腎臟動脈自旋標記功能磁共振成像的研究進展

范雪姣 郭啟勇

腎臟動脈自旋標記功能磁共振成像的研究進展

范雪姣①郭啟勇①

動脈自旋標記磁共振功能成像(ASL-fMRI)可以通過測定局部組織血流量，進而反映器官的血流動力學及病理生理學的變化，為臨床治療以及科研提供了一種新方法。隨著MR成像技術的不斷改進, 動脈自旋標記技術作為一種MR灌注成像新方法已得到應用，并具有無創性、可重復性高和組織對比度較好的優點。目前腎臟ASL-fMRI的臨床研究不斷增多，主要包括移植腎、腎腫瘤、急性腎損傷以及慢性腎功能不全等患者腎臟血流變化的研究。

動脈自旋標記；腎臟；磁共振功能成像

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.11.023

[First-author’s address] Department of Radiology, Sheng Jing Hospital of China Medical University, ShenYang, 110004, China.

腎臟是機體血供量最豐富的器官，靜息狀態下成人腎臟的血流灌注約占心輸出量的20%～25%；其中80%血流供應腎皮質，血流量約440 ml/(100 g.min)，15%供應外髓部，血流量約150 ml/(100 g.min)，剩余約5%供應內髓[1]。同時，腎臟也是疾病的多發器官，腎臟腫瘤、炎性病變及梗阻性病變等都可導致腎臟局部血流的變化。動脈血質子自旋標記(arterial spin labeling，ASL)MRI灌注成像是近年來發展的用來反映組織的微血管分布及血流灌注情況的磁共振新技術，可以提供血流動力學方面的信息[2]。與動態增強磁共振相比，動脈自旋標記磁共振功能成像(ASL-fMRI)能夠量化分析皮質腎血流量，具有無創性、可重復性好及空間分辨率高等優點，目前已廣泛應用于腎臟功能研究[3-4]。

1 腎臟ASL-fMRI基本原理及技術方法

ASL-fMRI方法是指利用選擇性的反轉脈沖標記供血動脈中的氫質子(即標記)，磁標記的動脈血作為內源性對比劑。待標記血進入組織，與組織發生物質交換后成像，所成圖像(即標記像)包括原靜態組織以及流經成像區組織標記血的量。為了消除靜態組織的信號，對感興趣區進行再一次未標記血成像(即控制像)，包括靜態組織信號。標記像與控制像減影，所得的差值像只與流入成像平面的標記血有關。這種變化反映了組織局部的血流量(即灌注)[5]。

ASL技術根據標記方式的不同分為連續式(continuous arterial spin labeling，CASL)和脈沖式(pulsed arterial spin labeling，PASL)兩大類[6-7]。CASL的成像原理由Detre等[9]首次提出，于成像層面近端固定的層面對供血動脈的水質子進行持續標記[7-9]。PASL與CASL相比，成像原理是在成像層面近端應用反轉脈沖來標記供血動脈中的質子，且持續到標記的質子進入成像層面為止[10]。血流敏感性的交替反轉恢復(flow sensitive alternating inversion recovery，FAIR)技術在腹部成像中應用較為廣泛。張帆等學者比較單次激發快速自旋回波-流動敏感反轉恢復序列(SSFSE-FAIR)與平面回波-流動敏感反轉恢復序列(EPI-FAIR)所測量的健康人腎臟的相對血流量值(rBFV)，從而評價兩種序列在正常腎臟檢查中的應用價值[11]。實驗采用3.0T磁共振掃描儀掃描，按3種方式采集圖像：EPI-FAIR屏氣法、SSFSE-FAIR自由呼吸法及SSFSE-FAIR屏氣法，結果發現SSFSE-FAIR圖像空間分辨率較高，可區分腎臟皮髓質結構，并較好評判腎臟皮髓質的灌注狀態。

2 ASL-fMRI在腎臟病變中的應用

2.1 移植腎

腎臟移植是腎功能衰竭患者最理想的腎臟替代方法，由于手術技術的進步和免疫抑制劑的發展，腎移植術后1年的存活率極大提高。腎移植穿刺活檢是目前診斷移植腎功能異常的“金標準”，但該技術為有創檢查，伴有出血及感染等風險，就為腎臟磁共振功能成像的無創性、可重復及動態觀測移植腎功能的手段提供了應用前景。Lanzman等[13]首次對20位腎移植患者采用1.5TMR設備，行非增強流動敏感交互反轉恢復(FAIR-TrueFISP)ASL-fMRI技術進行成像，評價移植腎功能穩定者與功能急劇下降者的腎灌注，并且進行定量計算。研究結果發現，急性腎功能惡化者皮質灌注降低具有統計學意義。Artz等[14]發現FAIRASL磁共振灌注成像在腎移植患者中腎皮質的腎血流量重復性較好，而對于腎髓質沒有很好的重復性。Heusch等[15]同樣應用ASL-fMRI評價移植腎功能，結果顯示，腎臟輕中度受損的腎移植患者的腎皮質腎血流灌注值與腎臟嚴重受損的移植腎患者的腎血流灌注值有統計學差異。因此，ASL-fMRI可以用于腎移植后的腎血流灌注功能監測，早期發現排斥反應，積極爭取治療時間，從而觀察治療效果。

2.2 腎腫瘤

臨床上腎臟腫瘤的診斷多依靠穿刺活檢及外科手術病理，而影像上腎臟腫瘤的診斷多倚重其形態學。ASL-fMRI對于腫瘤的結構成分的研究已有報道，Lanzman等[16]對42例懷疑腎腫物的患者在進行常規1.5 T臨床MRI檢查前，進行了ASL-fMRI檢查，并計算腎臟腫瘤灌注的平均值和峰值水平，與手術后病理結果相比照，發現乳頭型腎細胞癌的平均灌注值低于透明細胞型；腎嗜酸細胞瘤的灌注平均值和峰值水平高于乳頭型腎細胞癌；腎嗜酸細胞瘤的平均腫瘤灌注值高于透明細胞癌。表明ASL-fMRI成像可在腎血流灌注水平上區分和診斷不同病理類型的腎臟腫物。同樣的結果見于Masarapu等[17]對癌患者的研究。對于腎臟功能受損的腎腫瘤患者，磁共振灌注成像可以無創評價，以免對腎臟造成二次傷害[18-19]。

2.3 急性腎損傷

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是臨床常見疾病，病因由于藥物中毒性、感染性、缺血性以及尿路梗阻性疾病導致。患者常發展為慢性腎臟病、終末期腎病，甚至導致死亡[20]。研究數據表明，急性腎損傷發病中的6%患者需要透析治療[21]。隨著RIFLE標準和AKIN標準的提出，急性腎損傷的診斷取得進展，但目前尚無有效的生物學標記物對早期診斷急性腎損傷的報道，而且除了有創傷性的腎穿刺活檢可明確診斷外，臨床上尚缺乏有效的無創性快速診斷和隨訪腎功能的有效手段[22-23]。

ASL-fMRI技術提供了一個無創評價急性腎損傷腎功能的手段。Hueper等[24]利用藥物誘導小鼠建立AKI模型，應用ASL-fMRI功能成像進行腎臟血流量的測量，結果顯示，中度AKI小鼠及重度AKI小鼠與術誘導前相比，腎灌注血流量值有顯著差異性；中度和重度AKI小鼠腎臟體積、腎小管損傷程度與菊粉及對氨基馬尿酸清除率有顯著相關性。另有研究采用ASL-fMRI成像量化分析AKI患者的腎血流量(renal blood flow，RBF)，結果表明，FAIR-SSFSE序列在不引入對比劑的情況下，可對健康志愿者及AKI患者的RBF進行可靠的量化分析AKI，患者的腎臟皮質和髓質RBF均降低，這為AKI疾病的診斷提供了有價值的信息，對腎功能不全的患者尤為重要[25]。

2.4 慢性腎病

對慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)患者進行早期診斷、對腎功能以及病理損傷程度進行準確評估，是延緩CKD進展、減慢形成終末期腎臟病的有效手段。目前檢測腎功能的主要方法是檢測血清肌酐水平，但此方法不能敏感地反映腎功能的早期變化。同位素示蹤檢測腎小球濾過率(glomerular filtration rate，GFR)是目前國際公認評價CKD臨床分期的主要指標，但其具有輻射性，而且空間分辨率低，在臨床廣泛應用有一定的局限性[26]。腎臟病理活檢是評價CKD腎功能損害程度的“金標準”，但其具有創傷性，不易被患者接受。因此，研究一種無創評價腎臟形態與功能的檢查手段，是臨床亟待解決的問題。ASL-fMRI對于CKD的研究國內外較少見。Rossi等[27]學者對9例輕中度腎功能不全(CKD分期1～3)進行1.5TMR設備進行掃描，采用FAIR-True-FISP序列量化腎臟血流量，并利用直方圖進行數據分析，結果顯示，中度CKD患者腎皮質及髓質的腎血流量RBF值明顯低于健康者。ASL-fMRI數據直方圖分析可能有助于檢測慢性腎臟疾病，在臨床環境監測CKD疾病的進展。在對于CKD的腎灌注國內外研究中，應用血氧水平依賴磁共振成像方法研究較多見，因其可以反映組織的氧含量及血氧飽和度情況，從而了解組織的局部代謝[28]。

2.5 對比劑腎病

對比劑腎病是指經血管內注射碘對比劑后72 h內發生的AKI。最新的定義為血清肌醉SCr升高0.5 mg/dl(44.2 μmol/L)或比基礎值升高25%。對比劑腎病不僅明顯延長患者的住院時間，更顯著增加病死率[29]。有學者將29只SD大鼠腎注入碘對比劑后分別于20 min、24 h、48 h及72 h利用ASL-fMRI進行腎臟血流量動態監測，結果發現，腎臟的內、外髓對照組與注入對比劑后20 min、24 h、48 h及72 h各觀察組RBF值有顯著差異，從而證實ASL-fMRI成像技術，可定量的反映注入碘對比劑后腎臟的血流變化。

ASL-fMRI成像可以無創的、在不引入對比劑的條件下，對使用對比劑后發生AKI患者的腎血流量進行可靠的分析。與正常對照組相比，腎皮質、髓質的腎血流量值的降低具有潛在診斷對比劑腎病的價值。

2.6 其他

腎動脈狹窄(RAS)是繼發性高血壓的主要原因，磁共振血管成像已成為重要的診斷工具。Fenchel等[30]應用動脈自旋標記成像無創性對腎血流進行腎功能評估，從而對無腎動脈狹窄史的人中證實出患腎動脈狹窄疾病。

同時，A S L-f M R I對于藥物治療評價也有報道[31]。有學者對誘導腎細胞癌的小鼠注入sorafenib索拉非尼(一種針對促進血管生長的蛋白藥劑)，利用ASL-fMRI對于腎臟腫瘤的灌注值進行測量，從而證實動脈自旋標記成像可以評價藥物對腎腫瘤的局部療效[32]。

最新的研究表明，ASL-fMRI對藥物誘導的大鼠腎臟血流灌注具有很強的敏感性，并且對各種嚙齒類動物模型的腎血流量具有可行性[33]。體外沖擊波碎石術治療上尿路結石是一種非侵入性治療的有效性，Abd Ellah等[34]利用ASL-fMRI評估了體外沖擊波碎石(ESWL)患者的腎血流量的變化。

3 展望

隨著影像技術的不斷發展，影像學評價腎臟已從傳統的超聲、CT單純形態學研究進展到磁共振功能成像研究階段[35]。相關成像技術包括如血氧水平依賴成像(BOLD)、彌散加權成像已在腎臟研究中發展較為迅速[36]。ASL-fMRI能夠無創提供腎臟局部血流灌注的情況，在未來的研究中有望對其他腎臟疾病，比如糖尿病腎病、狼瘡腎炎及免疫球蛋白A(IgA)腎病等方面進行研究的可行性。隨著ASL-fMRI技術的不斷發展和完善，更多的成果將會不斷應用到臨床實踐中。

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Research on the progress of ASL functional magnetic resonance imaging of kidney

FAN Xue-jiao, GUO Qi-yong
China Medical Equipment,2015,12(11)∶71-74.

ASL-fMRI by measuring tissue blood flow, thus reflects the pathophysiology of organ blood flow dynamics and change, provides a new method for clinical and scientific research.With the improvement of MR image technology, technology as a MR perfusion imaging of arterial spin labeling method has been applied.It is non-invasive, repeatable high tissue contrast with a good advantage. Current clinical studies of renal ASL-fMRI is increasing. Includes renal transplantation, kidney tumors, acute kidney injury, patients with chronic renal dysfunction renal blood flow studies. Below reviews the progress of renal ASL-fMRI.

Arterial spin labeling; Kidney; Functional magnetic resonance imaging

范雪姣，女，(1989- )，碩士研究生。中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，研究方向：醫學影像。

1672-8270(2015)11-0071-04

R445.2

A

2015-05-19

①中國醫科大學附屬盛京醫院放射科 遼寧 沈陽 110004