钆塞酸二钠T1 mapping磁共振成像定量评估兔肝纤维化的研究

朱祖辉，邢伟*，刘海峰，2，王晴，杜亚楠，李宇峰，张记磊

肝纤维化(hepatic fibrosis，HF)是长期慢性肝实质反复损伤-修复后肝内结缔组织异常增生，细胞外基质弥漫性异常沉积的病理过程[1]。HF是慢性肝病的共同基础，随着HF进展可出现终末期肝硬化甚至肝癌[2]，精准分期并抗纤维化治疗可有效阻遏甚至逆转早期HF，因此，HF准确分期对指导治疗方式及患者预后判断具有十分重要的意义[3-4]。肝穿刺活检虽然是临床诊断HF的金标准，但是25%～40%的病人会产生疼痛，0.3%～0.6%的病人出现出血，严重者甚至可导致死亡[5]，因此寻求无创、有效的HF诊断及分期的方法成为当前研究的热点。

钆塞酸二钠(gadolinium ethoxybenzyl diethylenetriamine pentaacetic acid，Gd-EOB-DTPA)兼具细胞外间隙及肝细胞对比剂特性[6]，基于Gd-EOBDTPA的磁共振纵向弛豫时间成像(T1 mapping)不仅可通过直接测量增强前后的T1值的变化反映对比剂分布情况，还可以通过间接测量肝细胞外容积(extracellular volume fraction，ECV)变化反映HF时细胞外体积变化[7-8]，所以T1 mapping具有量化HF的潜在优势。因此，本研究拟探讨基于Gd-EOB-DTPA的T1 mapping成像技术定量评估HF的价值，为HF无创诊断及治疗提供影像学依据。

1 材料与方法

1.1 动物模型

本研究经苏州大学附属第三医院伦理委员会审核批准。前瞻性纳入100只新西兰雌性健康大白兔(苏州大学动物实验中心提供)，6月龄，体重2.0～2.6 kg，随机分为HF组(n=80)和正常对照组(n=20)。HF组通过颈背部皮下注射50%CCl4油溶液(100%CC14与橄榄油1∶1混合)，每周注射1～2次，第1～3周剂量0.1 mL/kg，第4～6周剂量0.2 mL/kg，第7～10周剂量0～3 mL/kg；对照组实验兔接受同剂量、等频率的生理盐水注射。

1.2 MRI扫描方案

MR扫描采用Philips Ingenia 3.0 T超导磁共振扫描仪，18通道相控阵膝关节线圈。扫描前兔禁食12 h，肌注水合氯醛4 mL/kg，仰卧位下用腹带固定腹部抑制呼吸。在第4、5、6、15周末随机选取HF组20只及对照组5只兔行轴位肝脏MRI扫描：①轴位T1WI；重复时间/回波时间=400/18 ms，翻转角=90°，层厚=4 mm，层间距=0.4 mm。②采用改良Look Locker 序列分别于增强前、增强后10、20 min获取T1 mapping图像：重复时间/回波时间=3/1 ms，翻转角=20°，层厚=4 mm，层间距=0.4 mm。

1.3 图像分析

所有图像均传送至Philips工作站，由两位腹部影像研究方向的医师在双盲前提下对获取的MR图像分别进行独立分析，如遇分歧则通过讨论解决。在T1native、T110min、T120min的图像上避开肝血管、胆管、肝脏边缘后，分别在肝左、中、右叶勾画ROI，ROI面积为15～20 mm2，获取的参数平均值作为最后肝脏的T1native、T110min、T120min的定量参数值。最后，通过公式获取ECV参数值，ECV=(1/LT1post-1/LT1native)/(1/AT1post-1/AT1native)×(1-HCT)，其中T1native为增强前肝脏T1值，T1post为增强后(10、20 min)T1值，AT1native为腹主动脉增强前T1值，AT1post为腹主动脉增强后(10、20 min)的T1值，HCT为血细胞比容(hematocrit)。

1.4 病理学检查

扫描后利用空气栓塞致死实验兔，取兔肝脏10%福尔马林溶液浸泡，甲醛固定后制石蜡切片，行Masson染色后两名富有经验的病理医师于显微镜下进行Metavir分期：F0：无HF；F1：门静脉汇管区扩大，局限窦周、小叶内纤维化；F2：汇管区周围纤维化或少量间隔形成，小叶结构保留；F3：大量纤维间隔伴小叶结构紊乱，无肝硬化；F4：肝硬化。

1.5 统计学分析

采用SPSS 22.0和MedCalc 18.2软件进行统计学分析。Kolmogorov-Smirnov检验计量资料是否符合正态分布，正态分布数据则用±s表示。采用Spearman相关性分析各定量参数值(T1native、T110min、T120min、ECV10min、ECV20min)与HF分期的相关性，并以相关系数r值的绝对值大小表示相关性高低，|r|＞0.7、|r|=0.4～0.7、|r|=0.2～0.4分别代表强、中等、弱相关，|r|＜0.2表示无相关性。使用单因素方差分析的LSD方法比较各HF分期之间定量参数值的差异性。应用ROC曲线方式分析各定量参数值鉴别诊断 F0 vs F1-F4(≥F1)，F0-F1 vs F2-F4(≥F2)，F0-F2 vs F3-F4(≥F3)，F0-F3 vs F4(F4)的价值。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 兔HF模型和病理学结果

在初步纳入的100只实验兔中，7只HF兔因CC14不耐受死亡，3只HF组和3只正常对照组兔麻醉时意外死亡而排除，2只正常对照兔因呼吸运动伪影造成的T1 mapping图像质量较差而未纳入，最终HF建模成功及完成MR扫描 85只。如表1所示，F0、F1、F2、F3、F4期分别为14、19、15、19、18只。HF病理特征及T1 mapping图像如图1所示。

2.2 T1 mapping定量参数与HF进展相关性

如图2所示，T120min、ECV20min随着HF进展均呈明显正相关(r=0.818、0.766，P＜0.001)，T1native和T110min与HF进展有中等正相关(r=0.685、0.428，P＜0.001)，而ECV10min呈现出弱相关性(r=0.278，P=0.01)。

2.3 不同分期T1 mapping定量参数值比较

如表1所示，正常对照组和HF组(F1-F4)5个定量参数值(T1native、T110min、T120min、ECV10min、ECV20min)差异均具有统计学意义(P＜0.05)。除F1 vs F2和F3 vs F4期，其余各期HF组两两比较T1native差异均有统计学意义(P＜0.05)。T110min在F0 vs F2，F1 vs (F2、F3、F4)，F3 vs F4组差异无统计学意义(P＞0.05)，其余各组T110min差异具有统计学意义(P＜0.05)；T120min可有效鉴别除F0 vs F1外的其余各HF组；除F0 vs F4期ECV10min值有明显差异外(P＜0.05)，其余各组ECV10min两两比较差异均无统计学意义。对于ECV20min值，除F0 vs F1，F2 vs F3期ECV20min值有统计学差异外(P＞0.05)，其余各组ECV20min值两两比较均有统计学意义(P＜0.05)。

表1 不同HF分期T1 mapping及ECV参数值Tab. 1 Summary values of T1 mapping and ECV parameters in different HF stages

表2 T1 mapping参数值鉴别诊断HF分期的效能Tab. 2 Efficiency of T1 mapping parameters in differenting HF stages

2.4 ROC曲线分析

T120min鉴别诊断≥F1、≥F2、≥F3、≥F4的AUC分别为0.90、0.93、0.93、0.92，整体高于ECV20min(AUC=0.85、0.89、0.89、0.95)和T1native(AUC=0.98、0.81、0.85、0.76)，T110min(AUC=0.80、0.68、0.76、0.66)及ECV10min(AUC=0.65、0.65、0.66、0.65)诊断价值较低，如表2和图3所示。

3 讨论

3.1 实验背景

前期研究证实通过直接测量Gd-EOB-DTPA增强MRI肝脏信号强度、肝脾信号比评价HF及肝功能损伤[9-10]，但肝脏信号强度与对比剂浓度并不具备明显线性相关性，且信号强度易受扫描序列、参数及技术的影响，导致通过直接测量信号强度的方法评价HF及肝功能损伤存在争议。T1弛豫时间是反映质子纵向弛豫的绝对值并与对比剂浓度呈线性相关，因此基于T1 mapping成像测量的肝脏T1弛豫时间比直接测量信号强度更客观、稳定，还可以直接用于不同时间点采集序列之间的比较[7，11]。

3.2 T1 mapping各参数值结果以及原因分析

3.2.1 T1native分析

本研究发现T1 mapping成像的平扫T1native参数值与HF进展呈现明显正相关性并具有较高的诊断、鉴别诊断效能。T1native反映肝细胞及细胞外基质(extracellular matrix，ECM)成分及含量，HF时伴随的慢性肝损伤导致肝细胞功能障碍[12]，大量缺乏内皮细胞的新生血管产生，纤维蛋白及红细胞进入ECV，肝脏的含水量增加，因此平扫T1native值与HF进展呈增加趋势，但T1native值难以有效鉴别诊断F1 vs F2和F3 vs F4期，推测原因是早期HF细胞外基质沉积差异较小以及晚期HF伴随的铁沉积干扰。

3.2.2 T110min及T120min分析

Gd-EOB-DTPA是肝细胞特异性对比剂，较常规非特异性肝对比剂可被肝细胞膜上有机阴离子转运多肽(organic anion transport polypeptide，OATP)摄取进入肝细胞内[13]。Zhou等[14]和Sheng等[15]研究发现基于Gd-EOB-DTPA的T1 mapping成像可有效鉴别诊断HF和评价肝功能损伤，这主要是由于随着HF进展导致的进行性、功能性肝细胞受损、数量减少，OATP表达减低[15]，加之胶原纤维在细胞外间隙沉积导致Gd-EOBDTPA单位时间内进入肝细胞的量越少，从而引起肝细胞摄取Gd-EOB-DTPA减少。Gd-EOB-DTPA随着HF进展吸收减少，必然导致磁共振对比剂缩短肝脏T1的效能减低，因此T1 mapping增强后T110min、T120min值随着HF进展呈增加趋势。

3.2.3 T110min及T120min分析诊断价值比较

但是，比较分析增强后10、20 min的T1值鉴别诊断HF的国内外研究未见报道。目前认为标准的肝胆期是在注射对比剂后20～40 min[16]，本研究对比分析发现各期T120 min值虽然较T110min值低，但呈现出更高的正相关性，且鉴别诊断各期HF的价值(AUC=0.90、0.93、0.93、0.92)高于T110min值(AUC=0.80、0.68、0.76、0.66)，提示T120min值成像更适用于评价HF进展。这主要是与Gd-EOB-DTPA药代动力学有关：Gd-EOB-DTPA在20 min时的肝特异期可进入肝细胞内，肝细胞随着HF进展OATP受损、减少从而引起Gd-EOB-DTPA吸收减少，加之在对比剂注射20 min后Gd-EOB-DTPA被肝细胞特异性吸收进入细胞内，细胞外间隙内对比剂相比T110min更少，从而导致肝脏T1值进一步减低，因此各期HF的T120min值较T110min值小。而10 min时仍处于Gd-EOB-DTPA由细胞外间隙吸收进入细胞内的过程中，因此T120min相比于T110min加大了各HF分期的T1值的差距，所以T120min鉴别诊断HF的价值更高，提示T120min值更适用于诊断及鉴别诊断HF，为今后肝脏Gd-EOBDTPA增强磁共振成像诊断HF时间点的选择提供了影像学依据。

3.2.4 ECV10min及ECV20min分析

通过测量T1 mapping成像增强前后T1值的变化得出的ECV值能反映组织内对比剂分布，且不受患者心率快慢、磁共振对比剂计量、血细胞比容的影响。 既往研究证实ECV值能无创性有效评估心肌纤维化、心肌水肿及淀粉样变[11，17]，但关于Gd-EOB-DTPA增强后10、20 min的ECV值评价HF的研究未见报道。ECV值反映肝脏细胞外间隙大小，随着HF进展，胶原纤维为主的细胞外基质沉积引起细胞外体积增大，因此ECV参数值与HF进展存在理论上的正相关。本研究除证实ECV10min和ECV20min与HF进展具有正相关性于上述理论相符外，还提示ECV20min鉴别诊断各期HF的价值高于ECV10min，这主要可能是由于10 min时Gd-E0BDTPA在细胞外间隙残留加上HF伴随的炎症水肿、铁沉积[18-19]引起细胞外间隙不稳定导致ECV10min诊断HF价值较低。

3.3 不足与展望

本研究也存在以下不足：首先，由于相对较高的兔死亡率和严重的呼吸和运动伪影，最终只有85只兔纳入研究，所以在后续的动物实验需要防止高死亡率和避免严重的伪影。其次，由CCl4诱导的兔HF模型可能无法准确反映人肝脏的病理变化。因此，需要在临床研究中进一步证实T1 mapping和ECV定量参数值鉴别诊断HF的价值。第三，HF的病理变化同时包含肝脏炎性反应、脂肪变性及铁沉积[20]，这些异质性因素可能影响T1 mapping和ECV定量参数与HF相关性评价。

综上所述，基于Gd-EOB-DTPA的增强 T1 mapping 成像定量参数及ECV值与HF进展密切相关，且对诊断及分期具有较大的诊断及鉴别诊断价值，可作为临床HF分期、疗效评估的有效影像学参数值。

利益冲突：无。