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慢性肾脏病的3.0T功能磁共振研究

作　者: 李琼
导　师: 白人驹；孙浩然
学　校: 天津医科大学
专　业: 影像医学与核医学
关键词: 慢性肾脏病磁共振成像血氧水平依赖成像扩散加权成像扩散张量成像肾小球滤过率小管间质损伤 R2*值 ADC值 FA值体素内无规律运动
分类号: R692
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目的：探讨功能磁共振技术在诊断慢性肾脏病(CKD)、鉴别CKD不同分期,以及评价肾脏功能和小管间质损害程度的应用价值,包括三个部分,第一部分为血氧水平依赖成像(BOLD),第二部分为扩散加权成像(DWI),第三部分为扩散张量成像(DTI)。对象和方法：搜集2010年3月～2010年12月天津医科大学总医院肾科收治的慢性肾脏病患者59例,测量血清肌酐水平(Scr),根据简化肾脏病膳食改善(MDRD)方程计算肾小球滤过率估算值(eGFR),并根据eGFR确定CKD分期。CKD患者中21例患者接受了肾脏穿刺活组织检查,进行小管间质损伤程度病理评分。同时,搜集27例健康志愿者作为正常对照组。全部受试者均在3.0 TMR扫描仪(3.0T HD-X, GE healthcare)上行如下检查：①第一部分包括常规MRI及BOLD检查,BOLD采用8回波的mGRE序列,单次屏气扫描,扫描时间为18秒；②第二部分为多b值的DWI检查,b值取0、50 s/mm2,0、100 s/mm2, 0、500 s/mm2,0、1000 s/mm2四组,单次屏气扫描,每次扫描时间为21秒；③第三部分为DTI检查,b值取0、300 s/mm2,扩散敏感梯度脉冲施加方向为6,单次屏气扫描,扫描时间为15秒。分别测量并计算：①第一部分评价三个参数,即对照组及CKD患者的皮质、髓质及髓质/皮质R2*值；②第二部分评价6组参数,即4组b值下的皮髓质ADC值,及根据体素内无规律运动(IVIM)模型进行双指数拟合计算得出的皮髓质纯扩散系数ADCd值及皮髓质灌注分数Fp；③第三部分评价6个参数,即皮质、髓质、髓质/皮质FA值及皮质、髓质、髓质/皮质RA值。对上述指标进行如下分析：①比较对照组肾脏皮质与髓质之间的R2*值差异,比较对照组与不同分期CKD患者之间的皮质、髓质及髓质/皮质R2*值差异,并确定髓质/皮质R2*值用于鉴别对照组及不同分期CKD患者之间的最佳诊断阈值;②分析CKD患者皮质、髓质、髓质/皮质R2*值与Scr、eGFR及CKD分期之间的相关性,并分析肾脏穿刺活检患者皮质、髓质、髓质/皮质R2*值与小管间质损伤病理评分之间的相关性；③比较对照组肾脏皮质与髓质之间的ADC值、ADCd值及Fp差异,比较对照组与不同分期CKD患者之间的皮髓质ADC值、皮髓质ADCd值及皮髓质Fp差异,并确定DWI参数用于鉴别对照组及不同分期CKD患者之间的最佳诊断阈值；④分析CKD患者皮髓质ADC值、ADCd值及Fp与Scr、eGFR及CKD分期之间的相关性,并分析肾脏穿刺活检患者皮髓质ADC值、ADCd值及Fp与小管间质损伤病理评分之间的相关性；⑤比较对照组肾脏皮质与髓质之间的FA值、RA值差异,并比较对照组与不同分期CKD患者之间的皮质、髓质、髓质/皮质FA值及皮质、髓质、髓质/皮质RA值差异,绘制ROC曲线,利用曲线下面积比较髓质FA值及髓质RA值鉴别对照组及不同分期CKD患者的诊断效能并确定其最佳阈值；⑥分析CKD患者皮质、髓质、髓质/皮质FA值与Scr、eGFR及CKD分期之间的相关性,并分析肾脏穿刺活检患者皮质、髓质、髓质/皮质FA值与小管间质损伤病理评分之间的相关性。结果：最终纳入图像分析正常对照组27例,CKD轻度损害组(CKD1期和2期)23例,CKD中重度损害组(CKD3期-5期)29例,CKD患者中肾脏穿刺活检患者21例。①对照组髓质R2*值显著大于皮质(p<0.001)。单因素方差分析显示对照组、CKD轻度损害组、中重度损害组之间的皮质、髓质、髓质/皮质R2*值均存在统计学差异(p<0.01),其中两两比较显示髓质/皮质R2*值在各两组之间的差异最显著(p<0.001)。采用髓质/皮质R2*值鉴别对照组与CKD轻度损害组、CKD轻度损害组与中重度损害组时,所得ROC曲线下面积分别为0.871、0.925,最佳诊断阈值分别为1.858、1.577,其敏感度及特异度均在86%以上；②CKD患者的髓质、髓质/皮质R2*值与Scr、CKD分期均呈负相关(p<0.01),与eGFR呈正相关(p<0.01),以髓质/皮质R2*值的相关强度最高,肾脏穿刺活检患者的髓质、髓质/皮质R2*值与小管间质损伤评分呈负相关(p<0.05),以髓质/皮质R2*值的相关强度最高；③对照组中,皮髓质ADCso值之间无统计学差异(p>0.05),而皮质ADC100、ADC500、ADC1000值均大于髓质(p<0.001),皮质ADCd值大于髓质(p<0.05),而皮质Fp均值大于髓质,但二者之间无统计学差异(p>0.05)。单因素方差分析显示对照组与不同分期CKD患者之间皮髓质ADC值、皮髓质ADCd值、皮髓质Fp均存在统计学差异(p<0.001),其中两两比较显示皮髓质ADC1000值在各两组间的差异最显著(p<0.001)。采用皮髓质ADC1000值鉴别对照组与CKD轻度损害组、CKD轻度损害组与中重度损害组时,所得ROC曲线下面积均大于0.76,敏感度及特异度均在65%以上；④CKD患者的皮髓质ADC1000值均与Scr、CKD分期均呈负相关(p<0.01),与eGFR呈正相关(p<0.01),肾脏穿刺活检患者的皮髓质ADC1000值均与小管间质损伤评分呈负相关(p<0.05)；⑤对照组髓质的FA值、RA值均大于皮质(p<0.001)。单因素方差分析显示对照组与不同分期CKD患者之间的皮质、髓质、髓质/皮质FA值及皮质、髓质、髓质／皮质RA值均存在统计学差异(p<0.05),其中两两比较以髓质FA值及髓质RA值在各两组间的差异最显著(p<0.001)。应用ROC曲线分析显示,鉴别对照组与CKD轻度损害组、CKD轻度损害组与中重度损害组时,髓质FA值的ROC曲线下面积Az值均大于髓质RA值,诊断效能更高,确定髓质FA值的最佳诊断阈值分别为0.367、0.349,其敏感度及特异度均在56%以上；⑥CKD患者的髓质、髓质/皮质FA值与Scr、KD分期均呈负相关(p<0.01),与eGFR均呈正相关(p<0.001),肾脏穿刺活检患者的髓质、髓质/皮质FA值与小管间质损伤病理评分均呈负相关(p<0.05)。结论：肾脏功能MR成像技术可以从氧合水平、水分子扩散各向同性及各向异性等角度揭示肾脏生理学特征,并能反映CKD的病理生理学改变。①第一部分,肾脏3.0 T BOLD MRI证实正常肾脏皮质的氧合水平高于髓质。髓质/皮质R2*值能够区分正常肾脏与CKD肾脏及不同分期的CKD肾脏,有助于CKD的诊断及分期鉴别,并可作为反映肾脏功能改变程度及小管间质损伤程度的敏感指标；②第二部分,肾脏DWI检查中,应用多b值及IVIM模型能够计算皮髓质的纯扩散系数ADCd值及灌注分数Fp,结果表明正常皮质的水分子扩散程度高于髓质,而皮质的微循环灌注相对丰富,但皮髓质之间无显著差异。ADC值、ADCd值及Fp可反映CKD肾脏水分子扩散程度及微循环灌注不同程度减低,皮髓质ADC1ooo值对CKD的诊断及分期鉴别、反映肾脏功能及小管间质损伤程度有一定价值；③第三部分,肾脏3.0 T DTI MRI切实可行,正常肾脏髓质的水分子扩散各向异性高于皮质。肾髓质FA值可反映CKD患者髓质内水分子扩散的各向异性不同程度减低,对CKD的诊断及不同分期的鉴别均有一定的诊断效能,并能在一定程度上反映肾脏功能变化的程度及肾脏小管间质损伤的程度,为CKD肾脏病变程度的评估提供了一种新的方法。

全文目录

中文摘要  4-7
Abstract  7-16
缩略语/符号说明  16-17
前言  17-20
  研究现状、成果  17-18
  研究目的、方法  18-20
一、磁共振血氧水平依赖成像在慢性肾脏病中的应用及其与病理相关性研究  20-56
  1.1 对象和方法  21-25
    1.1.1 研究对象  21
    1.1.2 MRI扫描技术  21-22
    1.1.3 图像分析  22-23
    1.1.4 临床生化及肾脏穿刺病理检查  23-24
    1.1.5 观察项目及分析指标  24
    1.1.6 统计学分析  24-25
  1.2 结果  25-45
    1.2.1 患者临床生化资料及肾脏穿刺病理结果  25-26
    1.2.2 形态学分析  26-27
    1.2.3 正常对照组及CKD患者肾脏的R_2*图、T_2*图表现  27-32
    1.2.4 受试各组双肾皮质与皮质、髓质与髓质、皮质与髓质之间 R_2*值比较  32
    1.2.5 正常对照组与不同分期CKD患者之间皮髓质R_2*值及髓质/皮质R_2*比值比较  32-37
    1.2.6 CKD患者皮髓质R_2*值、髓质/皮质R_2*比值与Scr、eGFR、CKD分期之间的相关性  37-40
    1.2.7 肾活检患者皮髓质R_2*值、髓质/皮质R_2*比值与小管间质损伤评分的相关性  40-42
    1.2.8 正常人肾脏R_2*值测量的可靠性及可重复性分析  42-45
  1.3 讨论  45-55
    1.3.1 磁共振血氧水平依赖成像原理  45-46
    1.3.2 肾脏BOLD MRI采集技术  46-47
    1.3.3 BOLD MRI评价肾脏氧合的有效性及其在肾脏病变中的应用  47-52
    1.3.4 BOLD MRI在慢性肾脏病氧合状态评估中的价值及与病理相关性分析  52-54
    1.3.5 肾脏BOLD MRI数据测量的可重复性  54
    1.3.6 常规MRI肾脏皮髓质分界在慢性肾病中的价值  54-55
  1.4 小结  55-56
二、磁共振扩散加权成像在慢性肾脏病中的应用及其与病理相关性研究  56-87
  2.1 对象和方法  57-59
    2.1.1 研究对象  57
    2.1.2 MRI扫描技术  57
    2.1.3 图像分析  57-58
    2.1.4 临床生化及肾脏穿刺病理检查  58
    2.1.5 观察项目及分析指标  58
    2.1.6 统计学分析  58-59
  2.2 结果  59-76
    2.2.1 患者临床生化资料及肾脏穿刺活检病理结果  59
    2.2.2 肾脏DWI及ADC图表现  59-63
    2.2.3 双肾皮质之间、双肾髓质之间、肾皮质与髓质之间ADC值差异  63-66
    2.2.4 正常对照组与不同分期CKD患者之间皮髓质ADC、ADCd和Fp比较  66-72
    2.2.5 CKD患者皮髓质ADC_(1000)与Scr、eGFR、CKD分期之间的相关性  72-75
    2.2.6 肾穿刺活检患者皮髓质ADC值与小管间质病理评分的相关性  75-76
  2.3 讨论  76-86
    2.3.1 磁共振扩散加权成像原理  76-78
    2.3.2 肾脏DWI成像技术  78-79
    2.3.3 DWI在肾脏的应用  79-84
    2.3.4 DWI在慢性肾脏病的应用  84-86
  2.4 小结  86-87
三、磁共振扩散张量成像在慢性肾脏病中的应用及其与病理相关性研究  87-119
  3.1 对象和方法  88-90
    3.1.1 研究对象  88
    3.1.2 MRI扫描技术  88
    3.1.3 图像分析  88-89
    3.1.4 临床生化及肾脏穿刺活检病理检查  89
    3.1.5 观察项目及分析指标  89
    3.1.6 统计学分析  89-90
  3.2 结果  90-109
    3.2.1 患者临床生化资料及肾脏穿刺病理结果  90
    3.2.2 正常对照组及CKD患者肾脏的FA图、RA图及髓质小管结构图表现  90-94
    3.2.3 双肾皮质之间、双肾髓质之间、皮质与髓质之间 FA、RA值比较  94-97
    3.2.4 正常对照组与不同分期CKD患者之间皮髓质FA值、髓质/皮质FA比值比较及皮髓质RA值、髓质/皮质RA比值比较  97-102
    3.2.5 CKD患者皮髓质FA值、髓质/皮质FA比值与Scr、eGFR、CKD分期之间的相关性  102-105
    3.2.6 肾穿刺活检患者皮髓质FA值、髓质/皮质FA比值与小管间质损伤评分的相关性  105-106
    3.2.7 肾脏FA值测量的可靠性及可重复性分析  106-109
  3.3 讨论  109-117
    3.3.1 磁共振扩散张量成像原理  109-110
    3.3.2 扩散张量纤维束成像(DTT)  110-111
    3.3.3 扩散张量成像采集技术  111-113
    3.3.4 肾脏水分子扩散各向异性的生理基础  113
    3.3.5 DTI在肾脏的应用  113-115
    3.3.6 DTI在慢性肾脏病中的应用及其与病理损害程度的相关性  115-116
    3.3.7 肾脏DTI数据测量的可重复性分析  116-117
  3.4 小结  117-119
全文结论  119-120
论文创新点  120-121
参考文献  121-134
发表论文和参加科研情况说明  134-135
综述  135-144
  参考文献  140-144
致谢  144

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