不同b值DWI对大鼠肝纤维化、肝硬化病理分级的意义

王国光，孟令平，胡明秀，洪玉萍，官　兵，乔伟伟

（1.上海市第六人民医院金山分院a放射科，b病理科，上海201599；2.复旦大学动物科学实验部，上海200232）



不同b值DWI对大鼠肝纤维化、肝硬化病理分级的意义

王国光1a，孟令平1a，胡明秀1a，洪玉萍1b，官兵1b，乔伟伟2

［摘要］目的：探讨1.5 T MRI不同b值DWI下的ADC值、eADC值与大鼠肝纤维化、肝硬化分级的相关性。方法：清洁级SD大鼠100只，雄性，体质量180～200 g。将大鼠随机分为实验组84只，对照组16只，实验组采用硫代乙酰胺（TAA）腹腔定点注射，对照组同期腹腔注射同剂量生理盐水。常规MRI检查后，DWI采用FSE-EPI，按b＝300、600 s/mm2分为2组，生成ADC图及eADC图，并测量相应ADC及eADC值；根据病理结果将肝损伤分为肝纤维化0期（对照组）、肝纤维化I～Ⅱ期（早期）、肝纤维化Ⅲ～Ⅳ期（晚期）、肝硬化结节期。结果：共59只（实验组47只，对照组12只）大鼠成功行DWI检查。①b＝300 s/mm2时，实验组ADC值均低于对照组，对照组与实验组各期之间及肝硬化结节期与其余各组之间差异均有统计学意义（均P＜0.05）；eADC值均高于对照组，肝硬化结节期与其余各组间差异均有统计学意义（均P＜0.05），对照组与肝纤维化晚期组之间差异有统计学意义（P＜0.05）。b＝600 s/mm2时，实验组ADC值均低于对照组，肝硬化结节期与其余各组间差异有统计学意义（均P＜0.05），对照组与肝纤维化晚期组之间差异有统计学意义（P＜0.05）；肝硬化结节组eADC值与各组两两比较差异均有统计学意义（P＜0.05）。②ADC值与SD大鼠肝纤维化、肝硬化病理分级之间呈负相关，b＝300 s/mm2时，r＝- 0.463（P＜0.05）；b＝600 s/mm2时，r＝- 0.606（P＜0.05）。eADC值与SD大鼠肝纤维化、肝硬化病理分级之间呈正相关，b＝300 s/mm2时，r＝0.504（P＜0.05）；b＝600 s/mm2时，r＝0.435 （P＞0.05）。结论：ADC值和eADC值能对肝纤维化、肝硬化进行分级，且有一定的相关性。b＝600 s/mm2时，ADC值与肝纤维化、肝硬化分级之间相关性最好。

［关键词］扩散加权成像；肝硬化；模型，动物

Significance of diffusion-weighted imaging with different b values in pathological grading of hepatic fibrosis and cirrho-sis of rats

WANG Guoguang，MENG Lingping，HU Mingxiu，HONG Yuping，GUAN Bing，QIAO Weiwei. Department of Radiology，Shanghai Sixth People’s Hospital Jinshan Branch，Shanghai，201599，China.

［Abstract］Objective：To evaluate the correlation between pathological grading of rat liver fibrosis and cirrhosis and the value of both ADC and eADC of MR-DWI using different b value. Methods：100 clean male SD rats，weight 180～200 g. All rats were randomly divided into the experimental group（n＝84），and the control group（n＝16）. The experimental group was injected intraperitoneally with thioacetamide（TAA），and the control group was injected with the same dose of saline in the same way. After MR routine scanning，diffusion weighted imaging（DWI）was applied using FSE-EPI，with b＝300，600 s/mm2respectively，to generate the ADC and eADC maps and measure ADC and eADC values accordingly. According to pathological results，liver damage can be divided into fibrosis stage 0，Ⅰ～Ⅱ（early stage），Ⅲ～Ⅳ（advanced stage）and cirrhosis nodules stage. Results：DWI images were successfully obtained from 59 rats（the control group 12，the experimental group 47）.①When b＝300 s/mm2was applied，ADC values of the experimental group were lower than the control group. There were significant differences of both the value of ADC among control group and experimental groups and the value of ADC among cirrhosis nodules stage and the other groups（P＜0.05）. The eADC values of the experimental group were higher than the control group. There were significant differences of the value of ADC among cirrhosis nodules stage and the other groups（P＜0.05），while differences were found between the control group and advanced stage（P＜0.05）. When b＝600 s/mm2was applied，there were significant differences of the value of ADC among cirrhosis nodules stage and the other groups（P＜0.05），while differences were found between the control group and advanced stage（P＜0.05）. There were significant differences of the value of eADC among cirrhosis nodules stage and the other groups（P＜0.05）.②ADC values were negatively correlated with pathological grading of hepatic fibrosis and cirrhosis of rats（b＝300 s/mm2：r＝- 0.463，P＜0.05；b＝600 s/mm2：r＝- 0.606，P＜0.05）. eADC values were positively correlated with pathological grading of hepatic fibrosis and cirrhosis of rats（b＝300 s/mm2：r＝0.504，P＜0.05；b＝600 s/mm2；r＝0.435，P＞0.05）. Conclusion：ADC and eADC values may be used to stage the hepatic fibrosis and cirrhosis，because of the good correlation between the hepatic fibrosis and ADC and eADC values. When b＝600 s/mm2was applied，ADC values were most correlated with pathological grading of hepatic fibrosis and cirrhosis of rats.

［Key words］Diffusion magnetic resonance imaging；Liver cirrhosis；Model，animals

肝纤维化、肝硬化是由一种或多种病因长期、反复作用引起的肝脏弥漫性损害，早期无明显影像学形态上的变化，晚期出现肝硬化形态改变。肝脏穿刺活检虽能作出组织病理学诊断，但受穿刺部位、样本大小及观察者本身等多种因素影响，也存在一定程度误诊率［1］。DWI能从微观上反映水分子的自由扩散，不同b值对肝纤维化、肝硬化的ADC和eADC值的测量已有研究，但其结果并不一致［2］。本实验探讨不同b值DWI在硫代乙酰胺（TAA）诱导的大鼠肝纤维化、肝硬化模型的意义，现报道如下。

1　材料与方法

1.1一般材料选用清洁级Sprague-Dawley（SD）大鼠100只，雄性，鼠龄6～7周，由上海睿太莫斯生物科技有限公司提供，在上海农林职业技术学院动物实验中心按标准方法饲养。将大鼠随机分为实验组84只，对照组16只。实验组用TAA 200 mg/kg体质量，腹腔注射，3次/周，连续7周，第8周始，增量20%，连续至第17周；第18周始，视大鼠状态再增量20%，连续至第30周。对照组正常喂饲，每周3次腹腔内注射同量生理盐水。行MRI检查时大鼠体质量为180～200 g。

1.2仪器与方法在诱导肝纤维化、硬化过程中，观察大鼠活性及激惹度，并记录其死亡情况及死亡时间；建模第6周开始，于深度麻醉状态下处死第一批大鼠取肝观察，并于第7～30周分别取大鼠肝脏，动态观察肝脏的形态及结构变化，并作组织染片观察。对照组处死16只大鼠取肝作对照观察。

MRI检查采用Philips 1.5 T超导型MRI成像仪，小动物专用线圈（内径3in正交线圈），经腹腔推注10%水合氯醛麻醉（2 mg/kg体质量），采用棉纱布包裹加压包扎法，俯卧于线圈中央，以此减少呼吸动度从而减少呼吸伪影。MRI常规横轴位和冠状位T2WI 及T1WI扫描后，行FSE-EPI DWI检查，TR 840 ms，TE 57ms，NSA 10，矩阵68×128，层厚3 mm，b值分别取300 s/mm2和600 s/mm2，在X、Y、Z轴3个方向上施加敏感梯度脉冲，每次扫描时间为2 min 42 s。各横断面的位置保持一致，行全肝扫描。原始图像传入后处理工作站，每只大鼠选取3个层面，每个层面肝脏左右叶选取2个ROI测量ADC值及eADC值（图1），ROI面积5～10 mm2，共6个数据，取其平均值；若见肝大结节（直径＞5 mm），则测量肝结节ADC值及eADC值，取ROI区域测其平均值。

1.3病理组织学检查全麻下剖腹取肝，尽量按MRI检查时所做横断切面取病理标本，厚度约4 mm。经10%甲醛固定后做石蜡切片，切片行HE染色，镜下观察病理组织变化，包括肝纤维间隔及假小叶形成等病理变化特点。2位病理医师根据肝纤维化分期标准分为肝纤维化0～Ⅳ期，肝硬化结节期结合镜下硬化结节确定（图2～4）。

1.4统计学方法使用SPSS 20.0统计软件包对数据进行处理，计量资料以±s表示。行单因素方差分析及独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。不同b值的ADC和eADC值与病理分级相关性，采用Spearman相关分析。

2　结果

2.1动物观察及病理分型大鼠饲养过程中，对照组16只存活；实验组大鼠死亡15只，死亡率为17.9%（15/84）。肝损伤分期：对照组鼠肝质地柔软光滑，色泽均匀暗红，为肝纤维化0期；随着建模时间延长，实验组鼠肝损伤呈肝炎变、肝纤维化、肝硬化发展过程，其中，建模6～11周始，即出现肝纤维化病理表现，建模第15～20周始，出现大量纤维间隔包绕肝细胞团的假小叶、弥漫分布大小不等的增生结节，包括再生结节和退变结节，部分结节内肝细胞异型性明显。病理诊断：肝纤维化0期15只（共12只成功行DWI检查并后处理生成ADC图及eADC图）；肝纤维化Ⅰ～Ⅱ期18只（15只）；肝纤维化Ⅲ～Ⅳ期30只（24只）；肝硬化结节期21只（18只）。

2.2MRI表现常规鼠肝T1WI、T2WI图像显示，肝纤维化Ⅰ～Ⅱ期信号、形态无明显改变；肝纤维化Ⅲ～Ⅳ期肝缘毛糙，信号略不均匀；肝硬化结节期，鼠肝轮廓不规整，边缘结节状突起，部分结节T1WI呈等、稍低信号，T2WI呈等、稍高信号（图5）；56只大鼠可见少-中量腹腔积液信号。共69只大鼠成功行DWI检查，其中，实验组57只，对照组12只。随着实验时间延长，DWI显示肝信号逐渐增高，高b值图像较明显，但图像质量较差，不足以判断；肝硬化大结节在DWI图上呈等或略高信号。

通过选择高质量图像的ROI，测量ADC和eADC值，在肝纤维化、肝硬化不同阶段中，其数据有一定差异（表1，2）。b＝300 s/mm2时，实验组各期ADC值均低于对照组，肝硬化结节期与其余各组之间差异均有统计学意义（均P＜0.05）；eADC值均高于对照组，肝硬化结节期与其余各组间差异均有统计学意义（均P＜0.05），对照组与肝纤维化晚期之间差异有统计学意义（P＜0.05）。b＝600 s/mm2时，实验组ADC值均低于对照组，肝硬化结节期与其余各组间差异均有统计学意义（均P＜0.05），对照组与肝纤维化晚期之间差异有统计学意义（P＜0.05）；肝硬化结节期eADC值与各组两两比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）。ADC值与SD大鼠肝纤维化、肝硬化病理分级之间呈负相关，b＝300 s/mm2时，r＝-0.463（P＜0.05）；b＝600 s/mm2时，r＝-0.606（P＜0.05）。eADC值与SD大鼠肝纤维化、肝硬化病理分级之间呈正相关，b＝300 s/mm2时，r＝0.504（P＜0.05）；b＝600 s/mm2时，r＝0.435（P＞0.05）。

图1　a ADC图及ADC值测量方法　图1　b eADC图及eADC值测量方法　图2　a对照组鼠肝新鲜标本，质地光滑柔软　图2　b对照组肝病理切片（HE×400）图3　a肝纤维化期鼠肝标本，肝脏表面不光泽，未见明显结节样改变　图3　b肝纤维化期，肝细胞脂肪变性，肝小叶近中央静脉处肝细胞中-重度水变性，气球样变，灶状坏死，汇管区纤维组织增生，小叶结构存在（HE×400）图4　a肝硬化退变结节，鼠肝新鲜标本，质地毛糙，结节突出于肝表面　图4　b鼠肝增生结节有纤维隔，假小叶形成，部分肝细胞异型性变（HE×400）图5　a抑脂T2WI示肝增生结节呈等、稍微低信号（黑箭）

图5　b T1WI示肝增生结节呈高信号（黑箭）

3　讨论

DWI是检测活体组织单体素内水分子不连贯微观运动的一项新技术，可通过调整梯度场的场强、持续和间隔时间，确定弥散敏感度（即b值）；根据不同b值获得图像上所测量信号强度，可计算组织的弥散系数（diffusion coeficient，DC）。但在活体组织复杂内环境中，由于运动敏感梯度场对体素内所有的运动都敏感，DWI上所测量的组织信号变化除受水分子热运动影响外，还受体内一些生理运动影响，如心跳、脉搏、呼吸及微循环血流灌注等。因此，通过测定组织信号值变化所得到的DC不仅仅反映水分子的热运动，还包涵有微循环中血流灌注等非弥散因素，因此称为表观弥散系数（ADC）。而eADC值是通过DWI信号除以T2WI信号所得，eADC值不受T2穿透效用影响，图像质量较ADC图高，且与DWI信号表现一致。

表1　肝脏纤维化-硬化模型不同b值时ADC值与eADC值测量结果比较（×103mm2/s，±s）

表1　肝脏纤维化-硬化模型不同b值时ADC值与eADC值测量结果比较（×103mm2/s，±s）

注：癌变结节较少，且结节在弥散图像上不能清晰显示，所以癌变结节归类于肝硬化结节期。

分期　例数　ADC值　eADC值b＝300 s/mm2　b＝600 s/mm2　b＝300 s/mm2　b＝600 s/mm2对照组　12　1.38±0.42　1.05±0.41　0.68±0.08　0.60±0.13肝纤维化早期　15　1.08±0.49　0.90±0.42　0.71±0.09　0.59±0.13肝纤维化晚期　24　0.99±0.49　0.80±0.35　0.75±0.09　0.63±0.11肝硬化结节期　18　0.65±0.31　0.55±0.23　0.82±0.06　0.76±0.12 F值　6.805　5.058　7.362　6.977 P值　0.001　0.003　0.000　0.000

表2　不同b值时肝脏纤维化-硬化模型各分期ADC值、eADC值单因素方差分析两两比较结果（P值）

本研究中，ADC值随着肝纤维化进展逐渐降低，呈明显的负相关，就其机制来说，一般认为肝纤维化、肝硬化发生时，肝细胞、内皮细胞、炎症细胞的各种细胞因子和生长因子激活了窦周间隙的储脂细胞，使其转变成肌成纤维细胞，并合成分泌大量胶原蛋白，使胶原纤维大量分布于肝小叶中央静脉周围、汇管区和窦周间隙，导致肝脏间质压力增高，并限制了水分子的扩散运动，从而使ADC值降低［3］。ADC值越大，水分子间相位离散越重，水分子运动越自由，信号降低越明显［4］。而细胞外基质中胶原纤维沉积的越多，肝脏纤维化越明显，ADC值下降越显著［5］。多项研究［6］表明，在肝脏弥漫性病变时，由于细胞外间隙内大量胶原纤维的沉积，限制了水分子的扩散运动，使ADC值低于正常肝组织。

b值的增加可部分抑制血液微循环灌注的影响，因此，多数学者主张尽可能采用较大的b值。Girometti等［7］对29例肝硬化患者和29例正常志愿者行DWI扫描，采用b值分别为0、150、250、400、600、800 s/mm2，结果显示b值取400 s/mm2时，ADC值用于诊断和评价肝纤维化的准确性最高。而范国华等［2］研究DWI对大鼠肝纤维化的早期诊断价值，发现b值取600 s/mm2或800 s/mm2时较为理想；本实验中，b＝600 s/mm2时,ADC值与肝纤维化病理分级的相关性更好。各期ADC值均明显低于对照组，这与多数研究结果一致［8-9］。但b＝300 s/mm2时，eADC与肝纤维化硬化病理分级的相关性最高，这可能是由于eADC图不受T2穿透效应的影响，图像质量较好，所以更能反映肝脏本身的病理变化［10］。b＝600 s/mm2时，eADC值对肝纤维化的分期诊断并无太大价值，这与多数研究结果［4，11］不一致。TAA诱导大鼠肝纤维化、肝硬化与人肝纤维化、肝硬化诱因不同，人肝硬化多为病毒感染所致,而实验采用化学毒性诱导肝硬化，细胞内铁及糖原沉积不明显,所以T2WI结节信号改变不明显。eADC值是通过DWI信号除以T2WI信号所得，随着肝硬化结节的进展，DWI信号逐渐减低，T2WI信号增高不明显，eADC值改变不明显；本研究所用诱导剂为TAA，该诱导剂药效较CCl4温和［12］，在肝纤维化早期引起的肝细胞炎症肿胀程度较轻，而微循环灌注情况改变较大，笔者所测得的eADC值结果受微循环灌注情况影响，此时的eADC值不能真实反映组织中细胞外间隙水分子的自由扩散运动；同时随着b值的升高，所产生的磁敏感性伪影更加明显，SNR下降，当b值＞600 s/mm2时，肝脏DWI图像的噪声明显增加，可能会影响对病变评估的准确性［10］，导致eADC值测量结果不准确。

DWI能够从分子水平反映出肝脏纤维化、肝硬化的病理变化过程，是研究肝脏纤维化病理改变的一种非损伤性影像检查方法［13-15］。通过定量检测ADC值和eADC值的变化，能够整体、客观地显示肝脏纤维化、肝硬化进程中病理组织学变化特点，且可重复检查，是诊断肝纤维化、肝硬化较为理想的影像检查方法。不足之处在于目前所测得ADC及eADC值受到微循环血流灌注及磁敏感伪影的影响［16］，难以对肝纤维化准确定量。今后在如何减少循环血流灌注的影响，以及ADC值、eADC值与血流灌注的相关性方面需进一步研究。同时弥散峰度成像（DKI）已有应用于肝脏疾病的报道［17］，应成为今后肝纤维化研究的方向。

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收稿日期（2015-07-17）

［通信作者］孟令平，E-mail：menglingping2004@163.com。

［基金项目］上海市科委医学引导类项目（12119b1400）。

DOI：10.3969/j.issn.1672-0512.2016.01.004