±s )

Tab. 3 The comparison of DKI diffusion parameters between left and right renal cortex or medulla (x±s )

参数肾皮质

肾髓质

P 值右左右左C R-L M R-L R C-M FA

0.137±0.0060.137±0.0070.365±0.0180.369±0.0170.7580.2620.000MD (×10-3

mm 2

/s)

2.721±0.188 2.754±0.235 2.586±0.254 2.640±0.1600.3040.1440.017Da (×10-3

mm 2

/s)

3.090±0.220 3.129±0.270 3.752±0.228 3.786±0.2470.3230.3800.000Dr (×10-3

mm 2

/s)

2.546±0.186

2.566±0.216

2.038±0.190

2.068±0.141

0.420

0.296

0.000

注：CR-L ：肾皮质左右对应参数值比较；MR-L ：表示肾髓质左右对应参数值比较；RC-M ：表示右肾皮、髓质对应参数值比较

图2 为图1志愿者肾脏DKI 功能伪彩图；在FA 伪彩图上，肾皮质与髓质ROI 放置图(A)；DKI 伪彩图(B ～H)。A ：肾皮质、髓质ROI 放置图；B ：MK 伪彩图；C ：Ka 伪彩图；D ：

Kr 伪彩图；E

：FA 伪彩图；

F ：MD

伪彩图；G ：

Da 伪彩图；H ：Dr 伪彩图

Fig. 2 Examples for regions of interest (ROIs) of the renal cortex (oval circle) and medulla (round circle), shown on the FA image, were defined manually in the coronal plane (A). The DKI derived parametric maps of the kidney were showed on B—H. The pictures in Figure 1 and Figure 2 were from the same volunteer. A: ROI placement maps of renal cortex and medulla. B: MK pseudo-color map. C: Ka pseudo-color map. D: Kr pseudo-color map. E: FA pseudo-color map. F: MD pseudo-color map. G: Da pseudo-color map. H: Dr pseudo-color map.

2A 2B 2C