釓塞酸二鈉動態(tài)增強磁共振定量評估兔肝纖維化的研究

張麗萍， 吳秀麗， 黃寶生， 吳惠寧

(河西學(xué)院附屬張掖人民醫(yī)院影像中心， 甘肅 張掖 734000)

肝纖維化(Liver fibrosis, LF)是由于各種慢性肝病導(dǎo)致的的以細(xì)胞外基質(zhì)如膠原、黏多糖等過度沉積為病理特征的重復(fù)性、慢性肝損傷，容易進展為肝硬化，是引起肝細(xì)胞癌及消化道疾病的高危因素[1, 2]。早期LF可通過消除病因或特異性抗纖維化治療逆轉(zhuǎn)，而晚期LF不可逆[3]，因此精準(zhǔn)診斷LF對指導(dǎo)臨床治療、減輕患者疾病負(fù)擔(dān)、提高預(yù)后具有重要的臨床價值。肝臟穿刺活檢雖然是LF分期的金標(biāo)準(zhǔn)[4]，但25-40%疼痛發(fā)生率、0.3-0.6%出血甚至死亡率限制了穿刺活檢的臨床應(yīng)用。動態(tài)增強磁共振(Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE MRI)能通過注射磁共振造影劑定量評估肝組織的微循環(huán)灌注狀態(tài)，如血流灌注、細(xì)胞膜彌散、組織體積分?jǐn)?shù)等信息[5]。釓塞酸二鈉(Gadolinium ethoxybenzyl diethylenetriamine pentaacetic acid, Gd-EOB-DTPA)是一種肝細(xì)胞特異性對比劑，能被肝細(xì)胞膜有機陰離子轉(zhuǎn)運多肽特異性攝取、排泄，不僅能反映肝組織血流微循環(huán)灌注信息，還能通過肝細(xì)胞攝取情況反映肝功能損傷[6]。因此，本研究擬從微循環(huán)灌注及肝損傷方面探討Gd-EOB-DTPA DCE MRI 定量評估LF分期的價值，為LF無創(chuàng)診斷及治療提供影像學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1動物模型:本研究經(jīng)河西學(xué)院附屬張掖人民醫(yī)院醫(yī)院倫理委員會審核批準(zhǔn)(編號：2019-0125)。前瞻新納入80只新西蘭雌性大白兔，6月齡，體重2.0-2.6Kg，并隨機分為LF組(n=60)和正常對照組(n=20)。參考張豪等學(xué)者[7]的研究方法，LF組通過頸背部皮下注射50%CC14油溶液(100%CC14與橄欖油1:1混合)，每周注射1～2次，第1～3周劑量0.1mL/kg，第4～6周劑量0.2mL/kg，第7～10周劑量0～3mL/kg；對照組注射同劑量、等頻率的生理鹽水注射。

1.2MR掃描方案:MR掃描采用Siemens Spectra 3.0T磁共振成像掃描儀(Magnetom, Spectra)，掃描前兔禁食12 h，肌注水合氯醛0.1mL/kg，10 min后經(jīng)兔耳緣靜脈置入24G留置針后注射3%戊巴比妥鈉0.1mL/kg，仰臥位下用腹帶固定腹部抑制呼吸。以第一次注射CC14溶液為首次計算日期，第4、5、6、15周末隨機選取LF組15只及對照組5只兔行軸位肝臟DCE MRI掃描：①軸位T1加權(quán)快速自旋回波序列(turbo-spin-echo T1WI)：重復(fù)時間(TR)/回波時間(TE)= 180/3 ms，翻轉(zhuǎn)角(FA)=15度，掃描野(FOV)=160 mm×140 mm，矩陣=256×168，層厚(ST)=4mm，層間距(SP)=0.4mm。②DCE-MRI： TR/TE=120/15 ms，F(xiàn)A =15度，F(xiàn)OV=160 mm×140 mm，矩陣=256×168，ST=4mm，SP=0.4mm，3s/期，共連續(xù)掃描60期，在第3期末經(jīng)留置針注入0.1mL Gd-EOB-DTPA(普美顯，Bayer-Schering，德國)造影劑。③注射造影劑20min后，進行肝特異期成像掃描。

1.3MR圖像分析:由兩位腹部影像研究方向的醫(yī)師在雙盲前提下對獲取的DCE圖像分別進行獨立分析，如遇分歧則通過討論解決。首先對圖像進行三維非剛性運動校正，然后在Siemens Syngo工作站選擇 Tissue 4D 軟件，采用雙輸入雙室動力學(xué)模型，分別于腹主動脈和門靜脈主干區(qū)域勾畫感興趣區(qū)，獲得對比劑時間-濃度曲線及各參數(shù)的功能彩圖；分別在肝左、中、右葉勾畫感興趣區(qū)(Region of interest, ROI)，ROI面積為15～20mm2，獲取的平均值作為最后定量參數(shù)值：容量轉(zhuǎn)運常數(shù)(Ktrans, transfer constant from plasma to extravascular extracellular space [EES])，轉(zhuǎn)運常數(shù) (Kep，backflux rate from plasma to EES)，血管外細(xì)胞體積分?jǐn)?shù)(Ve，EES volume fraction)和血漿體積分?jǐn)?shù)(Vp，plasma volume fraction)。其計算公式為：Ve = Ktrans/Kep。

其中，Ct(t)代表肝組織內(nèi)對比劑濃度，Ca(t)為動脈對比劑濃度。

分別測量增強前T1WI肝臟信號強度(PreSI)、特異期肝臟信號強度(PostSI)，通過公式Re = (PostSI-PreSI)/PreSI得出最后Re值，ROI勾畫方法同DCE。

1.4病理診斷:以肝臟病理學(xué)診斷作為造模結(jié)果及肝纖維化病理分期的金標(biāo)準(zhǔn)。MR掃描后即采用空氣栓塞法處死實驗兔，取兔肝臟經(jīng)10%福爾馬林溶液浸泡后，甲醛固定后制石蠟切片，行Masson染色后由兩名富有經(jīng)驗的病理醫(yī)師于顯微鏡下進行Metavir分期：F0：無LF；F1：門靜脈匯管區(qū)擴大，局限竇周、小葉內(nèi)纖維化；F2：匯管區(qū)周圍纖維化或少量間隔形成，小葉結(jié)構(gòu)保留；F3：大量纖維間隔伴小葉結(jié)構(gòu)紊亂，無肝硬化；F4：肝硬化。

2 結(jié) 果

2.1兔LF模型及病理學(xué)結(jié)果:在初步納入的80只兔中，8只LF兔死于CC14不耐受，3只LF和2只正常對照組兔麻醉時意外死亡而排除，3只(2只LF，1只正常對照)兔因呼吸運動偽影造成的DCE MRI圖像質(zhì)量較差而未納入。最終46只LF、16只正常對照兔完成DCE MRI掃描及病理學(xué)檢查。如表1所示，在46只LF兔中，F(xiàn)1、F2、F3、F4期各有14、12、10、11只。LF病理特征及DCE MRI圖如圖1所示。

表1 不同LF分期DCE-MRI參數(shù)值

2.2DCE MRI定量參數(shù)與LF進展相關(guān)性:如圖2和表1所示，隨著LF進展，Ktrans呈明顯增加趨勢(r=0.913， P<0.001)，Kep(r=-0.757)和 Re(r=-0.804)呈下降趨勢(P<0.001)，而Ve和Vp與LF進展無明顯相關(guān)性(P>0.05)，且Kolmogorov-Smirnov檢驗結(jié)果提示各DCE MRI參數(shù)值均符合正態(tài)分布。

2.3不同LF分期DCE MRI參數(shù)值比較:正常對照組和LF組 (F1-F4)Ktrans、Kep、Re值差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，而Ve和Vp值無明顯統(tǒng)計學(xué)差異。除F2 vs. F3期外(圖2A)，其余各期LF兩兩比較Ktrans差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；F0 vs. F1 和 F1 vs. F2期Kep值無差異(圖2B)，但Kep值在其余各期LF兩兩比較均有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。F1 vs. F2 和F2 vs. F3比較(圖2C)，Re值無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)，其余各期兩兩比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義；對于Ve值，僅F1 vs. F4期有差異(P<0.05)，其余各期Ve值無統(tǒng)計學(xué)差異；Vp值在LF各期兩兩比較均無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。

表2 DCE-MRI參數(shù)值鑒別診斷LF分期的ROC曲線

圖1 LF 2期兔肝臟Ktrans (2A)，Kep (2B)，Ve (2C)，Vp (2D)，Re (2E)及病理(2F)圖

圖2 Ktrans、Kep、Re值隨LF進展的箱式圖

2.4ROC診斷效能評價:Ktrans鑒別診斷≥F1、≥F2、≥F3、≥F4的AUC分別為0.96、0.96、0.96、0.99，高于Re(AUC=0.93，0.90，0.89，0.93)和Kep(AUC=0.83，0.86，0.91，0.98)，Ve(AUC=0.56，0.64，0.65，0.68)和Vp(AUC=0.60，0.58，0.63，0.67)診斷價值較低，如圖3、表2所示。

圖3 DCE MRI參數(shù)值鑒別診斷LF分期的ROC曲線

3 討 論

目前大部分DCE MRI評估LF的研究以細(xì)胞外造影劑如釓噴酸葡胺為主，無法評價肝臟損傷與LF進展的相關(guān)性；然而，Gd-EOB-DTPA能被肝細(xì)胞特異性攝取，其藥代動力學(xué)模型與常規(guī)細(xì)胞外造影劑不一致。因此，本研究進一探討究Gd-EOB-DTPA微循環(huán)灌注及肝功能損傷定量評估LF的價值，以期為LF診療提供客觀的影像學(xué)依據(jù)。

Ktrans和Kep分別反映造影劑在血管至血管細(xì)胞外間隙(extravascular extracellular space, EES)的攝取率及反流率，反映組織的滲透性和血流性。隨LF進展，Ktrans呈增加趨勢，而Kep逐漸減小。結(jié)合藥代動力學(xué)及LF病理學(xué)，以下因素是可能導(dǎo)致本研究結(jié)果的原因： ①Gd-EOB-DTPA作為低分子量的磁共振造影劑，受內(nèi)皮細(xì)胞竇壁毛細(xì)血管化影響較小，因此Gd-EOB-DTPA仍然可以快速地從血漿傳遞到EES。 ②Gd-EOB-DTPA可被肝細(xì)胞特異性攝取入細(xì)胞內(nèi)[8]，引起Ktrans增加。③Liu 等[9]研究證實肝動脈血流隨著LF進展而增加，從而導(dǎo)致肝內(nèi)皮細(xì)胞竇壓力增高及Ktrans增加。然而，增加的內(nèi)皮細(xì)胞竇壓力不會阻礙EES到血漿的回流速率(Kep)，因此與Ktrans相比，Kep與LF相關(guān)性較低，診斷效能較弱。Ktrans與LF進展密切相關(guān)性最高，而且是鑒別診斷LF分期ACU值最高的的參數(shù)值，表明Ktrans是評估LF的最敏感的DCE MRI定量參數(shù)值。

Ve反映EES的大小，在本研究中Ve與LF進展無顯著相關(guān)性，而且Ve在鑒別診斷LF各期的價值較低。盡管內(nèi)皮細(xì)胞受損減少血管間隙與EES之間的液體交換[10]導(dǎo)致Ve值降低，但LF伴隨的炎癥和水腫會增加EES的體積，導(dǎo)致Ve診斷價值低。Vp代表血漿的體積分?jǐn)?shù)，除非出現(xiàn)明顯的肝細(xì)胞壞死和網(wǎng)狀支架破壞[11]，否則Vp值幾乎不會發(fā)生明顯變化，因此Vp診斷價值較低。

Gd-EOB-DTPA可被肝細(xì)胞攝取并經(jīng)膽道排泄，因此Gd-EOB-DTPA的攝取和代謝取決于肝細(xì)胞功能。Re反映了肝膽期肝實質(zhì)強化程度，在我們的研究中Re值隨著LF進展的下降趨勢，這主要是由于為隨著LF進展而出現(xiàn)的進行性肝細(xì)胞損傷而導(dǎo)致功能性肝細(xì)胞受損、數(shù)量減少，從而引起肝細(xì)胞攝取Gd-EOB-DTPA減少。Re值鑒別診斷≥F1、≥F2、≥F3、≥F4期的AUC值分別為0.93、0.90、0.89、0.93，提示肝特異期成像可有效鑒別診斷LF分期的影像學(xué)方法。

本研究也存在以下的不足。首先，由CCl4誘導(dǎo)的兔LF模型可能無法準(zhǔn)確反映人肝臟的病理變化，因此需要研究中進一步證實DCE MRI定量參數(shù)值鑒別診斷LF的價值由于相對較高的兔死亡率和嚴(yán)重的呼吸和運動偽影，最終只有63/80只兔納入研究。其次，LF的病理變化同時包含炎性反應(yīng)、脂肪變性及鐵沉積[12]，這些因素可能影響DCE MRI定量參數(shù)評價。

總之，通過Gd-EOB-DTPA DCE MRI獲得的定量參數(shù)值，尤其是Ktrans與LF進展密切相關(guān)，可作為定量評估LF的有效影像學(xué)方法。