腎臟增強CT三期掃描用于測量腎功能的可行性和準確性初探

楊征宇，楊光，袁小東

解放軍第309醫院 a. 西山門診部；b. 放射科，北京 100091

引言

99mTc-DTPA腎動態顯像的Gates法是目前測定腎小球濾過率（Glomerular Filtration Rate，GFR）的臨床標準（Gates-GFR）。在Gates法中，靜脈注射放射性藥物99mTc-DTPA一段時間后檢測藥物在腎臟的放射性計數從而計算GFR[1]。CT增強檢查所用碘對比劑，如碘普羅胺或碘海醇的腎臟排泄，與99mTc-DTPA相似，即自由濾過鮑曼氏膠囊，在腎小管沒有分泌或重吸收[2-3]。因此，碘對比劑也是很好的GFR示蹤劑。由于碘對比劑濃度與CT值呈線性關系[4-5]，腎臟內碘對比劑的數量可通過腎體積和CT的強化值的乘積（Products of Volume and Enhancement，VE）來估算，該乘積即有可能被用來評估腎小球濾過率[6]。以往基于Patlak圖形分析法的CT腎功能成像原理復雜、測量結果可靠性差并且輻射劑量大，一直未能用于臨床[7-10]。常規增強CT通常包括動脈期、靜脈期和實質期，本研究旨在比較這三期CT圖像在描述腎功能時的準確性。

1 研究方法

1.1 受試對象

該前瞻性研究經我院機構審查委員會批準，并獲得所有患者的書面知情同意書。在2016年9月至2017年2月期間，先前曾接受過超聲檢查或CT平掃的56例候選患者被前瞻性納入本項研究。納入標準為：① 存在腎臟疾病，并申請CT增強評估和99mTc-DTPA動態顯像檢查；② 無碘對比劑應用禁忌。排除標準為：① CT檢查時無法合作（1名受試者）；②99mTc-DTPA動態成像未在CT檢查前24 h內未進行（2名受試者）；③ 存在明顯的對比劑外滲（1名受試者）。最終52例患者（26個病變腎臟）被納入本項研究進行數據分析 平均年齡 （42.7±10.3）歲，范圍25～74歲，男性33例，女性19例。26個病變腎臟包含：17例腎臟腫瘤（10例腎透明細胞癌，2例乳頭狀腎細胞癌，5例腎血管平滑肌脂肪瘤），6例結石，3例腎結核。

1.2 C T掃描協議

所有患者在CT檢查前30 min被要求排空膀胱并飲用600 mL水。本研究采用320排CT掃描儀（Aquilion ONE，東芝醫療系統公司，日本Otawara）。首先，從左側膈頂到恥骨聯合處獲得腹部的平掃CT。然后，以0.5 mL/s的劑量通過肘靜脈注射0.8 mL/kg的注射劑，接著以相同的速率注射20 mL的鹽溶液（Iopromide，370 mgI/mL，Bayer Schering，德國柏林）。開始注射對比劑后大約10 s，以2 s為間隔進行跟蹤掃描，監測腹主動脈管腔中對比劑的濃度。觸發閾值預設為250 HU，當主動脈管腔內CT值大于或等于250 HU時，進行動脈期圖像采集（屏氣采集）。動脈期采集30 s后采集靜脈期圖像。然后，腎實質期在動脈期采集后100 s進行采集。CT掃描參數如下：0.5 mm×64檢測器，螺距因子=0.828，100 kV，自動管電流調制，0.35 s旋轉時間，FOV=350 mm，3 mm厚度，3 mm間隔用于圖像重建。原始數據進行迭代重建（AIDR3D）以在劑量減少情況下保持較好的圖像質量。記錄每位患者的輻射劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。

1.3 圖像后處理和C T腎功能評估

將CT三期增強圖像和平掃圖像一并發送至Vital Workstation（Vitrea version 6.0，Vital Images，Minnetonka，MN，USA）。對每一期CT圖像均進行如下處理：使用器官選擇工具自動選擇整個腎臟（包括腎實質，腎內收集系統和腎盂），然后在必要時手動編輯，使用編輯工具在軸向圖像上排除病變（腫瘤，結石和囊腫）、鄰近器官以及腎門血管[5]。每個腎的體積（Volk）和平均CT值（HUnephr）由軟件自動確定。腎臟的基線CT值（HUprecontr）是通過在腎門水平處對腎臟輪廓的手繪感興趣區域（ROI）在軸位CT平掃圖像上測量。計算各期掃描腎臟中碘對比劑的累積量（CMk）為 Volk×（HUcontrast-HUprecontr），來評估腎功能。這個過程由兩位分別有10年和8年經驗的放射科醫師獨立完成。兩名觀察者都不知道對方的處理結果和Gates-GFR的結果。最終結果是兩位觀察者的平均值。

1.4 Gates-GFR測量

所有患者在腎動態顯像前30 min被要求排空膀胱并飲水600 mL。在靜脈推注175 MBq的99mTc-DTPA之前，進行注射器的6 s放射性計數。使用SPECT單元（通用電氣公司GE醫療系統千兆MPR，美國通用電氣公司）用低能量通用平行孔準直器進行腎動態成像，使用20%窗寬，140 keV能量峰值和128×128矩陣。坐位采集腎臟動態圖像。注射后采集注射器的放射性計數。手動繪制雙腎感興趣區，新月形背景區被放置在腎臟的外下側區域。輸入患者的體重和身高數據后使用Gates法計算單腎Gates-GFR[1]。

1.5 統計學分析

本項研究中，統計分析的單位是腎臟。統計分析包括52名患者的52個病變腎臟。首先對Gates-GFR，動脈期、靜脈期、實質期腎臟體積和增強CT值的乘積（A-VE、V-VE和P-VE）進行正態分布檢驗（Shapiro-Wilk檢驗）。分別對Gates-GFR和CT腎功能評估值（A-VE、V-VE和P-VE）做Pearson相關分析，以前者為參考標準來評估后三者的準確性。使用商業統計軟件（SPSS 17.0，Chicago IL）進行統計分析。P＜0.05時認為差異有統計學顯著性。

2 結果

52名患者的52個病變腎臟被納入數據分析。這52個病變腎臟的Gates-GFR為（30.06±11.70）mL/min，動脈期、靜脈期、實質期腎臟體積和增強CT值的乘積（A-VE、V-VE、P-VE）分別為：A-VE：（10475.34±5335.65）mL·HU，V-VE：（8862.42±4071.02）mL·HU，P-VE：（10697.87±4410.89）mL·HU。Shapiro-Wilk檢驗結果顯示上述數據均呈正態分布。Gates-GFR和A-VE的相關系數r=0.793，95%CI （0.669, 0.884），P＜0.001。Gates-GFR和V-VE的相關系數r=0.848，95%CI （0.722, 0.924），P＜0.001。Gates-GFR和P-VE的相關系數r=0.927，95%CI（0.886, 0.959），P＜0.001（圖1）。對于52名患者，CT檢查的DLP為（391.2±71.8）mGy·cm。有效輻射劑量為（5.87±1.11）mSv。

3 討論

常用的CT對比劑，如碘普羅胺或碘海醇的腎臟排泄與菊糖類似，即自由濾過鮑曼氏膠囊，在腎小管沒有分泌或重吸收[11-13]。因此，CT對比劑也可用于測量腎功能，即腎小球濾過率。在這種情況下，腎小球濾過率相當于CM的腎清除率。同樣，由于CT衰減值與其濃度之間具有良好的線性關系，CT掃描儀是研究碘對比劑腎臟過濾的可靠工具，并且由于這種線性關系的存在腎臟體積和CT強化值的乘積（VE）可以用來描述CM的濾過量，也就是說VE有可能用來評估腎臟功能[2,6]。然而腎臟CT值的增加不僅來自對比劑的過濾，還來自腎臟的血流灌注，并且不同的采集時相血流灌注和濾過效應對腎臟CT值的增加會有不同的貢獻[2,6]，從而影響CT評估腎臟功能的準確性。本研究發現動脈期、靜脈期、實質期腎臟VE和參考標準Gates-GFR之間的相關性不盡相同，P-VE的相關性最好，V-VE次好，A-VE略差，這可以解釋為A-VE受血流灌注的影響最大，V-VE受影響次之，P-VE受血流灌注的影響最小，而其濾過效應最高。

圖1 增強CT腎臟體積和CT強化值的乘積（V-VE）與腎圖Gates-GFR的相關性

以往的研究通常采用Patlak法或其改良法來進行CT腎功能的測量，Patlak法的實現基于如下假設：① 示蹤劑從血管內空間（腎小球）到血管外細胞外空間（鮑曼囊）的轉移過程為不可逆，且轉移速度（Ktrans）相對恒定；②對比劑在數據采集時局限于感興趣區內[14-16]。相對恒定的轉移速度（Ktrans）需要在相對恒定的對比劑濃度梯度下才能實現。因此，主動脈中CM濃度的快速變化會影響Ktrans的穩定性和可靠性。關于后一種假設，通常難以評估示蹤劑是否局限于某個感興趣區。因此Patlak方法在GFR評估中有其局限性。此外，Patlak法通常需要幾分鐘時間對整個腎臟進行動態掃描，導致輻射劑量增加，而且結果經常會受到移動偽影的干擾。

局限性：本研究發現腎臟動脈期、靜脈期和實質期體積和強化值乘積（A-VE、V-VE、P-VE）均與Gates-GFR有相關性，Pearson相關系數r值分別為0.793 （0.669, 0.884），0.848 （0.722, 0.924），0.927 （0.886, 0.959）。P-VE的r值最大，提示腎臟實質期CT圖像用來評估腎功能可能更為準確，但是這三個相關系數的95%的置信區間尚有重疊，因此需要大樣本研究來進一步鞏固我們的結論。

由本文得出，腎臟增強CT三期掃描均可用來評估腎功能，實質期可能更為準確。