肝泡球蚴病边缘区域CT灌注成像与组织病理对照研究

姚 冰 王海涛 刘文亚 王 静 蒋 奕 王 健

肝泡球蚴病 (hepatic alveolar echinococcosis,HAE)是包虫病中的一种罕见类型,俗称“虫癌”,在组织学上有恶性肝脏肿瘤的浸润性生长特点[1],对人体危害极大。评价HAE边缘区域血流状态及增殖浸润特征对病变的发展、治疗及预后具有重要指导意义。CT灌注成像作为一种功能性影像检查方法,具有安全、准确、无创的特点,可评价活体组织器官血流灌注情况。本研究通过分析HAE边缘区域CT灌注成像特点,并与组织病理学对照研究,探讨CT灌注成像在评价HAE边缘区域血流状态和增殖浸润特征的临床应用价值,为临床根治性手术切除提供影像依据,同时为HAE病情监测、综合治疗及疗效观察等提供信息。

方 法

1.研究对象

2007年12月～2010年2月在我院经彩超或CT诊断并经手术病理或临床证实为HAE28例,男16例,女 12例,年龄22～61岁,平均41.1岁。其中13例为少数民族 (哈萨克族5例、维吾尔族3例、蒙古族2例、回族2例、藏族1例),15例为汉族。全部行CT灌注检查。28例单发病灶25例,多发 3例,为肝脏左、右叶各有一巨大病灶,病灶之间独立、不相连,共计病灶31个,肝右叶16个,肝左叶5个,骑跨左右叶10个,病灶最大层面大小在45mm×70mm～150mm×180mm不等。其中17例行手术治疗后病理证实。另外11例虽然未能手术,但依据病人来自流行区或有包虫病接触史,包虫试验阳性及超声(US)、CT和MR的影像特点典型,因而确定为本病。

2.CT灌注成像

2.1 CT灌注扫描:使用GE Light speed Ultra型64层螺旋CT机。首先训练病人胸式平稳呼吸,尽量降低膈肌及腹部呼吸幅度。在常规全肝平扫后,选择病灶最大层面(尽量靠近肝门)作为靶层面,采用多层扫描序列中的灌注程序行灌注扫描。用Ulrich型高压注射器经前臂静脉一次性快速团注非离子型对比剂(碘海醇300mgI/ml)40～ 50ml,流率4～ 4.5ml/s,预留时间8s,以电影模式连续无间断扫描55s,层厚5mm,电压120kV 、电流 200mA,产生 872幅图像。

2.2 CT图像处理:将灌注扫描所得图像传输到AW4.2工作站,应用GE CT Perfusion 3软件包的肝肿瘤灌注(liver tumor perfusion)协议处理。选择处理阈值为-25～350HU,以涵盖所研究结构为原则,减少对空气或骨骼等数据的处理时间。腹主动脉和门静脉分别被确定为输入动脉和输入门静脉,采用去卷积法计算出时间密度曲线(time-density,TDC),测得肝泡球蚴病灶、病灶边缘区域及周围肝脏组织的各项灌注参数,包括:血流量(blood flow,BF)、血容量(blood volume,BV)、平均通过时间 (mean transit time,MT T)、毛细血管表面通透性(permeability surface area product,PS)、肝动脉灌流分数(hepatic arterial fraction,HAF)、肝动脉灌流量(hepatic arterial perfusion,HAP)、门静脉灌流量(portal vein perfusion,PVP)。在靶层面各取 3个尽量大的兴趣区(region of interest,ROI),避开大血管边缘以避免部分容积效应,取其平均值。根据肝脏病变评价的需要,同时计算出肝动脉灌流量(hepatic arterial perfusion,HAP)和门静脉灌流量(portal vein perfusion,PVP),运用公式HAP=BF×HAF和PVP=BF×(1-HAF)手工计算所得,再取其平均值。

2.3 病理学观察:①17例术后切除大体标本观察;②取材:在病灶最大层面处四周边缘不同交界区组织块3块(5mm×10mm×5mm),病理取材病灶边缘区域尽量与CT图像后处理所测ROI一致;③染色与观察:常规HE染色;采用二步免疫组化法行CD34染色后,利用计算机辅助图像分析系统(Motic images 3000)采集图像并计数阳性血管。采用Weidner[2]计数法判断CD34阳性标准并计数,记录5个视野内的微血管数的平均值,作为该例的MVD。

3.统计学处理

所有数据用统计软件包SPSS 13.0处理。计量资料用算术均数±标准差表示。分别对31个HAE病灶中心、边缘区域及周围肝脏组织三组灌注参数(BF、BV 、MT T 、PS、HAF 、HAP 、PVP)的均数比较采用单因素方差分析,组间两两比较采用LSD检验。17例手术后HAE病灶边缘区域灌注参数与MVD采用Pearson相关分析。检验水准双侧a=0.05。

结 果

1.CT灌注图像分析

HAE病灶的CT灌注图见图1,2。

31个HAE病灶中心、边缘区域及周围肝脏组织三组的各项灌注参数值均数间比较见表1。

三组各项灌注参数采用单因素方差分析,得到BF(F=180.879)、BV(F=53.875)、MTT(F=12.097)、PS(F=64.21)、HAF(F=123.286)、HAP(F=15.915)、PVP(F=147.76),三组间差异均有统计学意义(P=0.000)。组间两两比较采用LSD检验,其中病灶组与周围肝脏组织组的各项灌注参数间差异有统计学意义(P＜0.05);病灶组与边缘区域组组间,除M TT参数值无统计学意义(P=0.07)外,余各项灌注参数的均数间差异均有统计学意义(P=0.000);边缘区域组与周围肝脏组织组BF、MTT、PS、HAP、PVP参数间差异有统计学意义(P＜0.05),BV、HAF参数间差异无统计学意义(P＞0.05)。

表1 31个肝泡球蚴病灶、边缘区域及周围组织血流灌注参数均数比较

2.大体标本及组织病理染色结果

2.1 肉眼观察:大体观呈为淡黄色或灰白色的囊泡状团块,质较硬,由无数小囊泡集合而成海绵状,与周围组织分界不清,病灶中心可见淡黄色胶冻状液体。剖面观坏死的淡黄区与灰白发亮的纤维交替,其间镶嵌散在或成堆的小囊泡(直径多在1～3mm),酷似蜂窝状或虫蚀样外观(图3A)。

2.2 HE染色:显微镜下所见HAE病变主要由无数小囊泡、泡间纤维基质、大量难以确认结构的坏死组织以及散在钙化组成。在凝固性坏死周围有结核样肉芽肿形成及纤维结缔组织增生,有较多的淋巴细胞、嗜酸粒细胞、浆细胞等炎细胞浸润,部分坏死组织边缘见少量肝组织结构残余。与周围正常组织无纤维包膜形成,故无明显界限(图3B)。

2.3 免疫组化染色:病灶边缘区域行CD34染色,镜下观察可见新生微血管被标记为棕黄色,CD34染色阳性的血管内皮细胞显示清晰(图3C、D)。CD34染色固有组织内病灶中心对CD34不表达。除门管区小血管及中央静脉外,正常的肝组织的肝窦对CD34基本不表达。

利用计算机辅助图像分析系统测得17例病灶边缘区域MVD值为21.64±7.31。17例病灶边缘区域各灌注参数值与MVD值的相关性采用Pearson相关分析,结果参数BF、HAF、HAP与MVD均呈正相关(P＜0.05),而参数MT T、BV、PVP与MVD间无相关性(P＞0.05)(表 2)。

表2 17例肝泡球蚴病灶边缘区域CT灌注参数与MVD相关性分析

讨 论

1.HAE的病理和CT影像特点

HAE病灶呈灰白色或灰黄色,切面由无数不规则的微小囊泡及周围杂乱的组织坏死和组织反应带构成的,以向外芽生繁殖,无限制地侵蚀周围肝组织,出现浸润、钙化、液化三个不同的病程,三个病程可先后发生,同时存在[3]。CT图像可以在一定程度上反映出HAE的病理变化。CT平扫时HAE病灶呈以低密度为主的混杂密度,增强后病灶内部一般无强化,且病灶内往往因缺血坏死而出现更低密度的液化坏死区,而病灶边缘区域由于周围肝脏组织的强化效应,未被强化的病灶轮廓被衬托的较清[4],且在门脉期显示更为清晰。在病灶与周围肝脏组织间不规则稍低密度带,平扫时其CT值为42～53HU,增强后病灶边缘区域可见强化,CT值为58～67HU。HAE病灶可以转移到全身任何部位[5,6],一旦发生肝外转移,往往提示病变预后不佳。HAE的CT影像特点已有较多报道,在该病高发区对其诊断已无困难,但对HAE灶边缘区域血流状态的研究则相对甚少。

2.HAE的CT灌注特点

CT具有很高的密度分辨率,对HAE准确定位,显示其大小、数目与邻近器官的关系,但在临床上确定病灶的边缘带范围及浸润增殖情况,对患者的术前评估、手术治疗及预后尤为重要。20世纪90年代初Miles等[7]将CT灌注技术应用于肝脏,与组织学方法相比,具有不需组织标本、重复性好、操作性强等优点,可获得肝脏血流动力学改变的信息。近几年国内外有关肝脏CT灌注的报道以原发性肝癌和转移性肝癌较多[8,9]。

观察本研究28例31个病灶的灌注函数图像,可测得病灶边缘区域灌注参数BF、HAP、PVP较周围肝组织高,考虑病变周围微血管生成,纤维结缔组织内毛细血管扩张、充血,小动脉壁增厚,炎细胞浸润。目前大多数学者[7,10]认为病灶HAP升高与微血管密度升高一致,组织学上可见动脉形成,虽然在影像学上不能直接看到微血管,但病灶边缘HAP升高,意味着新生血管化,其范围比常规CT所见大。本研究中,大部分病灶在CT血流灌注图上所观察病灶的浸润范围比普通增强后所见的要大,约1～2cm,说明CT灌注能够更准确的观察病灶增殖浸润范围。故在普通增强扫描所见的泡球蚴病灶边缘并不是其真正的边界,CT灌注能够更好得显示其浸润范围。可以在根治性手术术前对于切除范围初步界定,为避免盲目扩大手术切除范围提供影像学依据。

本研究CT灌注成像显示肝泡球蚴病灶及中央坏死区呈低灌注或无血流灌注,符合包虫病灶特点,内部包虫虫体衰变液化,基本无血流存在,BF、BV、PS较周围肝脏组织明显减低,MT T变短。测得病灶周围肝脏组织的BF较边缘区域低,BV、PS两者之间无明显差异,考虑为本研究病例大多病灶较大,个别病灶局限于一至两个肝段,绝大部分病灶占据肝脏大部分,依据影像学分期,大多处于中、晚期,病灶包围血管和胆管会引起梗阻性黄疸和肝功能不全。

根据CT灌注扫描图像可见大部分病例肝动脉、门脉主干及其分支受病灶推移、包绕,甚至被侵犯,远端血管不显影为“截断”样。本研究分析病灶边缘区域与周围肝脏组织的HAP、PVP参数之间差异有统计学意义(P＜0.05),病灶边缘区域HAP、PVP均较周围肝脏组织高,提示肝泡球蚴病灶边缘区域供血丰富,并且肝动脉和门静脉共同参与肝泡球蚴病边缘区域的供血。而HAF在病灶边缘区域与周围肝脏组织间差异无统计学意义,考虑两者肝动脉供血的比例无明显差异。

3.CT灌注参数与MVD的关系及意义

近些年国内外学者[11,12]研究证实恶性肿瘤发生、发展、浸润及转移等生物学行为都与新生血管形成密切相关。微血管密度(MVD)是反映肿瘤新生血管生成活性的一个 “金标准”。这些血管不仅是促进肿瘤生长、转移的基础,而且还能引起血容积、灌注量、毛细血管通透性的改变,而CT灌注成像是反映组织血流灌注状况以及组织器官生理功能变化的一种功能性成像方法,研究两者之间的关系能够更真实反映肿瘤血流动力学情况。肝泡球蚴病有近似肝癌的浸润生长行为,故有“虫癌”之称,探讨CT灌注成像与微血管密度的关系,有助于判断肝泡球蚴病的生物学行为及发生、发展及预后。

本研究将17例HAE边缘区域CT灌注参数BF、HAF、HAP与MVD呈正相关,而BV、MTT、PS、PVP与MVD间无相关性。BF为单位时间内流经定量组织的血容量,反映的是局部区域血流量,BF与MVD值呈正相关,提示病灶边缘区域血流较为丰富,与免疫组化所测边缘区域丰富的新生血管相吻合。BV代表对比剂在单位肝组织内的分布容积,M TT是指血流从动脉流入到从静脉流出的时间,BV、MT T与MVD表达无相关性,表明虽然新生血管数目增大,血容积增大,但另一方面,新生血管增多,也导致血管压力增大,血容积减少,根据公式BV=BF×MT T来看,HBV理论上受两个参数影响较大,而MT T受病变内存在大小不一的动静、动门脉等不同途径和级别的直接通路影响也较大,因此,MTT、BV值对反映新生血管意义不大。PS反映了由病灶的存在而引起的对比剂从血管向组织间隙中的单向扩散的流量变化。本研究病灶边缘区域CT灌注参数PS与新生微血管数无明显相关性。Miles等[7]认为获得较为准确的PS值,扫描时间要在2～5min左右。本研究扫描时间为55s,并且在实际测量中也发现PS值标准差较大,部分接近其均数,考虑所测PS值不具有代表性。

根据肝脏病变评价的需要,计算出HAP,即HAP=BF×HAF。HAF代表由肝动脉供给病变的肝动脉血输出分数。HAF、HAP与MVD表达正相关,表明随着病灶生长,以动脉供血为主的新生血管增多,进一步表明肝动脉是HAE边缘区域主要供养的靶血管。HAF与MVD呈正相关,表明随新生血管数的增多,肝动脉供血比例增加。而PVP,即PVP=BF×(1-HAF),PVP与MVD间无相关性,与前述考虑门静脉参与HAE边缘区域供血说法并不矛盾,由于本研究病例病程大多处于中、晚期阶段,考虑肝动脉为新生血管主要的供养血管,本研究中可能部分病灶边缘区域单纯由肝动脉供血,部分由肝动脉和门静脉双重供血,故所得PVP与MVD间的相关性无统计学意义。

多层螺旋CT肝脏灌注成像是一种评价肝脏灌注异常的有效手段。通过对HAE的CT肝脏灌注成像,揭示肝泡球蚴病灶与周围正常肝组织间存在边缘浸润带,该区域CT血流灌注参数与MVD有良好的相关性,显示边缘新生血管主要由肝动脉参与供血,门静脉参与部分血供。CT灌注不仅可以观察病灶浸润增殖的范围,还可以借助各项灌注参数分析其血流变化,推断病变组织病理学特点,对临床病情监测、选择合适的手术切除范围及判断预后提供指导和依据。

1.Charbonnet P,Buhler L,Sagnak E,et al.Long-term follow upof patients with alveolar echinococcosis.Ann Chir,2004,129:337-342

2.Weider N.Intratumor microvessel density as a prognostic factor in cancer.Am J Pathol,1995,147:9-19

3.温 浩,徐明谦.实用包虫病学 .北京:科学出版社,2007:139-143

4.刘文亚,楼俭茹,邢 燕,等.肝泡球蚴病的多层螺旋CT影像特征 .中华放射学杂志,2005,39:860-863

5.刘文亚,尚 革,党 军.泡状棘球蚴肝外转移灶的CT表现 .中华放射学杂志,2000,34:255-257

6.刘文亚,谢敬霞,李 莉.盆腔棘球蚴病的CT诊断.中华放射学杂志,2003,37:79-81

7.Miles KA.Perfusion CT for the assessment of tumor vascularity:which protocol?Br J Radiol,2003,76:36-42

8.Fournier L S,Cuenod C A,Bazelaire C,et al.Early modifications of hepatic perfusion measured by functional CT in a rat model of hepatocellular carcinoma using a blood pool contrast agent.Eur Radiol,2004,14:2125-2133

9.王 琦,时高峰,杜 煜,等 .正常肝脏与微小转移性肝癌多层螺旋CT灌注成像的临床研究 .中国医学影像技术,2007,23:887-880

10.周 诚,杨正汉,叶晓华.CT、MR功能成像在肝脏病变的应用进展 .中国医学计算机成像杂志,2004,10:329-337

11.FolkmanJ.Role of angiogenesis in tumor growthand metastasis.Seminars in Oncology,2002,29:15-18

12.文 利,丁仕义,牟伟,等 .肝细胞癌CT灌注参数与微血管密度的相关性研究 .中华放射学杂志,2005,39:280-284