医学影像学技术定量评价肾功能研究进展

【关键词】 肾脏

审校医学技术的飞速发展使影像诊断学渐渐摆脱了纯粹形态学的范畴，先后发展出了功能学诊断的内容，包括ＣＴ灌注成像、ＭＲＩ灌注成像、核医学肾图等，在临床很多领域已经开始发挥作用。

肾脏中肾皮质血供丰富，是肾脏多种功能的组织学基础。肾脏占人体质量约０．５％，却接受２０％～２５％的心排血量，以每次克组织计算，肾脏是全身血流量最多的器官［１］。而肾皮质部位含有大量的血管性结构，其血流量约占整个肾脏血流的９０％，多数肾功能衰竭的发生都与肾皮质的灌注下降有关，因此肾皮质的血流灌注直接影响着肾功能的状况。此外，肾脏的血流灌注存在段间分布，无侧支循环，且肾脏实质无心动周期引起的形态学上的改变。因此，测定肾皮质的血流灌注变化基本上可以反映整个肾脏的血供情况。

在正常生理状态下，肾血流灌注总是保持在相对恒定的范围内。当其发生病变时，无论是弥漫性还是局限性，其整个受损害的肾实质或局部病灶内的血流灌注都会发生不同程度的异常改变。因此，及时对肾脏的血流灌注变化作出定量评价对于肾脏疾病的早期诊断和治疗具有重要的临床意义。与常规的实验室检查指标相比，影像学检查不仅敏感性高、无创，而且空间和时间分辨力高，能进一步提供精细解剖结构信息。

一、 核素显像

核素显像是较早用于肾功能评价的一种方法。利用示踪剂的快速团注（%26ldquo;弹丸%26rdquo;注射）和快速动态连续采集，核素肾动态显像能观察双肾的血流灌注情况，定量测出双肾的多种相关功能及分肾功能，是目前临床上评价双肾灌注功能及肾小球滤过率（Ｇｌｏｍｅｒｕｌａｒ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ，ＧＦＲ）的金标准。

９９ｍＴｃｍ－ＥＣ 是由肾小管摄取的快速通过型肾显像剂，其在观察肾血流状况的同时还可探测肾小管功能状态。９９ｍＴｃ－ＤＴＰＡ属于肾小球滤过型显像剂［２］，通过较长时间的功能显像，可以反映肾脏的滤过和吸收功能。

核素肾动态显像能从肾脏的大小、形态、功能、血流灌注等多方面观察急、慢性肾衰的肾脏变化，结合ＫＰ（双肾对示踪剂摄取的高峰值）、ＧＦＲ（肾小球滤过率）、ＥＲＰＦ（有效肾血浆流量）等参数的测定，准确地评价肾脏的功能。核素显像在评价肾功能时，常进行药物介入诊断，如通过注射利尿剂介入诊断尿路梗阻性病变、血管紧张素转化酶抑制剂介入诊断肾高血压、运动负荷介入诊断原发性高血压所致的轻度肾功能损害等［３］，在整体评价、功能评定等方面都具有明显的优点。曾有研究发现，放射性肾图ＧＦＲ对狼疮性肾炎检出率约为６６．９９％，高于尿常规、血尿素氮、肌酐等常规临床生化指标［４］。Ｎｉｓｈｉｄａ等发现，９９ｍＴｃ－ＤＴＰＡ肾图能精确、简单而安全地评价运动相关性急性肾衰竭的程度［５］。林伟等研究发现，肾功能受损时ＧＦＲ／ＥＲＰＦ 比值增大，ＥＲＰＦ 减少较ＧＦＲ明显，前者可作为评价肾功能受损的早期指标之一［６ ］ 。

然而核素显像的分辨率较低，不能清晰区分皮质及髓质，不能提供肾脏的精细解剖信息，且需要特殊的设备，检查耗时较长，并且具有一定的放射性危害，因此影响了其在临床广泛开展。

二、 ＣＴ灌注成像

ＣＴ 灌注成像作为一种评价器官组织血流灌注状态的功能成像，随着ＣＴ 扫描设备和相关工作软件的开发，已逐步开始应用于肾功能定量分析研究。

ＣＴ 的灌注成像是一种功能成像，由Ｍｉｌｅｓ 等［７］在１９９１ 年首先提出，它的理论基础是核医学的放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律（ｃｅｎｔｒａｌ ｖｏｌｕｍｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ） ：ＢＦ ＝ ＢＶ／ ＭＴＴ。ＣＴ 对比剂具有核素的弥散特点，再通过不同的数学模型，计算出灌注参数，并给色阶赋值，形成灌注图像。ＣＴ 灌注成像力求通过量化的方式反映器官组织的血流特点和血管特性，以期对血流动力学改变做出评价。形成的灌注图像能直观地反映组织中血流灌注的相对多少，其血流情况用不同颜色表示。

作为一种功能成像，ＣＴ 灌注成像经静脉团注对比剂后对选定层面进行动态扫描，利用灌注软件即可自动获得时间－强度曲线（ｔｉｍｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｕｒｖｅ，ＴＤＣ），横坐标为时间，纵坐标为注药后增加的ＣＴ值，其反映对比剂在该器官中浓度的变化，即碘聚集量的变化，从而间接反映了组织灌注量的变化。通过测定局部组织的碘聚集量，即可获得局部组织的血流灌注量。高压恒速团注造影剂剂量与ＣＴ密度增加的线性关系、螺旋ＣＴ 的高时间分辨力及ＣＴ 特有的精确定位能力（高空间分辨力） 共同构筑了反映组织血流灌注的不同要素。

刘晓晟等通过研究多层螺旋ＣＴ 灌注成像在急性肾功能衰竭（ＡＲＦ） 动物模型中的应用价值发现：在灌注图像上， 每个正常兔肾皮质的灌注参数血流量（ＢＦ） 、血容量（ＢＶ）均呈均匀一致的高灌注， 用药后６ｈ 灌注明显降低， ２４ｈ 、４８ｈ渐有恢复。对具体的参数值进行比较后发现， ６ｈ 时间点肾皮质ＢＦ 、ＢＶ 值与正常者相比具有非常显著性意义（P＜0.01）。传统影像学对形态学的观察不能达到诊断急性肾衰竭（ａｃｕｔｅ ｒｅｎａｌ ｆａｉｌｕｒｅ，ＡＲＦ）的要求，ＣＴ 灌注成像作为一种功能成像方法，能对ＡＲＦ的组织血流变化进行观察和测量。病变早期即在明显的病理改变出现之前， 首先出现的是血流灌注的降低， ＡＲＦ 血流动力学改变先于形态学变化，因此， ＣＴ 灌注成像可以反映早期ＡＲＦ 的血流动力学变化［８］。

Ｌｅｒｍａｎ［９］等发现肾动脉狭窄、原发性高血压患者肾皮质灌注量明显小于正常，而髓质不受影响。Ｊｅａｎ－Ｆｒａｎｃｏｉｓ等［１０］发现单侧肾动脉狭窄的肾脏ＣＴ灌注图像形态可分为３种：①双侧对称型；②狭窄侧灌注峰值延迟、增高；③狭窄侧峰值延迟变低，其中后２型与肾血管性高血压密切相关（P≦０．０２），第１型与肾血管性高血压无关。

ＣＴ 灌注成像用来评价组织的灌注情况，操作简单，数据采集时间短，空间分辨率高，重复性好，是活体状态下研究血流动力学较为理想的方法［１１］ ，即使肾内局部出现轻度的灌注异常，也会出现清晰的影像改变。其局限性主要在于［１２］：①只能扫查一个平面，因而在评价整个肾脏灌注功能的时候，需要假定整个肾脏的功能是均一的，但事实上，某些疾病状态下，肾脏可能表现为局部功能受损。②病人的呼吸运动可能影响选择层面的准确性，导致测量误差。③病人受到的放射性辐射相对较多。

三、ＭＲＩ灌注成像

磁共振灌注成像（ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ， ＰＷＩ）是一种反映组织的微血管分布和血流灌注情况的ＭＲ检查技术，经静脉团注造影剂后，当对比剂首次通过肾组织时，采取快速扫描序列成像，从而获得一系列动态图像，可用于反映肾功能的变化［１３］。其基本原理是：当顺磁性对比剂进入毛细血管床时，组织血管腔内的磁敏感性增加，引起局部磁场的变化。对比剂首过期间，主要存在于血管内，血管外极少，血管内外浓度梯度最大，信号的变化受弥散因素的影响很小，故能反映组织血液灌注情况。通过观察顺磁性造影剂Ｇｄ－ＤＴＰＡ在肾实质的灌注至肾盂排出的过程，并作出信号强度－时间曲线，称为磁共振肾图（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｒｅｎｏｇｒａｍ， ＭＲＲ），可用于半定量分析肾小球功能［１４］。

ＭＲＩ具有良好的空间和时间分辨率，钆喷替酸葡甲胺（Ｇｄ－ＤＴＰＡ）是目前ＭＲＩ最常用的造影剂。在Ｔ１像上可以观察到磁共振造影剂在肾脏皮质、髓质和集合系统聚集的过程，形成%26ldquo;ＭＲ肾图%26rdquo;，皮质的强化主要反映肾脏的灌注和滤过功能，髓质和集合系统主要反映肾小管的情况［１５］。曾有学者提出图像分割法，在图像后处理过程中，将肾脏图像自动分成皮质、髓质和集合系统３部分，使ＲＯＩ描画的误差＜５％［１６］。

用ＲＯＩ的方法得到的ＭＲ肾图，与核医学肾图一样分三期：快速上升期、缓慢上升达峰值、快速下降期［１７］。曾有研究显示，ＴＤＣ第２阶段曲线下面积%26times;ＲＯＩ的体积（单侧肾脏的体积）即每侧肾脏的相对功能与核素肾图的结果相关性很好（０．９２~０．９７）［１８～１９］。

目前，对于肾血管性疾病的患者，ＡＣＥ－I介入核素肾图是诊断的金标准，但其无法提供详细的解剖信息。Ｐｒａｓａｄ等研究发现ＡＣＥ－I介入ＭＲ肾图在评价单侧肾动脉狭窄的血流动力学方面与ＡＣＥ－I介入核素肾图一致［２０］。而且，ＭＲ肾图还能提供解剖和功能情况，比核素肾图更安全。另外，不少临床研究提示，ＭＲ肾图可以有效评价肾脏的形态、灌注，了解肾脏排泄功能，并可对肾功能作定量分析，结果可与核素显像媲美［２１］。

ＭＲ肾图的优点在于具有良好的软组织对比、多层面成像及无创等优点，特别随着高性能梯度磁场、相控线圈及快速扫描技术的发展，ＭＲＩ显示出很大的发展潜力。目前，应用ＰＷＩ虽然对肾脏形态的显示尚不能令人满意，但通过对灌注曲线的分析研究，可进一步对肾功能损害进行测定［２２］。

四、实时超声造影成像定量分析技术

近来，超声造影剂和实时超声造影成像技术取得了突破性的进展。目前临床使用的超声造影剂具有以下特点：①无毒；②不影响生理平衡；③微泡尺寸小于红细胞直径，可通过毛细血管及肺循环；④微囊材料及内部气体无致敏作用，不成为抗原。

实时超声造影技术，可以在不破坏造影剂气泡的前提下，实时显示组织的造影剂灌注，使得精确的定量分析成为可能并变得可靠。超声造影技术使肾血流动力学和血流灌注的研究达到微循环水平，肾脏显影的特点反映的是肾脏血循环的特点。临床上对实时超声造影的定量研究，即团注动力学方法（Ｂｏｌｕｓ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ａｐｐｒｏａｃｈ）和造影剂的时间强度曲线分析（%26ldquo;充盈－廓清%26rdquo;曲线，也称Ｗａｓｈ－ｉｎ ／ Ｗａｓｈ－ｏｕｔ曲线分析）也已开始进行研究。

以描绘时间－强度曲线为基础的超声密度定量分析技术，是依据指示剂原理，将超声造影剂作为指示剂来对器官的血流灌注进行评价。有关研究已经表明，造影剂微泡的血流动力学与红细胞相似。当一定量的造影剂迅速进入血液后，根据脏器某部位的超声强度随时间变化的关系，即可建立造影剂时间－强度曲线（ｔｉｍｅ－ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｃｕｒｖｅ， ＴＩＣ）。检查完毕后通过软件选取图像中的感兴趣区域（ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇ， ＲＯＩｓ），软件可自动提取区域内的回声强度随时间变化的数据，由于它结合了造影剂造影的动态过程和超声强度的变化过程，因此含有丰富的定量信息。ＴＩＣ就可以间接表示团注后造影剂在组织中的浓度随时间的变化规律。由此得出的相关参数如曲线下面积（ａｒｅａ ｕｎｄｅｒ ｃｕｒｖｅ，ＡＵＣ） 、峰值强度（ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ＰＩ），达峰时间（ｔｉｍｅ ｔｏ ＰＩ，ＴＰＩ），上升支斜率（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ， ＰＧ＝ＰＩ／ＴＰＩ），平均渡越时间（ｍｅａｎ ｔｒａｎｓｉｔ ｔｉｍｅ，ＭＴＴ），峰值宽度（ｐｅａｋ ｗｉｄｔｈ，ＰＷ，９０％ＰＩ之间所包含的时间）等参数， 均表明与血流的变化有良好的相关关系［２３～２４］ 。由于此技术结合了造影剂造影的动态过程和超声强度的变化过程， 可以准确地定量局部组织或造影剂的超声密度， 因此含有丰富的定量信息， 是超声造影技术的有力辅助手段，其能够精确、敏感、直观、微创、简便地监测微循环灌注功能，对许多疾病的诊断和疗效评估有着不可估量的作用。目前，超声造影评估肾循环灌注主要包括各种缺血性疾病、弥漫性疾病、肿瘤性疾病、器官移植病例等。杨未晓等人建立急性肾功能衰竭（ＡＲＦ）动物模型， 探讨兔急性肾功能衰竭（ＡＲＦ） 时肾皮质血流灌注与血肌酐、尿素氮变化的关系，发现急性肾衰时， ＰＩ、ＡＵ Ｃ与ＳＣｒ、ＢＵＮ 均变化较早， 但ＰＩ、ＡＵＣ异常持续时间短， 恢复较快； 而ＳＣｒ、ＢＮＵ 的异常持续时间较长， 恢复较慢。ＰＩ、ＡＵＣ与ＳＣｒ、ＢＵＮ水平无直线相关关系［２３］。龚渭冰等通过建立犬异体移植肾急性排异模型，探讨应用实时超声造影技术定量评价异体移植肾急性排异反应时皮质血流灌注的价值。其中ＡＵＣ下降较明显（ｐ＜０．０１） ，表明其反映血流灌注的敏感指标，与国外的研究结果%26ldquo;ＡＵＣ 与肾实质的血流量成线性相关%26rdquo;一致［２５~２７］。Ｓｃｈｗｅｎｇｅｒ等用实时超声造影技术（Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ－ｅｎｈａｎｃｅｄ ｓｏｎｏｇｒａｐｈｙ，ＣＥＳ）定量评价慢性同种异体移植肾的血流灌注，发现与彩色多普勒超声的ＲＩ，ＰＩ值相比，ＣＥＳ评价的肾血流所用的灌注参数与血肌酐水平具有更好的相关性，能评价肾微血管的灌注水平，早期发现排异反应［２８］。

　　综上所述，对比ＣＴ和ＭＲＩ灌注成像，超声造影定量分析肾脏血流灌注有其独有的优势和广阔的应用前景，但目前其尚处于研究阶段，广泛的临床应用还需要进一步的研究和软件开发、调试。因此，寻找一种快速、可靠、直观的方法对肾功能变化进行定量，是未来影像学发展的方向。

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