雙能量能譜CT診斷兔肝臟纖維化模型的研究

張龍龍，韋 煒，鄧克學(xué)，詹瑪琍

肝纖維化作為慢性肝病的共同晚期階段，主要由慢性肝損傷誘導(dǎo)的肝星狀細(xì)胞活化、增殖引起。慢性肝病的主要特征為肝內(nèi)血管重建，包括：肝竇的毛細(xì)血管化及肝內(nèi)分流[1]，肝臟的血流灌注情況可在一定程度上評(píng)價(jià)肝纖維化和肝硬化[2]。新生血管的形成是肝纖維化的重要病理特征。肝纖維化區(qū)域的新生血管本身未成熟，無(wú)法改善局部的組織缺氧，屬于無(wú)功能血管，新血管生成又加重肝竇毛細(xì)血管化，促進(jìn)肝纖維化發(fā)展；因此肝纖維化雖然微血管增生增多，但局部肝組織的實(shí)際血流灌注量減少[2-3]。病理學(xué)檢查為確定肝纖維化程度的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但存在著有創(chuàng)性、假陰性及不能動(dòng)態(tài)觀察和隨訪等缺陷。因此尋找非侵入性無(wú)創(chuàng)性定量診斷肝纖維化程度的方法在肝纖維化研究中備受矚目。

以瞬時(shí)雙千電子伏特 (kilo electron Volt，keV)為核心技術(shù)的雙能量能譜電子計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(dual-energy spectrum computed tomography，DESCT)成像是計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(computed tomography，CT)成像領(lǐng)域中的一項(xiàng)新技術(shù)。DESCT掃描覆蓋范圍廣，可以進(jìn)行全臟器掃描，且CT能譜成像(gemstone spectral imaging，GSI)通過(guò)特定軟件和算法將傳統(tǒng)的X線混合能量圖像分解成不同keV水平的單能量圖像(40～140 keV)，可以對(duì)器官的多種物質(zhì)(如碘、水、鈣等)進(jìn)行物質(zhì)定量分析和能譜綜合分析[4]，為評(píng)估肝纖維化的血流動(dòng)力學(xué)改變提供了新的技術(shù)手段。該研究擬制作兔肝纖維化模型，應(yīng)用GSI分析技術(shù)，測(cè)量動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描肝組織各期的密度值(通常稱亨氏單位，hounsfield unit，HU，即CT值)、碘含量及標(biāo)準(zhǔn)化碘含量(normalized iodine concentration，NIC)，研究隨纖維化程度的改變，肝組織碘攝入量的變化規(guī)律，探討能譜CT多模態(tài)成像技術(shù)在評(píng)估兔肝纖維化程度中的價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組選用6月齡雄性普通級(jí)新西蘭大白兔60只，體質(zhì)量2.0～2.5 kg。由安徽省立醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心采購(gòu)，隨機(jī)分為對(duì)照組10只和實(shí)驗(yàn)組50只；對(duì)照組分5個(gè)小組，每組2只；實(shí)驗(yàn)組分為飼養(yǎng)4、6、8、10、12周組，每組10只；所有動(dòng)物均飼養(yǎng)在層疊式不銹鋼絲籠中，采用安徽省立醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供的基礎(chǔ)顆粒飼料喂養(yǎng)，自由飲用自來(lái)水，兔房通風(fēng)良好噪聲較小，保持清潔，空氣濕度50%～70%，溫度20～29 ℃。

1.2 肝纖維化模型建立采取四氯化碳(carbon tetrachloride,CCl4)與橄欖油50%濃度混合液0.5 ml/kg每周兩次皮下注射方式，連續(xù)注射時(shí)長(zhǎng)分別為4、6、8、10及12 周，若動(dòng)物出現(xiàn)拒食、活動(dòng)減少等現(xiàn)象，酌情減少用量或停注1～2次。

1.3 影像學(xué)檢查及數(shù)據(jù)測(cè)量分別于4、6、8、10及12周隨機(jī)抽取實(shí)驗(yàn)組10只及對(duì)照組2只行DESCT檢查。采用GE Discovery CT750 HD寶石CT機(jī)(美國(guó)GE公司)進(jìn)行檢查前動(dòng)物禁食12 h，禁水6 h，耳緣靜脈推注1%戊巴比妥4 ml/kg麻醉。麻醉后將其仰臥位固定于自制動(dòng)物固定架上，行CT平掃及增強(qiáng)掃描：采用GSI模式掃描。掃描參數(shù)：視野250 mm×250 mm，探測(cè)器覆蓋范圍20 mm，螺旋掃描速度0.8 s/周，螺距 1.375 ∶1，準(zhǔn)直寬度0.625 mm×64；電壓為高低能量分別為140千伏峰值 (kilo volt peak, kVp)和80 kVp，0.5 ms瞬時(shí)切換，管電流約為550 mA。經(jīng)耳緣靜脈快速推注碘海醇(300 mg/L)，總量2.0 ml/kg，注射速率1 ml/s(注射時(shí)間約4 s)，分別于對(duì)比劑注入后10 s(動(dòng)脈期，arterial phase,AP)、20 s(靜脈期，venous phase,VP)及1 min(延遲期，lag phase,LP)行DESCT掃描，掃描野包括全腹部。

平掃及增強(qiáng)掃描獲得的各期單能圖像均傳至Advanced Workstation(ADW4.5，通用電氣公司， General Electric Company ，GE Health)工作站進(jìn)行后期處理。在最佳KeV圖像上，記錄肝臟實(shí)質(zhì)感興趣區(qū)(region of interest, ROI)內(nèi)的各能譜參數(shù)，測(cè)得碘-水含量，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化碘含量(組織內(nèi)碘含量/同層面主動(dòng)脈內(nèi)碘含量)。其中ROI的放置：選取肝門層面，將ROI(面積8～10 mm2)分別放置于肝右前葉、右后葉及左葉，避開(kāi)血管及肝臟邊緣，各測(cè)量值取該3處的均值，并應(yīng)用GE全肝體積快速測(cè)量軟件測(cè)量兔肝臟體積。

1.4 組織染色及病理分級(jí)CT檢查后4 h內(nèi)用過(guò)度麻醉處死模型組大白兔。取出肝臟用10%的中性福爾馬林固定。觀察肝臟外觀變化情況，行 HE Masson 及免疫組化( -sma 及 Col-) 染色， 鏡下觀察肝組織變化情況。按 2000 年 9 月西安第十次全國(guó)病毒性肝炎及肝病學(xué)術(shù)會(huì)議修訂的肝穿活檢病理判斷標(biāo)準(zhǔn)[5]，將纖維化從無(wú)到重分為 S0組(正常對(duì)照組)、S1～S3組(肝纖維化組)、S4組(肝硬化組)，評(píng)價(jià)其纖維化程度。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析(ANOVA)計(jì)算S0～S4期各組能譜參數(shù)值及肝臟體積差異有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 大體表現(xiàn)正常兔的肝臟色澤均勻暗紅，表面光滑。CCl4給藥8周后可見(jiàn)兔肝臟充血、腫脹，包膜緊張，表面不光滑，見(jiàn)圖1A；給藥12周后兔肝臟顏色加深，體積縮小，觸及表面有顯著顆粒感，見(jiàn)圖1B。

圖1 CCl4給藥后肝臟大體形態(tài)A：給藥8周后；B：給藥12周后

2.2 鏡下表現(xiàn)正常對(duì)照組肝細(xì)胞呈放射狀排列，細(xì)胞分界清晰，匯管區(qū)結(jié)構(gòu)清晰；胞質(zhì)染色均勻，未見(jiàn)脂肪變性。實(shí)驗(yàn)組隨給藥時(shí)間延長(zhǎng)，肝內(nèi)膠原纖維和網(wǎng)狀纖維數(shù)量增多、范圍擴(kuò)大，小葉間隔紊亂，肝細(xì)胞變性、壞死及炎細(xì)胞浸潤(rùn)加重。見(jiàn)圖2A、2B。

圖2 正常肝小葉與給藥后肝小葉結(jié)構(gòu)對(duì)比 HE×100A：S0期；B：肝纖維化S3期

2.3 DESCT增強(qiáng)掃描圖像分析結(jié)果對(duì)肝纖維化模型大白兔進(jìn)行能譜CT掃描，對(duì)其CT值、碘值及NIC進(jìn)行測(cè)定，見(jiàn)圖3A、3B、3C，并在三維圖像上測(cè)定肝臟體積，隨著肝纖維化程度的加重，AP及VP碘值、CT值及NIC下降，碘值及NIC組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，各期CT值組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。S1～S2期肝臟體積較對(duì)照組腫大，S3～S4期隨肝纖維化程度加重，肝臟體積縮小，見(jiàn)圖4A、4B，且組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見(jiàn)表1。

2.4 病理結(jié)果根據(jù)病理檢查，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)照組10只均為S0期。實(shí)驗(yàn)組分別為：4周組9只為S1期，1只死于麻醉意外；6周組3只S1期，7只S2期；8周組3只S2期， 6只S3期，1只死于肝功能衰竭；10周組：5只S3期，2只S4期，3只死于肝功能衰竭；12周組：6只S4期，4只死于肝功能衰竭；除9只實(shí)驗(yàn)兔死亡外，其余S1期12只，S2期10只，S3期11只，S4期8只。

圖3 兔肝纖維化模型CT值、碘值及NIC進(jìn)行測(cè)定A：?jiǎn)文芰?70 keV)圖；B：碘基圖，測(cè)得相應(yīng)區(qū)域碘值、NIC；C：各區(qū)域能譜曲線

表1 AP及VP兔肝臟(S0～S4)能譜參數(shù)、體積測(cè)量值及組間差異

與對(duì)照組比較：*P<0. 05，**P<0. 01

圖4 CT三維重建圖像上測(cè)得的肝臟體積A：S2期肝臟體積；B：S3期肝臟體積

3 討論

肝纖維化是肝細(xì)胞受到炎癥刺激或發(fā)生壞死時(shí)，肝內(nèi)結(jié)締組織異常增生的病理過(guò)程[6]。各種病因引起的慢性肝病絕大多數(shù)都有肝纖維化，如不及時(shí)診治，其中有25%～ 40%可以發(fā)展為肝硬化甚至肝癌[7]。肝纖維化甚至早期肝硬化是可逆的，早期及時(shí)診斷并對(duì)肝纖維化進(jìn)程予以干預(yù)可以扭轉(zhuǎn)甚至治愈肝纖維化[8]，因此尋找一種既方便安全，又能夠高效評(píng)估肝纖維化程度，還可以動(dòng)態(tài)觀察疾病進(jìn)展的檢查方法顯得尤為必要。由于肝纖維化、肝硬化發(fā)生發(fā)展過(guò)程與肝竇毛細(xì)血管化及血供改變密切相關(guān)，因此可以通過(guò)評(píng)價(jià)肝臟的血流改變情況來(lái)評(píng)價(jià)其纖維化程度[2]。

DESCT的多模態(tài)成像技術(shù)不僅能夠提供常規(guī)CT所具有的解剖形態(tài)圖，而且其物質(zhì)定量技術(shù)可用于客觀評(píng)價(jià)人體組織的血供狀況，大大提高了疾病診斷的敏感性及可靠性[9]。另外，單能量模式重建圖像顯著優(yōu)于常規(guī)混合能量模式重建圖像，在圖像的后期處理中能夠提供更多信息，可在臨床中常規(guī)運(yùn)用[10]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)制作的兔肝纖維化模型，應(yīng)用GSI成像技術(shù)及物質(zhì)定量分析技術(shù)，測(cè)得肝組織經(jīng)DESCT動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描各期的CT值、碘含量及標(biāo)準(zhǔn)化碘含量，結(jié)果顯示S0～S4期肝臟有如下變化：在動(dòng)脈期時(shí)，肝臟出現(xiàn)強(qiáng)化，CT值、碘值及NIC均上升；靜脈期，肝臟強(qiáng)化程度仍然有上升；但隨著肝纖維化程度的加重，AP及VP，CT值、碘值及NIC上升程度逐漸減弱；且各組間碘值及NIC差異存在顯著性，而CT值無(wú)顯著性差異。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映肝臟的血流量隨肝纖維化程度加重呈下降趨勢(shì)；DESCT物質(zhì)定量技術(shù)對(duì)碘物質(zhì)的測(cè)定比CT值能更精確地反映血流狀況的改變。

蘇李娜 等[11]研究表明，在肝纖維化、肝硬化過(guò)程中，從正常肝臟(S0)到輕度肝纖維化(S1～S2)肝體積逐漸增大；從重度肝纖維化(S3～S4)到晚期肝硬化肝體積減小。本組實(shí)驗(yàn)通過(guò)美國(guó)通用電氣公司的全肝體積快速測(cè)量軟件測(cè)量兔肝臟體積結(jié)果顯示：S1～S2組，肝臟體積增大，S3～S4組，肝臟體積縮小，表面不光整，肝裂增寬；本組測(cè)量結(jié)果與大體標(biāo)本所見(jiàn)一致，并與前述研究發(fā)現(xiàn)一致。

本實(shí)驗(yàn)存在一定局限性：實(shí)驗(yàn)對(duì)象為新西蘭大白兔，應(yīng)用于臨床患者時(shí)，尚不能確定是否有相似的結(jié)果；且樣本量較少，還需加大樣本量觀察，以期為臨床應(yīng)用提供可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

總之，DESCT成像快速、便捷，具有強(qiáng)大的圖像后處理功能，尤其是物質(zhì)定量技術(shù)對(duì)碘值及NIC的測(cè)定，為評(píng)價(jià)兔肝纖維化模型的血流狀況變化提供了直觀精確的手段，可以對(duì)肝纖維化程度進(jìn)行較好的評(píng)估；并可以直接顯示肝臟形態(tài)的改變；DESCT多模態(tài)成像技術(shù)可以為肝纖維化的分期提供影像支持。