肾小球滤过率（glomerular filtration rate, GFR)是评价肾脏损伤程度的重要指标，在临床上被认为是肾功能综合指标的最佳客观表现。磁共振扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）能够检测活体水分子的弥散运动，并且通过测量表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）亦可反映病变内部结构及组织成分的变化。近年来，关于DWI在肾脏良恶性病变的鉴别^[1,2]、慢性肾病和肾功能评价^[3]、肾移植术后和肿瘤疗效评估^[4]等方面的研究较多。本研究采用估算肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate, eGFR）这一简便而有效的方法，探讨肾脏ADC值与eGFR之间的关系。

1　材料与方法

1.1　一般资料

       2013年1月至2015年5月，因腹部不适而在武汉大学人民医院接受上腹部MR检查患者总计938例，其中有757例患者在MR检查前后2周的时间内进行了血肌酐检测。排除了130例患者，包括8例急性肾衰竭、69例肾脏良恶性占位、6例孤立肾、19例肾积水、3例肾实质萎缩、13例常染色体显性遗传性多囊肾病，以及12例因严重的金属伪影影响诊断而排除。最终纳入研究对象627例，包括正常腹部患者404例、肝胆占位153例、肾上腺占位22例、胰腺疾病46例、腹主动脉狭窄2例。其中男343例，女284例，年龄33~ 72岁，中位年龄54岁，体重52~ 79 kg，平均（61.3±6.5) kg。

1.2　估算肾小球滤过率评估

       采血前1天患者非高蛋白饮食，空腹采集静脉血2~ 3 mL，3000转/min，4℃离心10 min，用碱性苦味酸法检测血清肌酐。所有指标及仪器均严格按照标准操作规程完成测定。采用cockcroft- Gault公式估算GFR，eGFR=[(140-年龄)×体重(kg)]/[72×肌酐×0.85（女性，男性为1)]^[5]。当eGFR<60 mL/min/1.73 m²时，诊断为慢性肾功能不全；当eGFR<30 mL/min/1.73 m²时，为肾功能受损^[6]。

       参照慢性肾功能不全的分级标准将eGFR结果分为3组，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　仪器与方法

       所有患者扫描前均告知其注意事项并签署知情同意书。使用GE 3.0 T Signa HDxt磁共振扫描仪，Torso PA相控阵线圈，扫描序列包括常规T1WI、T2WI和DWI检查，具体参数如下：T1加权成像：屏气SPGR序列，TR=175 ms，翻转角80° ，层厚5 mm，层间距1 mm，激励次数(NEX)1，FOV 40 cm×30 cm，矩阵256×160；T2加权成像：屏气FRFSE序列，TR=2000 ms，TE=85 ms，ETL 21，层厚5 mm，层间距1 mm，NEX=1，FOV 40 cm×30 cm，矩阵256×160；扩散加权成像：屏气单次激发SE-EPI序列，TR=3000 ms，TE=57.1 ms，层厚8 mm，层间距0 mm，NEX=2，FOV 32 cm×24 cm，矩阵128×128，b值为50、1000 s/mm²。扫描时在肾脏上、下及前方预置饱和带，尽可能消除肠道内气体、蠕动及大血管搏动的影响。扩散敏感梯度场施加在X、Y、Z 3个方向上。

1.4　肾脏ADC值测量

       所有DWI图利用GE HealthCare AW4.6工作站，使用Functool 2分析软件对扫描数据进行图像后处理并测定ADC值。确定和选择感兴趣区(region of interest, ROI)：以轴位的肾门水平作为测量平面，尽可能大地选择ROI在双侧肾门中心水平，且ROI的光标范围介于肾脏的皮髓质交界区，ROI的面积不小于20 mm²。对于每个受试者的每一侧肾脏，3个非重叠的ROI分别放置在同层同侧肾皮质的不同区域，最终测量4次取平均值作为该受试者的ADC值，ROI区域选择尽量避开血管、伪影、肾盂、肾盏和肾窦脂肪等结构（图1)。

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图1  49岁男性受检者，体重62kg。A为肾脏DWI图像，B为所对应的ADC图。两侧肾脏各测量3处取平均值，ROI尽量避开血管、伪影、肾盂、肾盏和肾窦脂肪等结构
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.

1.5　统计学分析

       采用SPSS16.0软件进行统计学处理，各测量指标均以(±s）表示。3组间两两比较采用单因素方差分析(Bonferroni法)。肾脏ADC值与eGFR的关系采用Pearson相关性分析的方法。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2　结果

2.1　3组间不同eGFR肾脏ADC值的统计学分析

       所有受试者均顺利完成MR检查。随着年龄的增长，肾脏eGFR有逐渐减小的趋势，尤其是40岁以上的中老年人eGFR的减小趋势更为明显。eGFR<30 mL/min/1.73 m²组的肾脏平均ADC值为(1.72±0.10)×10^-3 mm²/s，30 mL/min/1.73 m²≤eGFR<60 mL/min/1.73 m²组的肾脏ADC值为（1.88±0.16) ×10^-3 mm²/s，eGFR≥60 mL/min/1.73 m²组的肾脏ADC值为（1.90±0.16)×10^-3 mm²/s。3组肾脏的具体ADC值及测量范围见表1。3组肾脏ADC值间差异具有统计学意义(F=81.24，P<0.001)，两两比较发现，除eGFR<30 mL/min/1.73 m²组与其它两组有统计学差异外(P<0.05)，其余各组间差异均无统计学意义（图2)。

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图2  3组不同估算肾小球滤过率所测量表观扩散系数的箱图比较(*＊为两者差异具有统计学意义)
Fig. 2  The box plots of apparent diffusion coefficient (ADC) measured by estimate glomerular filtration rate (GFR) in 3 different groups(**: Statistically significant difference between two groups).

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表1  3组肾脏的具体ADC值及测量范围(×10^-3 mm²/s)
Tab. 1  Kidney ADC values and measuring range in the three groups(×10^-3 mm²/s)

2.2　成人肾脏ADC值与eGFR的相关性分析

       使用Pearson方法分析，肾脏ADC值与eGFR之间呈显著相关性，相关系数r=0.613 ，P<0.05，差异有统计学意义。见图3。

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图3  627名成人受试者肾脏DWI的表观扩散系数值与估算肾小球滤过率相关散点图。肾脏ADC值与eGFR呈正相关(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).

3　讨论

       慢性肾病（chronic kidney disease, CKD）的医疗费用昂贵，预后差，近年来在全球范围内呈迅速上升趋势，我国CKD患病率甚至已高达10.8%^[7]。正确评估患者肾功能，是CKD早期诊断的首要问题，而GFR则是评价肾功能最重要的客观指标。临床上，测定GFR的"金标准"是计算外源性物质（如菊粉、碘海醇、¹²⁵I-碘酞酸盐和^99mTc-DTPA等）清除率，先前的研究多采用肾动态显像测量GFR方法，但由于该方法操作复杂、放射暴露、成本高昂等，限制了其在临床的广泛应用^[8]。临床通过血肌酐(creatinine, Cr)、胱抑素C(CystatinC, CysC)等内源性标志物和年龄、性别、体重等指标来估算GFR^[9]。

3.1　肾脏DWI与肾小球滤过功能的关系

       水的转运是肾脏的主要功能，肾脏在无时无刻进行水的重吸收、浓缩以及稀释，同时肾血流灌注量也相应加大。肾脏扩散特性不仅与水分子的随机运动，而且与肾小球血流动力学等因素有关。DWI可以无创性地测量病灶的ADC值，在临床实践中，可以实时提供病灶的扩散及灌注信息。通过选用较高的b值，病灶的扩散信息可以准确定量显示。而低的b值，则扩散和灌注信息共存，无法区分，导致ADC值测量不准确。在本研究中，笔者采用b值=50、1000 s/mm²，理论上它可以有效抑制成像区域内大血管的信号影响，要好于b值＝0、1000 s/mm²的选择。

       肾脏的微观结构与肾功能关系密切。理论上，当肾衰竭时，肾单位损失和肾脏纤维化形成，从而减少水的运输功能，使水分子扩散运动受限^[10]。国内外多个研究也报道，肾脏ADC值与GFR之间的关系。Toyoshima等^[11]报道在肾积水的患者中，肾脏ADC值与GFR呈显著正相关(R²=0.56，P<0.05)，而在非积水肾脏，则呈轻度正相关(R²=0.08，P<0.05)，ADC值可以无创性评估肾积水的功能状态。许玉峰等^[12]报道肾损害患者的ADC值显著低于正常肾脏(P<0.05)，且肾脏ADC值与GFR呈显著正相关(r=0.709，P<0.05)。辛仲宏等^[13]研究认为当b值为1200、1500 s/mm²时肾脏ADC值与血清肌酐之间呈负相关(r分别为-0.518、-0.591，P<0.05)。李成等^[14]发现肾脏ADC值与GFR之间存在正相关性(r皮=0.697， P<0.01；r髓=0.800，P<0.01)。以上研究均与本研究结论一致，但他们往往应用^99mTc-二乙基三胺五乙酸（DTPA）肾动态显像测定GFR的方法，该法具有一定的放射性，且空间分辨能力差，不利于观察肾脏的病理改变，且临床上不能广泛开展大样本实验研究。故在本研究中采用了更容易被临床所接受的肾小球滤过率评估方程，该法简单方便，易于大范围展开工作。

3.2　肾脏ADC图测量感兴趣区的选择

       许多研究报道了DWI在肾脏的应用价值，其中关于ROI的选择争议较大，有些研究分别测量肾脏皮、髓质的ADC值，有些研究测量整个肾脏的ADC值。笔者认为，EPI序列扫描所得图像中肾脏空间分辨率低，信噪比较差，易受运动伪影的影响，无法准确区分皮、髓质，况且肾脏中皮质较薄，而髓质较少，故本研究采用测量整个肾脏ADC值的方法。此外，ROI位置的选择也至关重要，肾脏上极、中部及下极解剖结构的不同也将影响到ADC值的最终测量结果。Fukuda等^[15]发现在肾脏两极弥散运动梯度场（motion probing gradient, MPG)的脉冲方向平行于肾脏的径向结构，而在肾脏中部却呈垂直该结构，这表明在肾脏中水分子基于体素的随机运动是各向异性，而在低b值中，肾脏中部受灌注的影响较两极是较小的，适于进行可重复性的定量测量。

       本研究也存在一些不足及问题。如样本量较少，尤其是eGFR<30 mL/min/1.73 m²的受检者人数偏少，有待于将来多中心大样本的数据支持该结论；此外，笔者未纳入急性肾功能衰竭的受试者，主要是因为该部分人群血肌酐水平不稳定，测量不准确；血肌酐也受其它因素影响，如脱水、肌萎缩、水肿等^[16]，因此GFR估算公式还有待于进一步完善。

       综上所述，估算肾小球滤过率与肾脏的ADC值显著相关，而当肾小球滤过率低于30 mL/min/1.73m²，即肾损害时，肾脏ADC值则显著低于正常肾脏值。作为无创性功能成像技术，DWI将在肾脏疾病的早期诊断及随访中发挥着更为重要的作用。