三维全肝MRI动态增强扫描定量分析在肝脏肿瘤诊断中的应用

徐运军，程慧敏，翟羽佳，陆　杨



·影像医学·

三维全肝MRI动态增强扫描定量分析在肝脏肿瘤诊断中的应用

徐运军1，程慧敏1，翟羽佳1，陆杨2

目的：研究肝细胞肝癌(HCC)、肝转移瘤(HM)和肝血管瘤(HH)患者的肝动脉灌注指数(HPI)以及血管渗透性参数，探讨三维全肝MRI动态增强扫描定量分析在鉴别诊断肝脏肿瘤中的价值。方法：选取58例受检者(HCC组30例，HM组16例，HH组12例) ，采用三维容积内插体部检查(VIBE)序列进行全肝磁共振动态增强扫描(DCE-MRI)，并用Omni-Kinetics软件分析图像，结合肝脏双输入血流动力学模型获得肝脏灌注和血管渗透性参数HPI、容积转运常数(Ktrans)、回流速率常数(kep)、血管外细胞外间隙体积比(ve)值和血浆空间容积率(vp)。结果：3组HPI值、Ktrans和kep值差异均有统计学意义(P<0.05～P<0.01)； HPI值HCC组>HH组>HM组(P<0.05)；Ktrans值HCC组>HH组>HM组(P<0.05～P<0.01)；kep值HCC组>HH组和HM组(P<0.01)，但HH组和HM组的kep值差异无统计学意义(P>0.05)；3组ve和vp值差异均无统计学意义(P>0.05)。结论：三维全肝DCE-MRI扫描可获得定量血流灌注及血管渗透性参数，有助于肝脏肿瘤的鉴别诊断。

肝肿瘤；磁共振成像；肝脏；动态增强

磁共振成像由于其无创伤、无辐射、多参数成像及软组织分辨率高的特点，已成为临床最重要的辅助检查手段之一。本研究采用磁共振T1加权动态增强扫描(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)，结合肝脏双输入血流动力学模型获得血流灌注和血管渗透性指标，探讨定量分析肝脏灌注及血管渗透性指标对鉴别诊断肝细胞肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)、肝转移瘤(hepatic metastases，HM)、肝脏血管瘤(hepatic haemangiomas，HH)的价值。

1　资料与方法

1.1研究对象选择2009年7月至2014年10月在我院行肝脏MRI检查的患者58例，年龄(52.4±13.2)岁，其中HCC组30例，男27例，女3例，年龄34～80岁；HM组16例，男8例，女8例，年龄33～74岁；HH组12例，男8例，女4例，年龄20～62岁。均经手术或穿刺病理证实，或经随访CT或MRI证实，HM组经随访CT或MRI与前片比较肿瘤直径增大或缩小20 %以上，随访间隔时间2个月以上[1]。术前检查但未行化疗、放疗及其他任何辅助抗肿瘤治疗。排除标准：(1)体内有金属物植入，不能磁共振成像者；(2)伴有其他呼吸系统疾病，无法配合磁共振检查者；(3)同时伴有其他恶性肿瘤患者。

1.2MRI扫描方法及参数采用德国SIEMENS MAGNETOM Trio Tim 3.0T 超导型磁共振成像系统，8通道腹部线圈与脊柱线圈，检查之前禁食6 h，临扫描前对患者进行呼吸训练，扫描过程中屏气或呼气要听从医生的口头指令，平静呼吸时要求呼吸幅度与频率保持均匀。扫描序列有横断位T1WI正反相位(TR/TE:175/1.23,2.46 ms)、T2WI常规及脂肪抑制(TR/TE:5 000/81 ms)、弥散加权成像(DWI)(TR/TE:4 700/70 ms；b值分别为50、 400、800 s/mm2)序列；DCE-MRI采用横断位扫描，为了计算组织T1值，采用三维容积内插屏气扫描(volumetric interpolated body examination，VIBE)梯度回波序列先期扫描3次，每次采用不同的翻转角(flip angle,FA)(5°、9°、15°)；然后使用Optistar LE防磁高压注射器(美国，Mallinckrodt)从肘静脉团注钆双胺对比剂(上海通用电气药业有限公司，国药准字J20140163，规格为287 mg/mL×15 mL)，注射剂量为0.1 mmol/kg，注射速率为3.5 mL/s，并以0.9%氯化钠注射液20 mL冲洗注射器连接管；在注射对比剂之前进行一次扫描，采集2个时相作为基线；注射对比剂同时，进行屏气扫描并记时；VIBE序列灌注扫描具体参数为： TR/TE 3.05/1.07 ms，FA 9°，视野284 mm×379 mm，矩阵115×192；扫描区域以覆盖整个肝脏为标准，厚度为200～280 mm，其内插层厚为5 mm；全肝扫描一次时间为5～8 s，共扫描25次，每扫描3次换气1次，换气时间为5 s。

1.3MRI图像后处理及图像分析采用GE医疗生命科学部开发的DCE-MRI灌注分析软件Omni-Kinetics分析DCE-MRI扫描得到的图像。为避免因为呼吸造成的运动伪影，在后处理前先将DCE-MRI扫描得到的图像进行三维运动校正，以提高后处理的准确性和可靠性。经过运动非刚性校准及增强前的组织T1 mapping的计算后，得到不同组织的T1值，并据此将图像的时间-亮度曲线转变为时间-对比剂浓度曲线。分别选取腹腔干水平的腹主动脉和门静脉主干为测量区域，感兴趣区(ROI)不超出血管的范围。肝脏拥有双重血供，所以使用双输入血流动力学模型Extend Tofts Model[2]，以更准确地反映其血流状态，公式为：C(t) =vpCa(t) +Ktranse-kep* Ca(t)。其中，Ca(t)、C(t)分别代表供血动脉和感兴趣区组织里的造影剂浓度-时间曲线；*为卷积，vp为血浆空间容积率，反映血管内容积大小；Ktrans是容积转运常数，表示血液渗漏到血管外细胞外液间隙(EES)的速率，与组织的血流灌注总量、血管的表面积以及血管的渗透性有关；kep是回流速率常数，表示血液从EES渗回血管的速率，可反映组织间对比剂重新回到血管内的速度。由此可得出血管外细胞外间隙容积比(ve)，公式为ve=Ktrans/kep，表示血管外细胞外间隙内对比剂浓度占整个体素内对比剂量的百分比，可反映局部组织细胞密度及渗透压的大小[3]。选取肿瘤为ROI，由2名有20年以上工作经验的资深腹部影像诊断专家手动设置，ROI参考常规动态增强、T2WI及DWI图像，根据病灶与正常肝组织之间信号强度的差异来确定，在病灶最大层面沿病灶边缘勾画，要求避开病灶的囊变坏死区及可见的血管影，可在病变上选择多个ROI，然后取其平均值，最终得到病灶的肝动脉灌注指数(HPI)、Ktrans、kep、ve和vp。

1.4统计学方法采用单因素方差分析和q检验。

2　结果

3组血管渗透性及血流灌注参数比较显示： 3组HPI值、Ktrans和kep值差异均有统计学意义(P<0.05～P<0.01)； HPI值HCC组>HH组> HM组(P<0.05)；Ktrans值HCC组>HH组>HM组(P<0.05～P<0.01)；kep值HCC组> HH组和HM组(P<0.01)，但HH组和HM组的kep值差异无统计学意义(P>0.05)；3组ve和vp值差异均无统计学意义(P>0.05)(见表1)。

表1　3组肿瘤的血管渗透性及血流灌注参数值±s)

q检验：与HCC组比较*P< 0.05，**P< 0.01；与HM组比较ΔP<0.05，ΔΔP<0.01

以主动脉、病灶和病灶旁邻近肝实质(Non-tumor Adjacent Hepatic Parenchyma,NAHP)为ROI做动态增强曲线图，并生成血流灌注及血管渗透性参数图，图中颜色越红的区域其血流灌注强度和血管渗透性越高(见图1～3)。

3　讨论

HH是肝脏常见良性肿瘤，其预后良好，而HCC和HM则是肝脏恶性肿瘤，易复发转移，预后不佳，准确鉴别病变的良恶性对于治疗方案的制定很重要。然而，在肿瘤具有不典型影像表现时，仅靠常规的三期动态增强扫描来鉴别仍有困难。有研究[4]表明，肿瘤血管生成是肿瘤发生、进展和转移的一个重要因素，并和肿瘤的生物活性及预后密切相关。肿瘤新生血管和血管渗透性是评估肿瘤生物学行为的一个新的标志。因此，可以通过监测肿瘤的微循环功能状态[5-7]，指导临床选择治疗方案，评估疗效。目前评价肝脏病变血管渗透性的商业化软件多采用的是单输入的Tofts模型，而肝脏是一个双血供的器官，故存在较大误差。目前，CT和MRI肝脏扫描是检查肝脏病变的主要手段。CT时间分辨率和密度分辨率都较高，可以进行灌注成像，但是其辐射剂量太大，不适用于肿瘤疗效的监测。同时，CT的软组织分辨率也不如MRI，所以MRI灌注扫描逐渐成为热点。肝脏在病变早期或在治疗过程中肿瘤细胞虽然发生异常增殖或坏死，但肿瘤的形态和体积却未必立即发生改变，而肝脏和肿瘤的血流灌注情况则发生了变化，因而我们可以通过高压团注造影剂检测肝脏和肿瘤的血流灌注指标，来早期发现肿瘤或更加客观地评价疗效[8]。

同时，部分患者放化疗结束后，初次的MRI检查所出现的病灶扩大和强化病灶等表现可能是放疗后肿瘤血管通透性一过性增高所致，可能为假性进展，常规MRI和CT增强扫描难以区分，而动态增强扫描的药代动力学参数能够反映微循环结构和组织功能，可加以区分，因而对进一步治疗具有重要的指导意义[9]。

本研究显示，HCC组的HPI值、Ktrans值和kep值最高，表明HCC的血流灌注量和血管通透性大；而HM组的值最低，可能与其液化坏死有关。HH组与HM组的kep值差异无统计学意义(P>0.05)，表明HH和HM组织间的造影剂从血管外细胞外间隙返回到血管内的速率相类似。本组研究结果显示部分病灶造影剂最大浓度虽然较高，但是其渗透性参数却较低，提示病灶的造影剂最大浓度与其血管渗透性情况并不平行；同时，本组资料的动态增强曲线显示，HCC组的病灶动态增强曲线表现为典型Wash-out型的并不多见，因而采用传统的动态增强曲线类型来鉴别诊断可能会漏诊。这种曲线的出现可能与肿瘤坏死导致肿瘤细胞的构成发生变化以及肿瘤细胞分化程度有关[10]。从病灶的血管渗透性及血流灌注参数图可以看出，肿瘤内部的血流灌注水平是不均匀的，实性部分血管渗透性及血流灌注参数较高，这是由于实性部分的血管较为丰富，且血管分化不成熟，血管内皮细胞基膜发育不完整，存在较大的裂隙，因而渗透性及灌注量较大。临床穿刺活检时可以选取病灶中渗透性及灌注量较大的区域，得到的病理结果也更准确。临床还可以通过DCE-MRI扫描监测病变的Ktrans值，观察肝脏肿瘤对于放、化疗的早期反应，从而指导临床及时调整治疗方案[11-13]。比如针对高渗透性、高灌注的肿瘤，临床可以使用抗血管生成药物；而低渗透性和低灌注的肿瘤则可以使用抗基质的药物。同时，将治疗前后的血管渗透性及血流灌注参数进行比较，也可用于肿瘤患者的预后评价和随访复查。

本研究采用钆双胺增强的VIBE梯度回波序列对全肝进行扫描，克服了以往只对肝脏局部进行扫描或只对整体进行平均测量的缺点，既可以获得全肝的血流灌注参数，对肝脏及其病变进行活体客观量化分析，也可以观察病灶的形态和位置信息。同时，本研究采用双输入血流动力学模型方程来计算血流灌注和血管渗透性参数，数据也更准确，具有较高的临床应用价值。但由于DCE-MRI扫描要求的时间分辨率较高，所以不可避免地要降低图像的分辨率，可能会导致小病灶的漏诊，仍需通过硬件和扫描序列的改进来克服。本组资料的时间分辨率仍有待进一步提高，部分资料的图像配准效果不够理想，导致部分数据的标准差较大。本组资料的样本量相对较少，病种也较少，且部分病例缺乏病理结果，仍需继续收集病例。同时，DCE-MRI扫描仍无法精确测量肿瘤血管渗透性，各项指标也难以标准化，从而缺乏横向的可比性。

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(本文编辑姚仁斌)

The application of the quantitative analysis of three-dimensional whole-liver DCE-MRI in the diagnosis of hepatic tumors

XU Yun-jun1,CHENG Hui-min1,ZHAI Yu-jia1,LU Yang2

(1.DeptartmentofRadiology,AnhuiProvincialHospital,HefeiAnhui230001;2.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HefeiUniversityofTechnology,HefeiAnhui230009,China)

Objective:To investigate the hepatic perfusion index(HPI) and vascular permeability parameters in patients with different hepatic tumors,which included hepatocellular carcinoma(HCC),hepatic metastasis(HM) and hepatic haemangiomas(HH),and discuss the clinical diagnosis value of DCE-MRI.Methods:Fifty-eight patients with hepatic tumors(30 cases of HCC,16 cases of HM and 12 cases HH) were detected by the 3D whole-liver dynamic contrast enhance MRI(DCE-MRI) using volumetric interpolated body examination(VIBE) sequence.The perfusion and vascular permeability parameters(including HPI,Ktrans,kep,veandvp) were measured by the Omni-Kinetics software combined with liver model of dual input hemodynamics.Results:There was statistical difference in the values of HPI,Ktransandkepbetween three groups(P<0.05 toP<0.01).The HPI value in HCC group was significantly higher than that in HH group,and the HPI value was the lowest in HM group(P<0.05).TheKtransvalue in HH group was significantly lower than that in HCC group,and the value was the lowest in HM group(P<0.05 toP<0.01).Thekepvalue in HCC group was higher than that in HH and HM groups(P<0.01),but there was no statistical difference between HH and HM groups(P>0.05).The differences of thevpandvevalues between three groups were not statistically significant(P>0.05).Conclusions:Three-dimensional whole-liver DCE-MRI with the bolus injection of gadodiamide can be used to quantify the perfusion and permeability parameters of hepatic tumors,which is benefit to the differentiation diagnosis of hepatic tumors.

hepatic tumor;magnetic resonance imaging;liver;dynamic contrast enhancement

2016-06-16

国家自然科学基金青年科学基金项目(21501039)；安徽省卫生厅临床医学应用技术项目(2008B039)

单位] 1.安徽省立医院 影像科，安徽 合肥 230001；2.合肥工业大学 化学与化工学院，安徽 合肥 230009

[作者简介] 徐运军(1970-)，男，博士，副主任医师.

1000-2200(2016)09-1230-05

R 735.7

ADOI:10.13898/j.cnki.issn.1000-2200.2016.09.036