论文部分内容阅读
[目的]探讨基于体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM) MR扩散加权成像(DWI)成像技术评估大鼠对比剂急性肾损伤(contrast-induced acute kidney injury, CI-AKI)’肾功能动态变化的可行性。进一步评价IVIM DWI在糖尿病肾病(Diabetic Nephropathy, DN)肾损伤临床应用价值。[材料与方法]1.实验动物及仪器本研究共纳入27只SD雄性大鼠,体重为200-250g,所有大鼠均来自中山大学动物实验中心,并饲养于标准条件下。全部大鼠均采用腹腔注射20%乌拉坦(6ml/kg)进行麻醉,麻醉后经尾静脉注射泛影葡胺(Meglumine Diatrizoate;370 mg/ml,6 ml/kg)制作CIAKI动物模型。抽取6只大鼠进行MRI扫描,分别于注射对比剂前24 h及注射对比剂后30 min、12 h、24 h、48 h、72 h和96 h重复扫描一次。大鼠扫描前常规禁食禁水4小时以上。注射对比剂前扫描组作为对照组。在对应MR检查的7个时间点分别取3只大鼠,处死后获取右肾标本行HE染色。采用通用电气公司的Signa Excite 3.0T超导型全身磁共振扫描仪(General Electric, GE, Milwaukee, WI)。标准50mmbirdcage实验专用动物线圈,体位为头先进、仰卧位；采用腹部填塞法固定实验大鼠。本研究通过广东省人民医院(广东省医学科学院)医学研究伦理委员会的动物实验伦理批准,不违反动物实验伦理原则。2.实验患者及健康志愿者选取广东省人民医院住院治疗的糖尿病肾病患者53例。其中4例因图像质量不佳影响数据测量排除,3例因一侧肾脏明显萎缩排除。根据估算肾小球滤过率(estimated glomerular filtrationrate, eGFR)将46例患者分为三组,早期DN组18例(eGFR>60m1·min-1·(1.73m2)-1),伴微量或大量蛋白尿,男性10例,女性8例,年龄43-73岁,中位年龄60岁；中期DN组15例(eGFR>30m1·min-1·(1.73m2)-1,<60m1·min-1·(1.73m2)-1,),伴中量或大量蛋白尿,男性10例,女性5例,年龄31-74岁,中位年龄60岁；晚期DN组13例(eGFR≤30m1·min-1·(1.73m2)-1),伴大量蛋白尿,男10例,女3例,年龄44-69岁,中位年龄55岁。正常对照组招募17名健康志愿者,男11名,女6名,年龄44-76岁,中位年龄57岁。入组标准：无高血压、糖尿病等慢性疾病史,血尿素氮及血肌酐指标正常。所有被试人员均签署知情同意书。3.MRI扫描(1)大鼠扫描序列MRI扫描序列包括常规轴位T1WI、轴位及冠状位T2WI成像序列,以及IVIM DWI功能成像序列,各序列成像参数分别为：(a)FSE-XL/T1WI序列：轴位,扫描模式=2D,Grad Mode=zoom, TR=500ms,TE=13.3ms,翻转角=90°,带宽=15.6Hz,NEX=4.0,FOV=10.0cm×7.0cm,层厚=2.0mm,层距=0.2mm,矩阵=288×192,ET=3,扫描时间=94s。(b) FSE-XL/T2WI序列：轴位,扫描模式=2D,Grad Mode=zoom,TR=4500ms,TE=125.8ms,带宽=62.50Hz,NEX=6.0,FOV=10cm×7.5cm,层厚=2.0mm,层距=0.2mm,矩阵=288×192,ET=19,扫描时间=443s。(c) FSE-XL/T2WI序列：冠状位,扫描模式=2D,Grad Mode=zoom,TR=4500ms,TE=125.8ms,带宽=62.50Hz,NEX=6.0,FOV=10cm×7.5cm,层厚=2.0mm,层距=0.2mm,矩阵=288×192,ET=19,扫描时间=443s。(d) IVIM DWI序列：IVIM DWI采用单次激发自旋回波扩散加权平面回波成像(SE-DW-EPI)序列,选取10个b值(0,20,40,60,80,100,200,400,500和600 s/mm2)。修改MR主机的梯度方向表,使得一个序列内可以扫描多个b值。获取冠状位图像,层数3,视野10 cm,层厚2.4 mm,间隔0.2 mm,TR 3000ms,TE 73.6 ms,扫描矩阵96×96,NEX 8。序列扫描时间为4 min06 s。(2)糖尿病肾病患者及健康志愿者扫描序列MRI扫描序列包括常规轴位T1WI、轴位及冠状位T2WI成像序列,以及IVIM DWI功能成像序列,各序列成像参数分别为：(a) FSE-XL/T1WI序列：轴位,扫描模式=2D,Grad Mode=zoom,TR=6.18ms,TE=2.84ms,翻转角=20°,带宽=41.67Hz,NEX=2.0,FOV=40.0cmx40.0cm,层厚=8.0mm,层距=2.Omm,矩阵=288×192,ET=1,扫描时间=1min41s。(b) FSE-XL/T2WI序列：轴位,扫描模式=2D,Grad Mode=zoom,TR=6000ms,TE=102ms,带宽=62.50Hz,NEX=2.0,FOV=38cm×38cm,层厚=5.0mm,层距=2.0mm,矩阵=288×224,ET=13,扫描时间=2min54s。(c) FSE-XL/T2WI序列：冠状位,扫描模式=2D,Grad Mode=zoom,TR=15789.5ms,TE=240ms,带宽=50Hz,NEX=2.0,FOV=42cm×42cm,层厚=3.0mm,层距=0.2mm,矩阵=320×192,ET=29,扫描时间=3min10s。(d) IVIM DWI序列：IVIM DWI采用单次激发自旋回波扩散加权平面回波成像(SE-DW-EPI)序列,选取10个b值(0,20,40,60,80,100,200,400,500和600 s/mm2)。修改MR主机的梯度方向表,使得一个序列内可以扫描多个b值。获取冠状位图像,层数14,FOV=32cmx32cm,层厚3.0 mm,间隔0.6 mm,TR 3000 ms,TE 60.3 ms,扫描矩阵96×96,NEX 4。序列扫描时间为2 min 06 s。4.图像分析及后处理由2名有超过10年工作经验的MR诊断医师分别分析各成像序列采集所得图像质量,并将IVIM功能成像序列所得图像传送至GE公司提供的ADW4.3工作站,功能重建选择Functool软件处理和主机配备的MADC后处理软件,可测量出ADC值,D值,D*值及f值。选择图像质量较好的右肾画感兴趣区(region of interest),大鼠在麻醉状态及使用专用线圈的条件下,图像质量较高,可分辨皮质、外髓、内髓,患者和健康志愿者由于呼吸运动和心脏搏动的影响,可分辨出皮质及髓质,在各层结构的上下两极及肾门水平分别选取ROI,每个ROI大小、形状完全相同。大鼠ROI大小约2.5mm2-5.0mm2,每个ROI至少包含5个像素。糖尿病患者及健康志愿者ROI大小约30mm2-50mm2,每个ROI至少包含50个像素。测量所选择的层面要尽量避开肾囊肿,肾脏集合系统和大血管,并避免伪影或变形,5.病理学检查方法每个时间点取3只大鼠,解剖采集肾脏标本。采取得到的肾脏标本均固定保存于10%福尔马林溶液中,之后切片,染色,并分别于100、200倍光学显微镜下观察,按阳性区域表达由强至弱划分为强阳性区、阳性区及弱阳性区。进一步由彩色摄像机提取图像,分割阳性区域后,测量该区域的单位灰度值。6.统计学方法使用SPSS 19.0统计软件,数据表达方式采取均数±标准差的形式,大鼠肾各层结构各时间点的ADC值,D值,D*值及f值组间比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA),各组间两两比较采用最小显著差值法(Least-significant Differennce, LSD);方差不齐或非正态分布采用秩和检验；P<0.05定义为差异有统计学意义。由两名测量者分别测量ADC值,D值,D*值及f值。糖尿病患者及健康志愿者结果采用均值均数±标准差的形式表示。正常对照组、早期DN组,中期DN组及晚期DN四组间ADC值,D值,D*值及f值采用单因素方差分析比较,用最小显著差值法进行组间两两比较。非正态分布或方差不齐采用符号秩和检验；P<0.05定义为差异有统计学意义。[结果]1.大鼠各时间点IVIM DWI参数值的测量及比较肾皮质及外髓时间信号曲线斜率稍大于内髓相应曲线,特别在低b值范围(0-200 s/mm2)。对反映肾实质弥散状态的D值及ADC值进行比较分析,结果显示在早期30min,肾皮质ADC值较基线水平已有明显下降[(1.74-1.59)/1.74,8.62%,P=0.014],D值轻度下降[(1.63-1.58)／1.63,3.07%,P=0.001]；在肾皮质,D值及ADC值于12-48 h持续下降,从72 h开始缓慢回升；而在内髓及外髓,D值及ADC值下降持续时间更长,至96h时间点才观察到回升。将与灌注相关联的两个参数D*和f值对照分析,肾皮质、内髓及外髓D*值在30 min即有不同程度下降[(36.9-27.3)/36.9,26.02%,P=0.143；(40.4-31.6)/40.4,21.78%,P=0.143；(37.3-33.5)/37.3,10.19%,P=0.143],在24 h达最低值,而后于48 h缓慢回升；在皮质及外髓,f值于12h下降,略晚于D*值,于72h回升,亦略晚于D*值。2.糖尿病肾病患者及健康志愿者IVIM DWI参数值的测量及比较对反映肾实质弥散状态的D值及ADC值进行比较分析,结果显示在早期DN组,肾皮质及髓质ADC值(2.26±0.04×10-3mm2/s,2.02±0.03×10-3mm2/s)较健康对照组水平(2.71±0.03×10-3mm2/s,2.34±0.02×10-3mm2/s)有所下降(P<0.05)；皮质及髓质D值(1.71±0.06×10-3 mm2/s,1.48±0.06×10-3mm2/s)较健康对照组水平(2.24±0.08×10-3mm2/s,2.71±0.03×10-3mm2/s)有所下降(P<0.05)；中期DN组,肾皮质及髓质ADC值(1.70.±0.03×10-3mm2/s,1.52±0.02×10-3mm2/s)及D值(1.49±0.06×10-3mm2/s,1.25±0.04×10-3mm2/s)较早期明显下降(P<0.05)；晚期DN组,肾皮质及髓质ADC值(1.36±0.04×10-3mm2/s,1.22±0.04×10-3mm2/s)及D值(1.04±0.04×10-3mm2/s,1.07±0.03×10-3mm2/s)较中期进一步下降(P<0.05)；三组D值均小于ADC值(P<0.05),皮质ADC值及D值均高于髓质(P<0.05)。将与灌注相关联的两个参数D*和f值对照分析,早期DN组,肾皮质及髓质D*值(30.1±14.95×10-3mm2/s,38.0±11.87×10-3mm2/s)较健康对照组水平(43.1±10.80×10-3mm2/s,45.4±10.7×10-3mm2/s)有所下降(P<0.05),皮质及髓质f值(31.6±19.59%,30.1±14.3%)较对照组(26.1±10.03%,26.9±7.82%)有所升高(P<0.05)；中期DN组,肾皮质及髓质D*值(23.9±7.83×10-3mm2/s,28.0±17.24×10-3mm2/s)较早期进一步下降(P<0.05),皮质下降明显,f值(21.4±16.74%,23.6±13.22%)较早期下降(P<0.05)；晚期DN组,肾皮质及髓质D*值(18.6±9.12×10-3mm2/s,20.9±13.59×10-3mm2/s)及f值(14.8±8.88%,18.8±7.64%)较中期进一步下降(P<0.05)；三组D*值皮质均低于髓质(P<0.05)。[结论]大鼠对比剂急性肾损伤研究显示,IVIM DWI可有效显示CI-AKI肾功能动态变化过程,部分揭示CI-AKI病程转换的微观机制。D值反映了肾内水分子弥散状态,D*值取决于肾毛细血管的收缩或舒张状态,而f值则在一定程度上反映肾脏的液体负荷状态。第一部分研究为IVIM DWI在CI-AKI甚至肾脏非肿瘤性病变的应用研究方面做了有益的探索。第二部分糖尿病肾病患者研究显示,IVIM DWI可有效显示糖尿病肾病肾功能动态变化过程,反映了糖尿病肾病病理改变的微观机制。本研究表明IVIM DWI可无创性的评估糖尿病肾病肾功能损伤情况,为临床诊断、疗效监测提供辅助参考,具有潜在的临床应用价值。