動脈自旋標記MRI評估2型糖尿病患者腎皮質灌注水平

劉 波，梁明龍，張久權，謝 兵，潘 航，左盼莉，王 健*

(1.第三軍醫大學西南醫院放射科，2.內分泌科，重慶 400038；3.西門子醫療東北亞MR科研合作部，北京 100102)

動脈自旋標記MRI評估2型糖尿病患者腎皮質灌注水平

劉 波1，梁明龍1，張久權1，謝 兵1，潘 航2，左盼莉3，王 健1*

(1.第三軍醫大學西南醫院放射科，2.內分泌科，重慶 400038；3.西門子醫療東北亞MR科研合作部，北京 100102)

目的 探討應用動脈自旋標記(ASL)MRI評價2型糖尿病患者腎皮質灌注水平的價值。方法 前瞻性收集50例2型糖尿病患者，根據是否患糖尿病腎病(DKD)分為單純糖尿病(SD)組(25例)和DKD組(25例)。依據估算腎小球濾過率(eGFR)將DKD組分為輕度DKD亞組[eGFR≥60 ml/(min·1.73m2)，11例]和中重度DKD亞組[eGFR<60 ml/(min·1.73m2)，14例]。同期選取25名年齡和性別相匹配的健康志愿者作為正常對照組。對所有受試者均行ASL MR掃描。由2名醫師測量雙腎皮質血流量(RBF)，分析2名醫師測量結果的一致性，比較各組間腎皮質RBF值的差異，并評價糖尿病患者腎皮質RBF與eGFR的相關性。結果 2名醫師對腎皮質RBF值測量結果的一致性較高(ICC均>0.90)。SD組[(258.52±42.30)ml/(100 g·min)]、輕度DKD亞組[(242.86±56.86)ml/(100 g·min)]、中重度DKD亞組[(173.39±27.16)ml/(100 g·min)]及正常對照組[(269.71±33.28)ml/(100 g·min)]間腎皮質RBF值差異有統計學意義(F=20.66，P<0.01)；兩兩比較顯示，中重度DKD亞組腎皮質RBF值明顯低于其他3組(P均<0.01)，輕度DKD亞組、SD組與正常對照組腎皮質RBF值差異無統計學意義(P=0.064、0.320)。2型糖尿病患者腎皮質RBF值與eGFR值呈正相關(r=0.646，P<0.001)。結論 ASL MRI可用于定量評估糖尿病患者的腎皮質灌注水平，RBF值可作為判斷2型糖尿病患者腎功能的影像學指標。

糖尿病，2型；糖尿病并發癥；磁共振成像；動脈自旋標記

糖尿病腎病(diabetic kidneydisease, DKD)為糖尿病引起的慢性腎病，常伴有腎實質灌注減低、缺氧，最終表現為間質纖維化，是引起終末期腎病(end-stage renal disease, ESRD)的首要原因[1]。臨床評價腎臟皮質灌注水平的常用方法主要是超聲微泡造影、增強CT及腎圖。動脈自旋標記(arterial spin labeling, ASL)MRI技術通過血液中水分子進行成像，具有無創、無輻射等優點，為評價腎功能提供了新方法。本研究應用ASL MRI技術評估腎皮質血流量(renal blood flow, RBF)情況，從而探討血流灌注參數評估糖尿病腎臟濾過功能的應用價值。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2015年10月—2016年11月我院門診和住院收治的糖尿病患者50例，其中男28例，女22例，年齡45～75歲，平均(59.1±9.8)歲。25例為單純糖尿病(simple diabetes, SD)患者(SD組)，不伴DKD，男14例，女11例；另25例為DKD患者(DKD組)，包括輕度DKD患者11例(輕度DKD亞組；男6例，女5例)、中重度DKD患者14例(中重度DKD亞組；男8例，女6例)。納入標準[2]：①2型糖尿病；②大量蛋白尿[尿白蛋白肌酐比值(urinary albumin creatinine ratio, UACR)≥300 mg/g]；③DKD患者均為糖尿病視網膜病變伴任何一期慢性腎臟病；④輕度DKD亞組估算腎小球濾過率(estimated glomerular filtration rate, eGFR)≥60 ml/(min·1.73m2)；⑤中重度DKD亞組eGFR<60 ml/(min·1.73m2)。排除標準：①合并DKD外的其他急性或慢性腎病；②腎動脈狹窄或1個月內服用腎毒性藥物；③MR檢查禁忌證。同期招募25名性別和年齡相匹配的健康志愿者作為正常對照組，男12例，女13例。排除標準：①患有泌尿系統疾病、高血壓、內分泌或代謝性疾病；②近1個月內服用影響血管活性或具有腎毒性的藥物；③MR檢查禁忌證。本研究經我院醫學倫理審查委員會批準。MR檢查前所有受試者均簽署知情同意書。

1.2臨床資料采集 MR檢查前記錄患者年齡、性別、身高、體質等基本資料，計算體質量指數(body mass index， BMI)。于MR檢查當日留取受試者晨尿、靜脈血液標本，測量尿微量白蛋白(microalbuminuria, MAU)、UACR、血肌酐(serum creatinine， SCr)、血尿素(blood urea nitrogen, Bun)、血紅蛋白(hemoglobin， Hgb)等血生化指標。依據中國人簡化腎臟病膳食改善公式(modification of diet in renal disease, MDRD)[3]計算eGFR： eGFR[ml/(min·1.73 m2)]=175×血清肌酐(SCr)-1.234×年齡-0.179(女性×0.79)。

1.3 MR檢查 采用Siemens Magnetom Trio 3.0T超導MR掃描儀，8通道體部相控陣線圈。MR檢查前10 h禁食水，檢查時受試者取仰臥位，行雙腎常規MR及呼吸門控觸發的ASL MR掃描。常規掃描序列包括：軸位T1WI、T2WI和冠狀位脂肪抑制T2WI，以評估腎臟的解剖形態結構，排除器質性病變。沿腎臟長軸斜矢狀位對雙側腎臟進行ASL MR掃描，采集未反轉的M0圖像后，在屏氣狀態下采用相同分辨率修飾的look-1ocker反轉恢復序列(modified look-locker inversion recovery, MOLLI)采集同層面的T1圖像；最后采用血流敏感交替反轉恢復-真實快速成像穩態自由進動(flow sensitive alternating inversion recovery-true fast imaging in steady precession， FAIR-TrueFISP)序列[4]進行ASL掃描，掃描參數：TR 4.48 ms，TE 2.24 ms，TI 1 200 ms，翻轉角 70°，體素大小2.3 mm× 2.3 mm×5.0 mm，FOV 300 mm×300 mm，層厚5.0 mm，無間距，重復次數12次。

表1 各組受試者臨床資料比較

圖1 各組ASL MR圖像 A.正常對照組受試者，RBF值為292.71 ml/(100 g·min)； B.SD組患者，RBF值為244.93 ml/(100 g·min)； C.輕度DKD亞組患者，RBF值為190.88 ml/(100 g·min)； D.中重度DKD亞組患者，RBF值為137.94 ml/(100 g·min)

采用ImageJ軟件(National Institutes of Health, USA)處理RBF圖像，在每個腎臟上極、中部、下極腎皮質分別放置3個圓形ROI，共9個ROI，根據皮質厚度的差異，ROI的面積為4～15 mm2，獲得RBF值。由2名高年資影像醫師獨立對數據進行分析，取平均值作為最終測量值。

2 結果

各組受試者年齡、性別差異無統計學意義(P=0.23、0.93)，各組間BMI、MAU、UACR、SCr、Bun、Hgb、eGFR差異均有統計學意義(P均<0.05)，見表1。

2.1一致性分析 2名醫師對SD組、DKD組及正常對照組腎皮質RBF值測量一致性均較高(ICC均>0.90)，見表2。

2.2腎皮質RBF值比較 SD組、輕度DKD亞組、中重度DKD亞組及正常對照組中，左側與右側腎臟間RBF值差異均無統計學意義(P均>0.05)。各組腎皮質RBF值分別為：SD組(258.52±42.30)ml/(100 g·min)、輕度DKD亞組(242.86±56.86)ml/(100 g·min)、中重度DKD亞組(173.39±27.16)ml/(100 g·min)、正常對照組(269.71±33.28)ml/(100 g·min)。SD組、輕度DKD亞組、中重度DKD亞組及正常對照組間腎皮質RBF值差異有統計學意義(F=20.66,P<0.01)；中重度DKD亞組腎皮質RBF值較其他3組均明顯減低(P均<0.01，圖1)，DKD輕度組、SD組與正常對照組間腎皮質RBF值差異無統計學意義(P=0.064、0.320)。

2.3相關性分析 糖尿病患者腎皮質RBF值與eGFR呈正相關(r=0.646，P<0.001)，見圖2。

表2 各組腎皮質RBF值測量結果的一致性

圖2 糖尿病患者RBF值與eGFR值的相關性分析 eGFR與RBF呈正相關 (▲：SD組；：輕度DKD亞組；：中重度DKD亞組)

3 討論

早期糖尿病持續性高血糖導致腎小球濾過率(glomerular filtration rate, GFR)升高，高濾過、高灌注狀態使大血管內皮受損[5]，進展至晚期可出現腎小球硬化、間質纖維化，RBF、GFR降低。腎臟灌注與腎功能聯系緊密，可通過腎臟灌注的變化來評估腎臟濾過功能的改變。多數腎單位分布于皮質，因此本研究選擇腎皮質區域研究灌注與濾過的關系。

本研究對比糖尿病患者與正常人群腎皮質血流情況，發現中重度DKD亞組腎皮質RBF值低于正常對照組、SD組及輕度DKD亞組，且RBF值與eGFR值呈正相關，提示腎皮質RBF值可在一定程度上反映腎濾過功能的變化。分析原因可能為長期高血糖和糖基化終末產物生成激活白細胞介素1(interleukin-1， IL-1)、腫瘤生長因子β(tumor growth factor-β，TGF-β)等細胞因子和炎癥介子，最終腎小球細胞外基質、纖維連接蛋白增生，造成腎小球硬化[6]、腎微小動脈透明樣變及粥樣硬化，從而激活腎素血管緊張素系統，組織缺氧激活缺氧誘導因子(hypoxia inducible factor, HIF)進一步促進纖維化[7]。上述代謝異常、血流動力學改變和內分泌變化相互作用、相互影響，形成惡性循環致皮質灌注進行性降低。

本研究中，輕度DKD亞組、SD組與正常對照組間腎皮質RBF值比較差異無統計學意義(P均>0.05)，但DKD輕度組RBF值較正常對照組已呈現出減低趨勢(P=0.064)。主要原因與腎臟具有強大的功能儲備有關，疾病早期腎臟啟動自身調節穩態機制，包括腎素-血管緊張素系統、血管肌源性調節以維持腎臟灌注[8]。本研究SD組灌注代償性增高，表現為eGFR值增高而皮質RBF值卻無明顯變化，這種不同步的改變是由于高灌注狀態下皮質增生，導致單位體積內皮質RBF值并不會出現明顯變化，而本研究中RBF值反映的正是ROI內平均血流量。長期高灌注、高GFR狀態可導致腎功能受損[9]，隨糖尿病病情的加重逐漸進展至DKD早期，代償機制受損及血管阻力進一步增高[10]，表現為eGFR值下降的同時RBF值降低，但健存腎單位仍可部分代償，使輕度DKD患者灌注維持在較低水平。

既往腎灌注研究多采用多層螺旋CT增強掃描、MRI動態對比增強，在檢查時需注射對比劑，存在過敏及對比劑腎病(contrast induced nephropathy, CIN)風險，糖尿病患者總體CIN患病率約5.7%～29.4%[11]，且糖尿病患者伴發腎功能不全風險高于糖尿病腎功能正常者。ASL是一種以水分子作為內源性對比劑的檢查方法，有利于消除CIN發生的可能性，為評估糖尿病患者及腎功能不全患者腎血流情況提供了新的方法。通過ASL MRI血流敏感交替反轉恢復(flow-sensitive alternating inversion recovery, FAIR)序列，反轉標記層面內的血液中的水分子，經過合理的反轉恢復時間，同層面標記與未標記血液的信號強度差值即為組織的血流灌注值[12]。

本研究的不足：①缺乏金標準與RBF值的比較，僅間接反映腎臟的灌注狀態，但既往研究[13-14]顯示采用ASL MRI所得RBF值與常用方法所得的灌注值具有較好的相關性；②ASL序列僅能掃描單層圖像，不能獲取整個腎臟皮質灌注信息；③樣本量有限，未按照DKD臨床分期將分組進一步細化。有待今后擴大樣本量進一步深入的研究。

綜上所述，ASL MRI是一種無創、安全、可用于定量評估糖尿病腎臟灌注水平的功能影像學檢查手段，RBF值可作為臨床判斷2型糖尿病患者腎臟功能的一個影像學評價指標。

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Assessment of renal cortex blood flow with arterial spin labeling MRI in patients with type 2 diabetes

LIUBo1,LIANGMinglong1,ZHANGJiuquan1,XIEBing1,PANHang2,ZUOPanli3,WANGJian1*

(1.DepartmentofRadiology, 2.DepartmentofEndocrine,SouthwestHospital,ThirdMilitaryMedicalUniversity,Chongqing400038,China; 3.MagneticResonanceCollaboration,SiemensHealthcareNortheastAsia,Beijing100102,China)

Objective To investigate the value of arterial spin labeling (ASL) MRI in evaluation of renal cortex perfusion in patients with type 2 diabetes. Methods Fifty patients with type 2 diabetes were enrolled and divided into simple diabetes (SD) group (n=25) and diabetes kidney disease (DKD) group (n=25) according to suffering from DKD or not. Based on estimated glomerular filtration rate (eGFR), DKD group were further divided into mild disease subgroup (n=11, eGFR≥60 ml/[min·1.73m2]) and moderate-severe disease subgroup (n=14, eGFR<60 ml/[min·1.73m2]). Twenty-five healthy volunteers were recruited as control group at the same time. ASL MRI were performed on all participants. The cortical renal blood flow (RBF) of bilateral kidneys were measured by 2 radiologists. The consistency between 2 radiologists was analyzed. Statistical analysis were conducted to analysis the differences in cortical RBF among different groups. Correlation analysis were performed to evaluate the relationship between RBF and eGFR in type 2 diabetes patients. Results Cortical RBF values measured by two radiologists showed high consistency (all ICC>0.90). There was significant difference in cortical RBF among control group ([269.71±33.28]ml/[100 g·min]), SD group ([258.52±42.30]ml/[100 g·min]), mild disease group ([242.86±56.86]ml/[100 g·min]) and moderate-severe disease group ([173.39±27.16]ml/[100 g·min]；F=20.66,P<0.01). Moreover, the RBF in moderate-severe disease group was significantly lower than those in other groups (allP<0.01). And no significant differences of RBF was found among the remainder groups (P=0.064, 0.320). RBF in type 2 diabetes patients was positively correlated to eGFR (r=0.646,P<0.001). Conclusion ASL MRI is a valuable tool to quantitatively assess the renal perfusion in patients with type 2 diabetes mellitus, which can provide potential imaging indicator as RBF for the functional evaluation of kidney.

Diabetes mellitus, type 2； Diabetes complications； Magnetic resonance imaging; Arterial spin labeling

國家自然科學基金(81471647)。

劉波(1987—)，男，重慶人，在讀碩士，醫師。研究方向：功能磁共振成像。E-mail: liu906@foxmail.com

王健，第三軍醫大學西南醫院放射科，400038。E-mail: wangjian_811@yahoo.com

2016-08-24

2017-03-09

10.13929/j.1003-3289.201608105

R692.6; R445.2

A

1003-3289(2017)05-0747-05