T2*加权灌注成像对肝细胞癌的应用研究

孟 俊 黄亚勇 李 兵 杨汉丰 杜 勇 曾南林

2 川北医学院附属医院放射科

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是我国最常见的肝脏原发性恶性肿瘤，约占原发性肝癌的90% 以上。其发病隐匿，恶性程度高，进展迅速。由于80% 以上的肝癌患者都有肝硬化病史，且大多数肝癌患者确诊时多数已进展至中晚期，总的手术切除率也仅有9.0%～13.5%，且术后3年的复发率高达70% 以上[1]。因此，早期发现、早期诊断HCC并推测其恶性程度，有助于及早确定最佳治疗方案，并监测其治疗效果，是当前亟待解决的问题。

灌注成像可以了解肿瘤在血流动力学上的变化，通过测量局部组织的血液灌注量化分析发现其功能学上的早期改变。随着影像技术的发展，尤其是磁共振超快速、快速成像序列（如EPI）的不断开发与应用，灌注图像的质量由于信噪比的改善和时间的缩短而得到很大提高，相应的腹部疾病 PWI 的研究应用也取得了一定程度的进展[2-3]。有关T2*-PWI在肝脏肿瘤方面的应用仍主要处于实验研究和初步临床应用阶段，相关文献报道不多。故本研究采用T2*-PWI对肝细胞癌进行灌注扫描，测量磁共振PWI的动态负性增强的量化指标，分析该技术在评估肝细胞癌血流灌注成像中的特点，探讨对肝细胞癌进行T2*WI 敏感的动态磁共振灌注量化研究的价值。

方 法

1.研究对象

收集2012年8月至2012年12月在川北医学院附属医院拟行临床治疗的肝细胞癌患者21例。在征得患者及家属同意的情况下，所有患者于治疗前在接受常规MRI平扫及增强扫描，并加扫T2*-灌注成像检查。其中男性15例，女性6例，患者年龄30～79岁，平均年龄53.33±11.86岁。肝癌肿块为巨块型或结节型，以病灶最大直径测量大小，范围：2.8～19cm，平均8.32±4.07cm。纳入标准：经B超或CT检查发现肝脏占位性病变并行MRI检查以进一步明确诊断的患者。临床资料符合肝癌诊断标准[4]。排除标准：①严重肝、肾功能不全患者；②体内有金属异物不能行MRI检查者；③病灶靠近肝顶，PWI图像存在较严重的伪影及图像变形，影响定性观察及定量分析；④直径小于2cm的病灶，是因为部分容积效应易影响定量分析时数据测量的准确性。

2.磁共振扫描技术

2.1 患者准备工作：要求患者于灌注扫描前禁食6小时；同时训练患者深吸气后屏气约20s。检查过程中嘱咐患者要尽量平静呼吸，必要时加用腹带，用以减少运动伪影的产生。所有患者都自愿接受检查，并签署知情同意书。

2.2 磁共振设备及对比剂

（1）3.0T MR扫描仪及高压注射器：GE公司DV750 的3.0T磁共振成像扫描仪，扫描选择体部线圈；美国Liebel-Flarsheim公司生产的Optistar型高压注射器。

（2）M R 对比剂：钆喷酸葡胺注射液（Gadobenate Dimeglumine Injection），上海博莱科信谊药业有限责任公司生产。

2.3 常规扫描序列：检查过程中患者采取仰卧位、足先进的体位，使用body线圈，将中心位置放在剑突水平。先行常规3-平面定位像（3-plane）扫描，以确定扫描位置及扫描范围，然后分别进行横断位T1WI、T2WI扫描。主要扫描参数包括重复时间（repetition time，TR）、回波时间（echo time，TE），视野（field of view，FOV）、激励次数（number of excitation，NEX）、矩阵、层厚及层间隔见表1。

2.4 PWI扫描：常规扫描结束后，使用高压注射器经肘静脉团注对比剂，速率均为4～5ml/s，其中T2*-PWI总量15ml；为使对比剂能够充分利用，注射结束后以相同的速率迅速注射等量生理盐水进行冲管。扫描过程中加用腹带，同时进行对比剂推注与扫描。灌注扫描参数如下：使用body线圈，序列SS-GRE-EPI，NEX=1.0，TR=2000ms，TE=27ms，FOV=34×34，矩阵224×128，翻转角90°，层厚6mm，间隔1.0mm。时间分辨率为2.25s/时相，共40个时相，扫描时间为90s。

3.灌注图像分析

所有原始图像均由两名经验丰富的教授判断，呼吸运动伪影明显、有鬼影、变形明显的图像及强化效果不佳者均不能用于分析。

3.1 感兴趣区（region of interest，ROI）的选择：尽量避开血管、胆管及伪影，在病灶直径最大的层面上测量且不要超过病灶边界，避免容积效应的影响；要尽量避开肿瘤坏死、液化区。同一病例所选层面尽量一致，选用圆形ROI，面积应大于20±5 mm2；以 3个ROI测量数据的平均值作为量化研究的数据。

3.2 生成时间-信号强度曲线、相关灌注参数及相应伪彩图形：将获得的原始图像均传输至GE工作站（GE Advanced Workstation，ADW 4.4），通过Function tool 2软件包中的 MR Standard灌注软件进行后处理。分别于肿瘤组织及正常肝组织区域选取合适的ROI，获得时间-信号强度曲线（TIC），并分别测定肿瘤组织及正常肝脏组织 T2*-PWI 负性增强量化指标负性增强积分（negative enhancement integral，NEI）及相应伪彩图形，最大下降斜率(maximum slope of decrease，MSD)及相应伪彩图形，每个体素的参数测量值以伪彩颜色来表示，由小到大分别显示为黑色、蓝色、绿色、黄色、红色。

4.统计学分析

采用 SPSS13.0 软件包进行统计学分析，全部计量资料用“均数±标准差”表示；肿瘤各项灌注参数与正常肝实质各项灌注参数（NEI、MSD）的比较采用两样本非参数检验；当P＜0.05时，差异有统计学意义。

结 果

1.T2*-PWI肿瘤与正常肝实质灌注参数的比较

T2*-PWI肿瘤区各项灌注参数与正常肝实质灌注参数的比较如表2所示，肿瘤区的灌注参数NEI、MSD分别为3237.34±1318.57，1260.91±587.02，差异均有统计学意义（P＜0.05）。

2.T2*-PWI肿瘤与正常肝实质的TIC图像及PWI图像比较

①正常肝实质TIC图像形态大致呈一直线，在某一时间段内缓慢下降（图2A）；所有肿瘤的TIC图像表现类似，即：曲线初始平衡，然后突然明显下降后快速上升达平衡（图2B）。②正常肝实质PWI图像显示整个灌注过程中肝实质的信号强度变化不大。而肿瘤PWI图像（图3）可以观察到灌注初期肿瘤区信号较高，随着时间延长图像由亮转暗，至对比剂逐渐消退肿瘤区信号又逐渐升高；NEI图、MSD图清楚显示出肿瘤灶，并可见病灶呈高灌注（图3）。

图1 A.正常肝实质的灌注曲线图，呈一直线，且缓慢下降后延伸；B.肿瘤的灌注曲线图，造影剂到达肿瘤后呈曲线呈“速降速升”改变。

图2 T2*-PWI。A～D.分别为肿瘤的初始相位、第10个相位、第15个相位和第30个相位的灌注图像；E、F.分别为 NEI和MSD灌注伪彩图，病灶呈高灌注。

表1 常规MRI扫描参数

表2 T2*-PWI 肿瘤与正常肝实质灌注参数比较

讨 论

1.磁共振灌注成像的原理及方法

磁共振灌注成像是近年发展起来的一种通过评价组织微循环血流动力学来评估组织的活力和无创性功能成像方法。目前临床上最常用的肝脏磁共振灌注成像方法是对比剂首过法,利用对比剂首过效应来分析肝实质信号强度的变化规律。由于对比剂在间质间隙内不断积累和再循环作用，会使其在快速弥散的同时也开始出现“洗脱”。这就要求磁共振PWI的时间分辨率较高才能获得对比剂在首次通过过程中的分布特点，进而反映组织的微循环灌注特点。DSC-MRI运用的是T2*加权图像，其对对比剂扩散的整个血管像比较敏感，主要反映组织灌注的血容量和血流量情况。

本研究采用T2*-PWI对肝细胞癌进行灌注扫描。其中 T2*-PWI 采用SS-GRE-EPI序列，即以GRE作为激发射频脉冲，采用短 TE 和小脉冲角度进行全部数据的采集工作，获得T2*WI图像。本研究中21例肝细胞癌均获得了较为满意的T2*WI全肝灌注图像：病灶初期呈相对高信号，随着对比剂到达肿瘤区，信号呈一过性降低，随后逐渐升高；肝内血管显示非常清晰，初期呈明显高信号，正常肝实质信号变化不明显。但也有其缺点：首先肝脏边缘及肝顶区域磁敏感伪影较大，图像稍有变形，尤其是骨-气交界面；其次是图像信噪比及分辨率欠佳，可能是由于肝脏的T2*时间短引起的。本研究中有1例患者由于灌注扫描前匀场不够，出现图像严重变形而未纳入此次分析。但是只要有效运用脂肪抑制技术并保证梯度场的稳定性，就能够得到较为满意的肝脏 T2*-PWI图像。

2.T2*-PWI的时间-信号强度曲线形态变化及意义

组织内对比剂到达的速度及其浓度可以通过时间-信号强度曲线（TIC）的形态得以体现[5]。正常肝组织以门静脉供血为主，血流速度较缓慢，因此正常肝组织的TIC呈现出与肿瘤组织不同的平缓下降平缓上升的曲线特点。而肝细胞癌的时间-信号强度曲线下降速度较快且峰值大，肿瘤组织的信号强度峰值出现时间提前。这是因为肝癌肿瘤组织细胞密度增加，细胞增殖速度快，必须增加相应的血流供应才能保证充足的营养；同时由于肿瘤组织以肝动脉供血为主，对比剂团注后快速循环进入主动脉，到达肿瘤组织的速度加快。其二，肿瘤组织信号升高较快，是因为肿瘤的血流速度较快且新生血管通透性增高，导致血管内对比剂的廓清速度较快。但在对比剂首过效应后，肿瘤组织的信号强度并不能完全回升到原来的水平，则是由于少许对比剂通过血管壁渗入间质内所致[6]。

本研究结果显示，肿瘤组织的TIC图在T2*-PWI图像上表现为快速下降后迅速上升，符合肝细胞癌“快进快出”的动态强化特点。不同患者肿瘤的TIC曲线及同一患者肿瘤不同部位的TIC曲线中，其下降幅度不同，观察发现，肿瘤边缘区域曲线下降幅度较大，对应的伪彩图上呈高灌注。我们分析这可能与边缘区肿瘤血管较丰富有关，有待进一步进行病理对照证实，这也可能为将来定向穿刺活检提供依据。我们还发现，在T2*-PWI中少数肝癌的TIC曲线缺乏特点，相应的在灌注伪彩图上呈相对高灌注表现，分析可能是由于T2*-PWI对富血供肿瘤更敏感一些。

3.T2*-PWI对原发性肝癌评估应用

T2*-PWI是利用静脉团注顺磁性对比剂通过微血管时形成的局部磁场不均匀而导致T2*信号强度的降低来计算肿瘤组织的相关参数。目前，国内外学者[7]运用T2*-PWI对肝细胞肝癌TACE术后的血流动力学比较较为常见，在原发性肝癌治疗前评估方面的研究尚不多。本研究应用GRE-EPI序列采集灌注原始图像，处理后获得反映肿瘤组织血流动力学参数的相关指标。研究结果表明：无论是反映组织微循环血容量水平的NEI还是反映组织微循环血流量水平的MSD，各灌注指标在肿瘤感区和正常肝实质间的差异均有明显统计学意义（P＜0.05）。

4.不足与展望

由于时间有限，收集的病例数有限，病种不丰富，该研究结果不能代替肝脏各种组织来源的肿瘤的血流动力学特征，有关这方面的研究还需要进一步探讨。诊断肝细胞肝癌的金标准是手术切除或穿刺活检，但由于肝癌的手术切除率较低，且多数患者确诊时已达中晚期，故能够得到病理证实的病例数量有限，致使本研究还需大综病例进一步进行病理对照研究。

目前肝脏PWI尚缺乏优化的数学灌注分析模型，本研究中仅对肝细胞癌进行了半定量分析。随着硬件技术及后处理分析软件的开发与应用，磁共振灌注成像在肝脏病变方面的临床应用必将有一个广阔的发展前景。

[1]高宗根,吕维富.原发性肝癌动脉化疗栓塞术后血供改变与影像学评价.医学影像学杂志，2008，18:91-94.

[2]Wang D,Jin B,Lewandowski RJ,et al.Quantitative 4D transcatheter intraarterial perfusion MRI for monitoring chemoembolization of hepatocellular carcinoma.J Magn Reson Imaging,2010,31:1106-1116.

[3]Xu H,Xie JX,Li X,et al.Perfusion-weighted MRI in evaluating the intranodular hemodynamic characteristics of dysplastic nodules and hepatocellular carcinomas in an experimental rat model.J Magn Reson Imaging,2008,27:102-109.

[4]杨秉辉.第四届全国肝癌学术会议概况及关于原发性肝癌诊断标准及分期问题的讨论.中华普通外科杂志,2000,4:45-46.

[5]Lacerda S,Law M.Magnetic resonance perfusion and permeability imaging in brain tumors.Neuroimaging Clin N Am,2009,19:527-557.

[6]王锡臻，王 滨，刘金刚，等.磁共振灌注成像在前列腺癌诊断中的应用.国际医学放射学杂志，2008，31：80-83.

[7]卞读军,肖恩华,胡冬煦,等.经导管肝动脉化疗栓塞治疗肝细胞癌前后磁共振灌注成像观察.中国医学影像技术,2010,1:89-92.