腎臟MR表觀擴散系數與估算腎小球濾過率的關系

張友元，查云飛，李亮，邢棟，龔威，林苑，劉昌盛

腎臟MR表觀擴散系數與估算腎小球濾過率的關系

張友元1，查云飛2*，李亮2*，邢棟2，龔威2，林苑2，劉昌盛2

目的 探討腎臟擴散加權成像（diffusion weighted imaging， DWI）所測量表觀擴散系數（apparent diffusion coeffcient， ADC）值與估算腎小球濾過率（estimated glomerular filtration rate， eGFR）之間的關系。材料與方法 2013年1月至2015年5月，武漢大學人民醫院627例受試者在3.0 T磁共振掃描儀上行腎臟擴散加權成像。根據eGFR的不同將受試者分為3組，即eGFR＜30 mL/min/1.73m2組、30 mL/min/1.73m2≤ eGFR＜60 mL/min/1.73m2組以及eGFR ≥60 mL/min/1.73m2組。測量腎門水平腎皮髓質交界區的ADC值。比較3組間ADC值的差異并分析ADC值與eGFR的相關性。結果 3組腎臟的平均ADC值分別為（1.72±0.10）× 10-3mm2/s、（1.88±0.16）×10-3mm2/s、（1.90±0.16）×10-3mm2/s。3組腎臟ADC值間差異具有統計學意義（F=81.24，P＜0.001）。腎臟ADC值與eGFR之間有顯著相關性（r=0.613，P＜0.05）。結論 ADC值的測量能在一定程度上反映患者腎臟濾過功能，DWI對腎功能的評價具有重要價值。

腎臟；擴散加權成像；表觀擴散系數；腎小球濾過率；磁共振成像

腎小球濾過率（glomerular filtration rate， GFR） 是評價腎臟損傷程度的重要指標，在臨床上被認為是腎功能綜合指標的最佳客觀表現。磁共振擴散加權成像（diffusion weighted imaging， DWI）能夠檢測活體水分子的彌散運動，并且通過測量表觀擴散系數（apparent diffusion coeffcient， ADC）亦可反映病變內部結構及組織成分的變化。近年來，關于DWI在腎臟良惡性病變的鑒別［1-2］、慢性腎病和腎功能評價［3］、腎移植術后和腫瘤療效評估［4］等方面的研究較多。本研究采用估算腎小球濾過率（estimated glomerular fltration rate， eGFR）這一簡便而有效的方法，探討腎臟ADC值與eGFR之間的關系。

1 材料與方法

1.1 一般資料

2013年1月至2015年5月，因腹部不適而在武漢大學人民醫院接受上腹部MR檢查患者總計938例，其中有757例患者在MR檢查前后2周的時間內進行了血肌酐檢測。排除了130例患者，包括8例急性腎衰竭、69例腎臟良惡性占位、6例孤立腎、19例腎積水、3例腎實質萎縮、13例常染色體顯性遺傳性多囊腎病，以及12例因嚴重的金屬偽影影響診斷而排除。最終納入研究對象627例，包括正常腹部患者404例、肝膽占位153例、腎上腺占位22例、胰腺疾病46例、腹主動脈狹窄2例。其中男343例，女284例，年齡33～72歲，中位年齡54歲，體重52～79 kg，平均（61.3±6.5） kg。

1.2 估算腎小球濾過率評估

采血前1天患者非高蛋白飲食，空腹采集靜脈血2～3 mL，3000 轉/min，4℃離心10 min，用堿性苦味酸法檢測血清肌酐。所有指標及儀器均嚴格按照標準操作規程完成測定。采用cockcroft-Gault公式估算GFR，eGFR=［（140-年齡）×體重（kg）］/［72×肌酐×0.85（女性，男性為1）］［5］。當eGFR＜60 mL/min/1.73 m2時，診斷為慢性腎功能不全；當eGFR＜30 mL/min/1.73 m2時，為腎功能受損［6］。

參照慢性腎功能不全的分級標準將eGFR結果分為3組，即：eGFR＜30 mL/min/1.73 m2，76例；30 mL/min/1.73 m2≤eGFR＜60 mL/min/1.73 m2，292例；eGFR≥60 mL/min/1.73 m2，259例。

1.3 儀器與方法

所有患者掃描前均告知其注意事項并簽署知情同意書。使用GE 3.0 T Signa HDxt磁共振掃描儀，Torso PA相控陣線圈，掃描序列包括常規T1WI、T2WI和DWI檢查，具體參數如下：T1加權成像：屏氣SPGR序列，TR=175 ms，翻轉角 80°，層厚5 mm，層間距1 mm，激勵次數（NEX）1，FOV 40 cm×30 cm，矩陣256×160；T2加權成像：屏氣FRFSE序列，TR=2000 ms，TE=85 ms，ETL 21，層厚5 mm，層間距1 mm，NEX=1，FOV 40 cm×30 cm，矩陣256×160；擴散加權成像：屏氣單次激發SE-EPI序列，TR=3000 ms，TE=57.1 ms，層厚8 mm，層間距0 mm，NEX=2，FOV 32 cm×24 cm，矩陣128×128，b值為50、1000 s/mm2。掃描時在腎臟上、下及前方預置飽和帶，盡可能消除腸道內氣體、蠕動及大血管搏動的影響。擴散敏感梯度場施加在X、Y、Z 3個方向上。

1.4 腎臟ADC值測量

所有DWI圖利用GE HealthCare AW4.6工作站，使用Functool 2分析軟件對掃描數據進行圖像后處理并測定ADC值。確定和選擇感興趣區（region of interest， ROI）：以軸位的腎門水平作為測量平面，盡可能大地選擇ROI在雙側腎門中心水平，且ROI的光標范圍介于腎臟的皮髓質交界區，ROI的面積不小于20 mm2。對于每個受試者的每一側腎臟，3個非重疊的ROI分別放置在同層同側腎皮質的不同區域，最終測量4次取平均值作為該受試者的ADC值，ROI區域選擇盡量避開血管、偽影、腎盂、腎盞和腎竇脂肪等結構（圖1）。

1.5 統計學分析

2 結果

2.1 3組間不同eGFR腎臟ADC值的統計學分析

所有受試者均順利完成MR檢查。隨著年齡的增長，腎臟eGFR有逐漸減小的趨勢，尤其是40歲以上的中老年人eGFR的減小趨勢更為明顯。eGFR＜30 mL/min/1.73 m2組的腎臟平均ADC值為（1.72±0.10）×10-3mm2/s，30 mL/min/1.73 m2≤eGFR＜60 mL/min/1.73 m2組的腎臟ADC值為（1.88±0.16）×10-3mm2/s，eGFR≥60 mL/min/1.73 m2組的腎臟ADC值為（1.90±0.16）×10-3mm2/s。3組腎臟的具體ADC值及測量范圍見表1。3組腎臟ADC值間差異具有統計學意義（F=81.24，P＜0.001），兩兩比較發現，除eGFR＜30 mL/min/1.73 m2組與其它兩組有統計學差異外（P＜0.05），其余各組間差異均無統計學意義（圖2）。

2.2 成人腎臟ADC值與eGFR的相關性分析

使用Pearson方法分析，腎臟ADC值與eGFR之間呈顯著相關性，相關系數r=0.613，P＜0.05，差異有統計學意義。見圖3。

圖1 49歲男性受檢者，體重62kg。A為腎臟DWI圖像，B為所對應的ADC圖。兩側腎臟各測量3處取平均值，ROI盡量避開血管、偽影、腎盂、腎盞和腎竇脂肪等結構Fig. 1 A 49 year-old male volunteer with weight 62 kg. A： Diffusion weighted imaging； B： Apparent diffusion coeffcient （ADC） map. Regions of interest （ROIs） were placed in the central portion of the bilateral kidneys in axial imaging. Three ROIs were placed on each kidney， and the ADC was averaged from six ROIs for each patient. ROIs were avoided blood vessels，artifacts， renal pelvis， calyx and renal sinus fat structure.

圖2 3組不同估算腎小球濾過率所測量表觀擴散系數的箱圖比較（★★為兩者差異具有統計學意義）Fig. 2 The box plots of apparent diffusion coefficient （ADC） measured by estimate glomerular filtration rate （GFR） in 3 different groups（**：Statistically signifcant difference between two groups）.

3 討論

慢性腎病（chronic kidney disease， CKD）的醫療費用昂貴，預后差，近年來在全球范圍內呈迅速上升趨勢，我國CKD患病率甚至已高達10.8%［7］。正確評估患者腎功能，是CKD早期診斷的首要問題，而GFR則是評價腎功能最重要的客觀指標。臨床上，測定GFR的“金標準”是計算外源性物質（如菊粉、碘海醇、125I-碘酞酸鹽和99mTc-DTPA等）清除率，先前的研究多采用腎動態顯像測量GFR方法，但由于該方法操作復雜、放射暴露、成本高昂等，限制了其在臨床的廣泛應用［8］。臨床通過血肌酐（creatinine， Cr）、胱抑素C（CystatinC，CysC）等內源性標志物和年齡、性別、體重等指標來估算GFR［9］。

3.1 腎臟DWI與腎小球濾過功能的關系

圖3 627名成人受試者腎臟DWI的表觀擴散系數值與估算腎小球濾過率相關散點圖。腎臟ADC值與eGFR呈正相關（r=0.613，P＜0.05）Fig. 3 The relationship between apparent diffusion coeffcient （ADC）values of the kidney and the estimated glomerular filtration rate （eGFR）in 627 adult subjects. Kidney eGFR ADC value was positively correlated（r=0.613， P＜0.05）.

表1 3組腎臟的具體ADC值及測量范圍（×10-3mm2/s）Tab.1 Kidney ADC values and measuring range in the three groups（×10-3mm2/s）

水的轉運是腎臟的主要功能，腎臟在無時無刻進行水的重吸收、濃縮以及稀釋，同時腎血流灌注量也相應加大。腎臟擴散特性不僅與水分子的隨機運動，而且與腎小球血流動力學等因素有關。DWI可以無創性地測量病灶的ADC值，在臨床實踐中，可以實時提供病灶的擴散及灌注信息。通過選用較高的b值，病灶的擴散信息可以準確定量顯示。而低的b值，則擴散和灌注信息共存，無法區分，導致ADC值測量不準確。在本研究中，筆者采用b值=50、1000 s/mm2，理論上它可以有效抑制成像區域內大血管的信號影響，要好于b值=0、1000 s/mm2的選擇。

腎臟的微觀結構與腎功能關系密切。理論上，當腎衰竭時，腎單位損失和腎臟纖維化形成，從而減少水的運輸功能，使水分子擴散運動受限［10］。國內外多個研究也報道，腎臟ADC值與GFR之間的關系。Toyoshima等［11］報道在腎積水的患者中，腎臟ADC值與GFR呈顯著正相關（R2=0.56，P＜0.05），而在非積水腎臟，則呈輕度正相關（R2=0.08，P＜0.05），ADC值可以無創性評估腎積水的功能狀態。許玉峰等［12］報道腎損害患者的ADC值顯著低于正常腎臟（P＜0.05），且腎臟ADC值與GFR呈顯著正相關（r=0.709，P＜0.05）。辛仲宏等［13］研究認為當b值為1200、1500 s/mm2時腎臟ADC值與血清肌酐之間呈負相關（r分別為-0.518、-0.591，P＜0.05）。李成等［14］發現腎臟ADC值與GFR之間存在正相關性（r皮=0.697，P＜0.01；r髓=0.800，P＜0.01）。以上研究均與本研究結論一致，但他們往往應用99mTc-二乙基三胺五乙酸（DTPA）腎動態顯像測定GFR的方法，該法具有一定的放射性，且空間分辨能力差，不利于觀察腎臟的病理改變，且臨床上不能廣泛開展大樣本實驗研究。故在本研究中采用了更容易被臨床所接受的腎小球濾過率評估方程，該法簡單方便，易于大范圍展開工作。

3.2 腎臟ADC圖測量感興趣區的選擇

許多研究報道了DWI在腎臟的應用價值，其中關于ROI的選擇爭議較大，有些研究分別測量腎臟皮、髓質的ADC值，有些研究測量整個腎臟的ADC值。筆者認為，EPI序列掃描所得圖像中腎臟空間分辨率低，信噪比較差，易受運動偽影的影響，無法準確區分皮、髓質，況且腎臟中皮質較薄，而髓質較少，故本研究采用測量整個腎臟ADC值的方法。此外，ROI位置的選擇也至關重要，腎臟上極、中部及下極解剖結構的不同也將影響到ADC值的最終測量結果。Fukuda等［15］發現在腎臟兩極彌散運動梯度場（motion probing gradient， MPG）的脈沖方向平行于腎臟的徑向結構，而在腎臟中部卻呈垂直該結構，這表明在腎臟中水分子基于體素的隨機運動是各向異性，而在低b值中，腎臟中部受灌注的影響較兩極是較小的，適于進行可重復性的定量測量。

本研究也存在一些不足及問題。如樣本量較少，尤其是eGFR＜30 mL/min/1.73 m2的受檢者人數偏少，有待于將來多中心大樣本的數據支持該結論；此外，筆者未納入急性腎功能衰竭的受試者，主要是因為該部分人群血肌酐水平不穩定，測量不準確；血肌酐也受其它因素影響，如脫水、肌萎縮、水腫等［16］，因此GFR估算公式還有待于進一步完善。

綜上所述，估算腎小球濾過率與腎臟的ADC值顯著相關，而當腎小球濾過率低于30 mL/min/1.73m2，即腎損害時，腎臟ADC值則顯著低于正常腎臟值。作為無創性功能成像技術，DWI將在腎臟疾病的早期診斷及隨訪中發揮著更為重要的作用。

［1］ Razek AA， Farouk A， Mousa A， et al. Role of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in characterization of renal tumors. J Comput Assist Tomogr， 2011， 35（3）： 332-336.

［2］ Macarini L， Stoppino LP， Milillo P， et al. Diffusion-weighted MRI with parallel imaging technique： apparent diffusion coefficient determination in normal kidneys and in nonmalignant renal diseases. Clin Imaging， 2010， 34（6）： 432-440.

［3］ Li Q， Li J， Zhang L， et al. Diffusion-weighted imaging in assessing renal pathology of chronic kidney disease： A preliminary clinical study. Eur J Radiol， 2014， 83（5）： 756-762.

［4］ Liang SW， Huang HB， Huang GX， et al. Value of DWI to transplanted renals with early acute rejection： a preliminary study. Chin J Magn Reson Imaging， 2016， 7（2）： 90-95.梁世偉， 黃海波， 黃桂雄， 等. 移植腎急性排斥擴散加權成像早期診斷價值. 磁共振成像， 2016， 7（2）： 90-95.

［5］ Cockcroft DW， Gault MH. Prediction of creatinine clearance from serum creatinine. Nephron， 1976， 16（1）： 31-41.

［6］ Levey AS， Eckardt KU， Tsukamoto Y， et al. Definition and classification of chronic kidney disease： a position statement from Kidney Disease： Improving Global Outcomes （KDIGO）. Kidney Int，2005， 67（6）： 2089-2100.

［7］ Zhao J， Wang ZJ， Liu M， et al. Assessment of renal fibrosis inchronic kidney disease using diffusion-weighted MRI. Clin Radiol，2014， 69（11）： 1117-1122.

［8］ Ye L， Li Q， Li H， et al. Measurement of unilateral glomerular filtration rate with dynamic contrast-enhanced MRI in swine renal dysfunctional model. Chin J Magn Reson Imaging， 2012， 3（3）：204-209.葉露， 李瓊， 李宏， 等. 動態增強MRI測量豬單側腎功能不全模型腎小球濾過率. 磁共振成像， 2012， 3（3）： 204-209.

［9］ Wang BL， Guo W， Pan BS. Research progress of estimating glomerular fltration rate in chronic kidney disease. Chin J Lab Med，2014， 37（12）： 899-902.王蓓麗， 郭瑋， 潘柏申. 估算腎小球濾過率在慢性腎臟疾病診療中的研究現狀. 中華檢驗醫學雜志， 2014， 37（12）： 899-902.

［10］ Goyal A， Sharma R， Bhalla AS， et al. Diffusion-weighted MRI in assessment of renal dysfunction. Indian J Radiol Imaging， 2012，22（3）： 155-159.

［11］ Toyoshima S， Noguchi K， Seto H， et al. Functional evaluation of hydronephrosis by diffusion coeffcient and split glomerular fltration rate. Acta Radiol， 2000， 41（6）： 642-646.

［12］ Xu YF， Wang XY， Jiang XX， et al. Relationship between renal apparent diffusion coeffcient and glomerular fltration rate： preliminary study. Chin J Med Imaging Technol， 2005， 21（6）： 941-943.許玉峰， 王霄英， 蔣學祥， 等. 腎臟ADC值與濾過功能相關性的初步研究. 中國醫學影像技術， 2005， 21（6）： 941-943.

［13］ Xin ZH， Guo SL， Zhou HQ， et al. The evaluation of renal function in primary glomerulonephritis with MR apparent diffusion coeffcient. J Pract Radiol， 2008， 24（11）： 1512-1515.辛仲宏， 郭順林， 周懷琪， 等. MR表觀擴散系數值評價原發性腎小球腎炎患者腎臟功能. 實用放射學雜志， 2008， 24（11）： 1512-1515.

［14］ Li C， Luo DD， Gong LG， et al. Correlation of renal apparent diffusion coeffcient with glomerular fltration rate and pathological characteristics in chronic kidney disease. Chinese General Practice，2013， 16（10）： 3633-3636.李 成， 羅丹丹， 龔良庚， 等. 磁共振擴散加權成像檢測值與慢性腎臟病濾過功能及病理的相關性研究. 中國全科醫學， 2013， 16（10）：3633-3636.

［15］ Fukuda Y， Ohashi I， Hanafusa K， et al. Anisotropic diffusion in kidney： apparent diffusion coeffcient measurements for clinical use. J Magn Reson Imaging， 2000， 11（2）： 156-160.

［16］ Suo ST， Cao MQ， Ding YZ， et al. Apparent diffusion coefficient measurements of bilateral kidneys at 3 T MRI： effects of age， gender，and laterality in healthy adults. Clin Radiol， 2014， 69（12）： 491-496.

Correlation between estimated glomerular fltration rate（eGFR）and apparent diffusion coeffcient （ADC） values of the kidneys

ZHANG You-yuan1， ZHA Yun-fei2*， LI Liang2*， XING Dong2， GONG Wei2， LIN Yuan2，LIU Chang-sheng2

1Department of Radiology， People's Hospital of Jiangling County， Jingzhou 434100，China
2Department of Radiology， Renmin Hospital of Wuhan University， Wuhan 430060，China
*

Objective： To determine the relationship between apparent diffusion coeffcient （ADC） values of the kidney measured by diffusion-weighted MR imaging and the estimated glomerular fltration rate （eGFR）. Materials and Methods： A total of 627 adult patients in Renmin Hospital of Wuhan University， apply for kidney DWI examination in our hospital between January 2013 and May 2015. Regions of interests（ROIs） were manually delineated in the parenchyma as large as possible at the level of the middle portion of the bilateral kidneys. The eGFR was calculated by an equation based on serum creatinine level. The patients were divided into 3 groups： eGFR＜30 mL/min/1.73m2； 30 mL/min/1.73 m2≤eGFR ＜60 mL/min/1.73m2； and eGFR≥60 mL/min/1.73m2. Differences between the 3 groups respect to the mean renal ADCs and the correlation of the renal ADC value and eGFR were analyzed. Results： The mean ADC values of the 3 groups were （1.72±0.10）×10-3mm2/s for the group with eGFR＜30 mL/min/1.73 m2； （1.88±0.16）×10-3mm2/s for those with 30 mL/min/1.73m2≤eGFR＜60 mL/min/1.73m2； and （1.90±0.16）×10-3mm2/s for those with eGFR≥60 mL/min/1.73m2. There was statistically significant difference in renal ADCs among the 3 groups （F=81.24， P＜0.001）. The ADC of kidney showed positive linear correlation with eGFR （r=0.613， P＜0.05）. Conclusion： ADC values can refect kidney fltration function to some extent. DWI may be useful to evaluate renal function.

Kidney； Diffusion weighted imaging； Apparent diffusion coefficient；Glomerular fltration rate； Magnetic resonance imaging

1.荊州市江陵縣人民醫院放射科，荊州 434100

2.武漢大學人民醫院放射科，武漢430060

查云飛，E-mail：zhayunfei999@126. com；李亮，E-mail：liliang_082@126. com

2016-04-29

接受日期：2016-07-25

R445.2；R692

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.08.002

張友元， 查云飛， 李亮， 等. 腎臟MR表觀擴散系數與估算腎小球濾過率的關系. 磁共振成像， 2016， 7（8）： 567-571.