丁玖樂，沙圓圓，孫笑芬，邢 偉

（蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院影像科，江蘇 常州 213003）

急性腎損傷是臨床常見病之一，但缺少可靠的有效評價方式。腎功能血清學(xué)指標(biāo)的特異性較高，但敏感性不高（＞50%腎功能喪失）［1-2］。腎損傷過程常伴隨腎組織缺氧狀態(tài)［3］、水分子運動狀態(tài)和組織內(nèi)微結(jié)構(gòu)的改變［1］，這些改變構(gòu)成了MRI 功能成像的基礎(chǔ)，使MRI 功能成像有潛力成為評價腎損傷的方法之一。血氧水平依賴成像（blood oxygen level-dependent，BOLD）和DWI 可通過不同的成像機制反映腎損傷程度［4-6］。紋理分析通過一定的圖像處理技術(shù)提取圖像特征，在腫瘤患者的預(yù)后、淋巴結(jié)的鑒別診斷、心肌梗死的診斷等方面均表現(xiàn)出較好的臨床應(yīng)用前景［7-9］，但缺乏在評價急性腎損傷方面的研究報道。因此，本研究采用急性腎損傷動物模型，以病理結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，采用DWI 和BOLD 成像，聯(lián)合紋理分析手段，比較MRI 不同功能成像方法評價藥物性急性腎損傷損傷程度的價值。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組 選擇66 只健康新西蘭大白兔，2～3 個月齡，體質(zhì)量1.8～2.5 kg，動物合格證號：SCXK 2014-0004，在普通環(huán)境下飼養(yǎng)，自由進食、進水。52 只作為實驗組，給予腎毒性藥物硫酸慶大霉素，劑量80 mg/kg 體質(zhì)量，每日1 次肌內(nèi)注射；14 只作為對照組，給予生理鹽水，劑量80 mg/kg 體質(zhì)量，每日1 次肌內(nèi)注射。實驗完成后心臟注射空氣處死。本研究經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)（2016 科第010 號）。

1.2 MRI 檢查 2 組在給藥后第2～7 天行MRI 檢查，檢查當(dāng)天禁食、禁水。采用Siemens Verio 3.0 T MRI 成像儀，采用5%戊巴比妥鈉肌肉注射（劑量1 mL/kg 體質(zhì)量）麻醉，20～30 min 后達到深麻醉狀態(tài)時行MRI 成像。取左側(cè)臥位，頭先進，柔性腹部線圈采集信號。將相對位置較低的左腎推移至腹壁與左側(cè)背部肌肉間，后對左側(cè)腎臟行橫斷面DWI和BOLD 成像，層厚4 mm，層距0.4 mm。其他掃描參數(shù)：DWI 序列，TR 3 000 ms，TE 100 ms，視野63 mm×178 mm，矩陣78×220，翻轉(zhuǎn)角90°，激勵次數(shù)4，帶寬758 Hz/pixel，b 值0、50、100、200、400 和800s/mm2。BOLD 成像TR 600ms，TE 4.92、9.84、17.22、22.14、27.06、31.98 ms，視野64 mm×129 mm，矩陣96×192，翻轉(zhuǎn)角30°，激勵次數(shù)3，帶寬330 Hz/pixel。

1.3 組織病理學(xué)分析 以腎門為中心沿腎臟短軸切厚約3 mm 組織片，制成蠟塊，采用PAS 染色。急性腎損傷程度采用半定量分級：0 級，正常；1 級，病變范圍＜25%；2 級，炎性細(xì)胞浸潤，纖維組織中度增生，病變范圍25%～50%；3 級，聚集性的炎性細(xì)胞浸潤，纖維組織增生呈束狀、多灶，50%＜病變范圍＜75%；4 級，大量彌漫的炎性細(xì)胞浸潤，纖維組織增生成片分布，病變范圍≥75%。病理學(xué)分析由2 位病理科醫(yī)師共同協(xié)商完成。

1.4 圖像分析 由2 位（觀察者1、2）具有5 年以上工作經(jīng)驗、對實驗研究目的未知的副主任醫(yī)師進行圖像分析。選取腎門中心的橫斷面圖像（1 層）。ROI 勾畫采用2 種方法：①手動法，分別在皮質(zhì)、外髓質(zhì)選取3 個ROI，計算其均值，代表腎皮質(zhì)（cortex）、髓質(zhì)（medulla）對應(yīng)的功能成像的參數(shù)值。②紋理分析法，在功能圖上勾畫腎臟實質(zhì)（不含內(nèi)髓）的輪廓為ROI。

紋理分析采用開源軟件Ibex 分析，采用灰度共生矩陣方法計算。BOLD 成像：Gray limits 0～100，Num levels 100，步長為1 個體素；ADC 圖：Gray limits 0～2 100，Num levels 100，步長為1 個體素。選用5 個經(jīng)典的紋理特征：Contrast、Correlation、Energy、Entropy和Homogeneity（無計量單位）。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 使用Prism 5 和MedCalc 軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。觀察者1 對所有MRI 圖像進行分析；觀察者2 分析隨機抽取的25 只實驗兔的MRI 圖像，僅用于評價觀察者間的可重復(fù)性。2 位觀察者間的可重復(fù)性分析采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）分析，當(dāng)ICC＞0.75 時表示可重復(fù)性較好。各圖像特征與病理學(xué)分級的相關(guān)性行非參數(shù)Spearman 檢驗。具有臨床應(yīng)用前景的圖像特征需滿足以下條件：①與腎損傷病理學(xué)分級的相關(guān)性系數(shù)r＞0.3 或＜-0.3；②2 位觀察者間的可重復(fù)性較好（ICC＞0.75）。采用ROC 曲線比較圖像特征，分析圖像特征判別腎損傷程度的診斷效能，兩兩比較行Z 檢驗。

2 結(jié)果

2.1 病理學(xué)分級 對照組14 只，腎臟病理學(xué)評價均為0 級。實驗組52 只在給藥后第2～7 天行腎損傷病理學(xué)分級，其中0 級14 只，1 級17 只，2 級8 只，3 級4 只，4 級9 只。由于部分腎損傷分級的樣本量有限，66 只分為3 組：無腎損傷組（0 級，28 只）、輕中度腎損傷組（1～2 級，25 只）和重度腎損傷組（3～4 級，13 只）。

2.2 腎臟MRI 成像手動法測量特征的篩選及可重復(fù)性分析 隨著腎損傷程度加重，T2*圖上的內(nèi)髓帶從藍(lán)色變成淡綠色，皮質(zhì)帶從綠色變成淡黃色（圖1）。在手動法分析中，僅2 個參數(shù)（ADCmedulla和BOLDcortex）與腎損傷病理分級存在線性相關(guān)性（r=-0.381，P=0.002；r=0.338，P=0.002）。2 位觀察者手動法測量的ADCmedulla分別為1.651×10-3mm2/s［75%置信區(qū)間（75%CI）（1.509，1.744）］和1.536×10-3mm2/s［75%CI（1.637，1.704）］，觀察者間ICC=0.853；2 位觀察者測量的BOLDcortex分別是44.93［75%CI（33.72，47.76）］和42.14［75%CI（34.9，45.87）］，觀察者間ICC=0.791，可重復(fù)性較好。

2.3 腎臟MRI 成像紋理分析特征的篩選及可重復(fù)性分析 在ADC 的紋理特征中，僅ADCCorrelation與病理學(xué)分級的r=0.391（P=0.001），但2 位觀察者測量的ADCCorrelation分別是0.578×10-3mm2/s［75%CI（0.512，0.657）］和0.589×10-3mm2/s［75%CI（0.507，0.658）］，觀察者間ICC=0.593，可重復(fù)性較差。

在BOLD 成像的紋理特征中，BOLDEnergy、BOLDHomogeneity與病理學(xué)分級的r 值分別為-0.313（P=0.01）和-0.362（P=0.002）。2 位觀察者測量的BOLDHomogeneity分別是0.006 9［75%CI（0.005 5，0.008 3）］和0.006 8［75%CI（0.005 4，0.009 4）］，觀察者間ICC=0.853；2 位觀察者測量的BOLDEnergy分別是0.381［75%CI（0.342，0.422）］和0.385［75%CI（0.355，0.426）］，觀察者間ICC=0.947。

2.4 腎臟MRI 功能圖像定量特征的診斷效能比較（表1）BOLDEnergy和BOLDHomogeneity均可判別無腎損傷與輕中度腎損傷（均P＜0.05），且兩者差異無統(tǒng)計學(xué)意義（Z=0.266，P=0.790）。ADCmedulla可判別輕中度與重度腎損傷，閾值為1.547×10-3mm2/s，敏感度84.0%，特異度84.6%。

表1 腎臟MRI 功能圖像特征判別腎損傷程度的診斷效能比較

3 討論

急性腎損傷動物模型有明確的組織病理學(xué)金標(biāo)準(zhǔn)，適合用于分析腎臟MRI 功能成像在評價腎臟或腎功能損傷中的價值。在對比劑急性腎損傷動物模型的BOLD 成像研究中，對比劑可引起早期、短暫的髓質(zhì)R2*增大［10］，同時尿中的中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)載脂蛋白水平增高，因此髓質(zhì)R2*與腎小管上皮的損傷存在一定的關(guān)聯(lián)性。本研究中，BOLD 成像的定量特征與腎損傷分級存在線性相關(guān)性，再次證實使用BOLD 成像評價腎損傷的可行性。

研究表明，在缺血性急性腎損傷動物模型（0～4周）中，ADC 值較對照組降低，且與腎損傷程度和腎纖維化程度有關(guān)聯(lián)，反映了急性腎損傷的急、慢性病理變化過程，如組織水腫、炎性細(xì)胞浸潤、間質(zhì)纖維化［11］。在對比劑急性腎損傷動物模型研究中，腎髓質(zhì)ADC 值在注射1 h 后明顯降低，與組織學(xué)評分、乏氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）和血管內(nèi)皮生長因子相關(guān)性達0.65～0.81［12］。ADC 值降低的機制復(fù)雜，在急性腎損傷的早期主要是由于細(xì)胞毒性水腫，細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外水分子運動均受限，但在腎纖維化時也可表現(xiàn)為ADC 值的降低，主要是由于組織T2值降低。

在腎血管栓塞導(dǎo)致的急性腎損傷動物模型中，盡管BOLD 和ADC 均能判別重度和對照組，但僅BOLD 能判別對照組與中度腎損傷［13］。在對比劑急性腎損傷動物模型研究中，采用BOLD 成像評價，與組織學(xué)評分、HIF-1α 和血管內(nèi)皮生長因子等的相關(guān)性達0.74～0.84，但未進一步比較ADC 及R2*的診斷效能［12］。本研究表明，DWI 適合評價中重度的腎損傷，而BOLD 更加適合評價早期的腎損傷，體現(xiàn)出兩者在評價腎損傷方面的優(yōu)勢不同。

紋理分析法ROI 的范圍更大，提取的圖像信息比傳統(tǒng)方法更全面。本研究中，對腎損傷的評價，基于紋理分析的BOLD 成像表現(xiàn)出較傳統(tǒng)手動法更高的價值，但基于紋理分析的ADC 圖并未表現(xiàn)出優(yōu)越性。正常腎臟ADC 圖的皮髓質(zhì)對比度較差，在急性腎損傷過程中，紋理特征變化也不明顯，所以紋理分析挖掘ADC 圖評價急性腎損傷中的價值不能顯現(xiàn)。隨著計算機計算能力的不斷增加，紋理分析可能會幫助我們更好地認(rèn)識疾病的發(fā)生、發(fā)展和評估治療后的反應(yīng)。

本研究的不足之處：①腎損傷可表現(xiàn)在組織學(xué)、細(xì)胞、甚至蛋白水平的層面上，但本研究僅采用組織病理學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)；②圖像紋理分析的特征較多，常被應(yīng)用于建立數(shù)學(xué)模型，但本研究因樣本量有限，未采用組學(xué)模型；③紋理特征與分析軟件、軟件參數(shù)設(shè)置及成像設(shè)備等有關(guān)，因此本研究的紋理特征尚不能直接推廣到臨床實踐中。

總之，DWI 和BOLD 均可評價急性腎損傷的損傷程度，其中手動法測量的DWI 特征更適合判別輕中度和重度急性腎損傷；基于紋理分析法的BOLD特征則在判別無腎損傷和輕中度急性腎損傷時更具優(yōu)勢。

圖1 不同腎損傷程度的腎臟MRI 功能成像的典型圖像。隨著腎損傷程度的加重，腎臟ADC 圖變化不明顯，在T2*圖上內(nèi)髓帶從藍(lán)色變成淡綠色，皮質(zhì)帶從綠色變成淡黃色