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基于纹理分析的磁共振多参数成像评价肾损伤的动物实验研究及肾功能损伤的临床研究

丁玖乐  
【摘要】:第一部分 基于纹理分析的磁共振多参数成像评价肾损伤的动物实验研究目的:比较基于纹理分析的磁共振多参数成像评价药物性急性肾损伤(Acute kidney injury,AKI)的价值。材料与方法:76只健康新西兰大白兔被肌肉注射给予肾毒性药物(硫酸庆大霉素,n=62)或生理盐水(n=14)。在给药后的第2~7天,对新西兰兔的左肾行磁共振多参数成像,包括:磁共振扩散加权成像(Diffusion weighted imaging,DWI,对应的定量图为ADC图)、磁共振血氧水平依赖成像(Blood oxygen level-dependent MRI,BOLD)和磁敏感加权成像(Susceptibility weighted imaging,SWI),然后采血,用于检测血清肌酐和尿素氮浓度,最后对左肾行组织病理学染色。肾损伤程度的评价标准为组织病理学评分。根据肾损伤程度从无到最严重共分为5级(0、1、2、3和4级)。磁共振多参数图像分析采用传统的手动法和纹理分析法勾画感兴趣。磁共振图像特征参数众多,筛选的部分特征必须同时满足三个条件:①与组织学评分的相关性(Spearman r)0.3或-0.3(且P0.05);②纹理特征间高度相关的纹理特征(Pearson r≥0.9)仅保留其中的一个;③可重复性较好(组内相关系数0.75)。采用受试者工作特征曲线比较不同方法或特征评价肾损伤的诊断效能。结果:66只实验兔完成磁共振多参数成像检查、血清学和病理学检查,并纳入统计学分析。肾损伤病理学评分0级28例,1级17例,2级8例,3级4例和4级9例。在手动法测量的9个特征中,ADCmedulla BOLDcortex满足上述筛选条件。在基于纹理分析法的特征中,共10个特征满足上述筛选条件,分别为:ADCCorrelation、ADCKurtosis、BOLDHomogeneity、BOLD0.75Quantile、BOLDVariance、BOLDEnergy、BOLDClusterProminence、SWIHomogeneity、SWIEnergy和SWIMAD。在给予生理盐水时,血清学指标肌酐的95%区间为 35 μmol/l~75 μmol/l,尿素氮的 95%区间为 3.3 mmol/l~9.2 mmol/l。因此,当肌酐75 μmol/1、尿素氮9.2 mmol/1时判断为肾损伤。由于部分肾损伤分级的样本量有限,根据肾损伤的组织病理学评分,66只被分为三组:无肾损伤组(0级,n=28)、轻中度肾损伤组(1和2级,n=25)和重度肾损伤组(3和4级,n=13)。BOLD0.75Quantile、BOLDEnergy、BOLDHomogeneity、BOLDVariance、SWIEnergy、SWIHomogeneity、肌酐和尿素氮判别无肾损伤组与轻中度肾损伤组的受试者工作特征曲线下面积均大于0.65,而且8个参数的受试者工作特征曲线下面积均无统计学差异(P均0.05)。ADCmedulla、SWIMAD、血清肌酐、尿素氮判别重度肾损伤组和轻中度肾损伤组的受试者工作特征曲线下面积均0.65,其中ADCmedulla的判别效能与血清肌酐、尿素氮无统计学差异(P均0.05)。结论:基于传统手动法分析的DWI适合判别药物性重度肾损伤和轻中度肾损伤组,判别效能与血清肌酐、尿素氮的诊断效能相当;基于纹理分析的BOLD和SWI适合判别轻中度肾损伤和无肾损伤组,诊断效能与血清肌酐、尿素氮相当。第二部分 基于纹理分析的磁共振多参数成像评价肾功能损伤的临床研究目的:探讨基于纹理分析的肾脏MRI多参数成像评价肾功能损伤的价值。肾脏MRI多参数成像序列包括:磁共振扩散加权成像(Diffusion weighted imaging,DWI)、磁共振血氧水平依赖成像(Blood oxygen level-dependent MRI,BOLD)和磁敏感加权成像(Susceptibility weighted imaging,SWI)。材料与方法:72例研究对象(平均年龄53.72 ± 13.46岁)完成磁共振DWI、BOLD和SWI成像,有关计算估计肾小球滤过率的临床资料完整。根据估计肾小球滤过率(Estimated glomerular filtration rate,eGFR)大小,72例研究对象被分为严重肾功能损伤组(Severe renal function impairment,sRI;eGFR30 mL/min/1.73 m2)、非严重肾功能损伤组(non-sRI;eGFR ≥30 mL/min/1.73 m2,80 mL/min/1.73 m2)和对照组(Control group,CG;eGFR ≥80 mL/min/1.73 m2)。对每种功能成像进行纹理分析,每种成像技术的纹理分析可提取13个纹理特征。采用随机森林法联合线性相关法初步筛选最有可能判别eGFR分组的纹理特征,采用标准:与eGFR的相关系数r0.3或-0.3(P0.05),才可能具有临床应用价值;同时,在随机森林的重要性特征排序(mean decrease accuracy 和 mean decrease Gini index 排序)位于前五。采用受试者工作特征曲线比较不同成像技术的纹理特征判别肾功能损伤分组的诊断效能。结果:经初步筛选,6个最有可能评价肾功能损伤的纹理特征分别是DWIa25Quantile、DWI0.5Quantile、DWIHomogeneity、BOLDEntropy、SWISkewness 和 SWICorrelation。纹理特征DWI0.25Quantile、DWI0.5Quantile 和 DWIHomogeneity 在 sRI 组均比 non-sRI 组小(P均0.05);纹理特征BOLDEntropy和SWICorrelation在non-sRI组均比CG组小(P均0.05)。纹理特征 DWI0.25Quantile、DWI0.5Quantile 和 DWIHomogeneity 判别 sRI 和 non-sRI 分组的效能无统计学差异(P均0.05)。纹理特征 BOLDEntropy 和 SWICorrelation判别non-sRI 和 CG 分组的效能也无统计学差异(P0.05)。结论:基于纹理分析的磁共振多参数成像(DWI、BOLD和SWI)可判别肾功能损伤,其中基于纹理分析的BOLD和SWI具有评价相对早期肾功能损伤的潜力。


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