时间-空间标记反转脉冲技术在慢性肾脏病分期中的初步研究

许晓岚,黄丙仓,张宏艳,徐雁,陆炜平,弋春燕

上海市浦东新区公利医院 影像科,上海 200135

[摘 要]目的探讨时间-空间标记反转脉冲(Time-SLIP)技术在慢性肾脏病(CKD)分期中的评估价值。方法 选择临床确诊的31例CKD患者 [CKD1期(5例),CKD2期(6例),CKD3期(8例),CKD4期(6例)和CKD5期(6例)]及13例健康志愿者(正常对照组),均接受常规MRI检查和冠状位Time-SLIP肾动脉扫描,扫描后将原始数据进行最大密度投影(MIP),由2位经验丰富的MRI医师对各组肾动脉分支的显示情况进行评价和统计学分析,并与CKD分期进行相关性研究。结果CKD组与正常对照组比较:CKD1期与正常对照组之间肾动脉分支显示无统计学差异(P>0.05),CKD2~5期与正常对照组之间肾动脉分支显示存在统计学差异(P<0.05)。CKD各组间比较:CKD1期与CKD2期肾动脉分支显示无统计学差异(P>0.05),其余各组间肾动脉分支显示均存在统计学差异(P<0.05),肾动脉分支显示与CKD分期呈中高度相关(P<0.01),肾动脉分支评分与血肌酐(SCr)呈显著负相关(P<0.01),与肾小球滤过率(GFR)呈显著正相关(P<0.01)。结论利用Time-SLIP技术进行肾动脉成像对CKD分期具有一定的价值,可作为临床评价肾功能的一种无创检查手段。

[关键词]时间-空间标记反转脉冲技术;磁共振血管成像;慢性肾脏病;肾动脉分支

0 引言

慢性肾脏病(Chronic Kidney Disease,CKD)已成为全球性公共卫生问题,早期诊断和及时治疗能够有效降低终末期肾病的发生率,改善患者预后[1]。时间-空间标记反转脉冲(Time-Spatial Labeling Inversion Pulse,Time-SLIP)技术是一种无需使用对比剂的无创性检查,可以提供生理状态下的血流信息,反映血流灌注变化,因此可有效地检查肾功能损害[2]。本研究采用Time-SLIP技术对CKD患者进行肾动脉血管成像,评价其分支显示情况,研究其在CKD分期中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2012年9月~2014年6月于我院肾内科就诊的CKD患者31例,其中男13例,女18例,年龄28~77岁。根据2002年美国肾脏病基金会颁布的《慢性肾脏病临床实践指南》(Kidney Disease Outcomes Quality Initiative,K-DOQI)中关于慢性肾脏病的定义及分期标准[3],将31例患者分为5组:CKD1期(5例),CKD2期(6例),CKD3期(8例),CKD4期(6例)及CKD5期(6例)。本文采用校正后的肾脏病膳食改良试验(Modification of Diet in Renal Disease,MDRD)公式来反映肾小球滤过率(Glomerular Filtration Rate,GFR)。GFR[mL/(min·1.73 m2)]=186× [血肌酐(μmol/L)×0.0113]-1.154×年龄-0.203×(0.742,女性)。

同期选取13名健康志愿者作为正常对照组,其中男6例,女7例,年龄26~63岁。纳入标准:① 没有肾脏系统及其他系统疾病史;② 没有腰痛、浮肿、血尿、尿路刺激征等肾脏疾病临床表现;③ 各项化验检查正常;④ 影像学检查正常。为了严格满足此点,在对该组进行检查前先进行肾脏常规T1、T2加权扫描,扫描发现异常时即被剔除;⑤ 近期没有服用肾毒性药物。所有患者均无磁共振检查禁忌症,扫描前病人准备,去掉所有金属异物,并进行均匀呼吸和屏气训练,患者以棉球塞耳,降低噪声对其造成的影响。

1.2 扫描方法

使用TOSHIBA Excelart Vantage 1.5T磁共振成像仪和配套的8通道Speed相控阵体部线圈对患者进行扫描。患者取常规仰卧位,头先进,双手上举,先行腹部常规T2轴位压脂、T1轴位横断及冠状位稳态自由进动(Steady State Free Precession,SSFP)扫描,以确定肾动脉水平和肾动脉走行范围。Time-SLIP技术采用三维真稳态自由进动FFE3D2.6_ SSFP(True Steady State Free Precession)序列,此序列由采集范围(Scan Area)S1、Time-SLIP脉冲(Time-SLIP Position 280 mm Thickness)S2两部分组成。根据腹主动脉和肾动脉的位置,S1以肾动脉为中心,沿腹主动脉冠状或斜冠状面单块多层扫描;S2框上缘与肾上级平行。扫描参数:TR 5.2 ms,TE 2.6 ms,层厚3.0 mm,层间距0 mm,层数32~36,黑血翻转时间(Black-Blood Time of Inversion,BBTI)为1200~1500 ms,矩阵(Matrix) 256×256,翻转角120°,扫描视野(FOV) 380 mm×380 mm~420 mm× 420 mm,使用并行采集技术(Speeder Flag),相位编码方向(PE)为2.0,激励次数(NAQ)为1。在呼吸门控下进行扫描,扫描时间约4~6 min。

1.3 图像处理及评价方法

扫描结束后,采用最大密度投影(Maximum Intensity Projection,MIP)对原始图像进行重建,得到三维肾动脉图像。由两名经验丰富的MRI医师对Time-SLIP肾动脉分支进行评价分析,并取得一致意见,主要观察肾动脉及叶间动脉的显示并进行分级评价。对肾动脉分支显示情况的评分标准为:主干为1分,一级分支为2分,二级分支为3分,三级分支为4分,三级以上分支为5分。如有副肾动脉,以主肾动脉分支显示结果进行分析。

1.4 统计学方法

使用SPSS 19.0软件对所得数据进行统计分析。采用Kappa分析比较两位医师对肾动脉分支显示评分的一致性,Kappa值>0.75为一致性好,0.4≤Kappa值≤0.75为一致性较好,Kappa值<0.4为一致性差。同时,对正常组及CKD各组间肾动脉分支评分行两两比较多重分析,以P<0.05为差异有统计学意义,分支显示情况与CKD分期的相关性采用Kendall等级相关系数,以P<0.05为有统计学意义。

2 结果

所有受检者均成功完成Time-SLIP肾动脉磁共振扫描,且图像质量均满足诊断需要。健康志愿者及CKD患者的MRI扫描图像,见图1。

图1 部分受检者的肾动脉MRI扫描图像

注:a.女,35岁,正常对照组,肾动脉显示边缘锐利,分支显示佳,评分达5分;b.男,28岁,CKD1期,肾动脉主干、分支均清晰,评分为5分;c.女,48岁,CKD2期,肾动脉主干、分支显示佳,评分为4分;d.女,77岁,CKD3期,分支显示尚清晰,评分为4分;e.男,47岁,CKD4期,肾动脉主干显示尚可,分支显示不佳,评分为3分;f.女,47岁,CKD5期,肾动脉只显示主干,且显示不佳,无分支显示,评分为1分。

对于肾动脉分支的显示,两位观察者之间的一致性较好(0.642≤κ值≤1),结果见表1。

表1 两位观察者对肾动脉分支显示评分的一致性Kappa分析

CKD组与正常对照组比较:CKD1期与正常对照组之间肾动脉分支显示无统计学差异(P>0.05),CKD2~5期与正常对照组之间肾动脉分支显示存在统计学差异(P<0.05)。CKD各组间比较:CKD1期与CKD2期肾动脉分支显示无统计学差异(P>0.05),其余各组间肾动脉分支显示均存在统计学差异(P<0.01),结果见表2。

表2 CKD各组与正常对照组间肾动脉分支显示情况两两比较

注:其中,dij=TiTj为前后两组间肾动脉分支评分均数的差值。

肾动脉分支显示与CKD分期之间的相关性用Kendall系数客观衡量,肾动脉分支显示与CKD分期呈中高度相关(P<0.01)(表3)。

表3 CKD各组间肾动脉分支显示情况与CKD分期的相关性分析

注:χ2=113.645,P<0.001,说明Kendall系数有意义;Kendall系数c=0.751,u值=3.957,P<0.01。

肾动脉分支评分与血肌酐SCr呈显著负相关(r=-0.874,P<0.01),见图2,与GFR呈显著正相关(r=0.748,P<0.01),见图3。

图2 肾动脉分支评分与SCr相关性示意图

图3 肾动脉分支评分与GFR相关性示意图

3 讨论

3.1 Time-SLIP技术的成像原理及优势

Time-SLIP序列是无需使用对比剂,采用时间-空间双重标记的基于SSFP序列的磁共振血管成像技术。其成像原理是在数据采集前先应用一个选择性翻转脉冲,抑制掉背景信号,并施加一个选择空间翻转恢复脉冲,被反转脉冲标记的血流呈低信号流出,区域外未标记的血流呈高信号流入,同时被抑制的背景信号逐渐恢复[4]。Time-SLIP序列有以下优势:① 亮血序列与流入效应有机结合;② 自由呼吸成像,最大病人舒适度多样化;③ 采用呼吸门控可有效克服运动伪影;④ 多种技术背景抑制更有利于提高血管-背景对比;⑤ 能提供生理状态下的血流信息,适用于流速快、循环比较复杂的血管,如肾动脉、颈外动脉、门静脉及肺动脉等[5]。肾动脉直接起源于腹主动脉,且肾脏毛细血管床的压力很低,这样就确保了无论在收缩期还是舒张期,肾动脉都有稳定的血液流入,这在客观上为Time-SLIP肾动脉成像提供了可能性。

3.2 CKD肾动脉分支显示情况与病程进展的关系

病理学上,CKD受损肾脏均出现不同程度的肾小球损伤及肾小管间质损害,包括肾小球硬化、肾间质纤维化、肾小管萎缩等,导致肾小球滤过率降低,球后毛细血管灌注及肾小管内液体流量减少、间质纤维化、肾小管萎缩联合作用,可影响肾脏内水分子扩散及微循环灌注[6]。CKD早期仅仅处于肾储备能力下降期,可完全没有症状或症状不明显,而随着CKD病程进展,此时肾脏病理改变为肾小管壁的明显增厚、坏死、肾小球硬化及纤维化改变,使得肾小球血管阻力增大,血流灌注减少[7-8]。血流量减少一方面使肾小球滤过率降低,另一方面造成肾小管缺血甚至变性坏死从而引起肾功能障碍。当患者病情进一步发展至CKD氮质血症期甚至肾功能衰竭晚期时,随着肾功能损害程度的加重,导致肾单位破坏、肾小球纤维化、肾小管坏死及肾间质受累范围越来越大,使得肾血管逐渐受压,肾动脉逐渐变细和坏死,最终肾血管的阻力越来越大,而血流量则越来越少,血流速度越来越缓慢,严重影响肾动脉分支显示。

3.3 Time-SLIP技术在CKD分期中的应用价值

目前国内外对于Time-SLIP技术在CKD分期中的价值研究甚少。本研究发现,CKD患者肾动脉分支显示与CKD分期呈中高度相关,与血清肌酐水平(Scr)呈显著负相关,与肾小球滤过率(GFR)呈显著正相关,即肾动脉分支显示情况能够间接反映CKD病程进展程度。随着CKD病程进展,患者Scr越来越高,而GFR越来越低,此时肾动脉分支显示也越来越差。本研究中,CKD1期与CKD2期间肾动脉分支显示存在统计学差异,但随着病程进展,各期肾动脉分支显示无统计学差异,推测其原因,可能与CKD早期肾脏病理可能未出现改变有关。

总之,利用Time-SLIP技术对CKD患者进行肾动脉扫描,在不使用任何对比剂的情况下,就能顺利完成肾动脉成像,其分支显示情况与CKD进展程度有关。Time-SLIP技术对CKD分期具有一定价值,可作为临床评价肾功能的一种无创检查手段。

[参考文献]

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A Preliminary Study of Time Spatial Labeling Inversion Pulse Technology in the Staging of Chronic Kidney Disease

XU Xiao-lan, HUANG Bing-cang, ZHANG Hong-yan, XU Yan, LU Wei-ping, YI Chun-yan
Department of Imaging, Public Hospital of Shanghai Pudong District, Shanghai 200135, China

Abstract:ObjectiveTo explore the diagnostic value of time spatial labeling inversion pulse (Time-SLIP) technology in the staging of chronic kidney disease (CKD).Methods31 patients clinically diagnosed with CKD (including 5 patients with stage 1 CKD, 6 patients with phase 2 CKD, 8 patients with stage 3 CKD, 6 patients with stage 4 CKD and 6 patients with stage 5 CKD) as well as 13 healthy volunteers (normal control group) were included. All subjects received conventional MRI and renal artery examination with the coronal Time-SLIP technology. Two experienced radiologists assessed the branches of renal artery MR angiography on 3D-MIP reconstructed images, and studied the correlation with staging of CKD.ResultsCompared with CKD group and normal control group, there were no statistically significant differences in the branches shows of renal arteries between stage 1 CKD and normal control group (P>0.05),the differences were significant betuseen stage 2~5 CKD and noumal control group. Compared with each CKD group, there were no statistically significant differences in the branches shows of renal arteries between phase CKD1 and CKD2, there were statistically significant differences between other groups (P<0.05). There was an obvious correlation between the branches shows of renal arteries and the staging of CKD (P<0.01). There was a significant negative correlation with the branches shows of renal arteries and SCr (P<0.01), and a significant positive correlation with the GFR (P<0.01).ConclusionUsing time-SLIP technology for renal artery has certain value in the staging of CKD. It can be used as a noninvasive clinical evaluation of renal function tests.

Key words:time-spatial labeling inversion pulse; MR angiography; chronic kidney disease; branches of renal arteries

[中图分类号]R445.2;R692

[文献标志码]B

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2016.03.016

[文章编号]1674-1633(2016)03-0070-04

收稿日期:2015-01-19

修回日期:2015-09-26

基金项目:上海市浦东新区卫生系统学科带头人附带项目(PWRd2011-05),上海市浦东新区卫生和计划生育委员会基金项目(PW2014B-23),上海市浦东新区科学技术委员会基金项目(PKJ2014-Y20)。

通讯作者:黄丙仓,副主任医师。