三維全肝MRI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描定量分析在肝臟腫瘤診斷中的應(yīng)用

徐運(yùn)軍，程慧敏，翟羽佳，陸　楊

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·影像醫(yī)學(xué)·

三維全肝MRI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描定量分析在肝臟腫瘤診斷中的應(yīng)用

徐運(yùn)軍1，程慧敏1，翟羽佳1，陸楊2

目的：研究肝細(xì)胞肝癌(HCC)、肝轉(zhuǎn)移瘤(HM)和肝血管瘤(HH)患者的肝動(dòng)脈灌注指數(shù)(HPI)以及血管滲透性參數(shù)，探討三維全肝MRI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描定量分析在鑒別診斷肝臟腫瘤中的價(jià)值。方法：選取58例受檢者(HCC組30例，HM組16例，HH組12例) ，采用三維容積內(nèi)插體部檢查(VIBE)序列進(jìn)行全肝磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描(DCE-MRI)，并用Omni-Kinetics軟件分析圖像，結(jié)合肝臟雙輸入血流動(dòng)力學(xué)模型獲得肝臟灌注和血管滲透性參數(shù)HPI、容積轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)(Ktrans)、回流速率常數(shù)(kep)、血管外細(xì)胞外間隙體積比(ve)值和血漿空間容積率(vp)。結(jié)果：3組HPI值、Ktrans和kep值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05～P<0.01)； HPI值HCC組>HH組>HM組(P<0.05)；Ktrans值HCC組>HH組>HM組(P<0.05～P<0.01)；kep值HCC組>HH組和HM組(P<0.01)，但HH組和HM組的kep值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；3組ve和vp值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論：三維全肝DCE-MRI掃描可獲得定量血流灌注及血管滲透性參數(shù)，有助于肝臟腫瘤的鑒別診斷。

肝腫瘤；磁共振成像；肝臟；動(dòng)態(tài)增強(qiáng)

磁共振成像由于其無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)輻射、多參數(shù)成像及軟組織分辨率高的特點(diǎn)，已成為臨床最重要的輔助檢查手段之一。本研究采用磁共振T1加權(quán)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)，結(jié)合肝臟雙輸入血流動(dòng)力學(xué)模型獲得血流灌注和血管滲透性指標(biāo)，探討定量分析肝臟灌注及血管滲透性指標(biāo)對(duì)鑒別診斷肝細(xì)胞肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)、肝轉(zhuǎn)移瘤(hepatic metastases，HM)、肝臟血管瘤(hepatic haemangiomas，HH)的價(jià)值。

1　資料與方法

1.1研究對(duì)象選擇2009年7月至2014年10月在我院行肝臟MRI檢查的患者58例，年齡(52.4±13.2)歲，其中HCC組30例，男27例，女3例，年齡34～80歲；HM組16例，男8例，女8例，年齡33～74歲；HH組12例，男8例，女4例，年齡20～62歲。均經(jīng)手術(shù)或穿刺病理證實(shí)，或經(jīng)隨訪(fǎng)CT或MRI證實(shí)，HM組經(jīng)隨訪(fǎng)CT或MRI與前片比較腫瘤直徑增大或縮小20 %以上，隨訪(fǎng)間隔時(shí)間2個(gè)月以上[1]。術(shù)前檢查但未行化療、放療及其他任何輔助抗腫瘤治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)體內(nèi)有金屬物植入，不能磁共振成像者；(2)伴有其他呼吸系統(tǒng)疾病，無(wú)法配合磁共振檢查者；(3)同時(shí)伴有其他惡性腫瘤患者。

1.2MRI掃描方法及參數(shù)采用德國(guó)SIEMENS MAGNETOM Trio Tim 3.0T 超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)，8通道腹部線(xiàn)圈與脊柱線(xiàn)圈，檢查之前禁食6 h，臨掃描前對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，掃描過(guò)程中屏氣或呼氣要聽(tīng)從醫(yī)生的口頭指令，平靜呼吸時(shí)要求呼吸幅度與頻率保持均勻。掃描序列有橫斷位T1WI正反相位(TR/TE:175/1.23,2.46 ms)、T2WI常規(guī)及脂肪抑制(TR/TE:5 000/81 ms)、彌散加權(quán)成像(DWI)(TR/TE:4 700/70 ms；b值分別為50、 400、800 s/mm2)序列；DCE-MRI采用橫斷位掃描，為了計(jì)算組織T1值，采用三維容積內(nèi)插屏氣掃描(volumetric interpolated body examination，VIBE)梯度回波序列先期掃描3次，每次采用不同的翻轉(zhuǎn)角(flip angle,FA)(5°、9°、15°)；然后使用Optistar LE防磁高壓注射器(美國(guó)，Mallinckrodt)從肘靜脈團(tuán)注釓雙胺對(duì)比劑(上海通用電氣藥業(yè)有限公司，國(guó)藥準(zhǔn)字J20140163，規(guī)格為287 mg/mL×15 mL)，注射劑量為0.1 mmol/kg，注射速率為3.5 mL/s，并以0.9%氯化鈉注射液20 mL沖洗注射器連接管；在注射對(duì)比劑之前進(jìn)行一次掃描，采集2個(gè)時(shí)相作為基線(xiàn)；注射對(duì)比劑同時(shí)，進(jìn)行屏氣掃描并記時(shí)；VIBE序列灌注掃描具體參數(shù)為： TR/TE 3.05/1.07 ms，F(xiàn)A 9°，視野284 mm×379 mm，矩陣115×192；掃描區(qū)域以覆蓋整個(gè)肝臟為標(biāo)準(zhǔn)，厚度為200～280 mm，其內(nèi)插層厚為5 mm；全肝掃描一次時(shí)間為5～8 s，共掃描25次，每掃描3次換氣1次，換氣時(shí)間為5 s。

1.3MRI圖像后處理及圖像分析采用GE醫(yī)療生命科學(xué)部開(kāi)發(fā)的DCE-MRI灌注分析軟件Omni-Kinetics分析DCE-MRI掃描得到的圖像。為避免因?yàn)楹粑斐傻倪\(yùn)動(dòng)偽影，在后處理前先將DCE-MRI掃描得到的圖像進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)校正，以提高后處理的準(zhǔn)確性和可靠性。經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)非剛性校準(zhǔn)及增強(qiáng)前的組織T1 mapping的計(jì)算后，得到不同組織的T1值，并據(jù)此將圖像的時(shí)間-亮度曲線(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間-對(duì)比劑濃度曲線(xiàn)。分別選取腹腔干水平的腹主動(dòng)脈和門(mén)靜脈主干為測(cè)量區(qū)域，感興趣區(qū)(ROI)不超出血管的范圍。肝臟擁有雙重血供，所以使用雙輸入血流動(dòng)力學(xué)模型Extend Tofts Model[2]，以更準(zhǔn)確地反映其血流狀態(tài)，公式為：C(t) =vpCa(t) +Ktranse-kep* Ca(t)。其中，Ca(t)、C(t)分別代表供血?jiǎng)用}和感興趣區(qū)組織里的造影劑濃度-時(shí)間曲線(xiàn)；*為卷積，vp為血漿空間容積率，反映血管內(nèi)容積大??；Ktrans是容積轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)，表示血液滲漏到血管外細(xì)胞外液間隙(EES)的速率，與組織的血流灌注總量、血管的表面積以及血管的滲透性有關(guān)；kep是回流速率常數(shù)，表示血液從EES滲回血管的速率，可反映組織間對(duì)比劑重新回到血管內(nèi)的速度。由此可得出血管外細(xì)胞外間隙容積比(ve)，公式為ve=Ktrans/kep，表示血管外細(xì)胞外間隙內(nèi)對(duì)比劑濃度占整個(gè)體素內(nèi)對(duì)比劑量的百分比，可反映局部組織細(xì)胞密度及滲透壓的大小[3]。選取腫瘤為ROI，由2名有20年以上工作經(jīng)驗(yàn)的資深腹部影像診斷專(zhuān)家手動(dòng)設(shè)置，ROI參考常規(guī)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)、T2WI及DWI圖像，根據(jù)病灶與正常肝組織之間信號(hào)強(qiáng)度的差異來(lái)確定，在病灶最大層面沿病灶邊緣勾畫(huà)，要求避開(kāi)病灶的囊變壞死區(qū)及可見(jiàn)的血管影，可在病變上選擇多個(gè)ROI，然后取其平均值，最終得到病灶的肝動(dòng)脈灌注指數(shù)(HPI)、Ktrans、kep、ve和vp。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用單因素方差分析和q檢驗(yàn)。

2　結(jié)果

3組血管滲透性及血流灌注參數(shù)比較顯示： 3組HPI值、Ktrans和kep值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05～P<0.01)； HPI值HCC組>HH組> HM組(P<0.05)；Ktrans值HCC組>HH組>HM組(P<0.05～P<0.01)；kep值HCC組> HH組和HM組(P<0.01)，但HH組和HM組的kep值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；3組ve和vp值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(見(jiàn)表1)。

表1　3組腫瘤的血管滲透性及血流灌注參數(shù)值±s)

q檢驗(yàn)：與HCC組比較*P< 0.05，**P< 0.01；與HM組比較ΔP<0.05，ΔΔP<0.01

以主動(dòng)脈、病灶和病灶旁鄰近肝實(shí)質(zhì)(Non-tumor Adjacent Hepatic Parenchyma,NAHP)為ROI做動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線(xiàn)圖，并生成血流灌注及血管滲透性參數(shù)圖，圖中顏色越紅的區(qū)域其血流灌注強(qiáng)度和血管滲透性越高(見(jiàn)圖1～3)。

3　討論

HH是肝臟常見(jiàn)良性腫瘤，其預(yù)后良好，而HCC和HM則是肝臟惡性腫瘤，易復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，預(yù)后不佳，準(zhǔn)確鑒別病變的良惡性對(duì)于治療方案的制定很重要。然而，在腫瘤具有不典型影像表現(xiàn)時(shí)，僅靠常規(guī)的三期動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描來(lái)鑒別仍有困難。有研究[4]表明，腫瘤血管生成是腫瘤發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移的一個(gè)重要因素，并和腫瘤的生物活性及預(yù)后密切相關(guān)。腫瘤新生血管和血管滲透性是評(píng)估腫瘤生物學(xué)行為的一個(gè)新的標(biāo)志。因此，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)腫瘤的微循環(huán)功能狀態(tài)[5-7]，指導(dǎo)臨床選擇治療方案，評(píng)估療效。目前評(píng)價(jià)肝臟病變血管滲透性的商業(yè)化軟件多采用的是單輸入的Tofts模型，而肝臟是一個(gè)雙血供的器官，故存在較大誤差。目前，CT和MRI肝臟掃描是檢查肝臟病變的主要手段。CT時(shí)間分辨率和密度分辨率都較高，可以進(jìn)行灌注成像，但是其輻射劑量太大，不適用于腫瘤療效的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，CT的軟組織分辨率也不如MRI，所以MRI灌注掃描逐漸成為熱點(diǎn)。肝臟在病變?cè)缙诨蛟谥委熯^(guò)程中腫瘤細(xì)胞雖然發(fā)生異常增殖或壞死，但腫瘤的形態(tài)和體積卻未必立即發(fā)生改變，而肝臟和腫瘤的血流灌注情況則發(fā)生了變化，因而我們可以通過(guò)高壓團(tuán)注造影劑檢測(cè)肝臟和腫瘤的血流灌注指標(biāo)，來(lái)早期發(fā)現(xiàn)腫瘤或更加客觀(guān)地評(píng)價(jià)療效[8]。

同時(shí)，部分患者放化療結(jié)束后，初次的MRI檢查所出現(xiàn)的病灶擴(kuò)大和強(qiáng)化病灶等表現(xiàn)可能是放療后腫瘤血管通透性一過(guò)性增高所致，可能為假性進(jìn)展，常規(guī)MRI和CT增強(qiáng)掃描難以區(qū)分，而動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描的藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)能夠反映微循環(huán)結(jié)構(gòu)和組織功能，可加以區(qū)分，因而對(duì)進(jìn)一步治療具有重要的指導(dǎo)意義[9]。

本研究顯示，HCC組的HPI值、Ktrans值和kep值最高，表明HCC的血流灌注量和血管通透性大；而HM組的值最低，可能與其液化壞死有關(guān)。HH組與HM組的kep值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，表明HH和HM組織間的造影劑從血管外細(xì)胞外間隙返回到血管內(nèi)的速率相類(lèi)似。本組研究結(jié)果顯示部分病灶造影劑最大濃度雖然較高，但是其滲透性參數(shù)卻較低，提示病灶的造影劑最大濃度與其血管滲透性情況并不平行；同時(shí)，本組資料的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線(xiàn)顯示，HCC組的病灶動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線(xiàn)表現(xiàn)為典型Wash-out型的并不多見(jiàn)，因而采用傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線(xiàn)類(lèi)型來(lái)鑒別診斷可能會(huì)漏診。這種曲線(xiàn)的出現(xiàn)可能與腫瘤壞死導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的構(gòu)成發(fā)生變化以及腫瘤細(xì)胞分化程度有關(guān)[10]。從病灶的血管滲透性及血流灌注參數(shù)圖可以看出，腫瘤內(nèi)部的血流灌注水平是不均勻的，實(shí)性部分血管滲透性及血流灌注參數(shù)較高，這是由于實(shí)性部分的血管較為豐富，且血管分化不成熟，血管內(nèi)皮細(xì)胞基膜發(fā)育不完整，存在較大的裂隙，因而滲透性及灌注量較大。臨床穿刺活檢時(shí)可以選取病灶中滲透性及灌注量較大的區(qū)域，得到的病理結(jié)果也更準(zhǔn)確。臨床還可以通過(guò)DCE-MRI掃描監(jiān)測(cè)病變的Ktrans值，觀(guān)察肝臟腫瘤對(duì)于放、化療的早期反應(yīng)，從而指導(dǎo)臨床及時(shí)調(diào)整治療方案[11-13]。比如針對(duì)高滲透性、高灌注的腫瘤，臨床可以使用抗血管生成藥物；而低滲透性和低灌注的腫瘤則可以使用抗基質(zhì)的藥物。同時(shí)，將治療前后的血管滲透性及血流灌注參數(shù)進(jìn)行比較，也可用于腫瘤患者的預(yù)后評(píng)價(jià)和隨訪(fǎng)復(fù)查。

本研究采用釓雙胺增強(qiáng)的VIBE梯度回波序列對(duì)全肝進(jìn)行掃描，克服了以往只對(duì)肝臟局部進(jìn)行掃描或只對(duì)整體進(jìn)行平均測(cè)量的缺點(diǎn)，既可以獲得全肝的血流灌注參數(shù)，對(duì)肝臟及其病變進(jìn)行活體客觀(guān)量化分析，也可以觀(guān)察病灶的形態(tài)和位置信息。同時(shí)，本研究采用雙輸入血流動(dòng)力學(xué)模型方程來(lái)計(jì)算血流灌注和血管滲透性參數(shù)，數(shù)據(jù)也更準(zhǔn)確，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。但由于DCE-MRI掃描要求的時(shí)間分辨率較高，所以不可避免地要降低圖像的分辨率，可能會(huì)導(dǎo)致小病灶的漏診，仍需通過(guò)硬件和掃描序列的改進(jìn)來(lái)克服。本組資料的時(shí)間分辨率仍有待進(jìn)一步提高，部分資料的圖像配準(zhǔn)效果不夠理想，導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差較大。本組資料的樣本量相對(duì)較少，病種也較少，且部分病例缺乏病理結(jié)果，仍需繼續(xù)收集病例。同時(shí)，DCE-MRI掃描仍無(wú)法精確測(cè)量腫瘤血管滲透性，各項(xiàng)指標(biāo)也難以標(biāo)準(zhǔn)化，從而缺乏橫向的可比性。

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(本文編輯姚仁斌)

The application of the quantitative analysis of three-dimensional whole-liver DCE-MRI in the diagnosis of hepatic tumors

XU Yun-jun1,CHENG Hui-min1,ZHAI Yu-jia1,LU Yang2

(1.DeptartmentofRadiology,AnhuiProvincialHospital,HefeiAnhui230001;2.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HefeiUniversityofTechnology,HefeiAnhui230009,China)

Objective:To investigate the hepatic perfusion index(HPI) and vascular permeability parameters in patients with different hepatic tumors,which included hepatocellular carcinoma(HCC),hepatic metastasis(HM) and hepatic haemangiomas(HH),and discuss the clinical diagnosis value of DCE-MRI.Methods:Fifty-eight patients with hepatic tumors(30 cases of HCC,16 cases of HM and 12 cases HH) were detected by the 3D whole-liver dynamic contrast enhance MRI(DCE-MRI) using volumetric interpolated body examination(VIBE) sequence.The perfusion and vascular permeability parameters(including HPI,Ktrans,kep,veandvp) were measured by the Omni-Kinetics software combined with liver model of dual input hemodynamics.Results:There was statistical difference in the values of HPI,Ktransandkepbetween three groups(P<0.05 toP<0.01).The HPI value in HCC group was significantly higher than that in HH group,and the HPI value was the lowest in HM group(P<0.05).TheKtransvalue in HH group was significantly lower than that in HCC group,and the value was the lowest in HM group(P<0.05 toP<0.01).Thekepvalue in HCC group was higher than that in HH and HM groups(P<0.01),but there was no statistical difference between HH and HM groups(P>0.05).The differences of thevpandvevalues between three groups were not statistically significant(P>0.05).Conclusions:Three-dimensional whole-liver DCE-MRI with the bolus injection of gadodiamide can be used to quantify the perfusion and permeability parameters of hepatic tumors,which is benefit to the differentiation diagnosis of hepatic tumors.

hepatic tumor;magnetic resonance imaging;liver;dynamic contrast enhancement

2016-06-16

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(21501039)；安徽省衛(wèi)生廳臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目(2008B039)

單位] 1.安徽省立醫(yī)院 影像科，安徽 合肥 230001；2.合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 合肥 230009

[作者簡(jiǎn)介] 徐運(yùn)軍(1970-)，男，博士，副主任醫(yī)師.

1000-2200(2016)09-1230-05

R 735.7

ADOI:10.13898/j.cnki.issn.1000-2200.2016.09.036