為研究3.0 T腎臟功能磁共振成像(fMRI)在原發性高血壓所致腎臟早期改變方面的應用,對26名原發性高血壓患者(高血壓組)和33名正常志愿者(對照組)進行磁共振成像(MRI)常規及功能序列掃描,包括血氧水平依賴(BOLD)成像、彌散加權成像(DWI)及彌散張量成像(DTI)。測量腎臟皮質、實質厚度,皮、髓質R2*值、表觀彌散系數(ADC)以及各項異性分數(FA),計算皮質/實質厚度比。與對照組相比,高血壓組皮質厚度、皮質/實質厚度比增大(P＜0.01),皮、髓質R2*值增高(P＜0.01),髓質FA值降低(P＜0.05)。總之,3.0 T腎臟功能磁共振成像有助于臨床發現原發性高血壓患者腎臟早期改變。
引用本文： 楊玲, 趙爽, 胡雅君, 周印, 白嬌, 劉榮波. 原發性高血壓所致腎臟早期改變的3.0T功能磁共振研究. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(5): 1111-1116,1120. doi: 10.7507/1001-5515.20140209 復制
引言
原發性高血壓患者早期外周血管阻力增高，體內腎素-血管緊張素系統被激活，腎臟入球小動脈收縮以維持腎臟血流灌注和腎小球毛細血管壓，保證腎小球濾過穩定。長期持續性高血壓狀態下，腎小動脈發生結構和功能的適應性改變，腎血管對血管緊張素Ⅱ反應性增高，舒血管活性物質(一氧化氮)產生減少，腎血流量下降,而髓質自身調節能力弱，常先于皮質受到缺血損傷[1]。原發性高血壓患者易合并腎功能損傷，早期發現其改變并干預，對保護腎功能具有重要的臨床意義。
近年來，關于腎臟的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)研究較多，其中血氧水平依賴(blood oxygen level-dependent,BOLD) 成像、彌散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)以及彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)等能從局部組織氧分壓、水分子擴散狀況的微觀角度來反映腎臟功能狀態[2-3]。原發性高血壓引起腎臟功能改變常伴隨腎臟缺血缺氧及微觀水分子運動異常的改變，利用以上功能磁共振成像技術，不僅可以觀察雙腎形態結構異常，還能探測腎臟早期功能異常，可為臨床早期干預提供重要依據。本研究旨在利用磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技術，全面評價原發性高血壓所致腎臟早期改變，為控制病情進展奠定基礎。
1 資料與方法
1.1 一般資料
高血壓組：收集2011年6月～2011年10月經檢查無腎功能異常的原發性高血壓患者，排除繼發性高血壓以及合并其他原發腎臟疾病(如結石、感染、腫瘤等)、合并糖尿病、痛風以及長期藥物服用史(降壓藥除外)的患者后，共納入患者26例。其中，男性13例，女性13例，平均年齡55.92歲(22~80歲)，病程范圍3月~18年。根據患者情況，將滿足高血壓病程超過5年、血清肌酐值超過100 μmol/L或血清胱抑素C超過1.0 mg/L條件之一的患者入G1亞組(13例)，其余患者入G2亞組(13例)。
對照組：同期招募無泌尿系統疾病、高血壓、糖尿病以及其他全身性疾病，且近3月未服用血管活性藥物和利尿劑的正常志愿者33名；其中男性16名，女性17名，平均年齡38.45歲(24~64歲)。按年齡對其分亞組，小于40歲志愿者入組N1亞組(19名)，其余入組N2亞組(14名)。
高血壓組和對照組詳細情況如表 1所示。所有進行MRI檢查的受試者均無相關檢查禁忌證，在檢查前至少禁飲禁食4 h，并訓練單次屏氣15 s。
表1
受試者基本資料
Table1.
Basic clinical data of the subjects
1.2 掃描方法
采用3.0 T六通道柔性線圈磁共振系統(Magnetom Trio，德國西門子)進行掃描。首先進行常規橫軸位、冠狀位T1WI、T2WI序列掃描，掃描范圍覆蓋雙腎。然后以腎門為中心，在冠狀位上采用8個回波的T2*WI多回波序列，掃描時間為45 s；成像參數如下：TR/TE 90 ms/2.97~40.22 ms，翻轉角40°，帶寬360 Hz/Px，矩陣320×320，掃描野34~38 cm，激勵次數3次，層厚5.0 mm。最后復制T2*WI序列定位線，采用EPI快速梯度序列同時得到DWI、DTI以及合成的表觀彌散系數(apparent diffusion coefficient,ADC)和各項異性分數(fractional anisotropy,FA)圖像，掃描時間為97 s；成像參數如下：TR/TE 1 800 ms/82 ms，帶寬1 396 Hz/Px，矩陣128×128，掃描野34~38 cm，激勵次數2次，相位編碼方向為從頭到腳，層厚4.0 mm，相位重疊50%，b值0、300、600 s/mm2，方向權重12。
1.3 原始數據測量方法及計算
在T1WI腎門平面圖像上，分別于橫軸位、冠狀位測量雙側腎臟前、中、后及上、中、下份的皮質、實質厚度，計算皮質/實質厚度比值，然后計算各對象的平均皮質、實質厚度及皮質/實質厚度比值。功能數據測量均在西門子syngo后處理工作站完成。在T2*圖像上，避開腎竇脂肪區，分別在皮、髓質區從上至下隨機取6個感興趣區(region of interest，ROI)，每個ROI包括24個像素，記錄每個數值并求其倒數得到R2*值，最后將雙腎數據取均值分別得到皮、髓質R2*值。然后將DTI導入Neuro3D工作站，以DWI為參照圖像，分別在皮、髓質區從上至下隨機取6個ROI，將雙腎12個數據取均值分別得出皮、髓質的ADC、FA值，并通過纖維束追蹤成像重建出三維圖像。數據測量及后處理均由兩名有5年工作經驗的影像科醫師單獨進行，然后再將測量結果取均值。如圖 1所示，(a)、(b)分別為在橫軸位、冠狀位腎門平面測量腎臟皮質及實質厚度的圖像；(c)為在腎臟皮、髓質區由上至下勾畫ROI測量R2*值；(d)為3D工作站中DWI，由上至下勾畫ROI，分別得到相應區域的ADC值和FA值。
圖1
腎臟形態及R2*值、ADC值、FA值測量方法
(a)橫軸位；(b)冠狀位；(c)ROI區R2*值；(d)DWI；(e)ADC值；(f)FA值
Figure1. Measurement of renal morphological and R2* value,ADC value,and FA value(a) axial plane； (b) coronal plane； (c) R2* of ROIs； (d) DWI； (e) ADC value； (f) FA value
1.4 統計學方法
每組測量數據均經正態分布以及方差齊性檢驗，結果以均值±標準差表示。采用SPSS13.0統計軟件，對高血壓組與對照組各測量參數進行獨立樣本t檢驗。同時將各測量對象皮、髓質R2*值、ADC值及FA值進行配對t檢驗。相關性采用線性回歸分析。P＜0.05表示差異具有統計學意義。
2 結果
2.1 高血壓組與對照組MRI形態和功能數據的比較
高血壓組與對照組皮質厚度、實質厚度、皮質/實質厚度比及皮、髓質R2*值、ADC值及FA值統計結果如表 2所示。與對照組相比，高血壓組皮質厚度、皮質/實質厚度比增大(P＜0.01)，皮、髓質R2*值增高(P＜0.01)，髓質FA值降低(P＜0.05)。
表2
高血壓組與對照組MRI形態與功能數據
Table2.
Morphological and functional changes at MRI of subjects in hypertension group and control group
2.2 高血壓組亞組間MRI形態和功能數據的比較
高血壓組兩亞組間MRI形態和功能數據如表 3所示，形態數據在兩亞組間無明顯差異，髓質R2*值、FA值在兩亞組間差異有統計學意義(P值均＜0.05)。此外，各對象皮、髓質間功能數據進行配對t檢驗，差異均有統計學意義(P值均＜0.001)。
表3
高血壓各亞組MRI形態和功能數據
Table3.
MRI morphological and functional results in each hypertension sub-groups
2.3 正常組各亞組間MRI形態和功能數據比較
正常對照組不同年齡亞組間MRI形態及功能數據如表 4所示，實質厚度、皮質R2*值以及髓質FA值在對照組亞組間差異有統計學意義，且各對象功能數據在皮、髓質間差異均有統計學意義(P＜0.001)。實質厚度與年齡呈負相關(r=0.483，P=0.004)。
表4
正常對照組不同年齡組間MRI形態以及功能數據
Table4.
MRI morphological and functional results in each normal sub-groups
圖 2所示為N1與N2亞組FA圖，顯示髓質信號均高于皮質，且N1組髓質信號FA值較N2組大；三維纖維束追蹤成像顯示皮質顏色雜亂，表示各向異性不強；而髓質可見扇形樣纖維束結構，表示各向異性較強。
圖2
正常對照組不同年齡亞組FA圖以及三維纖維束追蹤成像
Figure2.
FA images of volunteers from different subgroups of the controls,and three-dimensional fiber bundle tracking image
2.4 高血壓組各亞組與對照組各亞組髓質R2*值、FA值均值分布情況對比
高血壓組各亞組與對照組各亞組髓質R2*值、FA值在各亞組中的均數分布情況如圖 3所示，顯示高血壓組G1亞組髓質R2*值最高，FA值最低；N1亞組與其相反。G2亞組與N2亞組髓質R2*值和FA值重疊較多。
圖3
高血壓組各亞組與對照組各亞組髓質R2*值及FA值的誤差條形圖
Figure3.
R2* and FA values of each subgroup of hypertension and control groups
3 討論
腎臟是人體重要的排毒器官，也是多種疾病以及藥物作用的靶點。隨著生活方式的改變，國內原發性高血壓發病率明顯升高。在早期，高血壓對腎功能的進行性損害往往未引起足夠的重視，而當臨床通過實驗室指標發現腎功能異常時常預后不佳。隨著3.0 T MRI廣泛應用于臨床，其功能圖像信噪比更優，且BOLD MRI、DWI以及DTI從微觀氧分壓、水分子運動等方面來綜合評價腎臟形態以及功能狀態，可為臨床早期干預提供重要依據。
隨著年齡增大，腎臟皮、髓質均會發生一定程度的萎縮。以往研究通過超聲以及CT檢查測量腎臟皮質、實質厚度以及長徑、面積等指標，發現腎臟皮質、實質厚度與年齡呈負相關，且皮質厚度相關性較好[4-6]；而長徑和面積指標在反映腎臟形態改變方面不敏感，通常在20~70歲間差異不明顯[6]。因此，本研究采用測量腎臟皮質、實質厚度來評價腎臟形態改變。由于本研究納入高血壓組患者年齡跨度大，且平均年齡較對照組大，考慮到年齡因素的影響，為了更好地研究高血壓組腎臟的早期改變，將對照組、高血壓組按年齡分為亞組。
在對照組，腎實質厚度隨年齡增加而減小，皮質厚度與皮質/實質厚度比差異無統計學意義，說明隨著年齡增高，髓質萎縮趨勢較皮質更為明顯，這和以往觀點不一致，這可能是受試者年齡構成不同所致。另外，本研究采用MRI技術來測量皮質、實質厚度，T1WI圖像能清晰分辨腎臟皮質、髓質信號，有利于準確測量數據。下一步還需要更大樣本量，按年齡進行分層研究。
高血壓組皮質厚度與皮質/實質厚度比大于對照組，而實質厚度差異不明顯，也說明隨年齡增大髓質萎縮可能更為明顯，并且高血壓可能導致皮質厚度增加。以往通過CT灌注成像研究高血壓患者早期腎臟血流改變，發現動脈血流阻力增大，造影劑通過時間延長，可能與小動脈硬化與血管重塑有關[7]，說明高血壓可能導致皮質代償性增厚。另有研究發現，缺血性腎病患者腎臟皮質萎縮明顯，因為血流重分布效應使得更多血流集中于髓質，加劇了皮質缺血的狀況[1]。本研究納入高血壓患者無腎功能異常，可能尚處于代償階段，還需要進一步分析高血壓腎臟功能改變的各個時期進行研究。
BOLD MRI因能準確無創地探測組織局部氧分壓，近年來越來越廣泛地用于腎臟功能的研究，已證實3.0 T BOLD MRI對腎臟疾病引起的皮、髓質缺氧較為敏感[8]。本研究受試者腎臟髓質R2*值明顯高于皮質，與以往研究結果吻合，說明髓質在正常狀態下處于相對缺氧狀態[9]。Prasad等[10]通過對不同年齡志愿者進行清水利尿研究，發現年輕志愿者腎臟髓質氧分壓明顯增高，高齡志愿者髓質氧分壓變化不明顯，說明其髓質血流調節功能降低。本研究發現隨年齡增大，皮質R2*值增高，而髓質R2*值差異不明顯，可能因為隨年齡增加，間質纖維成分增多，皮質血流灌注下降，相對氧分壓下降；而皮質濾過下降，相應髓質重吸收下降，耗氧減少，在一定程度上使得氧分壓變化不明顯。
高血壓組皮、髓質R2*值均較對照組增高，說明高血壓患者皮、髓質均發生缺氧改變。一方面，由于高血壓組平均年齡較對照組大，可能導致皮質R2*值增高；另一方面，早期高血壓腎臟灌注增高，濾過增加，皮、髓質耗氧增加[11]。隨病程延長，腎臟發生缺血改變，皮、髓質供氧減少，也可導致R2*值增高。高血壓G1亞組髓質R2*值較G2亞組高，皮質R2*值差異無統計學意義，可能因為長期慢性高血壓使得腎小動脈發生適應性改變，皮質內供血減少，相應濾過和重吸收減少，即供氧與耗氧達成平衡，使得R2*變化不明顯；而髓質由于供血減少而繼發缺血缺氧改變，由于其自身調節能力弱，且舒張血管活性物質分泌減少，氧飽和度減少更為明顯，即G1亞組患者隨病程加長，髓質R2*值增高更明顯。研究者對正常志愿者注射血管緊張素Ⅱ后進行掃描，發現T2*信號下降，說明收縮血管物質可致腎臟灌注下降，發生短時缺血缺氧[12]。相關高血壓動物模型的BOLD MRI研究也發現髓質內NO、前列腺素等血管舒張物質合成減少，R2*值較正常組高，并且其對血管活性物質反應較正常動物低，即高血壓動物的調節能力減弱[13-14]。另外，由于高血壓患者長期服用血管舒張藥物，對皮髓質血流調節會有一定影響，以往研究發現血管緊張素轉化酶抑制劑、血管緊張素受體阻滯劑、利尿劑等降壓藥物能明顯改善髓質氧飽和度[15]。本研究納入部分病程較長患者合并應用血管緊張素受體阻滯劑，舒張腎小動脈，可能導致G1組R2*值偏低，更能說明病程較長的患者髓質缺血缺氧的可能性。因此，應用BOLD MRI監測高血壓患者皮、髓質是否發生缺氧具有重要的臨床意義。
關于腎臟彌散功能的早期研究，由于機型、測量方法以及掃描技術的不同，結果也不完全一致。Namimoto等[16]發現正常髓質ADC值為2.84×10-3 mm2/s，較皮質2.55×10-3 mm2/s高，而Ries等[3]的結果與其相反。由于腎臟為高灌注高濾過器官，含水量極為豐富，在腹部臟器中彌散功能最強，ADC信號最高[17]，但圖像分辨率較低，皮髓質分界不清晰，可能導致直接測量不準確。本研究采用原始DWI作為定位圖，在Nuero3D后處理工作站進行測量，能清晰定位皮髓質，有助于準確測量。各受試者腎臟皮質ADC值大于髓質，一方面由于皮質灌注較髓質強，水分子濾過為順壓力梯度，水分子運動受限不明顯；另一方面髓質內處于高滲狀態，存在壓力梯度，且含有大量管道系統，水分子擴散相對較受限，彌散較皮質弱[16, 18]。
以往關于腎臟彌散功能的研究主要針對炎癥、腫瘤、梗阻、缺血以及慢性腎疾病，多數疾病伴有尿量減少或腎臟間質纖維化，腎臟ADC值均降低[16, 18]。本研究發現皮、髓質ADC值在各組間均無統計學差異，可能因為納入對象并無明顯腎功能異常，尿量均未發生改變，說明腎功能處于代償階段，腎臟水分子含量以及運動并未發生明顯改變。
腎臟皮髓質存在明顯滲透壓力梯度，對應尿液的濾過及重吸收功能。原尿經“扇形”腎椎體結構被濃縮，在腎小管中運動具有各向異性，于是有學者開始將DTI應用于腎臟，并進行了一系列定量研究，得出髓質FA值為0.39~0.43，皮質為0.19~0.22[3, 19]。本研究發現髓質FA值均明顯高于皮質，說明髓質方向性較強，與以往結果相同，也與其結構特點吻合。N2組髓質FA值較N1組降低，說明隨年齡增大髓質水分子運動各向異性變弱，可能因為隨年齡增加，髓質發生萎縮，使得水分子運動無序化較明顯。
高血壓組髓質FA值在G1亞組較低，一方面可能由于年齡因素，另一方面可能由于G1亞組患者病程較長，長期服用舒張血管藥物，伴隨著髓質間質微環境的改變，具體原因還有待進一步研究。
4 結論
髓質的血液循環特點在機體水鈉平衡及動脈血壓調節中的作用越來越受到關注，目前的研究多局限于動物模型，而fMRI無創無輻射，方便在人體進行研究。BOLD MRI對氧分壓的改變敏感，本研究發現年齡、高血壓均可導致髓質R2*值升高，而且即使在亞臨床期也能發現這種氧分壓的改變；DTI研究結果與其類似，即年齡、高血壓可導致髓質水分子運動各向異性減弱。
總之，3.0 T腎臟fMRI檢查方便快捷，可為臨床提供更多的腎臟形態和功能信息，在腎臟功能早期改變的準確評估中具有重要的指導意義。
引言
原發性高血壓患者早期外周血管阻力增高，體內腎素-血管緊張素系統被激活，腎臟入球小動脈收縮以維持腎臟血流灌注和腎小球毛細血管壓，保證腎小球濾過穩定。長期持續性高血壓狀態下，腎小動脈發生結構和功能的適應性改變，腎血管對血管緊張素Ⅱ反應性增高，舒血管活性物質(一氧化氮)產生減少，腎血流量下降,而髓質自身調節能力弱，常先于皮質受到缺血損傷[1]。原發性高血壓患者易合并腎功能損傷，早期發現其改變并干預，對保護腎功能具有重要的臨床意義。
近年來，關于腎臟的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)研究較多，其中血氧水平依賴(blood oxygen level-dependent,BOLD) 成像、彌散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)以及彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)等能從局部組織氧分壓、水分子擴散狀況的微觀角度來反映腎臟功能狀態[2-3]。原發性高血壓引起腎臟功能改變常伴隨腎臟缺血缺氧及微觀水分子運動異常的改變，利用以上功能磁共振成像技術，不僅可以觀察雙腎形態結構異常，還能探測腎臟早期功能異常，可為臨床早期干預提供重要依據。本研究旨在利用磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技術，全面評價原發性高血壓所致腎臟早期改變，為控制病情進展奠定基礎。
1 資料與方法
1.1 一般資料
高血壓組：收集2011年6月～2011年10月經檢查無腎功能異常的原發性高血壓患者，排除繼發性高血壓以及合并其他原發腎臟疾病(如結石、感染、腫瘤等)、合并糖尿病、痛風以及長期藥物服用史(降壓藥除外)的患者后，共納入患者26例。其中，男性13例，女性13例，平均年齡55.92歲(22~80歲)，病程范圍3月~18年。根據患者情況，將滿足高血壓病程超過5年、血清肌酐值超過100 μmol/L或血清胱抑素C超過1.0 mg/L條件之一的患者入G1亞組(13例)，其余患者入G2亞組(13例)。
對照組：同期招募無泌尿系統疾病、高血壓、糖尿病以及其他全身性疾病，且近3月未服用血管活性藥物和利尿劑的正常志愿者33名；其中男性16名，女性17名，平均年齡38.45歲(24~64歲)。按年齡對其分亞組，小于40歲志愿者入組N1亞組(19名)，其余入組N2亞組(14名)。
高血壓組和對照組詳細情況如表 1所示。所有進行MRI檢查的受試者均無相關檢查禁忌證，在檢查前至少禁飲禁食4 h，并訓練單次屏氣15 s。
表1
受試者基本資料
Table1.
Basic clinical data of the subjects
1.2 掃描方法
采用3.0 T六通道柔性線圈磁共振系統(Magnetom Trio，德國西門子)進行掃描。首先進行常規橫軸位、冠狀位T1WI、T2WI序列掃描，掃描范圍覆蓋雙腎。然后以腎門為中心，在冠狀位上采用8個回波的T2*WI多回波序列，掃描時間為45 s；成像參數如下：TR/TE 90 ms/2.97~40.22 ms，翻轉角40°，帶寬360 Hz/Px，矩陣320×320，掃描野34~38 cm，激勵次數3次，層厚5.0 mm。最后復制T2*WI序列定位線，采用EPI快速梯度序列同時得到DWI、DTI以及合成的表觀彌散系數(apparent diffusion coefficient,ADC)和各項異性分數(fractional anisotropy,FA)圖像，掃描時間為97 s；成像參數如下：TR/TE 1 800 ms/82 ms，帶寬1 396 Hz/Px，矩陣128×128，掃描野34~38 cm，激勵次數2次，相位編碼方向為從頭到腳，層厚4.0 mm，相位重疊50%，b值0、300、600 s/mm2，方向權重12。
1.3 原始數據測量方法及計算
在T1WI腎門平面圖像上，分別于橫軸位、冠狀位測量雙側腎臟前、中、后及上、中、下份的皮質、實質厚度，計算皮質/實質厚度比值，然后計算各對象的平均皮質、實質厚度及皮質/實質厚度比值。功能數據測量均在西門子syngo后處理工作站完成。在T2*圖像上，避開腎竇脂肪區，分別在皮、髓質區從上至下隨機取6個感興趣區(region of interest，ROI)，每個ROI包括24個像素，記錄每個數值并求其倒數得到R2*值，最后將雙腎數據取均值分別得到皮、髓質R2*值。然后將DTI導入Neuro3D工作站，以DWI為參照圖像，分別在皮、髓質區從上至下隨機取6個ROI，將雙腎12個數據取均值分別得出皮、髓質的ADC、FA值，并通過纖維束追蹤成像重建出三維圖像。數據測量及后處理均由兩名有5年工作經驗的影像科醫師單獨進行，然后再將測量結果取均值。如圖 1所示，(a)、(b)分別為在橫軸位、冠狀位腎門平面測量腎臟皮質及實質厚度的圖像；(c)為在腎臟皮、髓質區由上至下勾畫ROI測量R2*值；(d)為3D工作站中DWI，由上至下勾畫ROI，分別得到相應區域的ADC值和FA值。
圖1
腎臟形態及R2*值、ADC值、FA值測量方法
(a)橫軸位；(b)冠狀位；(c)ROI區R2*值；(d)DWI；(e)ADC值；(f)FA值
Figure1. Measurement of renal morphological and R2* value,ADC value,and FA value(a) axial plane； (b) coronal plane； (c) R2* of ROIs； (d) DWI； (e) ADC value； (f) FA value
1.4 統計學方法
每組測量數據均經正態分布以及方差齊性檢驗，結果以均值±標準差表示。采用SPSS13.0統計軟件，對高血壓組與對照組各測量參數進行獨立樣本t檢驗。同時將各測量對象皮、髓質R2*值、ADC值及FA值進行配對t檢驗。相關性采用線性回歸分析。P＜0.05表示差異具有統計學意義。
2 結果
2.1 高血壓組與對照組MRI形態和功能數據的比較
高血壓組與對照組皮質厚度、實質厚度、皮質/實質厚度比及皮、髓質R2*值、ADC值及FA值統計結果如表 2所示。與對照組相比，高血壓組皮質厚度、皮質/實質厚度比增大(P＜0.01)，皮、髓質R2*值增高(P＜0.01)，髓質FA值降低(P＜0.05)。
表2
高血壓組與對照組MRI形態與功能數據
Table2.
Morphological and functional changes at MRI of subjects in hypertension group and control group
2.2 高血壓組亞組間MRI形態和功能數據的比較
高血壓組兩亞組間MRI形態和功能數據如表 3所示，形態數據在兩亞組間無明顯差異，髓質R2*值、FA值在兩亞組間差異有統計學意義(P值均＜0.05)。此外，各對象皮、髓質間功能數據進行配對t檢驗，差異均有統計學意義(P值均＜0.001)。
表3
高血壓各亞組MRI形態和功能數據
Table3.
MRI morphological and functional results in each hypertension sub-groups
2.3 正常組各亞組間MRI形態和功能數據比較
正常對照組不同年齡亞組間MRI形態及功能數據如表 4所示，實質厚度、皮質R2*值以及髓質FA值在對照組亞組間差異有統計學意義，且各對象功能數據在皮、髓質間差異均有統計學意義(P＜0.001)。實質厚度與年齡呈負相關(r=0.483，P=0.004)。
表4
正常對照組不同年齡組間MRI形態以及功能數據
Table4.
MRI morphological and functional results in each normal sub-groups
圖 2所示為N1與N2亞組FA圖，顯示髓質信號均高于皮質，且N1組髓質信號FA值較N2組大；三維纖維束追蹤成像顯示皮質顏色雜亂，表示各向異性不強；而髓質可見扇形樣纖維束結構，表示各向異性較強。
圖2
正常對照組不同年齡亞組FA圖以及三維纖維束追蹤成像
Figure2.
FA images of volunteers from different subgroups of the controls,and three-dimensional fiber bundle tracking image
2.4 高血壓組各亞組與對照組各亞組髓質R2*值、FA值均值分布情況對比
高血壓組各亞組與對照組各亞組髓質R2*值、FA值在各亞組中的均數分布情況如圖 3所示，顯示高血壓組G1亞組髓質R2*值最高，FA值最低；N1亞組與其相反。G2亞組與N2亞組髓質R2*值和FA值重疊較多。
圖3
高血壓組各亞組與對照組各亞組髓質R2*值及FA值的誤差條形圖
Figure3.
R2* and FA values of each subgroup of hypertension and control groups
3 討論
腎臟是人體重要的排毒器官，也是多種疾病以及藥物作用的靶點。隨著生活方式的改變，國內原發性高血壓發病率明顯升高。在早期，高血壓對腎功能的進行性損害往往未引起足夠的重視，而當臨床通過實驗室指標發現腎功能異常時常預后不佳。隨著3.0 T MRI廣泛應用于臨床，其功能圖像信噪比更優，且BOLD MRI、DWI以及DTI從微觀氧分壓、水分子運動等方面來綜合評價腎臟形態以及功能狀態，可為臨床早期干預提供重要依據。
隨著年齡增大，腎臟皮、髓質均會發生一定程度的萎縮。以往研究通過超聲以及CT檢查測量腎臟皮質、實質厚度以及長徑、面積等指標，發現腎臟皮質、實質厚度與年齡呈負相關，且皮質厚度相關性較好[4-6]；而長徑和面積指標在反映腎臟形態改變方面不敏感，通常在20~70歲間差異不明顯[6]。因此，本研究采用測量腎臟皮質、實質厚度來評價腎臟形態改變。由于本研究納入高血壓組患者年齡跨度大，且平均年齡較對照組大，考慮到年齡因素的影響，為了更好地研究高血壓組腎臟的早期改變，將對照組、高血壓組按年齡分為亞組。
在對照組，腎實質厚度隨年齡增加而減小，皮質厚度與皮質/實質厚度比差異無統計學意義，說明隨著年齡增高，髓質萎縮趨勢較皮質更為明顯，這和以往觀點不一致，這可能是受試者年齡構成不同所致。另外，本研究采用MRI技術來測量皮質、實質厚度，T1WI圖像能清晰分辨腎臟皮質、髓質信號，有利于準確測量數據。下一步還需要更大樣本量，按年齡進行分層研究。
高血壓組皮質厚度與皮質/實質厚度比大于對照組，而實質厚度差異不明顯，也說明隨年齡增大髓質萎縮可能更為明顯，并且高血壓可能導致皮質厚度增加。以往通過CT灌注成像研究高血壓患者早期腎臟血流改變，發現動脈血流阻力增大，造影劑通過時間延長，可能與小動脈硬化與血管重塑有關[7]，說明高血壓可能導致皮質代償性增厚。另有研究發現，缺血性腎病患者腎臟皮質萎縮明顯，因為血流重分布效應使得更多血流集中于髓質，加劇了皮質缺血的狀況[1]。本研究納入高血壓患者無腎功能異常，可能尚處于代償階段，還需要進一步分析高血壓腎臟功能改變的各個時期進行研究。
BOLD MRI因能準確無創地探測組織局部氧分壓，近年來越來越廣泛地用于腎臟功能的研究，已證實3.0 T BOLD MRI對腎臟疾病引起的皮、髓質缺氧較為敏感[8]。本研究受試者腎臟髓質R2*值明顯高于皮質，與以往研究結果吻合，說明髓質在正常狀態下處于相對缺氧狀態[9]。Prasad等[10]通過對不同年齡志愿者進行清水利尿研究，發現年輕志愿者腎臟髓質氧分壓明顯增高，高齡志愿者髓質氧分壓變化不明顯，說明其髓質血流調節功能降低。本研究發現隨年齡增大，皮質R2*值增高，而髓質R2*值差異不明顯，可能因為隨年齡增加，間質纖維成分增多，皮質血流灌注下降，相對氧分壓下降；而皮質濾過下降，相應髓質重吸收下降，耗氧減少，在一定程度上使得氧分壓變化不明顯。
高血壓組皮、髓質R2*值均較對照組增高，說明高血壓患者皮、髓質均發生缺氧改變。一方面，由于高血壓組平均年齡較對照組大，可能導致皮質R2*值增高；另一方面，早期高血壓腎臟灌注增高，濾過增加，皮、髓質耗氧增加[11]。隨病程延長，腎臟發生缺血改變，皮、髓質供氧減少，也可導致R2*值增高。高血壓G1亞組髓質R2*值較G2亞組高，皮質R2*值差異無統計學意義，可能因為長期慢性高血壓使得腎小動脈發生適應性改變，皮質內供血減少，相應濾過和重吸收減少，即供氧與耗氧達成平衡，使得R2*變化不明顯；而髓質由于供血減少而繼發缺血缺氧改變，由于其自身調節能力弱，且舒張血管活性物質分泌減少，氧飽和度減少更為明顯，即G1亞組患者隨病程加長，髓質R2*值增高更明顯。研究者對正常志愿者注射血管緊張素Ⅱ后進行掃描，發現T2*信號下降，說明收縮血管物質可致腎臟灌注下降，發生短時缺血缺氧[12]。相關高血壓動物模型的BOLD MRI研究也發現髓質內NO、前列腺素等血管舒張物質合成減少，R2*值較正常組高，并且其對血管活性物質反應較正常動物低，即高血壓動物的調節能力減弱[13-14]。另外，由于高血壓患者長期服用血管舒張藥物，對皮髓質血流調節會有一定影響，以往研究發現血管緊張素轉化酶抑制劑、血管緊張素受體阻滯劑、利尿劑等降壓藥物能明顯改善髓質氧飽和度[15]。本研究納入部分病程較長患者合并應用血管緊張素受體阻滯劑，舒張腎小動脈，可能導致G1組R2*值偏低，更能說明病程較長的患者髓質缺血缺氧的可能性。因此，應用BOLD MRI監測高血壓患者皮、髓質是否發生缺氧具有重要的臨床意義。
關于腎臟彌散功能的早期研究，由于機型、測量方法以及掃描技術的不同，結果也不完全一致。Namimoto等[16]發現正常髓質ADC值為2.84×10-3 mm2/s，較皮質2.55×10-3 mm2/s高，而Ries等[3]的結果與其相反。由于腎臟為高灌注高濾過器官，含水量極為豐富，在腹部臟器中彌散功能最強，ADC信號最高[17]，但圖像分辨率較低，皮髓質分界不清晰，可能導致直接測量不準確。本研究采用原始DWI作為定位圖，在Nuero3D后處理工作站進行測量，能清晰定位皮髓質，有助于準確測量。各受試者腎臟皮質ADC值大于髓質，一方面由于皮質灌注較髓質強，水分子濾過為順壓力梯度，水分子運動受限不明顯；另一方面髓質內處于高滲狀態，存在壓力梯度，且含有大量管道系統，水分子擴散相對較受限，彌散較皮質弱[16, 18]。
以往關于腎臟彌散功能的研究主要針對炎癥、腫瘤、梗阻、缺血以及慢性腎疾病，多數疾病伴有尿量減少或腎臟間質纖維化，腎臟ADC值均降低[16, 18]。本研究發現皮、髓質ADC值在各組間均無統計學差異，可能因為納入對象并無明顯腎功能異常，尿量均未發生改變，說明腎功能處于代償階段，腎臟水分子含量以及運動并未發生明顯改變。
腎臟皮髓質存在明顯滲透壓力梯度，對應尿液的濾過及重吸收功能。原尿經“扇形”腎椎體結構被濃縮，在腎小管中運動具有各向異性，于是有學者開始將DTI應用于腎臟，并進行了一系列定量研究，得出髓質FA值為0.39~0.43，皮質為0.19~0.22[3, 19]。本研究發現髓質FA值均明顯高于皮質，說明髓質方向性較強，與以往結果相同，也與其結構特點吻合。N2組髓質FA值較N1組降低，說明隨年齡增大髓質水分子運動各向異性變弱，可能因為隨年齡增加，髓質發生萎縮，使得水分子運動無序化較明顯。
高血壓組髓質FA值在G1亞組較低，一方面可能由于年齡因素，另一方面可能由于G1亞組患者病程較長，長期服用舒張血管藥物，伴隨著髓質間質微環境的改變，具體原因還有待進一步研究。
4 結論
髓質的血液循環特點在機體水鈉平衡及動脈血壓調節中的作用越來越受到關注，目前的研究多局限于動物模型，而fMRI無創無輻射，方便在人體進行研究。BOLD MRI對氧分壓的改變敏感，本研究發現年齡、高血壓均可導致髓質R2*值升高，而且即使在亞臨床期也能發現這種氧分壓的改變；DTI研究結果與其類似，即年齡、高血壓可導致髓質水分子運動各向異性減弱。
總之，3.0 T腎臟fMRI檢查方便快捷，可為臨床提供更多的腎臟形態和功能信息，在腎臟功能早期改變的準確評估中具有重要的指導意義。
