为研究3.0 T肾脏功能磁共振成像(fMRI)在原发性高血压所致肾脏早期改变方面的应用,对26名原发性高血压患者(高血压组)和33名正常志愿者(对照组)进行磁共振成像(MRI)常规及功能序列扫描,包括血氧水平依赖(BOLD)成像、弥散加权成像(DWI)及弥散张量成像(DTI)。测量肾脏皮质、实质厚度,皮、髓质R2*值、表观弥散系数(ADC)以及各项异性分数(FA),计算皮质/实质厚度比。与对照组相比,高血压组皮质厚度、皮质/实质厚度比增大(P＜0.01),皮、髓质R2*值增高(P＜0.01),髓质FA值降低(P＜0.05)。总之,3.0 T肾脏功能磁共振成像有助于临床发现原发性高血压患者肾脏早期改变。
引用本文： 杨玲, 赵爽, 胡雅君, 周印, 白娇, 刘荣波. 原发性高血压所致肾脏早期改变的3.0T功能磁共振研究. 生物医学工程学杂志, 2014, 31(5): 1111-1116,1120. doi: 10.7507/1001-5515.20140209 复制
引言
原发性高血压患者早期外周血管阻力增高，体内肾素-血管紧张素系统被激活，肾脏入球小动脉收缩以维持肾脏血流灌注和肾小球毛细血管压，保证肾小球滤过稳定。长期持续性高血压状态下，肾小动脉发生结构和功能的适应性改变，肾血管对血管紧张素Ⅱ反应性增高，舒血管活性物质(一氧化氮)产生减少，肾血流量下降,而髓质自身调节能力弱，常先于皮质受到缺血损伤[1]。原发性高血压患者易合并肾功能损伤，早期发现其改变并干预，对保护肾功能具有重要的临床意义。
近年来，关于肾脏的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)研究较多，其中血氧水平依赖(blood oxygen level-dependent,BOLD) 成像、弥散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)以及弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)等能从局部组织氧分压、水分子扩散状况的微观角度来反映肾脏功能状态[2-3]。原发性高血压引起肾脏功能改变常伴随肾脏缺血缺氧及微观水分子运动异常的改变，利用以上功能磁共振成像技术，不仅可以观察双肾形态结构异常，还能探测肾脏早期功能异常，可为临床早期干预提供重要依据。本研究旨在利用磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术，全面评价原发性高血压所致肾脏早期改变，为控制病情进展奠定基础。
1 资料与方法
1.1 一般资料
高血压组：收集2011年6月～2011年10月经检查无肾功能异常的原发性高血压患者，排除继发性高血压以及合并其他原发肾脏疾病(如结石、感染、肿瘤等)、合并糖尿病、痛风以及长期药物服用史(降压药除外)的患者后，共纳入患者26例。其中，男性13例，女性13例，平均年龄55.92岁(22~80岁)，病程范围3月~18年。根据患者情况，将满足高血压病程超过5年、血清肌酐值超过100 μmol/L或血清胱抑素C超过1.0 mg/L条件之一的患者入G1亚组(13例)，其余患者入G2亚组(13例)。
对照组：同期招募无泌尿系统疾病、高血压、糖尿病以及其他全身性疾病，且近3月未服用血管活性药物和利尿剂的正常志愿者33名；其中男性16名，女性17名，平均年龄38.45岁(24~64岁)。按年龄对其分亚组，小于40岁志愿者入组N1亚组(19名)，其余入组N2亚组(14名)。
高血压组和对照组详细情况如表 1所示。所有进行MRI检查的受试者均无相关检查禁忌证，在检查前至少禁饮禁食4 h，并训练单次屏气15 s。
表1
受试者基本资料
Table1.
Basic clinical data of the subjects
1.2 扫描方法
采用3.0 T六通道柔性线圈磁共振系统(Magnetom Trio，德国西门子)进行扫描。首先进行常规横轴位、冠状位T1WI、T2WI序列扫描，扫描范围覆盖双肾。然后以肾门为中心，在冠状位上采用8个回波的T2*WI多回波序列，扫描时间为45 s；成像参数如下：TR/TE 90 ms/2.97~40.22 ms，翻转角40°，带宽360 Hz/Px，矩阵320×320，扫描野34~38 cm，激励次数3次，层厚5.0 mm。最后复制T2*WI序列定位线，采用EPI快速梯度序列同时得到DWI、DTI以及合成的表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)和各项异性分数(fractional anisotropy,FA)图像，扫描时间为97 s；成像参数如下：TR/TE 1 800 ms/82 ms，带宽1 396 Hz/Px，矩阵128×128，扫描野34~38 cm，激励次数2次，相位编码方向为从头到脚，层厚4.0 mm，相位重叠50%，b值0、300、600 s/mm2，方向权重12。
1.3 原始数据测量方法及计算
在T1WI肾门平面图像上，分别于横轴位、冠状位测量双侧肾脏前、中、后及上、中、下份的皮质、实质厚度，计算皮质/实质厚度比值，然后计算各对象的平均皮质、实质厚度及皮质/实质厚度比值。功能数据测量均在西门子syngo后处理工作站完成。在T2*图像上，避开肾窦脂肪区，分别在皮、髓质区从上至下随机取6个感兴趣区(region of interest，ROI)，每个ROI包括24个像素，记录每个数值并求其倒数得到R2*值，最后将双肾数据取均值分别得到皮、髓质R2*值。然后将DTI导入Neuro3D工作站，以DWI为参照图像，分别在皮、髓质区从上至下随机取6个ROI，将双肾12个数据取均值分别得出皮、髓质的ADC、FA值，并通过纤维束追踪成像重建出三维图像。数据测量及后处理均由两名有5年工作经验的影像科医师单独进行，然后再将测量结果取均值。如图 1所示，(a)、(b)分别为在横轴位、冠状位肾门平面测量肾脏皮质及实质厚度的图像；(c)为在肾脏皮、髓质区由上至下勾画ROI测量R2*值；(d)为3D工作站中DWI，由上至下勾画ROI，分别得到相应区域的ADC值和FA值。
图1
肾脏形态及R2*值、ADC值、FA值测量方法
(a)横轴位；(b)冠状位；(c)ROI区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 统计学方法
每组测量数据均经正态分布以及方差齐性检验，结果以均值±标准差表示。采用SPSS13.0统计软件，对高血压组与对照组各测量参数进行独立样本t检验。同时将各测量对象皮、髓质R2*值、ADC值及FA值进行配对t检验。相关性采用线性回归分析。P＜0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 高血压组与对照组MRI形态和功能数据的比较
高血压组与对照组皮质厚度、实质厚度、皮质/实质厚度比及皮、髓质R2*值、ADC值及FA值统计结果如表 2所示。与对照组相比，高血压组皮质厚度、皮质/实质厚度比增大(P＜0.01)，皮、髓质R2*值增高(P＜0.01)，髓质FA值降低(P＜0.05)。
表2
高血压组与对照组MRI形态与功能数据
Table2.
Morphological and functional changes at MRI of subjects in hypertension group and control group
2.2 高血压组亚组间MRI形态和功能数据的比较
高血压组两亚组间MRI形态和功能数据如表 3所示，形态数据在两亚组间无明显差异，髓质R2*值、FA值在两亚组间差异有统计学意义(P值均＜0.05)。此外，各对象皮、髓质间功能数据进行配对t检验，差异均有统计学意义(P值均＜0.001)。
表3
高血压各亚组MRI形态和功能数据
Table3.
MRI morphological and functional results in each hypertension sub-groups
2.3 正常组各亚组间MRI形态和功能数据比较
正常对照组不同年龄亚组间MRI形态及功能数据如表 4所示，实质厚度、皮质R2*值以及髓质FA值在对照组亚组间差异有统计学意义，且各对象功能数据在皮、髓质间差异均有统计学意义(P＜0.001)。实质厚度与年龄呈负相关(r=0.483，P=0.004)。
表4
正常对照组不同年龄组间MRI形态以及功能数据
Table4.
MRI morphological and functional results in each normal sub-groups
图 2所示为N1与N2亚组FA图，显示髓质信号均高于皮质，且N1组髓质信号FA值较N2组大；三维纤维束追踪成像显示皮质颜色杂乱，表示各向异性不强；而髓质可见扇形样纤维束结构，表示各向异性较强。
图2
正常对照组不同年龄亚组FA图以及三维纤维束追踪成像
Figure2.
FA images of volunteers from different subgroups of the controls,and three-dimensional fiber bundle tracking image
2.4 高血压组各亚组与对照组各亚组髓质R2*值、FA值均值分布情况对比
高血压组各亚组与对照组各亚组髓质R2*值、FA值在各亚组中的均数分布情况如图 3所示，显示高血压组G1亚组髓质R2*值最高，FA值最低；N1亚组与其相反。G2亚组与N2亚组髓质R2*值和FA值重叠较多。
图3
高血压组各亚组与对照组各亚组髓质R2*值及FA值的误差条形图
Figure3.
R2* and FA values of each subgroup of hypertension and control groups
3 讨论
肾脏是人体重要的排毒器官，也是多种疾病以及药物作用的靶点。随着生活方式的改变，国内原发性高血压发病率明显升高。在早期，高血压对肾功能的进行性损害往往未引起足够的重视，而当临床通过实验室指标发现肾功能异常时常预后不佳。随着3.0 T MRI广泛应用于临床，其功能图像信噪比更优，且BOLD MRI、DWI以及DTI从微观氧分压、水分子运动等方面来综合评价肾脏形态以及功能状态，可为临床早期干预提供重要依据。
随着年龄增大，肾脏皮、髓质均会发生一定程度的萎缩。以往研究通过超声以及CT检查测量肾脏皮质、实质厚度以及长径、面积等指标，发现肾脏皮质、实质厚度与年龄呈负相关，且皮质厚度相关性较好[4-6]；而长径和面积指标在反映肾脏形态改变方面不敏感，通常在20~70岁间差异不明显[6]。因此，本研究采用测量肾脏皮质、实质厚度来评价肾脏形态改变。由于本研究纳入高血压组患者年龄跨度大，且平均年龄较对照组大，考虑到年龄因素的影响，为了更好地研究高血压组肾脏的早期改变，将对照组、高血压组按年龄分为亚组。
在对照组，肾实质厚度随年龄增加而减小，皮质厚度与皮质/实质厚度比差异无统计学意义，说明随着年龄增高，髓质萎缩趋势较皮质更为明显，这和以往观点不一致，这可能是受试者年龄构成不同所致。另外，本研究采用MRI技术来测量皮质、实质厚度，T1WI图像能清晰分辨肾脏皮质、髓质信号，有利于准确测量数据。下一步还需要更大样本量，按年龄进行分层研究。
高血压组皮质厚度与皮质/实质厚度比大于对照组，而实质厚度差异不明显，也说明随年龄增大髓质萎缩可能更为明显，并且高血压可能导致皮质厚度增加。以往通过CT灌注成像研究高血压患者早期肾脏血流改变，发现动脉血流阻力增大，造影剂通过时间延长，可能与小动脉硬化与血管重塑有关[7]，说明高血压可能导致皮质代偿性增厚。另有研究发现，缺血性肾病患者肾脏皮质萎缩明显，因为血流重分布效应使得更多血流集中于髓质，加剧了皮质缺血的状况[1]。本研究纳入高血压患者无肾功能异常，可能尚处于代偿阶段，还需要进一步分析高血压肾脏功能改变的各个时期进行研究。
BOLD MRI因能准确无创地探测组织局部氧分压，近年来越来越广泛地用于肾脏功能的研究，已证实3.0 T BOLD MRI对肾脏疾病引起的皮、髓质缺氧较为敏感[8]。本研究受试者肾脏髓质R2*值明显高于皮质，与以往研究结果吻合，说明髓质在正常状态下处于相对缺氧状态[9]。Prasad等[10]通过对不同年龄志愿者进行清水利尿研究，发现年轻志愿者肾脏髓质氧分压明显增高，高龄志愿者髓质氧分压变化不明显，说明其髓质血流调节功能降低。本研究发现随年龄增大，皮质R2*值增高，而髓质R2*值差异不明显，可能因为随年龄增加，间质纤维成分增多，皮质血流灌注下降，相对氧分压下降；而皮质滤过下降，相应髓质重吸收下降，耗氧减少，在一定程度上使得氧分压变化不明显。
高血压组皮、髓质R2*值均较对照组增高，说明高血压患者皮、髓质均发生缺氧改变。一方面，由于高血压组平均年龄较对照组大，可能导致皮质R2*值增高；另一方面，早期高血压肾脏灌注增高，滤过增加，皮、髓质耗氧增加[11]。随病程延长，肾脏发生缺血改变，皮、髓质供氧减少，也可导致R2*值增高。高血压G1亚组髓质R2*值较G2亚组高，皮质R2*值差异无统计学意义，可能因为长期慢性高血压使得肾小动脉发生适应性改变，皮质内供血减少，相应滤过和重吸收减少，即供氧与耗氧达成平衡，使得R2*变化不明显；而髓质由于供血减少而继发缺血缺氧改变，由于其自身调节能力弱，且舒张血管活性物质分泌减少，氧饱和度减少更为明显，即G1亚组患者随病程加长，髓质R2*值增高更明显。研究者对正常志愿者注射血管紧张素Ⅱ后进行扫描，发现T2*信号下降，说明收缩血管物质可致肾脏灌注下降，发生短时缺血缺氧[12]。相关高血压动物模型的BOLD MRI研究也发现髓质内NO、前列腺素等血管舒张物质合成减少，R2*值较正常组高，并且其对血管活性物质反应较正常动物低，即高血压动物的调节能力减弱[13-14]。另外，由于高血压患者长期服用血管舒张药物，对皮髓质血流调节会有一定影响，以往研究发现血管紧张素转化酶抑制剂、血管紧张素受体阻滞剂、利尿剂等降压药物能明显改善髓质氧饱和度[15]。本研究纳入部分病程较长患者合并应用血管紧张素受体阻滞剂，舒张肾小动脉，可能导致G1组R2*值偏低，更能说明病程较长的患者髓质缺血缺氧的可能性。因此，应用BOLD MRI监测高血压患者皮、髓质是否发生缺氧具有重要的临床意义。
关于肾脏弥散功能的早期研究，由于机型、测量方法以及扫描技术的不同，结果也不完全一致。Namimoto等[16]发现正常髓质ADC值为2.84×10-3 mm2/s，较皮质2.55×10-3 mm2/s高，而Ries等[3]的结果与其相反。由于肾脏为高灌注高滤过器官，含水量极为丰富，在腹部脏器中弥散功能最强，ADC信号最高[17]，但图像分辨率较低，皮髓质分界不清晰，可能导致直接测量不准确。本研究采用原始DWI作为定位图，在Nuero3D后处理工作站进行测量，能清晰定位皮髓质，有助于准确测量。各受试者肾脏皮质ADC值大于髓质，一方面由于皮质灌注较髓质强，水分子滤过为顺压力梯度，水分子运动受限不明显；另一方面髓质内处于高渗状态，存在压力梯度，且含有大量管道系统，水分子扩散相对较受限，弥散较皮质弱[16, 18]。
以往关于肾脏弥散功能的研究主要针对炎症、肿瘤、梗阻、缺血以及慢性肾疾病，多数疾病伴有尿量减少或肾脏间质纤维化，肾脏ADC值均降低[16, 18]。本研究发现皮、髓质ADC值在各组间均无统计学差异，可能因为纳入对象并无明显肾功能异常，尿量均未发生改变，说明肾功能处于代偿阶段，肾脏水分子含量以及运动并未发生明显改变。
肾脏皮髓质存在明显渗透压力梯度，对应尿液的滤过及重吸收功能。原尿经“扇形”肾椎体结构被浓缩，在肾小管中运动具有各向异性，于是有学者开始将DTI应用于肾脏，并进行了一系列定量研究，得出髓质FA值为0.39~0.43，皮质为0.19~0.22[3, 19]。本研究发现髓质FA值均明显高于皮质，说明髓质方向性较强，与以往结果相同，也与其结构特点吻合。N2组髓质FA值较N1组降低，说明随年龄增大髓质水分子运动各向异性变弱，可能因为随年龄增加，髓质发生萎缩，使得水分子运动无序化较明显。
高血压组髓质FA值在G1亚组较低，一方面可能由于年龄因素，另一方面可能由于G1亚组患者病程较长，长期服用舒张血管药物，伴随着髓质间质微环境的改变，具体原因还有待进一步研究。
4 结论
髓质的血液循环特点在机体水钠平衡及动脉血压调节中的作用越来越受到关注，目前的研究多局限于动物模型，而fMRI无创无辐射，方便在人体进行研究。BOLD MRI对氧分压的改变敏感，本研究发现年龄、高血压均可导致髓质R2*值升高，而且即使在亚临床期也能发现这种氧分压的改变；DTI研究结果与其类似，即年龄、高血压可导致髓质水分子运动各向异性减弱。
总之，3.0 T肾脏fMRI检查方便快捷，可为临床提供更多的肾脏形态和功能信息，在肾脏功能早期改变的准确评估中具有重要的指导意义。
引言
原发性高血压患者早期外周血管阻力增高，体内肾素-血管紧张素系统被激活，肾脏入球小动脉收缩以维持肾脏血流灌注和肾小球毛细血管压，保证肾小球滤过稳定。长期持续性高血压状态下，肾小动脉发生结构和功能的适应性改变，肾血管对血管紧张素Ⅱ反应性增高，舒血管活性物质(一氧化氮)产生减少，肾血流量下降,而髓质自身调节能力弱，常先于皮质受到缺血损伤[1]。原发性高血压患者易合并肾功能损伤，早期发现其改变并干预，对保护肾功能具有重要的临床意义。
近年来，关于肾脏的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)研究较多，其中血氧水平依赖(blood oxygen level-dependent,BOLD) 成像、弥散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)以及弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)等能从局部组织氧分压、水分子扩散状况的微观角度来反映肾脏功能状态[2-3]。原发性高血压引起肾脏功能改变常伴随肾脏缺血缺氧及微观水分子运动异常的改变，利用以上功能磁共振成像技术，不仅可以观察双肾形态结构异常，还能探测肾脏早期功能异常，可为临床早期干预提供重要依据。本研究旨在利用磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术，全面评价原发性高血压所致肾脏早期改变，为控制病情进展奠定基础。
1 资料与方法
1.1 一般资料
高血压组：收集2011年6月～2011年10月经检查无肾功能异常的原发性高血压患者，排除继发性高血压以及合并其他原发肾脏疾病(如结石、感染、肿瘤等)、合并糖尿病、痛风以及长期药物服用史(降压药除外)的患者后，共纳入患者26例。其中，男性13例，女性13例，平均年龄55.92岁(22~80岁)，病程范围3月~18年。根据患者情况，将满足高血压病程超过5年、血清肌酐值超过100 μmol/L或血清胱抑素C超过1.0 mg/L条件之一的患者入G1亚组(13例)，其余患者入G2亚组(13例)。
对照组：同期招募无泌尿系统疾病、高血压、糖尿病以及其他全身性疾病，且近3月未服用血管活性药物和利尿剂的正常志愿者33名；其中男性16名，女性17名，平均年龄38.45岁(24~64岁)。按年龄对其分亚组，小于40岁志愿者入组N1亚组(19名)，其余入组N2亚组(14名)。
高血压组和对照组详细情况如表 1所示。所有进行MRI检查的受试者均无相关检查禁忌证，在检查前至少禁饮禁食4 h，并训练单次屏气15 s。
表1
受试者基本资料
Table1.
Basic clinical data of the subjects
1.2 扫描方法
采用3.0 T六通道柔性线圈磁共振系统(Magnetom Trio，德国西门子)进行扫描。首先进行常规横轴位、冠状位T1WI、T2WI序列扫描，扫描范围覆盖双肾。然后以肾门为中心，在冠状位上采用8个回波的T2*WI多回波序列，扫描时间为45 s；成像参数如下：TR/TE 90 ms/2.97~40.22 ms，翻转角40°，带宽360 Hz/Px，矩阵320×320，扫描野34~38 cm，激励次数3次，层厚5.0 mm。最后复制T2*WI序列定位线，采用EPI快速梯度序列同时得到DWI、DTI以及合成的表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)和各项异性分数(fractional anisotropy,FA)图像，扫描时间为97 s；成像参数如下：TR/TE 1 800 ms/82 ms，带宽1 396 Hz/Px，矩阵128×128，扫描野34~38 cm，激励次数2次，相位编码方向为从头到脚，层厚4.0 mm，相位重叠50%，b值0、300、600 s/mm2，方向权重12。
1.3 原始数据测量方法及计算
在T1WI肾门平面图像上，分别于横轴位、冠状位测量双侧肾脏前、中、后及上、中、下份的皮质、实质厚度，计算皮质/实质厚度比值，然后计算各对象的平均皮质、实质厚度及皮质/实质厚度比值。功能数据测量均在西门子syngo后处理工作站完成。在T2*图像上，避开肾窦脂肪区，分别在皮、髓质区从上至下随机取6个感兴趣区(region of interest，ROI)，每个ROI包括24个像素，记录每个数值并求其倒数得到R2*值，最后将双肾数据取均值分别得到皮、髓质R2*值。然后将DTI导入Neuro3D工作站，以DWI为参照图像，分别在皮、髓质区从上至下随机取6个ROI，将双肾12个数据取均值分别得出皮、髓质的ADC、FA值，并通过纤维束追踪成像重建出三维图像。数据测量及后处理均由两名有5年工作经验的影像科医师单独进行，然后再将测量结果取均值。如图 1所示，(a)、(b)分别为在横轴位、冠状位肾门平面测量肾脏皮质及实质厚度的图像；(c)为在肾脏皮、髓质区由上至下勾画ROI测量R2*值；(d)为3D工作站中DWI，由上至下勾画ROI，分别得到相应区域的ADC值和FA值。
图1
肾脏形态及R2*值、ADC值、FA值测量方法
(a)横轴位；(b)冠状位；(c)ROI区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 统计学方法
每组测量数据均经正态分布以及方差齐性检验，结果以均值±标准差表示。采用SPSS13.0统计软件，对高血压组与对照组各测量参数进行独立样本t检验。同时将各测量对象皮、髓质R2*值、ADC值及FA值进行配对t检验。相关性采用线性回归分析。P＜0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 高血压组与对照组MRI形态和功能数据的比较
高血压组与对照组皮质厚度、实质厚度、皮质/实质厚度比及皮、髓质R2*值、ADC值及FA值统计结果如表 2所示。与对照组相比，高血压组皮质厚度、皮质/实质厚度比增大(P＜0.01)，皮、髓质R2*值增高(P＜0.01)，髓质FA值降低(P＜0.05)。
表2
高血压组与对照组MRI形态与功能数据
Table2.
Morphological and functional changes at MRI of subjects in hypertension group and control group
2.2 高血压组亚组间MRI形态和功能数据的比较
高血压组两亚组间MRI形态和功能数据如表 3所示，形态数据在两亚组间无明显差异，髓质R2*值、FA值在两亚组间差异有统计学意义(P值均＜0.05)。此外，各对象皮、髓质间功能数据进行配对t检验，差异均有统计学意义(P值均＜0.001)。
表3
高血压各亚组MRI形态和功能数据
Table3.
MRI morphological and functional results in each hypertension sub-groups
2.3 正常组各亚组间MRI形态和功能数据比较
正常对照组不同年龄亚组间MRI形态及功能数据如表 4所示，实质厚度、皮质R2*值以及髓质FA值在对照组亚组间差异有统计学意义，且各对象功能数据在皮、髓质间差异均有统计学意义(P＜0.001)。实质厚度与年龄呈负相关(r=0.483，P=0.004)。
表4
正常对照组不同年龄组间MRI形态以及功能数据
Table4.
MRI morphological and functional results in each normal sub-groups
图 2所示为N1与N2亚组FA图，显示髓质信号均高于皮质，且N1组髓质信号FA值较N2组大；三维纤维束追踪成像显示皮质颜色杂乱，表示各向异性不强；而髓质可见扇形样纤维束结构，表示各向异性较强。
图2
正常对照组不同年龄亚组FA图以及三维纤维束追踪成像
Figure2.
FA images of volunteers from different subgroups of the controls,and three-dimensional fiber bundle tracking image
2.4 高血压组各亚组与对照组各亚组髓质R2*值、FA值均值分布情况对比
高血压组各亚组与对照组各亚组髓质R2*值、FA值在各亚组中的均数分布情况如图 3所示，显示高血压组G1亚组髓质R2*值最高，FA值最低；N1亚组与其相反。G2亚组与N2亚组髓质R2*值和FA值重叠较多。
图3
高血压组各亚组与对照组各亚组髓质R2*值及FA值的误差条形图
Figure3.
R2* and FA values of each subgroup of hypertension and control groups
3 讨论
肾脏是人体重要的排毒器官，也是多种疾病以及药物作用的靶点。随着生活方式的改变，国内原发性高血压发病率明显升高。在早期，高血压对肾功能的进行性损害往往未引起足够的重视，而当临床通过实验室指标发现肾功能异常时常预后不佳。随着3.0 T MRI广泛应用于临床，其功能图像信噪比更优，且BOLD MRI、DWI以及DTI从微观氧分压、水分子运动等方面来综合评价肾脏形态以及功能状态，可为临床早期干预提供重要依据。
随着年龄增大，肾脏皮、髓质均会发生一定程度的萎缩。以往研究通过超声以及CT检查测量肾脏皮质、实质厚度以及长径、面积等指标，发现肾脏皮质、实质厚度与年龄呈负相关，且皮质厚度相关性较好[4-6]；而长径和面积指标在反映肾脏形态改变方面不敏感，通常在20~70岁间差异不明显[6]。因此，本研究采用测量肾脏皮质、实质厚度来评价肾脏形态改变。由于本研究纳入高血压组患者年龄跨度大，且平均年龄较对照组大，考虑到年龄因素的影响，为了更好地研究高血压组肾脏的早期改变，将对照组、高血压组按年龄分为亚组。
在对照组，肾实质厚度随年龄增加而减小，皮质厚度与皮质/实质厚度比差异无统计学意义，说明随着年龄增高，髓质萎缩趋势较皮质更为明显，这和以往观点不一致，这可能是受试者年龄构成不同所致。另外，本研究采用MRI技术来测量皮质、实质厚度，T1WI图像能清晰分辨肾脏皮质、髓质信号，有利于准确测量数据。下一步还需要更大样本量，按年龄进行分层研究。
高血压组皮质厚度与皮质/实质厚度比大于对照组，而实质厚度差异不明显，也说明随年龄增大髓质萎缩可能更为明显，并且高血压可能导致皮质厚度增加。以往通过CT灌注成像研究高血压患者早期肾脏血流改变，发现动脉血流阻力增大，造影剂通过时间延长，可能与小动脉硬化与血管重塑有关[7]，说明高血压可能导致皮质代偿性增厚。另有研究发现，缺血性肾病患者肾脏皮质萎缩明显，因为血流重分布效应使得更多血流集中于髓质，加剧了皮质缺血的状况[1]。本研究纳入高血压患者无肾功能异常，可能尚处于代偿阶段，还需要进一步分析高血压肾脏功能改变的各个时期进行研究。
BOLD MRI因能准确无创地探测组织局部氧分压，近年来越来越广泛地用于肾脏功能的研究，已证实3.0 T BOLD MRI对肾脏疾病引起的皮、髓质缺氧较为敏感[8]。本研究受试者肾脏髓质R2*值明显高于皮质，与以往研究结果吻合，说明髓质在正常状态下处于相对缺氧状态[9]。Prasad等[10]通过对不同年龄志愿者进行清水利尿研究，发现年轻志愿者肾脏髓质氧分压明显增高，高龄志愿者髓质氧分压变化不明显，说明其髓质血流调节功能降低。本研究发现随年龄增大，皮质R2*值增高，而髓质R2*值差异不明显，可能因为随年龄增加，间质纤维成分增多，皮质血流灌注下降，相对氧分压下降；而皮质滤过下降，相应髓质重吸收下降，耗氧减少，在一定程度上使得氧分压变化不明显。
高血压组皮、髓质R2*值均较对照组增高，说明高血压患者皮、髓质均发生缺氧改变。一方面，由于高血压组平均年龄较对照组大，可能导致皮质R2*值增高；另一方面，早期高血压肾脏灌注增高，滤过增加，皮、髓质耗氧增加[11]。随病程延长，肾脏发生缺血改变，皮、髓质供氧减少，也可导致R2*值增高。高血压G1亚组髓质R2*值较G2亚组高，皮质R2*值差异无统计学意义，可能因为长期慢性高血压使得肾小动脉发生适应性改变，皮质内供血减少，相应滤过和重吸收减少，即供氧与耗氧达成平衡，使得R2*变化不明显；而髓质由于供血减少而继发缺血缺氧改变，由于其自身调节能力弱，且舒张血管活性物质分泌减少，氧饱和度减少更为明显，即G1亚组患者随病程加长，髓质R2*值增高更明显。研究者对正常志愿者注射血管紧张素Ⅱ后进行扫描，发现T2*信号下降，说明收缩血管物质可致肾脏灌注下降，发生短时缺血缺氧[12]。相关高血压动物模型的BOLD MRI研究也发现髓质内NO、前列腺素等血管舒张物质合成减少，R2*值较正常组高，并且其对血管活性物质反应较正常动物低，即高血压动物的调节能力减弱[13-14]。另外，由于高血压患者长期服用血管舒张药物，对皮髓质血流调节会有一定影响，以往研究发现血管紧张素转化酶抑制剂、血管紧张素受体阻滞剂、利尿剂等降压药物能明显改善髓质氧饱和度[15]。本研究纳入部分病程较长患者合并应用血管紧张素受体阻滞剂，舒张肾小动脉，可能导致G1组R2*值偏低，更能说明病程较长的患者髓质缺血缺氧的可能性。因此，应用BOLD MRI监测高血压患者皮、髓质是否发生缺氧具有重要的临床意义。
关于肾脏弥散功能的早期研究，由于机型、测量方法以及扫描技术的不同，结果也不完全一致。Namimoto等[16]发现正常髓质ADC值为2.84×10-3 mm2/s，较皮质2.55×10-3 mm2/s高，而Ries等[3]的结果与其相反。由于肾脏为高灌注高滤过器官，含水量极为丰富，在腹部脏器中弥散功能最强，ADC信号最高[17]，但图像分辨率较低，皮髓质分界不清晰，可能导致直接测量不准确。本研究采用原始DWI作为定位图，在Nuero3D后处理工作站进行测量，能清晰定位皮髓质，有助于准确测量。各受试者肾脏皮质ADC值大于髓质，一方面由于皮质灌注较髓质强，水分子滤过为顺压力梯度，水分子运动受限不明显；另一方面髓质内处于高渗状态，存在压力梯度，且含有大量管道系统，水分子扩散相对较受限，弥散较皮质弱[16, 18]。
以往关于肾脏弥散功能的研究主要针对炎症、肿瘤、梗阻、缺血以及慢性肾疾病，多数疾病伴有尿量减少或肾脏间质纤维化，肾脏ADC值均降低[16, 18]。本研究发现皮、髓质ADC值在各组间均无统计学差异，可能因为纳入对象并无明显肾功能异常，尿量均未发生改变，说明肾功能处于代偿阶段，肾脏水分子含量以及运动并未发生明显改变。
肾脏皮髓质存在明显渗透压力梯度，对应尿液的滤过及重吸收功能。原尿经“扇形”肾椎体结构被浓缩，在肾小管中运动具有各向异性，于是有学者开始将DTI应用于肾脏，并进行了一系列定量研究，得出髓质FA值为0.39~0.43，皮质为0.19~0.22[3, 19]。本研究发现髓质FA值均明显高于皮质，说明髓质方向性较强，与以往结果相同，也与其结构特点吻合。N2组髓质FA值较N1组降低，说明随年龄增大髓质水分子运动各向异性变弱，可能因为随年龄增加，髓质发生萎缩，使得水分子运动无序化较明显。
高血压组髓质FA值在G1亚组较低，一方面可能由于年龄因素，另一方面可能由于G1亚组患者病程较长，长期服用舒张血管药物，伴随着髓质间质微环境的改变，具体原因还有待进一步研究。
4 结论
髓质的血液循环特点在机体水钠平衡及动脉血压调节中的作用越来越受到关注，目前的研究多局限于动物模型，而fMRI无创无辐射，方便在人体进行研究。BOLD MRI对氧分压的改变敏感，本研究发现年龄、高血压均可导致髓质R2*值升高，而且即使在亚临床期也能发现这种氧分压的改变；DTI研究结果与其类似，即年龄、高血压可导致髓质水分子运动各向异性减弱。
总之，3.0 T肾脏fMRI检查方便快捷，可为临床提供更多的肾脏形态和功能信息，在肾脏功能早期改变的准确评估中具有重要的指导意义。
