基于Exchange血流動力學模型的MRI掃描參數診斷肝硬化臨床價值分析*

黃漢軍，魯鳳榮，張 燦

隨著醫學影像學和化學發光技術的不斷發展，使肝硬化診斷的無創和定量成為可能[1-3]。MRI具有無創、無輻射和分辨率高等優點，在慢性肝臟病變的診斷方面應用非常廣泛[4，5]，如MRI擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）就被用于診斷肝纖維化程度[10]。在肝硬化的進展過程中，肝臟血流動力學和血管微環境隨之改變，也就有了應用雙輸入雙室Exchange模型和雙輸入Extended Tofts模型評價肝硬化程度的報道[6，7]。我們應用Exchange模型和磁共振動態增強（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）技術，定量分析了其評價肝硬化程度的可能性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 2017年12月～2018年12月我院診治的慢性乙型肝炎和慢性丙型肝炎患者60例，男32例，女28例；平均年齡為（45.7±6.8）歲。其中乙型肝炎52例，丙型肝炎8例。經血清生化、影像學檢查和肝穿刺活檢診斷肝硬化，肝臟和脾臟無腫瘤病變，門靜脈系統無血栓形成，不伴有其它系統器質性病變。排除標準：① 患有肝臟腫瘤；② 患有心、肺、腎功能嚴重不全或血液系統疾病；③孕婦和兒童。同時，選擇30例健康體檢者作為對照組，男23例，女7例；平均年齡為（43.7±7.9）歲。本研究經我院醫學倫理委員會審核同意，患者及其家屬簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查 使用Siemens Skyra 3.0T超導型磁共振，采用腹部8通道相控陣專用線圈。檢查前3 d，禁食脂肪類食物。檢查前6 h，禁食、禁水，仰臥于掃描床，呼氣末屏氣，采集圖像。行常規腹部MRI平掃和增強掃描。給予釓貝葡胺（100 mmol/L）0.2 ml·kg-1靜脈團注，流速為2.0～3.0 ml/s。采集序列T2WI、T1WI、IP/OP、DWI和 T1 高分辨率各向性容積激發序列（T1 high resolution isotropic volume excitation，THRIVE）。掃描參數為：① T2WI，采集單次激發快速自旋回波序列（half-Rourier acquisition single-shot turbo spin-echo，HASTE），TR 1800 ms，TE 90 ms，FOV 340 mm×340 mm，矩陣 256×300，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，翻轉角度10°，激勵次數（NEX）為 1 次；② T2WI，TR 3000 ms，TE 80 ms，FOV 360 mm×360 mm，矩陣 156×320，層厚 5.0 mm，層間距 1.5 mm；③ T1WI，TR 170 ms，TE 1.22 ms，FOV 400 mm×400 mm，層厚 6.0 mm，NEX 為 1次，翻轉角度 10°；④ IP/OP，TR 168 ms，TE 1.22 ms，FOV 400 mm×400 mm，層厚 6.0 mm；⑤ DWI，TR 5500 ms，TE 60 ms，FOV 400 mm×400 mm，層厚 5.0 mm，b 值為 0、200、800 s/mm2；⑥ THRIVE序列，TR 3.80 ms，TE 1.80 ms，翻轉角度 10°，FOV 400 mm×400 mm，矩陣 160×160，層厚 4.0 mm，層間距0.4 mm。所得圖像傳至GE Healthcare的Omni Kinetics軟件進行處理。首先進行三維非剛性運動校準。擬合腹主動脈和門靜脈對比劑時間-濃度曲線，作為肝臟血管輸入函數（vascular input function，VIF），手動選擇6個感興趣區（region of interest，ROI），每個 ROI面積約為 40 mm2，距離肝臟外緣1 cm以上，避開血管和囊腫區域。然后，選擇雙輸入雙室Exchange模型，獲得各參數指標的功能彩圖。計算每個ROI測得的參數，重復測量3次，計算平均值。各參數包括對比劑容積轉運常數（volume transfer constant，Ktrans）、速率常數（exchange rate constant，Kep）、細胞外間隙容積分數（volume fraction of extracellular space，Ve）、血漿容積分數（volume fraction of plasma，Vp）、肝動脈灌注指數（hepatic arterial perfusion index，HPI），對比劑平均通過時間（mean transit time，MTT）、達峰時間（time to peak，TTP）、血容量（blood volume，BV）和血流量（blood flow，BF）。

1.3 肝穿刺活檢 在MRI檢查完成1 w內，于超聲定位下進行穿刺活檢，采集肝組織長度為1.0～2.0 cm，置于10%甲醛溶液中固定、切片，行HE染色、Masson染色和網狀纖維染色。

1.4 統計學分析 應用SPSS 18.0統計學軟件行數據處理。P＜0.05為差異有統計學意義。各參數指標符合正態分布，以±s表示，采用單因素方差分析（one-way ANOVA），組間比較采用LSD檢驗。

2 結果

2.1 肝纖維化情況 在本組60例患者中，經肝組織病理學檢查，診斷為S1期3例，S2期3例，S3期1例和S4期53例。

2.2 肝臟磁共振動態成像表現情況 經常規MRI檢查，主要表現為肝臟形態不規則、左右葉比例失調，肝被膜不光滑，呈“波浪樣”改變；在T2WI序列上表現為肝實質信號不均勻，可見多發增生結節，呈稍低/等T2信號。經MRI增強掃描，動脈期主要表現為肝實質內網格樣異常強化，動態增強掃描可見肝實質灌注減低，血漿容積轉運減低（圖1）。

圖1 肝硬化患者腹部MRI表現

2.3 Exchange模型各個參數情況 正常人和不同肝纖維化人群各參數比較，見表1。

2.4 基于Exchange模型參數評價肝硬化效能 根據ROC曲線分析，Ktrans診斷肝硬化的效能最高，而Ve最低（表2）。

表1 不同人群Exchange模型參數（±s）比較

表1 不同人群Exchange模型參數（±s）比較

與正常人比，①P＜0.05

正常人（n=30） S1（n=3） S2（n=3） S3（n=1） S4（n=53） F P Ktrans（s） 0.6±0.2 0.5±0.1 0.3±0.1 0.2 0.1±0.1① 42.9 ＜0.05 Kep（s） 0.5±0.2 0.4±0.2 0.4±0.2 0.3 0.2±0.3 2.9 0.1 Ve 0.5±0.4 0.3±0.2 0.3±0.1 0.2 0.1±0.1① 27.6 ＜0.05 Vp 0.3±0.1 0.2±0.1 0.2±0.1 0.1 0.1±0.1 1.3 0.3 HPI 0.3±0.1 0.4±0.1 0.5±0.1 0.6 0.8±0.1① 72.9 ＜0.05 MTT（s） 10.5±4.3 20.4±7.3 30.4±8.2 39.3 47.8±5.5① 82.4 ＜0.05 TTP（s） 5.5±1.4 6.3±1.2 8.3±1.3 10.3 15.3±2.2① 67.1 ＜0.05 BV（ml/100 g） 15.3±3.1 13.3±2.2 12.2±3.7 12.0 11.0±1.4 0.4 0.7 BF（ml/min/100 g） 0.3±0.1 0.2±0.2 0.2±0.7 0.1 0.1±0.6① 21.4 ＜0.05

表2 Exchange模型參數診斷肝硬化效能（%）

3 討論

診斷肝硬化的金標準是肝組織活檢病理學檢查，但這是一種有創傷的檢查手段。所以，臨床上也非常需要一種無創傷、有效且診斷效率高的安全方法來評價肝纖維化程度。DCE-MRI定量技術的原理是順磁性造影劑進入血管以后，組織T1弛豫時間縮短引起組織信號的變化，然后追蹤造影劑擴散到周圍組織的情況，最后采用血流動力學模型得到量化參數指標。不同的模型可以得到不同的參數。傳統的血流動力學模型有Tofts模型和Patlak模型等。然而，肝臟是肝動脈和門靜脈雙重供血，需要采取VIF雙重血供才可以客觀地顯示肝臟微循環狀況，Exchange模型和Extended Tofts模型應運而生。

已經有研究顯示反映毛細血管表面通透性的指標與子宮肌瘤的組織病理學類型息息相關。在某些子宮肌瘤組織該指標較高[11]，而在普通型平滑肌瘤細胞膠原蛋白較高。在血供豐富的子宮肌瘤，通常不合并組織變性，故Vp值較高[12]。在HCC組織，由于其不同比例的肝動脈和門靜脈供血狀態[13]，可以采用雙輸入雙室模型精確地判斷其性質。在介入治療和抗血管生成治療HCC患者，可以采取血流動力學模型來監測治療反應[14]。常規影像學檢查，如超聲、CT和MRI只有在肝纖維化發展到顯著階段時才會表現出異常，因而在早期診斷或早期預測時往往不能采用[15，16]。

雙輸入雙室Exchange模型可以全面地判斷肝臟病理生理和血流微循環狀態[17]。本研究中，Ktrans值是指對比劑從血管內擴散到血管周圍間隙，即微循環通透性的情況[18]。隨著肝纖維化程度的加重，Ktrans值降低，這與研究理論一致。Ve在S3和S4期明顯下降，而在纖維化早期改變不明顯，即Ktrans比Ve判斷更早、更敏感。肝硬化越嚴重，肝動脈代償性供血增加，HPI值越大，與健康人比差異明顯，這與CT灌注結果也一致。研究認為HPI也適用于慢性肝臟病變的預后推測和隨訪。本研究也顯示HPI和MTT對于顯著肝纖維化診斷的敏感性和特異性均較高。

國內學者近期研究發現血清前白蛋白可以評估肝硬化病變的程度[19]。同時，營養不良、肌酐等會影響肝硬化患者的預后，這些危險因素增加了肝硬化患者預后判斷的難度[20]。盡管本研究經過嚴格的設計，但是樣本量仍較少，尤其是肝纖維化人群，因而針對各分期纖維化患者的研究還不夠詳細，有待于未來更大樣本和更細致的進一步分層研究。就目前的資料，基于雙輸入雙室Exchange血流動力學模型的DCE-MRI技術可獲得多個定量參數，在肝硬化患者的診斷方面顯示出良好的臨床應用價值，值得進一步深入研究。