磁共振T1 mapping、T2 mapping评估大鼠肝纤维化和肝脂肪变性

汪 苍，张香梅，王俊萍

[1.深圳市宝安中医院(集团)影像科，广东 深圳 518133；2.深圳市第三人民医院病理科，广东 深圳 518100；3.北京大学深圳医院消化内科，广东 深圳 518036]

肝纤维化是慢性肝病发展为肝硬化的必经过程，以胶原、蛋白聚糖类及其他大分子物质在肝细胞外基质过度沉积为特征性表现。早期诊断和及时治疗肝纤维化可以阻断其病理进展[1]。本研究采用MR T1 mapping、T2 mapping评估大鼠肝纤维化和脂肪变性，观察其应用价值。

1 材料与方法

1.1 实验动物及模型制备 选取80只购自南方医科大学动物实验中心的健康雄性SD大鼠(合格证编码：11400700190134和44002100010474)，体质量350～400 g，随机分为实验组(70只)及对照组(10只)，饲养于深圳北京大学香港科技大学医学中心。参照文献[2]方法制作大鼠肝纤维化模型，分别于实验组大鼠背部皮下注射剂量0.4 ml/100 g体质量、浓度50%的四氯化碳(carbon tetrachloride, CCl4)橄榄油溶液，对照组注射同等量生理盐水；第1周注射2次，第2周开始每周注射1次，连续注射12周。

1.2 图像采集和分析 采用GE Signa HTxt 1.5T超导MR扫描仪，GE 1.5T 4CH 7 cm Animal Array大鼠专用线圈。于注药后第4、6、8、10和12周，采用随机数字表法，分别选取实验组14只和对照组2只大鼠采集MRI。以浓度3.8%、剂量0.8 ml/100 g体质量腹腔注射水合氯醛麻醉大鼠，仰卧位保定，加压固定腹部，使肝脏置于线圈中心。扫描序列及参数：快速自旋回波(fast spin echo, FSE)T1W，TR=100、200、300、500和800 ms，TE=7.7 ms，矩阵256×256，FOV 100 mm×100 mm，层厚2 mm，层间距0.2 mm，激励次数为4，扫描时间分别为5 min 17 s、4 min 59 s、3 min 39 s、4 min 31 s和4 min 41 s；FSE T2W，TR=1 500 ms，TE=85.5 ms，矩阵256×224，FOV 100 mm×100 mm，层厚2 mm，层间距0.2 mm，激励次数为1，扫描时间为11 min 18 s。

扫描结束后将图像传至GEADW4.5 Functool工作站，自动生成T1 mapping和T2 mapping伪彩图。避开血管、胆管和伪影，于肝中静脉汇入下腔静脉层面的肝右叶、中叶及左外侧叶各选取一个面积为10 mm2的圆形ROI，尽量保证所有ROI位于相同肝脏层面。由2名具有15年和9年腹部影像学诊断经验的主治医师测量ROI的T1值及T2值，取二者平均值为最终结果。

1.3 病理学检查 MR检查结束后处死大鼠，取肝组织经固定、脱水等处理后行HE和天狼猩红染色。肝纤维化病理分期[3]：无纤维化为S0期；汇管区纤维化且局限于窦周及肝小叶内为S1期；汇管区周围纤维化且纤维间隔形成，肝小叶结构仍保留为S2期；纤维间隔伴小叶结构紊乱而无肝硬化为S3期；早期肝硬化为S4期。依据肝细胞脂肪变性占肝组织标本量的百分比评估肝脂肪变性程度[4]：肝细胞脂肪变性<5%为F0度；5%～30%为F1度；31%～50%为F2度；51%～75%为F3度；>75%为F4度。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。计量资料以±s表示。采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient， ICC)检验2名医师测量T1值和T2值的一致性，ICC≤0.2为一致性较差，0.2

2 结果

80只大鼠中，7只于MR扫描过程中死亡，20只图像呼吸伪影较多而被剔除，最终实验组47只和对照组6只、共53只大鼠纳入研究。

图1 S0期大鼠肝脏病理图和MR T1 mapping、T2 mapping伪彩图 A.S0期大鼠肝脏汇管区结构清晰，未见纤维化(天狼猩红染色，×50)； B.S0期大鼠肝小叶结构清晰，肝细胞内未见有脂肪沉积、炎性细胞浸润(HE，×50)； C.测量T1 mapping图ROI，肝实质平均T1值为338.04 ms； D. 测量T2 mapping图ROI，肝实质平均T2值为48.65 ms

图2 S4期大鼠肝脏病理图和MR T1 mapping、T2 mapping伪彩图 A.S4期大鼠肝脏假小叶形成，早期肝硬化表现(天狼猩红染色，×50)； B.S4期大鼠肝小叶结构紊乱，肝细胞内见脂肪浸润，脂肪分度为F2度(HE，×50)； C.测量T1 mapping图ROI，肝实质平均T1值为559.59 ms； D.测量T2 mapping图ROI，肝实质平均T2值为55.49 ms

2.1 病理结果肝纤维化病理分期 实验组47只大鼠中，S1期10只、S2期19只、S3期11只、S4期7只；对照组 6只大鼠均为S0期。肝脂肪变性病理分级：实验组F2度16只，F3度21只，F4度10只，无F1度大鼠。对照组6只大鼠均为F0度。天狼猩红及HE染色结果显示，S0期大鼠肝组织肝小叶结构完整，肝细胞索排列整齐，肝脏汇管区结构清晰，未见纤维化及肝脂肪变性、炎性细胞浸润(图1A、1B)；肝纤维化大鼠肝细胞内均出现不同程度脂肪沉积，伴不同程度肝细胞变性、坏死、炎性细胞浸润；随着纤维化分期进展，肝细胞间质胶原纤维、网状纤维沉积范围均越来越广泛，S4期大鼠可见肝小叶形成呈早期肝硬化表现，伴脂肪浸润(图2A、2B)。

2.2 肝纤维化各期大鼠T1值、T2值比较 2名医师测量T1值和T2值的一致性强(ICC分别为0.81、0.87,P均<0.05)。S0期肝实质T1值和T2值(图1C、1D)与肝纤维化各期差异均有统计学意义(表1)。S1期肝实质T1值较S3期和S4期短(P均<0.05)，S2期肝实质T1值较S4期(图2C)短(P<0.05)；S1期肝实质T2值较S4期(图2D)略延长(P<0.05)；余肝纤维化各期肝实质T1值和T2值差异均无统计学意义(P均>0.05)。

2.3 大鼠肝纤维化分期和肝脂肪变性分度与T1值及T2值的相关性 大鼠肝实质T1值与肝纤维化分期呈正相关(r=0.68，P<0.01，图3)，与肝脂肪变性程度无明显相关(r<0.01，P>0.05)；大鼠肝实质T2值与肝脂肪变性程度呈正相关(r=0.72，P<0.01，图4)，而与肝纤维化分期无明显相关(r=0.06,P>0.05)。

图3 大鼠肝实质T1值与肝纤维化分期的相关性散点图 图4 大鼠肝实质T2值与肝脂肪变性分度的相关性散点图

表1 大鼠肝纤维化不同分期之间T1值、T2值比较(ms，±s)

表1 大鼠肝纤维化不同分期之间T1值、T2值比较(ms，±s)

肝纤维化分期T1T2S0(n=6)316.51±65.6842.95±3.43S1(n=10)402.01±57.1465.12±9.46S2(n=19)417.49±47.0059.64±7.91S3(n=11)514.83±87.1060.17±5.07S4(n=7)518.72±36.5055.33±7.30F值11.869.40P值<0.001<0.001

3 讨论

肝穿刺活检是诊断肝纤维化的“金标准”[5]，但为有创检查，且不宜用于长期随访观察病情。T1 mapping可反映心肌的间质水肿、纤维化程度，测量心肌的T1值可量化评估心肌纤维化程度[6]，既往常用于评估心肌纤维化。T2 mapping通过检测组织中水分子的微小变化而量化分析病变[7]，多用于评估关节软骨和椎间盘病变，也可联合T1 mapping评估心肌疾病。有研究[8-9]认为T1 mapping对于肝纤维化具有重要价值和巨大潜力，不仅可诊断肝纤维化，还可区分肝纤维化程度，相比T2 mapping、扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)和血氧水平依赖成像(blood oxygenation level dependent imaging, BOLD)，T1 mapping区分肝纤维化程度的准确性更高。

本研究结果发现，随着肝纤维化程度加重，大鼠肝实质T1值逐渐延长，与既往研究[8-11]结果相符；且T1值与肝纤维化分期存在正相关，而与肝脂肪变性程度无明显相关，推测原因主要在于T1值延长主要受细胞外基质纤维沉积量及范围的影响，而与脂肪沉积的量和范围无明显关联。CHOW等[12]认为肝细胞水肿和细胞外基质纤维过度沉积及炎症导致肝组织结构变化，使T1值延长。本研究结果表明，T1 mapping具有诊断肝纤维化的能力，根据T1值可区分轻度和重度肝纤维化，但用于评估肝纤维化具体分期仍存在局限性。

T2 mapping可间接反映生理病理过程各组织水分子的细微变化[13]。T2值对胶原纤维的密度及含水量变化比较敏感，既往T2 mapping多用于检测关节软骨和椎间盘的损伤和退变，及与T1 mapping联合辅助诊断急性心肌梗死。既往研究[12，14-15]认为T2值可定量肝纤维化程度，T2值随着肝纤维化程度加重逐渐延长。本研究结果显示T2值与肝纤维化分期无明显相关性，除S0期肝实质T2值与肝纤维化各期及S1期肝实质T2值与S4期差异有统计学意义外，其余肝纤维化各期肝实质T2值差异均无统计学意义，提示T2值可诊断有无肝纤维化，但无法评估肝纤维化分期，与CASSINOTTO等[8]的研究结果相似。本研究结果发现T2值与肝脂肪变性程度呈正相关，推测T2值不仅对炎症和水肿比较敏感，还可定量评估肝细胞内脂肪沉积量及范围。

本研究的局限性：①为动物实验，MR扫描过程中难以有效控制动物的呼吸运动，测量结果存在一定偏倚；②CCl4诱导大鼠肝纤维化过程中存在一定程度炎症反应，难以避免其对肝纤维化的影响。

综上所述，MRT1 mapping可无创评估大鼠肝纤维化，T2 mapping可无创评估大鼠肝脂肪变性，有望为临床诊断肝纤维化和肝脂肪变性提供新的影像学方法。