弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是目前唯一无创测定活体组织水分子弥散过程的检查技术，表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）可以在微观水平反映宏观组织的结构特点。肾脏由于其特殊的解剖结构，为DWI用于肾脏检查提供了基础，而将其用于评估肾功能损害研究较少。本研究使用西门子3.0 T磁共振扫描仪，采用大鼠肾动脉狭窄模型，评估DWI结合ADC评价缺血性肾结构及功能损伤的价值。

1　材料与方法

1.1　实验对象一般资料

       对大鼠的所有处置符合中国相关法规，并遵守中国实验动物保护和安乐死规定。总计24只雄性SD大鼠，每只重350~450 g，腹腔注射氯胺酮麻醉（100 mg/kg体重，mg/kg），消毒后，腹部左旁纵向切口，游离左肾动脉、肾静脉、神经和结缔组织，选取一根丝线(3-0)环绕肾动脉注意不要损坏周围血管，然后用一个针头（21~23 G）以角度为"L"放在左肾动脉水平，用丝线结扎肾动脉及针头，抽出针头造成左肾动脉轻中度狭窄。右肾和右肾动脉不作处理，依次缝合腹膜、肌肉和皮肤。大鼠苏醒后，放回笼中继续饲养2~4周。在MRI常规平扫结束后，立即进行DWI，结束后进行MR增强扫描及⁹⁹Tc^m-DTPA SPECT肾显像检查。

1.2　影像学资料

1.2.1　MRI机器设备

       使用3.0 T磁共振扫描仪（Verio，西门子医疗解决方案，德国），小动物专用线圈，25℃室温扫描，T1WI横断面、T2WI冠状面和横断面。冠状面T2WI：TR 1300 ms，TE 92 ms，层厚2 mm，层间隔0 mm ，FOV 250 mm×250 mm，矩阵256×256；横断面T2WI：TR 1300 ms，TE 92 ms，层厚2 mm，层间隔0 mm ，FOV 180 mm×180 mm，矩阵256×256；横断面T1WI：TR 140 ms，TE 2.77 ms，层厚2 mm，层间隔0 mm，FOV 180 mm×180 mm，矩阵256×256。根据前期预实验经验，冠状面DWI伪影较多，不易控制，因此选择DWI横断面扫描，图像质量较为满意；既往研究表明，较大b值反映更多的弥散信息，兼顾图像信噪比，笔者选取多b值扫描。DWI扫描采用平面回波成像（echo planar imaging，EPI）序列，扫描参数：TR 5200 ms，TE 88 ms，FOV 180 mm×180 mm，矩阵80×80，层厚2 mm，层间距0 mm。b值取0、800、1000、1200、1500 s/mm²。

1.2.2　DWI图像分析及ADC值测量

       MRI常规平扫结束后，立即进行DWI，完成后机器软件自动生成ADC图，数据传输至工作站，利用机器自带软件VIEW进行ADC值测量。选取肾上部、肾门、肾下部三个层面，避开肾窦脂肪、肾盂及坏死灶。先测量肾实质（包括肾皮、髓质） ADC值，ROI为10 mm×10 mm，大小形状保持一致；然后分别测量皮质、髓质ADC值，ROI为5 mm×5 mm，形状大小保持一致，数据取平均值后作为后期统计数据。

1.2.3　99Tcm-DTPA肾显像GFR计算

       每只大鼠MR扫描后间隔16~20 h行SPECT扫描，尾静脉弹丸式注入2 mCi (74 MBq) ⁹⁹Tc^m-DTPA （⁹⁹Tc^m喷替酸；Mallinckrodt公司，黑兹尔伍德，美国），然后1.5 ml生理盐水冲洗导管，连续扫描15 min。选取冠状面动态图像，窗宽20%、能峰140 keV、矩阵128×28，像素为4.3 mm×4.3 mm。显像前，将显像注射剂置于探头前方支架上，长径垂直探头面计数，用完后同样条件对用毕注射器再进行计数，两者相减得注入总记数率。最初1.5 min每3 s采集一帧图像，后13.5 min每6 s采集一帧图像，设备自带软件计算GFR。

1.3　统计学方法

       采用SPSS 16.0软件进行统计分析，根据损伤肾小球和肾小管比率取平均值后分为四度：1度：严重（13只），>50%；2度：中度（8只），≤50％且>10%；3度：轻度（11只），≤10％且>0%；4度：正常（16只），0%。基于ADC图得出肾实质（包括皮、髓质） ADC值后，分别计算每组平均ADC值。与GFR相关性采用Spearman相关分析；两肾皮、髓质间ADC值比较采用两配对样本t检验。所有P值均为双侧检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　大鼠肾脏缺血损伤的MRI表现

       肾动脉狭窄程度的不同可造成不同程度的肾脏损伤。在轻、中度损伤中，MRI主要表现为肾脏肿胀增大，T1WI、T2WI可显示皮髓质分界不清，DWI信号增高，ADC值减低，增强后延迟强化，部分可出现局灶性坏死；在重度损伤中，肾脏实质明显萎缩，髓质损伤明显，T2WI及DWI可见皮髓质弥漫信号增高且分界不清，ADC值减低，增强后可成环形囊壁样强化（图1，图2）。

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图1  为一只大鼠图像，其左肾肾小球和肾小管损伤比率小于10%，属于轻度损伤。对照侧右肾图像(A、B)皮、髓质显示清楚。左肾图像（C、D）冠状面肾门层面T2WI (C)显示左肾皮髓质分界不清；T1WI增强（D）显示低强化（箭头），提示灶性缺血损伤
图2  为另一只大鼠图像，其左肾肾小球和肾小管损伤比率大于50%，属于重度损伤。对照侧右肾图像（A、B）皮、髓质显示清楚。左肾图像(C、D)冠状面肾门层面T2WI (C)显示左肾皮质明显萎缩，髓质结构不清，信号增高；T1WI增强（D）显示皮质重度萎缩，髓质未见强化，提示髓质广泛损伤
Fig. 1  The ratio of the injury of the left glomerular and the left renal tubular is smaller than 10%, which is the mild injury. The cortex and the medulla of the right kidney, which is the contrast (A, B), is clear. The boundaries of the cortex and the medulla of the left kidney are unclear at the coronal axis of the left renal hilum with the signal T2WI (C). The low signal, which is signed by the arrow, shows low intensification at T1WI (D). That indicates focal ischemic injury.
Fig. 2  The ratio of the injury of the left glomerular and the left renal tubular is more than 50%, which is the severe injury. The cortex and the medulla of the right kidney, which is the contrast (A, B), is clear. The renal cortex of the left kidney is atrophy at the coronal axis of the left renal hilum with the signal T2WI (C). The tissue of the renal medulla is unclear and signal is enhancement. The cortex is severe atrophy and the signal of the medullar is not enhancement, which indicates the renal medullar is widely injury (D).

2.2　MR DWI与SPECT肾显像相关性分析结果

       如表1所示，将肾损害程度分为四级（严重、中度、轻度、正常），MR DWI ADC值与SPECT肾显像GFR显著相关，相关系数r=0.584，ADC值在一定程度上可以反映肾损害程度。

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表1  MR DWI ADC值与SPECT肾显像GFR相关性分析
Tab. 1  The analysis of the correlation between ADC of DWI and GFR in ⁹⁹Tc^m-DTPA SPECT

2.3　双肾皮质、髓质MR DWI ADC值比较结果

       如表2所示，将双肾皮、髓质ADC值分别比较，差异均有统计学意义，患肾皮、髓质ADC值较右侧对照肾脏均减低。

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表2  双肾皮、髓质ADC值比较
Tab. 2  The comparison of the ADC of cortex and medulla

3　讨论

3.1　DWI用于肾脏检查研究现状及在肾动脉狭窄性肾病（renal arterial stenosis，RAS）中潜在价值

       目前临床常用肾功能检测方法存在各种局限性，临床更需要无创的、无放射性损害的、敏感性强的、可重复的新的肾功能检测方法。DWI可对水分子弥散运动进行测量，反映机体微观结构信息，得到其他检查方法不能得到的功能信息。ADC是DWI扫描得到的定量参数，反映水分子的弥散程度。既往的研究表明，对肾脏进行DWI检查并测量肾脏ADC值具有很好的可信度及可重复性^[1]。近年来有研究表明，DWI结合ADC值在评价某些疾病肾功能异常及肾组织损害方面是可行的^[2]。有研究发现ADC值与肌酐清除率明显正相关，认为DWI可作为有前景的非侵入性工具评估肾功能^[3]。Xu等^[4]对肾功能损害患者在1.5T MRI相关研究也表明，DWI测量的肾脏ADC值与⁹⁹Tc^m-DTPA肾动态显像测定GFR之间存在较好的正相关性(r=0.709)，滤过功能受损者的肾脏ADC值低于正常肾脏者。其他相关研究也认为肾损伤GFR下降时、ADC值也下降^[5]。Thoeny等^[6]研究发现，由于磁共振成像单元和序列技术的改进，人们对无创性且无对比剂成像技术需求进一步加大，特别是肾功能不全患者，DWI成像技术满足了这一需求。ADC值提供了量化的弥散和灌注信息，可用于急性或慢性肾功能衰竭患者肾功能的评价，肾功能损害导致ADC值降低。急性输尿管梗阻、肾动脉狭窄均可导致ADC值降低。对于肾盂肾炎患者，可表现为弥漫性或局灶性信号强度的变化，在高b值图像中，DWI信号强度增加对应ADC图信号减低。对肾移植患者DWI的可重复性和可行性已经得到证实，认为是有前途的肾功能评价方式。通过对文献的复习，笔者发现将DWI用于RAS肾功能损伤评估相关研究报道较少见，具备潜在价值。

3.2　DWI及ADC值分析

       DWI结合ADC值可定量反映微血管灌注及细胞外间隙水分子弥散，较大的b值具有较大的弥散权重，对水分子的弥散运动更敏感，并引起较大的信号下降，但b值越大，图像信噪比也相应下降，ADC值除与b值的选择有关外，肢体的移动、脉搏的搏动、组织的颤动、呼吸以及微循环的灌注均可引起ADC值的改变，优化采样b值，可以提高DWI和ADC值的准确性^[7,8]。以往的研究表明，DWI检查采用较低b值(10~300) s/mm²时，其ADC易受局部血流和尿液流动的影响^[9]，为了最小化肾小球毛细血管灌注和肾小管尿液流动ADC值测量产生的影响，同时兼顾图像质量。本研究以大鼠单侧肾动脉狭窄模型作为研究对象，采用多b值(b值分别为800，1000，1200，1500 s/mm²)来计算ADC值，图像质量较为满意。结果显示，3.0 T MR DWI序列ADC值与SPECT肾显像GFR有明显的相关性，相关系数r=0.584，认为ADC值可作为评估大鼠肾功能损伤的有潜力无创影像学指标，且ADC值下降的程度与肾功能损伤的程度一致。Yildirim等^[10]对人肾动脉狭窄患者和正常对照者对比后发现肾动脉狭窄的患者肾脏ADC值均低于正常对照者，认为DWI可帮助判断肾动脉狭窄患者肾脏功能损害，与本研究结果观点一致，但其未对ADC值与GFR相关性进行比较。同时，笔者发现作为对照的右侧24只肾脏中，病理学检查肾小球及肾小管损害比率为0％的有16只，另外8只肾脏轻度损害的有7只（损害比率≤10%），中度损害1只（10%<损害比率≤50%），原因可能跟笔者制定的正常标准（损害比率0%）比较高有关，另外MRI检查对比剂及SPECT肾显像示踪剂的使用或其他未知因素也可能造成肾脏的损害。本研究还对大鼠双肾皮、髓质ADC值分别进行了测量，对比后发现皮、髓质ADC值差异均有统计学意义（双肾皮质比较，t=4.626 ，P=0.001；双肾髓质比较t=2.699 ，P=0.019）。分析肾实质缺血可同时导致肾皮、髓质损伤，造成组织水分子弥散功能下降，DWI呈高信号，ADC值减低。有研究表明，肾功能损害肾脏间质纤维化时，包括成纤维细胞在内的细胞数目会增多，可造成ADC值下降，认为ADC值也可作为一个敏感的、无创的肾间质纤维化潜在检测指标^[11]。本研究中大鼠肾发生缺血损伤后，肾单位变性、纤维化也可能是造成ADC值下降的一个原因。另有研究表明，许多其他肾脏疾病也可以改变组织ADC值，诸如肾脏良、恶性肿瘤、囊肿等^[12,13,14]。本研究还将不同程度缺血性肾脏损伤大鼠的常规T2WI、DWI、T1WI增强图像进行了对照（图1，图2），发现DWI在显示肾组织局灶性坏死方面较敏感，有一定价值。另外DWI序列肾脏皮、髓质分界消失，整个肾脏呈现弥漫大片高信号可能提示肾功能损害严重。

3.3　相较其他方法DWI评价肾功能优缺点

       目前肾功能主要影像学检查方法SPECT肾显像，需要使用放射性示踪剂⁹⁹Tc^m-DTPA，其潜在机体放射损害特别是肾功能损伤受到较多关注，其反复肾功能跟踪检测受到限制。而以IVP、CTU为代表的X线检查，不仅存在患者受电离辐射的缺点，对比剂潜在肾损伤也越来越受到重视。MRI增强扫描虽然不存在电离辐射，但也需使用对比剂，常用的低剂量的Gd-DTPA肾损害风险虽然很小，但不使用对比剂的影像学检查方法是目前研究的重点，其对肾脏结构及功能的评估受到越来越多的重视。DWI作为MR功能成像的一种，无需使用对比剂，不存在对比剂潜在肾损害，无放射性损害，可重复多次检查，相较SPECT肾显像及其他使用对比剂的检查方法具有优势，特别适合肾功能重度受损患者检查，另外对肾移植患者肾功能随访也有一定价值。有研究将肾移植患者术后以肌酐清除率大小进行分组，行DWI检查并测量ADC值，发现ADC值与肌酐清除率明显正相关，认为DWI作为非侵入性工具评估肾功能很有前景，ADC值≥2.1×10^-3 mm²/s可作为预测移植肾功能基本正常的阈值，且DWI可重复检查，可作为远期随访有价值的影像学方法^[15]。

       当然，DWI也存在诸多局限性，其图像分辨率不够高，易受呼吸运动、血管搏动及胃肠蠕动影响，通常需要将DWI结合MRI其他序列图像共同观察才能得出诊断。其他MR功能成像方法也在研究中，BOLD、DTI、PWI等MR功能成像方法用于评估肾功能相关研究近年来也取得了一定进展^[16,17,18]。肾动脉狭窄所致肾缺血缺氧损伤可导致慢性肾病（chronic kidney disease，CKD），而CKD的最后共同病理学改变是肾间质纤维化，DWI用于评估肾间质纤维化的研究有少量报道^[19,20,21]。

       总之，DWI作为无创伤性评估缺血性肾损伤的手段，其价值受到更多重视，笔者认为，多b值DWI及ADC测定是定量评估缺血性肾损伤的有前景的重要手段，其有待更进一步的后续研究。