CT灌注成像及MR擴散加權(quán)成像評價兔肝纖維化的價值

王　皓， 韓秉艷， 王　紅， 王云玲， 賈文霄

(1新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像中心， 烏魯木齊　830028； 2新疆醫(yī)科大學(xué)， 烏魯木齊　830011)

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CT灌注成像及MR擴散加權(quán)成像評價兔肝纖維化的價值

王皓1， 韓秉艷1， 王紅1， 王云玲1， 賈文霄2

(1新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像中心， 烏魯木齊830028；2新疆醫(yī)科大學(xué)， 烏魯木齊830011)

目的探討雙源CT灌注成像及MR擴散加權(quán)成像評價兔肝纖維化分期的價值。方法新西蘭大白兔60只進(jìn)行四氯化碳腹腔注射建立肝纖維化模型(實驗組)，新西蘭大白兔10只進(jìn)行腹腔注射生理鹽水建立對照模型(對照組)。行雙源CT灌注成像及MR擴散加權(quán)成像，比較不同肝纖維化分期時CT灌注參數(shù)，包括門靜脈灌注量(portal venous perfusion，PVP)、肝動脈灌注指數(shù)(hepatic perfusion index，HPI)和MRI擴散加權(quán)成像測量ADCperf值的變化，分析各參數(shù)與纖維化分期的關(guān)系。結(jié)果HPI隨著肝纖維化程度的增加逐漸升高，PVP隨著肝纖維化程度的增加而減低。PVP與肝纖維化的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)(r=-0.589)，HPI與肝纖維化的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)(r=0.652)。ROC曲線顯示，PVP預(yù)測S2期及以上肝纖維化時診斷效能最佳，HPI預(yù)測S2期及以上肝纖維化時診斷效能最佳。隨著肝纖維化程度加重，ADCperf值依次降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，ADCperf預(yù)測S2期及以上肝纖維化時曲線下面積最大。肝臟ADCperf值與肝纖維化的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)(r=-0.720)。結(jié)論HPI、PVP、ADCperf能夠反映肝纖維化各期灌注變化。

肝纖維化； 動脈模型； CT灌注成像； 磁共振成像

肝纖維化是許多慢性肝病，如病毒性肝炎、脂肪肝等共同的病理過程，如任其發(fā)展就可形成肝硬化。肝纖維化經(jīng)治療后可以逆轉(zhuǎn)，肝硬化則難以逆轉(zhuǎn)[1]。目前，臨床認(rèn)為穿刺后的肝細(xì)胞活組織檢查為判斷肝纖維化程度的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但該檢查有很多不足之處。肝穿刺存在一定的并發(fā)癥風(fēng)險，多數(shù)患者不愿接受，也不便于動態(tài)觀察和隨訪[2]。因此，尋找針對肝纖維化程度診斷率高并且無創(chuàng)傷性的檢查方法是非常有意義的。

隨著影像學(xué)檢查技術(shù)快速發(fā)展，使得顯示組織器官微循環(huán)狀態(tài)和血流特征成為可能。CT灌注成像(CT perfusion imaging，CTP)是通過分析病變組織與正常組織的灌注參數(shù)來區(qū)別病變性質(zhì)的。磁共振擴散加權(quán)成像除了可以反映組織的擴散，還能夠反映組織灌注。本研究通過建立兔肝纖維化模型，經(jīng)雙源CT灌注掃描及磁共振(MR)擴散加權(quán)成像，分析這2種技術(shù)灌注參數(shù)變化，評價其與兔肝纖維化程度的相關(guān)性。

1　材料與方法

1.1實驗動物及模型制作本研究通過倫理委員會審核，選取70只成年新西蘭大白兔，雌雄不限，體質(zhì)量2.5～4.5 kg，平均(3.4±1.1)kg。隨機分成兩組，實驗組60只，對照組10只。實驗組腹腔注射四氯化碳油溶液，濃度為10%，按0.1 mL/kg體質(zhì)量四氯化碳注射，每周注射2次[3]。對照組腹腔注射生理鹽水，按0.1 mL/kg體質(zhì)量注射，每周注射2次。實驗組和對照組均共計注射12 w。

1.2CT掃描技術(shù)及后處理采用西門子雙源CT進(jìn)行掃描。兔取俯臥位，為了減少呼吸運動引起的運動偽影，腹部加壓包扎。肝臟灌注掃描條件為：80 kV，70 mAs，寬度32 mm×1.2 mm，層厚3 mm，掃描40個動態(tài)，前30個動態(tài)每個動態(tài)1.0 s，后10個動態(tài)每個動態(tài)1.5 s，掃描時間共45 s。共獲得圖像1 200張。圖像重建為1.5 mm層厚并傳至西門子工作站，使用最大斜率法分別計算動脈和門靜脈時間-密度曲線(time density curve，TDC)。利用脾臟增強達(dá)峰時間值作為區(qū)分肝動脈期和門靜脈期的節(jié)點。根據(jù)脾臟TDC可以推斷出肝臟動脈期TDC，在原肝臟TDC中去除動脈期TDC，就可以得到反映門靜脈期TDC。分別計算肝動脈及肝臟組織灌注(圖1)，并且與灌注曲線可以一起生成多平面重建的偽彩圖(圖2)，該軟件可以計算門脈灌注量(PVP)、肝動脈灌注指數(shù)(HPI)。

1.3MR掃描技術(shù)及后處理實驗所使用的磁共振掃描設(shè)備為飛利浦公司1.5T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)。掃描線圈為8通道頭頸聯(lián)合線圈。采用SE-EPI序列，橫斷面掃描。分別施加不同梯度因子，采用10個擴散敏感梯度因子b值，分別為0、100、200、300、400、500、600、700、800、1 000 s/mm2。掃描時間約240 s。將10個b值的DWI原始圖像輸入Bio-map后處理軟件內(nèi)，計算得到不同b值組成的擬合ADC圖。3個較大b值(700、800、1000 s/mm2)擬合出ADChigh圖，使用較低b值(0、100、200 s/mm2)擬合出ADClow圖。最后將ADClow與ADChigh信號之間的差異定義為ADCperf值且擬合出ADCperf圖。

1.4病理分期標(biāo)準(zhǔn)完成影像學(xué)檢查，處死動物。在肝臟的左右葉各取2塊組織，分別做蘇木精-伊紅(HE)及Masson三色染色。肝纖維化的病理分期參照以下標(biāo)準(zhǔn)[4]：S0期：無肝纖維化，肝細(xì)胞排列整齊，小葉結(jié)果清晰；S1期：匯管區(qū)纖維化擴大，局限于竇周和小葉內(nèi)纖維化，肝小葉結(jié)構(gòu)完整，無纖維間隔形成，可見小葉中央血管擴張；S2期：匯管區(qū)周圍纖維化，少量纖維間隔形成，但小葉結(jié)構(gòu)保留；S3期：小葉結(jié)構(gòu)紊亂，無假小葉形成，纖維間隔形成較明顯，無肝硬化；S4期即早期肝硬化，小葉結(jié)構(gòu)破壞，假小葉形成且被纖維間隔環(huán)繞。

1.5統(tǒng)計學(xué)處理采用統(tǒng)計軟件包SPSS 17.0對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。不同程度肝纖維化組間各指標(biāo)差異的比較運用單因素方差分析(One-Way Anova)，組間兩兩比較采用最小顯著差異法(LSD)。利用受試者工作特征曲線(ROC)判定各參數(shù)對肝纖維化分期的診斷效能。各指標(biāo)與肝纖維化分期的相關(guān)性采用Spearman相關(guān)分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1造模情況及病理檢測結(jié)果實驗組60只新西蘭大白兔，死亡14只，死亡多出現(xiàn)在造模早期，原因分別為腹腔出血、腹瀉、肝損傷等。另外6只因圖像質(zhì)量較差不符合要求予以剔除。實驗組圖像符合軟件分析的共40只，對照組10只全部完成掃描并獲得滿意圖像。對照組肝臟標(biāo)本分期均為S0期，鏡下觀察HE染色見兔肝小葉結(jié)構(gòu)完整，肝細(xì)胞呈放射狀排列，匯管區(qū)結(jié)構(gòu)清晰(圖3)；Masson染色未見纖維組織沉積(圖4)。實驗組肝臟S1期11只，S2期12只，S3期9只，S4期8只。 S4期HE染色可見假小葉形成(圖5)；Masson染色可見纖維間隔增厚，假小葉形成明顯(圖6)。

圖1動脈及組織的時間密度曲線

圖2CT灌注偽彩圖

圖3S0期HE染色(HE×100)

圖4S0期 Masson染色(Masson×100)

圖5S4期HE染色(HE×100)

圖6S4期Masson染色(Masson×100)

2.2肝臟灌注參數(shù)HPI隨著肝纖維化程度的增加逐漸升高，PVP隨著肝纖維化程度的增加而減低,見表1。PVP與肝纖維化的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)(r=-0.589)，HPI與肝纖維化的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)(r=0.652)。ROC曲線顯示，PVP預(yù)測S2期及以上肝纖維化時診斷效能最佳(圖7)，HPI預(yù)測S2期及以上肝纖維化時診斷效能最佳(圖8)。隨著肝纖維化程度加重，ADCperf值依次降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，ADCperf預(yù)測S2期及以上肝纖維化時曲線下面積最大。肝臟ADCperf值與肝纖維化的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)(r=-0.720)。

表1　不同肝纖維化分期的肝灌注參數(shù)比較(±s)

注：與ADCperfS0期比較，#P<0.05； 與ADCperfS1期比較，*P<0.05。

圖7　PVP診斷S2期及以上肝纖維化

圖8　HPI診斷S2期肝纖維化

3　討論

隨著肝纖維化程度的加重，HPI呈逐漸增高的趨勢。這種趨勢是由于肝纖維化早期，肝組織主要表現(xiàn)為肝細(xì)胞水腫，炎癥反應(yīng)導(dǎo)致肝組織對動脈血供增多；PVP隨著肝纖維化程度的加重，呈下降趨勢，分析原因可能是肝細(xì)胞水腫導(dǎo)致門脈受壓進(jìn)而灌注減少；以上兩種因素共同作用導(dǎo)致HPI升高[5-6]。

本研究顯示，HPI與肝纖維化嚴(yán)重程度呈正相關(guān)(r=0.652)，提示依據(jù)HPI值可以判斷肝纖維化的嚴(yán)重程度。ROC曲線顯示HPI預(yù)測S2期及以上曲線下面積最大(0.856)，提示在肝纖維化過程中，S1與S2、S3、S4的差別較大，HPI容易發(fā)現(xiàn)這種差別。隨著肝纖維化程度的加重，PVP值逐漸下降，考慮是受微循環(huán)和肝臟細(xì)微結(jié)構(gòu)的影響，肝細(xì)胞腫脹壓迫門脈，導(dǎo)致門脈血流灌注量下降。隨著纖維化程度進(jìn)一步加重，發(fā)展到S3、S4期后，肝小葉結(jié)構(gòu)破壞并重建，特別是假小葉形成后，加劇了肝內(nèi)血管扭曲、變形，灌注阻力加大。另外一個原因就是從微觀結(jié)構(gòu)來說，門脈管壁平滑肌較薄，比動脈更容易受到擠壓[7]。由于受肝內(nèi)微循環(huán)改變和門靜脈壓力增高的影響，S2、S3、S4期的PVP改變較顯著。原因可能是S3、S4期，PVP下降是門靜脈高壓所致的，而S1、S2期是由于肝細(xì)胞水腫擠壓門靜脈系統(tǒng)導(dǎo)致的PVP下降。本研究顯示，PVP與肝纖維化嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)(r=-0.589)，提示依據(jù)PVP值可以判斷肝纖維化的嚴(yán)重程度。ROC曲線顯示PVP預(yù)測S2期及以上曲線下面積最大，提示在肝纖維化過程中，S1與S2、S3、S4的差別較大，PVP容易發(fā)現(xiàn)這種差別。當(dāng)門靜脈灌注減少時，由于肝臟的雙重血供，其能夠通過自身調(diào)節(jié)機制增加肝動脈的血供，以維持肝臟總的血供，故而HPI增大。肝纖維化不同時期的血供是以門靜脈灌注改變?yōu)橹鬟€是肝動脈灌注改變?yōu)橹餍枰诮窈筮M(jìn)一步研究。

高低b值的ADC值之間的差異可以基本除外組織中水分子擴散運動對ADC值的貢獻(xiàn)，可以大致反映組織血流灌注情況[8-11]。本研究選擇ADClow與ADChigh信號之差為ADCperf值，并且擬合出ADCperf圖。S0期ADCperf與S1、S2、S3、S4期ADCperf差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，S1期ADCperf與S2、S3、S4期ADCperf差異也有統(tǒng)計學(xué)意義，考慮肝纖維化早期，炎性水腫導(dǎo)致肝臟血管受壓使灌注減小，隨著肝纖維化的進(jìn)展，大量纖維沉積導(dǎo)致血液循環(huán)壓力增高使灌注進(jìn)一步下降。S1期與S2期比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，說明在肝纖維化早期中，肝臟病理組織結(jié)構(gòu)變化不明顯，肝纖維沉積較少，范圍局限，對水分子的擴散運動限制作用不明顯。S2、S3、S4期比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，考慮隨著肝纖維化的發(fā)展，肝臟自身調(diào)節(jié)作用會增加肝臟的灌注，同時由于ADC值測量干擾因素很多，導(dǎo)致差異不顯著。

綜上所述，HPI、PVP、ADCperf可以反映不同肝纖維化分期的灌注改變，本研究從微循環(huán)水平評價灌注改變可提高肝纖維化的臨床診斷，具有良好的應(yīng)用前景。

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(本文編輯周芳)

The value of CT perfusion and MR diffusion weighted imaging in diagnosis of liver fibrosis in rabbits

WANG Hao1， Han Bingyan1， WANG Hong1， WANG Yunling1， JIA Wenxiao2

(1DepartmentofImagingCenter,theSecondAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity,Urumqi830028,China；2XinjiangMedicalUniversity,Urumqi830011,China)

ObjectiveTo explore the value of evaluating the stage of hepatic fibrosis using dual source CT perfusion and multi-b value diffusion weighted imaging. Methods70 New Zealand white rabbits, the experimental group of 60 rabbits, liver fibrosis model was established by intraperitoneal injection of carbon tetrachloride, 10 rabbits in the control group, intraperitoneal injection of saline. Both groups of rabbits were undergone perfusion imaging with dual source CT and multi-b value diffusion weighted imaging. CT perfusion parameters, including portal venous perfusion (PVP) and hepatic perfusion index (HPI), and ADCperf value in MRI diffusion weighted imaging were measured in different stages of liver fibrosis. The relationship between the parameters and the stage of liver fibrosis were analyzed. ResultsWith the increase of the degree of liver fibrosis, HPI increased gradually, while PVP decreased with the degree of liver fibrosis. PVP negatively correlated with the severity of liver fibrosis, HPI positively correlated with the severity of liver fibrosis (r=-0.589, 0.652 respectively). The ROC curve showed that PVP or HPI was the best for predicting liver fibrosis on S2 stage and above S2 stage. With the increase of the degree of liver fibrosis, ADCperf values were decreased, and the difference was statistically significant (P<0.01). When ADCperf was used to predict the liver fibrosis on S2 and and above S2 stage, the area under the ROC curve was the largest. ADCperf value were negatively correlated with the severity of liver fibrosis (r=-0.720). ConclusionHPI, PVP and ADCperf can reflect the perfusion changes of liver fibrosis.

liver fibrosis； animal model； CT perfusion imaging; magnetic resonance imaging

新疆醫(yī)科大學(xué)科研創(chuàng)新基金(XJC201341)

王皓(1979-),碩士，主治醫(yī)師，研究方向：腹部疾病影像學(xué)診斷。

賈文霄，男，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，研究方向：磁共振功能成像，E-mail：jwx-xj@163.com。

R81； R575

A

1009-5551(2016)10-1257-04

10.3969/j.issn.1009-5551.2016.10.012

2016-07-21]