动脉自旋标记与多期增强技术评估不同年龄正常人肾血流

王逸敏，刘爱连，刘静红，孙美玉，宋清伟，李 烨，陈安良，田士峰

(大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连 116011)

动脉自旋标记与多期增强技术评估不同年龄正常人肾血流

王逸敏，刘爱连*，刘静红，孙美玉，宋清伟，李 烨，陈安良，田士峰

(大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连 116011)

目的 采用MR动脉自旋标记(ASL)技术与MR多期增强评估不同年龄肾功能正常人群肾脏皮质血流的变化，并分析肾血流灌注与肾脏功能改变的关系。探讨ASL技术与多期增强技术评估肾血流灌注的差异。方法 收集本院行MR检查的肾脏无明显病变、肾功能正常的21～80岁受检者178名，按年龄段分为3组(21～40岁组，41～60岁组，61～80岁组)，每组各随机抽样20名进行分析。采用ASL技术获得肾血流量(RBF)；采用多期增强扫描获得肾皮质早期增强率(ER)；采用CKD-EPI公式估算肾小球滤过率(eGFR)。比较不同年龄组间RBF、ER和eGFR值，并分析其与年龄的相关性。结果 3组间RBF、eGFR比较差异均有统计学意义 (P均<0.05)，且21～40岁组与61～80岁组差异有统计学意义(P<0.05)，余组间两两比较差异无统计学意义(P均>0.05)；两两组间比较eGFR值差异均有统计学意义 (P均<0.05)。3组间ER差异无统计学意义(P=0.05)。双肾RBF、ER、eGFR均与年龄呈负相关(r=-0.37、-0.38、-0.87，P均<0.01)；RBF、ER与eGFR间均无相关性(r=0.208、0.223，P=0.111、0.087)；RBF与ER无相关性(r=0.015，P=0.911)。结论 正常肾功能人群随年龄增长，肾功能、肾血流量逐渐减低。ASL技术较多期增强技术对年龄增长导致的肾皮质血流的改变更加敏感。

磁共振成像；肾血流量；年龄；肾小球滤过率

动脉自旋标记(arterial spin labeling， ASL)技术采用动脉血的氢质子作为内源性对比剂，可评估组织血流灌注情况，其优点在于无辐射、可重复性较好、不需应用外源性对比剂[1]。目前ASL技术涉及到正常人肾血流量的相关分析仅以正常人作为对照组，而对正常人肾血流量影响因素的分析鲜见。本研究旨在采用ASL技术及MR多期增强技术，对不同年龄段肾功能正常人群的肾脏血流量进行比较，探讨其与年龄的相关性，并分析ASL所测得的肾血流量(renal blood flow， RBF)、多期增强测定的皮质早期增强率(enhancement ratio， ER)及估算肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate， eGFR)间的相关性。

1 资料与方法

1.1一般资料 收集2015年6月—2015年12月在本院接受MR腹部多期增强及ASL扫描、有实验室酶法测定血肌酐(serum creatinine， Scr)检查结果的379名受检者，纳入标准：①年龄21～80岁；②1周内实验室检查结果显示Scr正常，无肾病史及血尿、蛋白尿等症状；③无外伤史、恶性肿瘤史、手术史；④无泌尿系结石及梗阻史；⑤无各种影响肾功能和肾脏血供的系统疾病。排除标准：①肾脏占位性病变体积>2.0 cm2；②邻近器官病变或肿瘤压迫肾实质及其血管；③泌尿系结石及梗阻；④屏气配合不佳，图像有明显伪影。最终纳入178名受检者，按受检者年龄分为3组：21～40岁组，41～60岁组，61～80岁组，采用分层随机抽样法每组各抽取20名进行研究。本研究经医院伦理委员会审批同意，且受检者均知情同意。

1.2仪器与方法 采用GE Signa Excite HD 1.5T磁共振扫描仪，8通道相控阵体部线圈。所有受检者检查前均禁食水4～6 h。常规扫描序列及其参数见表1。ASL扫描采用单次激发快速自旋回波-流动反转回复序列(single shot fast spin echo-flow sensitive alternating inversion recovery， SSFSE-FAIR)，冠状位扫描，受检者屏气22 s。增强扫描采用三维肝脏容积超快速采集(liver acquisition with volume acceleration， LAVA)序列，对比剂为马根维显，经肘静脉注射，剂量0.1 mmol/kg体质量，速率2.5 ml/s。于注射对比剂前和注射后16、40、70、90 s进行扫描，每期扫描时间为15 s，分别获得MASK、皮质早期、皮质期、髓质期、排泄期图像。

1.3图像分析 采用GE AW 4.4后处理工作站，应用FuncTool软件中FAIR后处理模块对ASL原始图像行后处理，获得肾脏灌注伪彩图。由1名有3年腹部影像诊断经验的医师进行测量和计算。①皮质早期ER：皮质早期信号值、平扫期信号值的测量见图1，分别将轴位平扫LAVA图像及皮质早期LAVA图像采用Compare功能重建冠状位正中层面图像，在皮髓质分界清楚区放置ROI，双侧肾上极、中部、下极共放置6处ROI并记录其位置，ROI大小为5～10 mm2，不超出皮、髓质边界(图1)，记录其对应的信号值并取平均值。ER=(皮质早期信号值-平扫信号值)/平扫信号值。②RBF：在肾脏灌注伪彩图中，双肾上极、中部、下极皮质内共放置6个ROI，ROI位置与测量ER时保持一致(图2)，因重建后肾脏灌注伪彩图信噪比较低，ROI大小为30～40 mm2，记录其RBF值并计算平均值。

表1 扫描序列及参数

注：TD：延迟时间；FIESTA：稳态进动平衡序列

图1 ER测量ROI放置 A～C.LAVA-MASK冠状位重建图像； D～F.LAVA-MASK对应的轴位图像； G～I.皮质早期冠状位重建图像； J～L.皮质早期对应的轴位图像

1.4eGFR的计算 根据Scr值，eGFR的估算采用CKD-EPI公式[2]。

2 结果

3组间性别差异均无统计学意义(P均<0.017)。

3组间各参数结果见表2。3组间RBF、eGFR比较差异有统计学意义(P均<0.05)，且21～40岁组与61～80岁组RBF差异有统计学意义(P<0.05)，余组间两两比较差异无统计学意义(P均>0.05)；eGFR值两两组间比较差异均有统计学意义 (P均<0.05)。3组ER差异无统计学意义(P=0.05)。

双肾RBF、ER、eGFR均与年龄呈负相关(r=-0.37、-0.38、-0.87，P均<0.01)；RBF、ER与eGFR间均无相关性 (r=0.208、0.223，P=0.111、0.087)；RBF与ER无相关性 (r=0.015，P=0.911)。

表2 不同年龄组间RBF、ER和eGRF比较(±s，n=20)

注：*：与21～40岁组比较，P<0.05；#：与41～60岁组比较，P<0.05

图2 CBF测量ROI放置 A.ASL原始图像； B.CBF伪彩图像，ROI放置与ER测量时冠状位重建图像的位置保持一致

3 讨论

SSFSE-FAIR扫描速度快、图像空间分辨率较高，肾脏解剖结构显示较好，可初步评估肾脏皮髓质的灌注状态[3]，因此本研究采用SSFSE-FAIR序列进行ASL扫描。研究[4]表明，采用ASL技术评估脑血流量时，不同年龄段人群最佳标记后延迟时间不同，因需与多期增强扫描技术比较，本研究未进一步细化扫描参数。LAVA技术扫描速度快、范围广，脂肪抑制效果较好，可获得信噪比良好的连续图像，非常适用于连续观察器官灌注情况[5]。动态增强扫描技术(dynamic contrast enhanced MRI, DCE-MRI)受呼吸运动与肠蠕动影响较大，且其扫描期相较多，需较长的扫描时间，因此本研究选择4期增强扫描序列评估肾脏增强情况。

ASL技术采用的肾脏灌注模型是基于被标记的血液与组织交换在短时间内完成的理论基础[6]。有研究[7]认为，ASL原始图像的对比噪声比和信噪比欠佳，不能区分髓质结构，且ASL采用的定量模型以动脉血内的氢质子作为内源性对比剂，其在髓质中比例较小，对髓质血流量的变化可能不敏感。因此本研究仅针对肾皮质的RBF值进行研究。ER多用于疾病的鉴别诊断，可在一定程度上反映组织的血流灌注情况[8-9]，本研究选择皮质早期的ER与ASL所得RBF进行对比。

3.1肾血流、肾功能改变与年龄的关系 随年龄增加，肾皮质中肾小球毛细血管的管腔狭窄和闭塞，造成肾小球硬化；毛细血管襻间出现自由吻合支，使皮质血流向髓质分流，以上改变导致老年人(60岁以上)肾皮质血流明显减少。本研究结果表明，肾皮质RBF在不同年龄段间差异有统计学意义(F=4.549，P=0.01)，21～40岁组RBF大于61～80岁组(P<0.05)，年龄与肾皮质RBF呈负相关(r=-0.37，P<0.01)。总之，正常人肾脏的血流量虽然受年龄的影响，但其随年龄增长而减小的速率较为缓慢，当年龄差别较大时才有明显减小。

研究[10]表明，正常无明显肾脏疾病的61～82岁老年人菊粉和对氨马尿酸盐清除率会轻微下降，但肾小球滤过率(glomerular filtration rate， GFR)值仍在正常范围。对波美拉尼亚健康人的Scr及eGFR(采用C-G公式和MDRD公式估算)的研究[11]表明，Scr值和eGFR值均随年龄的增加而减低，采用CKD-EPI公式估算GFR的研究[12]也获得相同的结果。另外，年龄大于40岁的正常人会因年龄增长而导致肾单位的减少和GFR下降(每年约0.8～1.0 ml/min)[13]。本研究结果表明eGFR随年龄的增大而逐渐减低，差异均有统计学意义(P<0.05)，提示在本组人群中，随年龄增大，肾脏功能会逐渐减低，且肾功能在不同年龄段间存在明显差异。

3.2ASL技术、多期增强技术与eGFR的相关性比较 ER作为半定量指标，在临床的应用较为广泛[14-15]，其与RBF无相关性。考虑原因为多期增强技术采用的对比剂为细胞外对比剂，反映对比剂与组织细胞外间隙交换的情况，ASL技术采用动脉血内氢质子为内源性对比剂，反映组织灌注的细节不同；另外，注射对比剂后可能一定程度上影响组织灌注，而使用内源性对比剂的ASL技术可更真实地体现组织灌注情况。本研究表明，虽然RBF与ER均随年龄增长而降低，但3个年龄组ER差异无统计学意义(F=3.157，P=0.05)，提示ASL可更敏感地反映年龄增大导致的肾血流量差异，而期相较少的多期增强技术敏感度较差。DCE-MRI在临床已得到广泛应用，Wu等[16]对19名25～68岁志愿者的研究表明，ASL测得的皮质区RBF值与采用DCE-MRI的Block循环去卷积算法获得的RBF值有良好相关性，但与髓质区RBF无相关性。也有学者[7]认为，ASL技术采用的肾脏灌注模型忽视了毛细血管壁渗透性的影响和血液对远端组织灌注的影响，因而使ASL对肾血流情况的评估过于简单化。Wu等[16]也发现DCE-MRI测得的RBF无论皮质、髓质均高于ASL测得的RBF；但也有研究[7,17]认为DCE-MRI所测得的RBF较ASL低，其中Winter等[7]认为ASL与DCE-MRI所得的RBF有良好的相关性，Zimmer等[17]却认为两者间有明显的差异。但由于各研究均无金标准对比，尚无法判定哪种方法的准确性更高[5]。

董建等[18]发现，在GE 3.0T MR上采用SSFSE-FAIR序列所测得的肾皮质RBF与Scr存在明显相关性，但本研究结果显示RBF与eGFR无明显相关性 (r=0.208，P=0.111)。分析存在差异的原因：①虽然均采用Scr值进行研究，本研究采用CKD-EPI公式估算eGER，充分考虑了人种、性别间的差异；②本研究采用的TI为1 200 ms，与董建等[18]采用的1 400 ms不同，可能导致灌注计算的差异；③董建等[18]研究样本量较小，共18例，年龄32～66岁，与本研究的人口样本存在差异。有研究[19]采用Siemens 3.0T MR和TRUE-FISP FAIR序列评估12名志愿者双侧肾脏的RBF，并与CKD-EPI公式估算的eGFR进行比较，结果发现RBF与eGFR间无明显相关性。TRUE-FISP和SSFSE序列虽然采集方式不同，但均为T2权重的快速扫描技术，且由于其同样采用CKD-EPI公式估算eGFR，因此本研究与之相同的结果。

肾小球滤过的决定因素主要有肾小球毛细血管静水压、肾小球毛细血管胶体渗透压、肾小球囊内静水压和超滤系数。肾血流量改变主要影响滤过分数，但其他因素受血流量影响较小，因此当肾血流量发生变化时，eGFR不一定会随之改变，本研究结果也发现肾脏皮质早期的ER、RBF与eGFR并无明显相关性。

本研究的不足：①为回顾性研究，各组内年龄构成存在一定偏倚；②由于临床评估RBF的金标准——对氨马尿酸盐清除率和放射性同位示踪技术的应用并不广泛，因此本研究缺乏与金标准对照；③样本量较小，需扩大样本量进行深入研究。

总之，正常肾功能人群随年龄增长，肾功能、肾血流量均在正常范围内逐渐减低。ASL技术和多期增强技术均可观察到随年龄增长肾皮质血流量的减低，但ASL技术较多期增强技术对年龄增长导致的肾皮质血流的改变更敏感。

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Arterial spin labeling and multi-phase enhancement technique in evaluation of renal blood flow in different age healthy subjects

WANGYimin,LIUAilian*,LIUJinghong,SUNMeiyu,SONGQingwei,LIYe,CHENAnliang,TIANShifeng

(DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116011,China)

Objective To assess the changes of renal cortical blood flow (RBF) in subjects with normal renal function of different age, and to analyze the relationship between renal perfusion and renal function changes by arterial spin labeling technique (ASL) and multi-phase enhanced MRI. Methods Totally 178 subjects who were confirmed without renal diseases and had normal renal function underwent MRI. The subjects were divided into 3 groups according to age (21—40 years old group, 41—60 years old group and 61—80 years old group), and 20 cases were randomly extracted from each group. RBF and enhancement ratio (ER) were acquired by ASL and multi-phase enhanced MR. Estimated glomerular filtration rate (eGFR) was calculated using the CKD-EPI formula. RBF, ER and eGFR values were compared among different groups, and their correlation with age were analyzed meanwhile. Results There were significant differences of RBF and eGFR among 3 groups (P<0.05). The difference of RBF between 21—40 years old and 61—80 years old group was significantly (P<0.05), but there were no significant differences in pairwise comparison between other groups. There were significant differences of eGFR among 3 groups and inter group comparison (allP<0.05). There was no significant difference of ER among 3 groups (P=0.05). The RBF, ER and eGFR showed negative correlations with age (r=-0.37, -0.38, -0.87, allP<0.01). There were no significant correlations between RBF, ER and eGFR (r=0.208, 0.223,P=0.111, 0.087). There was no correlation between RBF and ER (r=0.015,P=0.911). Conclusion With age increasing, renal function and perfusion decrease gradually in normal range. ASL is more sensitive than multi-phase enhancement technique for detecting the changes of renal cortical perfusion caused by aging.

Magnetic resonance imaging; Renal blood flow; Age; Glomerular filtration rate

王逸敏(1990—)，女，甘肃天水人，在读硕士。研究方向：腹部影像诊断学。E-mail： 369141717@qq.com

刘爱连，大连医科大学附属第一医院放射科，116011。E-mail： cjr.liuailian@vip.163.com

2016-06-28

2016-12-13

生殖泌尿影像学

10.13929/j.1003-3289.201606164

R322.61; R445.2

A

1003-3289(2017)02-0265-06