MR灌注加权成像评价兔肝纤维化分期的实验研究

韩秉艳，王 皓，王云玲，王禄伟，王 红，贾文霄

（新疆医科大学第二附属医院影像中心，新疆 乌鲁木齐 830028）

MR灌注加权成像评价兔肝纤维化分期的实验研究

韩秉艳，王 皓，王云玲，王禄伟，王 红，贾文霄

（新疆医科大学第二附属医院影像中心，新疆 乌鲁木齐 830028）

目的：应用MR灌注成像（PWI）评价兔肝纤维化分期的诊断价值。方法：在造模12周后对实验组（n=40）、对照组（n=10）分别进行MR灌注扫描，并对所得到峰值时间（TP），信号上升最大斜率、信号下降最大斜率与病理分期做对照，采用单因素方差分析（One-Way Anova），组间两两比较采用最小显著差法（LSD）。对不同时期的肝纤维化分期的诊断效能进行ROC曲线分析。结果：肝实质峰值时间随着肝纤维化程度的增加逐渐上升，而随着肝纤维化程度的增加信号上升最大斜率和信号下降最大斜率呈下降趋势，对于峰值时间，S0、S1、S2期与S3、S4期有统计学意义（P＜0.05），最大上升斜率两两比较后发现，S0、S2期与S3、S4期差异有统计学意义 （P＜0.05）。最大下降斜率两两比较后显示，S0、S1、S2期与S3、S4期差异有统计学意义 （P＜0.05）。合并纤维化分期进行比较（S0与≥S1，≤S1与≥S2，≤S2与≥S3，≤S3与S4）差异有统计学意义（P＜0.05）。结论：结合峰值时间和信号上升最大斜率能够反映肝纤维化各期灌注变化，对S2期以上的肝纤维化的诊断效能最佳。

肝硬化；动物，实验；兔；磁共振成像

肝纤维化是慢性肝损伤后的一种组织修复反应，若无有效治疗将演变为肝硬化和肝癌并伴随慢性损伤长期存在，细胞外基质蛋白在肝纤维化发生过程中起关键作用，并且这是各种不同类型慢性肝疾病的共同特征[1]。因此早期诊断肝纤维化并治疗是至关重要的，以避免其发展为肝硬化。目前，普遍认为肝穿刺活组织检查为诊断肝纤维化程度的 “金标准”[2]，但该项检查是创伤性检查，不为多数患者接受，而且患者动态观察和随访不方便[3-4]。所以，寻找一种无创的判断肝纤维化程度的检查方法是非常有必要的。由于肝纤维化严重程度可以导致肝实质和血管结构发生改变，从而可引起血流灌注和血液动力学改变，而MR灌注成像（PWI）可以检测到组织或病变血流灌注的变化，能发现局部微循环状态及血流动力学变化[5]。

1 资料与方法

1.1 实验动物

成年健康新西兰大白兔50只，平均体质量约（3.4±1.5）kg，按照随机数字表法分成实验组40只，对照组10只经笼养2周后，实验组及对照组按0.1 mL/kg腹腔分别注射四氯化碳油溶液 （浓度为10%）和生理盐水，分别为1周2次，共计注射12周后进行PWI扫描。

1.2 实验动物的纳入标准与剔除标准

纳入标准：适应性饲养2周后动物一般状态良好的。剔除标准：造模过程中发生死亡或造模过程中因各种因素造成并发症或体质量不达标的。

1.3 仪器及扫描方法

1.3.1 仪器

飞利浦公司1.5T超导型磁共振成像系统（Philips Achieva nova dual）。扫描线圈为8通道头颈联合线圈。

1.3.2 扫描方法及图像后处理

将兔麻醉后取俯卧位固定在扫描床上，使肝脏位于线圈中心，固定连接高压注射器。常规序列扫描完成后进行PWI灌注成像扫描，对比剂采用Gd-DTPA，剂量0.2 mL/kg，由兔耳缘静脉团注对比剂，采用THRIVE（T1-TFE）3D序列扫描。扫描参数：激励次数 1 次，TR=3.8 ms，TE=1.8 ms，flip angle 10°，采集次数1次，矩阵128×128，层厚4.3 mm，层间隔-2.1 mm，全肝扫描层数23层，共30个时相，扫描时间125 s。选用全部PWI灌注图像，选择肝实质作为感兴趣区（ROI），肝实质 ROI面积＞60 mm2，避开肝实质内大血管影、胆囊及伪影。自动绘制信号强度-时间（TIC）曲线，观察并记录如下指标：TIC、峰值时间（TP）、信号上升最大斜率、信号下降最大斜率。

1.4 病理检查

完成MRI检查，4 h内处死动物，在体外解剖肝脏，选择与ROI层面类似断面，分别做苏木精-伊红（HE）及Masson三色染色，观察肝窦壁、汇管区、中央静脉处胶原纤维增生及肝脏炎症程度情况。肝纤维化的病理分期参照以下标准[2-3]：S0期：无肝纤维化；S1期：汇管区纤维化扩大；S2期：汇管区周围纤维化，纤维间隔形成；S3期：纤维间隔伴小叶结构紊乱，无肝硬化；S4期即早期肝硬化。

1.5 数据分析

采用统计软件包SPSS 17.0对上述参数进行统计学处理。对不同程度肝纤维化组间的PWI参数值差异的比较运用单因素方差分析 （One-Way Anova），组间两两比较采用最小显著差法（LSD），对不同时期的肝纤维化分期的诊断效能进行ROC曲线分析。

2 结果

对照组10只PWI时间信号曲线显示，肝实质灌注曲线稳定，未见较大的波动（图1），而肝纤维化组时间信号曲线不稳定，波动较大（图2）。模型组40只观察可以发现随着肝纤维化程度的加重，最大上升斜率和最大下降斜率则逐渐减低，TP逐渐增加，至S4期不再增加，而较S3期略降低。对以上指标统计分析后发现，对于TP，S0、S1、S2期两两比较无统计学差异，S3、S4 期比较无统计学差异 （P＞0.05），S0、S1、S2 期与 S3、S4 期比较有统计学意义 （P＜0.05）。对于最大上升斜率比较后发现，S0期与S1期和S3期与S4期比较差异无统计学意义 （P＞0.05），S0、S2 期与 S3、S4 期差异有统计学意义 （P＜0.05）。对于最大下降斜率比较后发现，S0、S1、S2期两两比较无统计学差异，S3、S4期比较亦无统计学差异（P＞0.05），S0、S1、S2 期与 S3、S4 期差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。合并纤维化分期进行比较（S0与≥S1，≤S1 与≥S2，≤S2 与≥S3，≤S3 与 S4）差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。ROC 曲线显示，TP预测S3期及以上肝纤维化时曲线下面积 （AUC）最大，AUC=0.909，其灵敏度及特异度分别为0.90、0.81（图3）。信号上升最大斜率预测S2期及以上肝纤维化时AUC最大，AUC=0.939，其灵敏及特异度分别为0.82、0.93（图4）。信号下降最大斜率预测S2期及以上肝纤维化时AUC最大，AUC=0.921，其灵敏度及特异度分别为 0.91、0.87（图5）。

表1 肝实质灌注参数

3 讨论

PWI通过静脉内快速团注顺磁性对比剂缩短组织的T1、T2时间，通过TIC改变来评价组织血流的灌注情况[4]。3D扰相梯度回波技术不仅具有较高的信噪比，而且通过施加敏感编码（SENSE）技术提高了时间和空间分辨率。肝纤维化与肝窦毛细血管关系密切，正常肝窦是不连续毛细血管，它有利于肝细胞和血液之间的物质交换，而随着肝纤维化发展，肝窦内皮窗孔减少至消失，最终是肝窦毛细血管化[6]，而肝窦毛细血管化将会导致肝脏血流灌注和血液动力学发生变化。文献认为肝纤维化、肝硬化发生发展过程与血供改变和肝窦毛细血管化有较为明显的一致性[7]，本研究结果发现正常兔肝实质的TIC曲线相对稳定，符合正常肝脏血流分布，动脉期缓慢上升，门脉期快速上升至峰值，下降的时候相对缓慢，这些特点与文献报道CT灌注曲线形态相似[8-9]。从本研究中发现随着肝纤维化的进展，肝实质的TP逐渐延长，差异有显著统计学意义。两两比较后显示S0、S1、S2期与S3、S4期的TP有显著性差异，分析原因是由于S3期、S4期肝纤维化程度较重使肝窦内皮毛细血管化和沉积在窦周间隙以及血管外间隙的胶原阻碍了造影剂的扩散，影响血液-肝细胞的物质交换，致使血流阻力增加，从而导致肝脏灌注速率减低，所以灌注表现TP延长。孟令平等[11]通过大鼠实验发现，肝纤维化过程中，肝血流灌注以入肝血流改变最为重要,随肝纤维化分期逐渐增加而入肝血流缓慢，灌注速率减低，表现TP延长。肝实质的最大上升斜率、最大下降斜率反映肝实质的门脉灌注，它们随肝纤维化的程度逐渐递减。S0、S1、S2期之间肝实质灌注信号上升最大斜率、信号下降最大斜率呈下降趋势，比较后无统计学差异，可能是此阶段由于肝纤维化的程度较轻，门脉血流阻力相对增加较小，肝动脉通过自身的调节使肝脏的总灌注保持在一定水平。肝纤维化发展到S3、S4期，肝实质灌注量下降尤为明显，此时肝实质信号上升最大斜率、信号下降最大斜率与S0～S2期比较有统计学差异，反映肝纤维化后期肝小叶结构破坏及早期肝硬化假小叶形成，使的肝脏微循环阻力增高，无法通过肝脏的自身调节增加肝动脉灌注来维持肝脏的总灌注，从而导致肝实质灌注下降。本研究结果与刘鑫等[10]在肝纤维化灌注加权成像表现结果相符。本研究以肝脏组织病理学诊断为金标准，采用ROC曲线对MR灌注成像指标在肝纤维化中的诊断效能进行评价，本研究中发现TP对S3期以上肝纤维化的诊断效能最佳，信号上升最大斜率、信号下降最大斜率则对S2期以上肝纤维化诊断效能最佳，这两个指标可以作为S2期以上肝纤维化的评价指标，但对其分期仍无法做到直接阈值定量诊断。研究者[12]认为通过磁共振灌注成像观察肝脏血流的变化能为发现肝纤维化提供新的依据，将会给临床评价肝纤维化寻找到一种简便、无创的功能成像方法，本研究不足之处不能提供肝动脉灌注量、门脉灌注量及肝总灌注量等指标，以一绝对阈值诊断肝纤维化尚有困难，另外对S1期肝纤维化的诊断还是缺乏足够的量化指标，将在今后的研究中进一步探索。

表2 肝纤维化合并分期TP、最大上升斜率、最大下降斜率值比较

图1 肝组织（S0期）病理及灌注曲线。图2 肝纤维化（S4期）病理及灌注曲线。图1a，2a为HE染色，图1b，2b为Masson染色，图1c，2c为肝脏灌注曲线。Figure 1. Liver tissue(stage S0)pathology and perfusion curve. Figure 2. Liver fibrosis(stage S4)pathology and perfusion curve.Figure 1a,2a：HE staining.Figure 1b,2b：Masson staining.Figure 1c,2c：Liver perfusion curve.

图3 a ROC曲线。TP诊断≥S3期。Figure 3a. ROC curve.TP diagnosis of≥S3 stage.

图3 b ROC曲线。信号上升最大斜率诊断≥S2期。Figure 3b. ROC curve.Wash-in rate diagnosis of≥S2 stage.

图3 c ROC曲线。信号下降最大斜率诊断≥S2期。Figure 3c. ROC curve.Wash-out rate diagnosis of≥S2 stage.

本研究通过对兔肝纤维化不同分期肝脏MR灌注的研究为今后临床诊断肝纤维化的分期提供了影像支持，随着MR功能成像的不断发展，磁共振功能成像将会在今后肝纤维化的诊断方面发挥更大的作用。

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The values of MR perfusion weighted imaging in evaluating rabbit liver fibrosis

HAN Bing-yan,WANG Hao,WANG Yun-ling,WANG Lu-wei,WANG Hong,JIA Wen-xiao
(Department of Radiology,the Second Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University,Urumqi 830028,China)

Objective:To evaluate the diagnostic value of MR perfusion weighted imaging(PWI)for liver fibrosis in rabbit model.Methods:MR PWI was performed in the experimental group(n=40)and the control group(n=10).Time to peak(TP),wash-in rate and wash-out rate were compared with histological results by using one-way ANOVA Least significant difference(LSD)was used between two groups.The diagnostic efficiency of staging liver fibrosis was done by using ROC curve analysis.Results:With the deterioration of liver fibrosis,time to peak(TP)of liver parenchyma increased gradually,however,the washin rate and wash-out rate decreased.For TP,there was signifcant difference among stage S0～S2,S3 and S4(P＜0.05).For wash-in rate,there was signifcant difference among stage S0 and S2,S3 and S4(P＜0.05).Concerning wash-out rate,S3 and S4 stage can be distinguished from S0～S2 stage(P＜0.05).After merging fibrosis stages,there was signifcant difference among stage S0 and≥S1,≤S1 and≥S2,≤S2 and≥S3,≤S3 and S4(P＜0.05).Conclusion:Combining the TP and the signal rise maximum slope rate can reflect perfusion changes of liver fibrosis in different periods with highest diagnostic efficiency in stages over S2.

Liver cirrhosis;Animals,laboratory;Rabbits;Magnetic resonance imaging

R657.31；R445.2

A

1008-1062（2017）07-0484-04

2016-10-10；

2017-02-13

韩秉艳（1978-），女，新疆人，主治医师。E-mail：182429293@qq.com

王云玲，新疆医科大学第二附属医院影像中心，830028。E-mail：1079806994@qq.com

新疆医科大学科研创新基金（XJC201341）。