釓塞酸二鈉增強(qiáng)磁共振肝膽期直方圖分析診斷肝纖維化

鄧耒嬌, 梁曉磊, 魏玉輝, 王一青

(蘭州大學(xué)第一醫(yī)院藥劑科, 甘肅 蘭州 730000)

肝纖維化(liver fibrosis,LF)是各種慢性肝病的病理基礎(chǔ),可進(jìn)展為肝硬化甚至肝癌[1]。早期抗纖維化治療能阻遏甚至逆轉(zhuǎn)LF進(jìn)展,而肝移植治療是目前唯一有效治療晚期肝硬化的方法[2,3],因此LF的精準(zhǔn)診斷、分期對(duì)指導(dǎo)治療和改善患者預(yù)后具有極其重要的臨床意義。肝臟穿刺活檢仍是目前診斷LF的金標(biāo)準(zhǔn),但25～40%病人出現(xiàn)疼痛甚至出血,且因穿刺活檢樣本較小可出現(xiàn)高達(dá)25%的樣本誤差[4],導(dǎo)致穿刺活檢臨床應(yīng)用受限。肝功能生化指標(biāo)能無(wú)創(chuàng)性診斷HF,但最近基于32篇文獻(xiàn)和11179例病人的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)表明肝纖維化四項(xiàng)指標(biāo)鑒別診斷LF的敏感度和特異度較低[5],僅為69%(95%CI:63%～73%)、71%(95%CI:66%～75%),因此尋求無(wú)創(chuàng)且診斷LF價(jià)值高的影像學(xué)方法成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。釓塞酸二鈉(Gadolinium ethoxybenzyl diethylenetriamine pentaacetic acid,Gd-EOB-DTPA)是一種肝細(xì)胞特異性對(duì)比劑,能被肝細(xì)胞膜游離陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽特異性攝取,反映肝細(xì)胞功能損傷情況[6]。前期研究證實(shí)基于肝膽期信號(hào)強(qiáng)度能有效預(yù)測(cè)LF進(jìn)展[7],但目前未見基于Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)磁共振肝膽期的直方圖分析鑒別診斷LF的研究。直方圖分析(histogram analysis,HA)采用數(shù)學(xué)模型分析肉眼看不到的圖像灰度信息,可以準(zhǔn)確、客觀反應(yīng)肝臟異質(zhì)性變化[8]。因此,本研究擬探索Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)肝膽期直方圖分析成像診斷LF的價(jià)值,為L(zhǎng)F診斷及治療提供客觀的影像學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1臨床資料:回顧性分析2019年1月至2020年12月在我院并接受釓塞二鈉增強(qiáng)磁共振檢查的127例可疑慢性肝病患者,且患者在1月內(nèi)接受肝臟穿刺活檢后病理學(xué)診斷LF。其中,35例患者因以下原因未納入研究：7例患者因抗纖維化治療病史排除,19例患者因肝臟占位性病變未納入,3例患者因穿刺活檢標(biāo)本較小不足以病理診斷排除,4例患者因呼吸運(yùn)動(dòng)及腹水偽影重致圖像質(zhì)量差而排除,2例患者因肝臟過(guò)度鐵沉積而排除。

1.2肝膽期成像掃描方案:患者接受磁共振成像檢查前禁食8～12h,于仰臥位、頭先進(jìn)體位在西門子 Magnetom Skyra 3.0T(德國(guó),Siemens)磁共振及腹部32通道線圈完成常規(guī)序列及肝膽期成像掃描,掃描范圍自膈頂至肝臟下緣。磁共振掃描序列：①軸位T1WI：重復(fù)時(shí)間(TR) 220 ms,TE (回波時(shí)間)1.2 ms(反相位2.5 ms),FOV(掃描野)380mm×380mm,層厚5mm,層間隔2mm,激勵(lì)次數(shù)(NEX)2；②軸位肝膽期：采用高壓注射器經(jīng)肘靜脈注射造影劑釓塞酸二鈉(Gd-EOB-DTPA)(商品名普美顯,拜爾先聲藥業(yè),德國(guó)),注射劑量0.1mL/kg,注射速率1mL/s,注射造影劑后20min后行肝膽期成像,掃描參數(shù)同T1WI。

1.3肝臟穿刺活檢和病理診斷:肝膽期成像掃描結(jié)束后1月內(nèi)行肝臟穿刺活檢：患者左側(cè)臥位,超聲引導(dǎo)確定穿刺點(diǎn)及穿刺路徑,無(wú)菌操作下將16G穿刺活檢針刺入患者肝右葉組織內(nèi),取材長(zhǎng)徑約2cm。取材的肝組織經(jīng)常規(guī)石蠟切片后Masson染色后進(jìn)行Metavir分期,以病理結(jié)果為診斷金標(biāo)準(zhǔn)：F0：無(wú)纖維化；F1：門靜脈匯管區(qū)擴(kuò)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)存在；F3：大量纖維間隔伴小葉結(jié)構(gòu)紊亂,無(wú)肝硬化；F4：肝硬化。

1.4直方圖分析:肝膽期圖像以DICOM格式存儲(chǔ),并傳輸?shù)組aZda軟件(Version 4.5)進(jìn)行直方圖分析。由兩名分別具有5年和10年以腹部影像學(xué)為研究方向的放射醫(yī)師在雙盲前提下對(duì)獲取的肝膽期圖像分別進(jìn)行獨(dú)立分析,如遇分歧則通過(guò)討論解決,手工勾畫最大肝臟層面ROI以覆蓋全肝,避免肉眼可見血管、膽管、偽影和肝邊緣,獲取全肝直方圖及以下參數(shù)值：最小值(minimum),最大值(maximum),平均值(mean),方差(variance),偏度(skewness),峰度(kurtosis),第1位百分位數(shù)(1th)、第10位百分位數(shù)(10th)、第50百分位數(shù)(50th)、第90位百分位數(shù)(90th)和第99位百分位數(shù)(99th),見圖1。

圖1 2期LF患者典型病理圖(A)、ROI感興趣區(qū)勾畫(B)及直方圖(C)

2 結(jié) 果

2.1患者基線資料:共納入83例患者,男、女各58、25例,平均年齡52.4±10.2(27～69)歲。其中,經(jīng)病理診斷17例F0期患者,F1期15例,F2期21例,F3期16例,F4期14例。其中,乙肝病史52例,丙肝病史9例,免疫性肝炎13例,不明發(fā)病原因7例。

2.2直方圖參數(shù)值與LF進(jìn)展相關(guān)性:F0期90th值為88.16±10.49,F1期93.66±10.09,F2期101.01±14.41,F3期104.45±14.20,F4期113.44±11.96,與LF進(jìn)展呈明顯中等正相關(guān)性(r=0.554),高于方差(r=0.484),平均值(r=0.387)、50th(r=0.347)、峰度(r=0.279)和99th(r=0.255)呈弱相關(guān),而最小值、最大值、偏度、1th和10th與LF進(jìn)展未見明顯相關(guān)性。見表1、2。

表1 對(duì)照組和LF組的直方圖參數(shù)值比較

參數(shù)值方差1th10th50th90th99th對(duì)照組0.27±0.0845.34±12.8251.24±13.1873.31±12.8388.16±10.4997.76±8.22LF組100.66±12.42?42.65±9.5248.38±10.5879.89±15.47?102.81±14.36?119.03±16.88?F/W3.180.430.432.284.737.38P0.0040.7940.800.01<0.001<0.001

表2 不同LF分期的直方圖參數(shù)值

表3 直方圖參數(shù)值與LF進(jìn)展的相關(guān)性

表4 直方圖參數(shù)值診斷LF分期的ROC曲線分析

圖2 參數(shù)值鑒別診斷≥F1(a),≥F2(b),≥F3(c),F4(d)的ROC曲線

2.3不同LF分期直方圖參數(shù)值比較：對(duì)照組和LF組(F1～F4)平均值、峰度、方差、50th、90th和99th值比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表1。進(jìn)一步組內(nèi)分析顯示,平均值、方差、90th值隨LF進(jìn)展而逐漸升高(P值均<0.05)；對(duì)于50th值,F4期明顯高于F1～F3期(P<0.05),見表3。

2.4ROC診斷效能評(píng)價(jià):參數(shù)值90th鑒別診斷≥F1、≥F2、≥F3、≥F4的AUC分別為0.79、0.78、0.76、0.82,高于方差(AUC=0.75,0.75,0.75,0.74)和平均值(AUC=0.76,0.71,0.67,0.69),50th(AUC=0.63,0.68,0.67,0.75)和峰度(AUC=0.51,0.58,0.71,0.69)診斷價(jià)值較低,而99th(AUC=0.86,0.70,0.51,0.53)診斷價(jià)值最低,見表4、圖2。

3 討 論

直方圖分析作為無(wú)創(chuàng)性評(píng)估圖像灰度值的圖像后處理方法,突破了局限于大小、密度和形態(tài)學(xué)等基本影像學(xué)征象觀察,能通過(guò)數(shù)學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)方法提取醫(yī)學(xué)圖像中的直方圖參數(shù)值,對(duì)像素灰度值變化規(guī)律、分布模式和局部特征進(jìn)行深度挖掘、量化分析,能夠敏感反映顯示圖像像素值及其排列方式的細(xì)微變化[9,10]。前期基于體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)[10]和擴(kuò)散峰度成像[11]的直方圖分析可有效鑒別LF病理分期及分析圖像灰度變化,為功能成像磁共振無(wú)創(chuàng)預(yù)測(cè)LF進(jìn)展及診斷提供了新的研究思路。

造影劑Gd-EOB-DTPA可被肝細(xì)胞膜有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(OATP)吸收轉(zhuǎn)運(yùn),而隨著LF進(jìn)展,肝細(xì)胞受損、細(xì)胞膜OATP減少,此外LF進(jìn)展伴隨的細(xì)胞外基質(zhì)沉積增多導(dǎo)致Gd-EOB-DTPA攝取進(jìn)入肝細(xì)胞內(nèi)速度減慢、單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入肝細(xì)胞的量減少,導(dǎo)致肝細(xì)胞攝取Gd-EOB-DTPA減少,為Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)磁共振肝膽期鑒別診斷LF提供了病理學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[12]。

本研究結(jié)果顯示在90th、50th、99th與LF進(jìn)展存在明顯相關(guān)性及較高的診斷價(jià)值,而較小的1th和10th無(wú)明顯相關(guān)性、診斷價(jià)值較低,提示較高的百分位數(shù)參數(shù)值更適用于反映LF病理特征及灰度值變化,與Zheng等的研究結(jié)果相符[13]。參數(shù)值90th代表小于第90%體素區(qū)間內(nèi)的平均灰度值,剔除了直方圖中10%的最大值,其LF進(jìn)展預(yù)測(cè)及鑒別診斷價(jià)值高于99th,推測(cè)是由于99th包含圖像噪聲及呼吸運(yùn)動(dòng)偽影所導(dǎo)致的異常高灰度值。平均值是反映圖像的灰度值變化范圍的平均值,本研究發(fā)現(xiàn)隨著LF進(jìn)展,平均值呈增加趨勢(shì)且可有效對(duì)LF進(jìn)行分期診斷,提示平均值可作為預(yù)測(cè)LF的有效影像學(xué)參數(shù)值。

Yang等[14]報(bào)道基于磁敏感加權(quán)成像的晚期LF方差值高于早期LF和正常肝組織,是鑒別診斷LF的有效影像學(xué)參數(shù)值,與我們的研究結(jié)果相符。隨著LF進(jìn)展,細(xì)胞外基質(zhì)沉積、過(guò)度鐵沉積及炎性水腫增加,肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞破壞,這一系列病理變化[1,15]導(dǎo)致灰度方差值隨LF進(jìn)展增大呈正相關(guān)。偏度代表總體灰度值的對(duì)稱性,偏斜程度越大則偏度值越大。研究結(jié)果顯示偏度值與LF進(jìn)展無(wú)明顯相關(guān)性,表明偏度值預(yù)測(cè)LF進(jìn)展的價(jià)值較低,提示隨著LF進(jìn)展直方圖偏斜程度變化較小、接近正常肝實(shí)質(zhì),與Sheng等[11]研究結(jié)果相符。峰度值反映直方圖分布形態(tài)陡緩程度,數(shù)值越大表示其分布的陡緩程度與正態(tài)分布差異越大。我們的研究發(fā)現(xiàn)峰度值隨LF進(jìn)展呈增加趨勢(shì),表明隨著LF進(jìn)展直方圖灰度值陡緩程度增加,峰度值可作為有效預(yù)測(cè)LF進(jìn)展的影像學(xué)參數(shù)值。

通過(guò)直方圖分析參數(shù)值提取的量化參數(shù)雖然不能代表真正的病理狀態(tài),但直方圖分析可在一定程度上反映LF內(nèi)在異質(zhì)性,具有無(wú)創(chuàng)性、重復(fù)性高的優(yōu)勢(shì)。但本研究也存在一定的局限性：①本研究為回顧性研究,只納入了具有肝臟穿刺活檢病理結(jié)果的LF患者,加之樣本量較小,存在潛在的病例選擇偏倚,所以需要大樣本、前瞻性的的研究來(lái)進(jìn)一步證實(shí)肝膽期直方圖分析評(píng)價(jià)LF的價(jià)值。②雖然本研究基于肝臟最大層面勾畫全肝直方圖感興趣區(qū),但本研究?jī)H分析肝臟最大層面的直方圖分析特征,未能分析全肝三維特征。③本研究基于Mazda軟件雖然簡(jiǎn)便易行,但無(wú)法提取熵值、中位數(shù)、不均質(zhì)性等HA參數(shù)值鑒別診斷LF的效能,因此更深度的機(jī)器學(xué)習(xí)需要進(jìn)一步完善。

總之,基于Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)磁共振肝膽期的直方圖參數(shù)值分析對(duì)預(yù)測(cè)LF進(jìn)展、分期和評(píng)價(jià)肝臟灰度異質(zhì)性具有較高的診斷及鑒別診斷價(jià)值,可作為無(wú)創(chuàng)評(píng)估LF的有效、無(wú)創(chuàng)性影像學(xué)方法。