基于兔NAFLD模型的双源CT及MRI肝脏脂肪定量研究

曹迪，杨正汉， 李涛， 许霄， 杨大为， 龙莉玲

·肝脏脂肪定量诊断影像学专题·

基于兔NAFLD模型的双源CT及MRI肝脏脂肪定量研究

曹迪，杨正汉， 李涛， 许霄， 杨大为， 龙莉玲

目的：探讨双源CT及MRI对肝脏脂肪含量测量的准确性。方法：50只雄性新西兰家兔随机分为两组，A组42只(实验组)，髙脂饲料喂养；B组8只(对照组)，普通饲料喂养，共喂养16周。在开始喂养后的不同时期进行双源CT、MRI 三维同相位和反相位及最小二程估算法迭代水脂分离(IDEAL-IQ)序列扫描。测量不同单能量图像上肝脏的CT值、MRI同相位和反相位序列的肝脏脂肪含量(HFF)、IDEAL-IQ序列的质子密度脂肪分量(PDFF)。后经酸水解法获得新鲜肝脏的脂肪含量。将单能量图像上肝脏的CT值、HFF、PDFF与病理结果进行Spearman相关性分析。结果：对照组正常肝脏及实验组轻、中、重度脂肪肝的CT值、PDFF及HFF值差异均有统计学意义(P<0.05)。CT值与病理结果呈负相关，PDFF、HFF与病理结果呈正相关(P<0.05)。双源CT扫描80keV CT值与病理结果的相关性最好(r=-0.870)；PDFF与病理结果的相关性(r=0.936)高于HFF(r=0.853)。结论：IDEAL-IQ序列所测的肝脂肪含量与肝实际脂肪含量的相关性高于同相位和反相位序列及双源CT。

脂肪肝; 肝脏脂肪含量; 体层摄影术，X线计算机; 磁共振成像

脂肪肝是指肝细胞内有过多的甘油三酯(triglyceride，TG)异常沉积，是常见的沉积性肝病[1]，可见于多种慢性肝病如病毒性肝炎、药物性肝炎及酒精性肝病等。近年来，随着经济的发展及生活方式的改变，非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)发病率不断上升，如今已经成为全球最主要的公共卫生危害之一。单纯脂肪肝如没有得到有效控制，可逐步进展为非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)、肝纤维化和肝硬化，甚至发生肝细胞癌或肝衰竭而导致死亡[2]。因此，监控NAFLD的发生、发展过程具有非常重要的临床意义，而肝内脂肪含量是其重要的检测指标。目前临床上将肝活检作为评估肝脏脂肪变性程度的金标准，但其存在有创伤、取样少等问题，临床迫切需要有效的无创性脂肪肝定量检测手段。常规CT、MRI可用于检测脂肪肝，但定量的准确性及对轻度脂肪肝的检测敏感度均有待提高。本研究利用大白兔脂肪肝模型评价双源CT、MRI同反相位及最小二程估算法迭代水脂分离(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and the least squares estimation quantification sequence，IDEAL-IQ)序列对肝内脂肪含量检测的准确性，为NAFLD的临床诊断、治疗及疗效评估奠定基础。

图1 使用手术刀及组织剪取下的完整兔子肝脏。a) 正常肝脏，颜色鲜红，质地柔软，边缘锐利； b) 轻度脂肪肝，呈红黄色，质地柔软，边缘稍顿； c) 中度脂肪肝，呈奶油色，体积稍大，边缘变钝； d) 重度脂肪肝，呈黄白色，体积增大，质地变脆，边缘变钝较明显。

材料与方法

1.实验对象

选取50只雄性新西兰家兔，体重2000～3000 g，平均2600 g，兔龄3个月。将家兔随机分成A、B两组，A组42只，建立非酒精性脂肪肝动物模型，采用髙脂饲料喂养16周，每周选取2只进行试验；B组8只为对照组，采用普通饲料喂养16周，每两周选取1只进行实验。

2.检查方法

CT检查方法:将2 mL盐酸阿托品及2 mL地西泮先后在家兔的后肢进行肌肉注射，兔麻醉后，固定腹部，仰卧固定于自制木板上，头先进，定位于剑突下。采用双源双能量128层 CT机( Siemens Somatom Definition Flash)行CT扫描，双能模式扫描，2个球管的管电压分别为80和140 kVp，管电流采用Care dose 4D技术；探测器准直64×0.6 mm，机架旋转时间500 ms，螺距 0.6，常规重建层厚、层间距均为1 mm。

MRI检查方法：家兔的麻醉及定位方法同CT扫描。MRI扫描采用GE 3.0T超导MR扫描仪(Discovery MR 750)，接收线圈为膝部线圈。采用横轴面扫描，扫描序列及参数：①脂肪抑制T2WI，TR 3000 ms，TE 85 ms，聚焦角142°，层厚4 mm，层间距0.4 mm，视野200 mm×200 mm，矩阵256×256，平均次数4；②3D双回波T1WI同反相位，TR 5.6 ms，TE 1.3 ms、2.4 ms，偏转角12°，层厚4 mm，层间距0，视野200 mm×200 mm，矩阵256×256，平均次数1；③IDEAL IQ，TR 6.7 ms，采用3回波技术，最小TE 1.3 ms，最大TE 4.6 ms，偏转角3°，层厚4 mm，层间距0，视野200 mm×200 mm，矩阵192×192，采集次数1。

3.数据测量及分析

双源CT扫描完成后，将数据传输至MMWP工作站，利用后处理软件(Monoenergetic)进行图像后处理，记录60～140 keV能量段每20 keV所对应的5个能级虚拟单能谱图像，在各单能图像上测量感兴趣区(region of interest，ROI)对应的CT值。在肝脏区域取5个相对固定的ROI，右叶3个，左叶2个，避开明显的肝内血管及胆管区域，ROI面积为3～5 mm2。

MRI扫描完成后，在T2WI图像上选取ROI，方法同CT，并将T2WI图像上的ROI复制至同一层面的同反相位图及IDEAL-IQ序列质子密度脂肪分数图上，以尽量保证同一只兔子同反相位序列及IDEAL-IQ序列的ROI位置一致。MRI图像上测量的数据包括同反相位序列的肝脏脂肪分数(hepatic fat fraction，HFF)和IDEAL-IQ序列的质子密度脂肪分量(proton density fat fraction，PDFF)，HFF的计算公式为HFF=(SIP-SOP)/2SIP，其中SIP为同相位肝信号，SOP为反相位肝信号。

扫描完成后使用手术刀及组织剪完整取下兔子的肝脏(图1)，在肝左右叶各取一条长度为0.5～1.0 cm的组织，并由病理科医生对肝脏组织进行脱水、石蜡包埋后切片，切片厚度为5 μm，并对切片进行HE染色(图2)。使用光学显微镜观察肝脏脂肪变细胞百分比，剩余肝组织送至广西分析测试研究中心，经酸水解法，获得新鲜肝脏的脂肪含量。酸水解法的基本原理为用盐酸将肝脏溶解，并用乙醚提取，去除溶剂后即得其中的脂肪含量[3]。

图2 兔子肝脏经HE染色后得到的镜下病理图像。a) 正常肝脏，仅见几个脂滴； b) 轻度脂肪肝，脂滴数目有所增加； c) 中度脂肪肝，脂滴明显增多； d) 重度脂肪肝，视野内布满大小不等的脂滴。

组别60keV80keV100keV120keV140keV对照组61.47±4.7256.59±4.9354.01±5.3552.88±5.4751.96±5.99轻度脂肪肝57.09±8.8653.36±8.1851.68±7.9450.88±7.8150.43±7.76中度脂肪肝36.34±12.2134.68±10.9133.86±10.1133.45±9.8633.27±9.65重度脂肪肝11.69±0.7411.70±5.0311.06±5.718.22±0.617.13±0.66

4.统计学分析

结 果

1.实验动物脂肪肝模型的病理结果

本实验A组建立非酒精性脂肪肝动物模型的家兔共42只，8只因腹泻、感染等原因死亡，实验结束尚有2只存活(未对其进行解剖)，总成模率81.0%，死亡率19.0%。

实验组每周选取2只进行实验，经16周后共32只经解剖病理鉴定后均为脂肪肝(图1、2)，其中轻度脂肪肝6只，平均肝脏脂肪含量为(7.97±2.24)%；中度脂肪肝23只，平均肝脏脂肪含量为(14.14±3.04) %；重度脂肪肝3只，平均肝脏脂肪含量为(25.80±0.30)%。对照组8只家兔均顺利完成实验过程，均为正常肝脏，平均肝脏脂肪含量为(2.89±0.38)%。

2.CT、MRI检查结果

实验组轻、中、重度脂肪肝及对照组正常肝脏在各单能图像上的CT值见表1。单因素方差分析结果显示双源CT 60 keV、80 keV、100 keV、120 keV及140 keV的CT值组间比较的F值分别为28.73、27.53、26.97、23.87和22.97，双源CT各单能图像CT值的组间差异均有统计学意义(P值均为0)。后经LSD法两两比较，双源CT各单能图像上正常肝脏与轻度脂肪肝的CT值差异无统计学意义(P>0.05)，余不同程度脂肪肝的CT值比较差异均有统计学意义(P<0.05)。

实验组轻、中、重度脂肪肝及对照组正常肝脏在MRI IDEAL-IQ序列测得的PDFF、同反相位序列测得的HFF结果见表2。PDFF及HFF组间比较的F值分别为39.55和28.10， PDFF及HFF的组间比较差异均有统计学意义(P值均为0)。后经LSD法两两比较，正常肝脏及不同程度脂肪肝的PDFF、HFF差异均有统计学意义(P<0.05)。

图3 80keV下的CT值与肝脏脂肪含量的相关性散点图。从散点图可以看出，80keV下的CT值随着肝脏脂肪含量的升高而呈直线下降趋势，r=-0.870，直线回归方程为y=65.48-2.14x。 图4 PDFF与肝脏脂肪含量之间的相关性散点图。从散点图可以看出，PDFF随着肝脏脂肪含量的升高而呈直线上升趋势，r=0.936，直线回归方程为y=-0.94+0.80x。

表2 实验组及对照组的PDFF、 HFF值测量结果

3.CT、MRI各指标与病理结果的相关性分析

双源CT各单能图像的肝脏CT值与经酸水解法获得的新鲜肝脏的脂肪含量均呈高度负相关(表3)。

表3 不同单能图像肝脏CT值与肝脏脂肪含量的相关性分析

以相关性最好的80 keV下的CT值与肝脏脂肪含量拟合直线回归方程，方程为y=65.48-2.14x(y代表80 keV下的CT值，x代表肝脏脂肪含量，图3)。

IDEAL-IQ序列测得的PDFF及同反相位序列测得的HFF与肝脏脂肪含量均呈高度正相关(表4)。

表4 肝脏PDFF、HFF与肝脏脂肪含量的相关性分析结果

以PDFF与肝脏脂肪含量拟合直线回归方程，方程为y=-0.94+0.80x(y代表PDFF值，x代表肝脏脂肪含量，图4)。

讨 论

如今人们早已清楚认识到了脂肪肝的危害，早期的诊断和治疗越来越受到重视。影像学上非侵入性定量脂肪肝的检查在临床中越来越普遍，这些检查方法包括超声、CT和MRI。

超声有快速、经济、无辐射的优点，但超声检查对脂肪肝缺乏量化标准[4]，且存在着操作依赖性强、客观性差等不足。Lee等[5]对598例志愿者进行了脂肪肝的超声定量研究，结果显示超声的阳性预测值仅为34.5%。CT相对比较成熟，有很多研究表明CT值与肝内脂肪含量呈负相关，可根据CT值的降低程度来定量肝脏的脂肪含量[6-8]。双源CT具有2套独立的X线管、探测器系统，可以在1次扫描中产生不同能谱的射线，扫描完成后利用双能单能谱成像技术后处理软件，能够获得40～140 kev 的单能量图像[9]，不同组织或器官都可在某一单能量下得到最好的观察,即最佳keV值。单能量图像可以解决CT值漂移的问题，得到的CT值更加准确。MRI目前被认为是诊断NAFLD较理想的手段，同反相位及IDEAL-IQ序列均可进行水质分离，且IDEAL-IQ序列由于其非对称性回波采集方式，能够做到对0%～100%的肝脂肪变性进行测量[10]。Werven等[11]通过MRI同反相位序列对健康志愿者及不同程度脂肪肝患者进行了肝脏脂肪含量的测量，测得的脂肪含量与病理结果的相关性系数为0.85，诊断敏感度及特异度分别为90%、91%。Hur等[12]对16只兔子采用IDEAL-IQ序列进行脂肪的定量测量，结果显示PDFF与病理结果之间的一致性为0.834，敏感度和特异度分别为91.2%、100%。由上述可知各种影像学检查方法各有其优势，但在同一实验条件下何种检查对脂肪肝的诊断更为可靠尚需进一步验证。本研究通过建立非酒精性脂肪肝模型，在同一实验条件下将双能量CT及MRI同反相位序列、IDEAL-IQ序列测得的脂肪含量与病理结果进行对照，以期获得评估脂肪肝严重程度的最准确的检查方法。

本研究结果显示双源CT中80 keV的CT值与肝脏脂肪含量的相关性最好(r=-0.870)，由于与常规 CT 图像相比，双源CT的单能量图像有噪声比、信噪比高的优势[13]，在60～80 kV能量段的对比噪声比信号最高而图像噪声较低，在这个能量段下的CT值与常规扫描的CT值最为接近。因此，双源CT扫描80 keV下的CT值对脂肪肝患者的定量诊断效果最佳，但80 keV下的CT值在正常肝脏与轻度脂肪肝中差异无统计学意义(P>0.05)，因此无法区分正常肝脏与轻度脂肪肝。

本研究结果显示MRI IDEAL-IQ序列测得的PDFF及同反相位序列测得的HFF均能够对正常肝脏及轻、中、重度脂肪肝进行区分，在正常肝脏与轻度脂肪肝的区分上效果优于双能量CT，且经Spearman相关分析可知PDFF与病理的相关性(r=0.936)要高于HFF(r=0.853)，表明IDEAL-IQ序列可以更好地反映肝脂肪变性的存在及其严重程度。目前已有一些学者将IDEAL-IQ技术用于脂肪肝的定量研究上。国内学者焦志云等[14]在3.0T MRI上运用IDEAL-IQ序列测量肝脏脂肪分量，并与血清甘油三酯(triglycerides，TG)、总胆固醇(total cholesterol，TC)含量进行相关性研究，结果显示脂肪肝组的脂肪分量值与血清TG、TC值呈显著正相关(r=0.836、0.852，P<0.05)。国外学者Idilman等[15]在1.5T MRI上测量70例患者的PDFF值并与病理进行了相关性分析，结果显示其相关性系数r=0.82。本研究IDEAL-IQ序列与病理结果的相关性系数较之前研究有所增高(r=0.936)，考虑可能由于之前的研究诊断脂肪肝采用的病理标准多为镜下观察肝脏中脂肪变性细胞的百分比，镜下标准受限于病理医师的工作经验，不同医师对病理切片的观察可能会有所偏差，且单个脂肪肝病理切片仅反应肝脏的局部情况，并非整体。本研究采用的是脂肪重量与整体肝重的百分比，由于IDEAL-IQ序列检测的是TG与水质子的比例，其PDFF应更接近于脂肪与肝脏的重量比，因此本研究的病理标准应更为真实可靠。但是本研究结果也同时显示无论是对照组的正常肝脏(2.89% vs 2.08%)还是实验组的轻度(7.97% vs 5.07%)、中度(14.14% vs 10.01%)及重度(25.80% vs 20.53%)脂肪肝的PDFF值均较真实值有所下降，考虑与本实验采用的酸水解法有关，因磷脂在酸水解条件下分解为脂肪酸和碱，所以实际的病理测量值可能稍偏高；PDFF监测脂肪变性更为稳定，可以用来无创性地了解NAFLD的发展过程和监测治疗效果。

本研究发现中重度脂肪肝的PDFF与病理结果出现离散程度变大的情况，对此，笔者考虑与肝纤维化可能会影响MRI评估肝脂肪变性的准确性有关。笔者解剖家兔时发现，越到实验的后期，兔肝脏的硬化程度越明显，而肝纤维化的存在可能削弱了PDFF与肝脏脂肪含量的相关性。Idilman等[15]的研究发现有无纤维化可对PDFF与肝脏脂肪含量的相关性造成影响，肝脏有纤维化时相关性系数为0.60，而没有纤维化时相关性系数为0.86，但有无肝纤维化使PDFF与病理结果之间的相关性出现差异的原因暂不明确。但无论如何，IDEAL-IQ序列由于其对水脂分离的精确性较高，可以客观评价肝脂肪变性的存在及其严重程度，是MRI诊断脂肪肝的一个优质序列。

本研究尚存在以下不足：①本研究成功建立不同程度脂肪肝动物模型，但重度脂肪肝模型样本量相对较少，建模方法仍需进一步改进；②本研究的样本量较少，数据分析及结论较为简单；③在双源CT扫描上，由于考虑到降低受检者的辐射剂量这一因素，本研究未进行增强扫描，因此未采用物质分离技术[16]；④由于受到家兔呼吸伪影的影响， IDEAL-IQ序列及正反相位序列图像均产生了不同程度的伪影，需考虑有自主呼吸的影响，应用于临床时可采用呼吸门控及心电门控技术加以纠正。

综上所述，通过研究家兔脂肪肝的动物模型可得出以下结论：①高脂喂养诱导兔非酒精性脂肪肝模型方法可行，对临床有一定的指导作用；②双源CT扫描中80 keV管电压下测得的CT值与肝脏脂肪含量相关性最高；③MRI检查中同反相位及IDEAL-IQ序列均可对脂肪肝进行定量分析，且IDEAL-IQ序列与肝脏脂肪含量的相关性更高。

[1] 宋彬.肝脏常见病变的影像诊断思路[J].放射学实践，2017，32(2):114-117.

[2] Décarie PO，Lepanto L，Billiard JS，et al.Fatty liver deposition and sparing:a pictorial review[J].Insights Imaging，2011，2(5):533-538.

[3] 中华人民共和国卫生部.GB/T 5009.6-2003食品中脂肪的测定[S].北京：中国标准出版社，2004:43-46.

[4] 杨建忠，黄美丽，解永军，等.B超在脂肪肝诊疗中的诊断价值[J].中国超声诊断杂志，2003，4(3):190-191.

[5] Lee JY，Kim KM，Lee SG，et al.Prevalence and risk factors of non-alcoholic fatty liver disease in potential living liver donors in Korea:a review of 589 consecutive liver biopsies in a single center[J] Hepatol，2007，47(2):239-244.

[6] Pamilo M，Sotaniemi EA，Suramo I，et al.Evaluation of liver steatotic and fibrous content by computerized tomography and ultrasound[J].Scand J Gastroenterol，1983，18(6):743-747.

[7] Kawata R，Sakata K，Kunieda T，et al.Quantitative evaluation of fatty liver by computed tomography in rabbits[J].AJR，1984，142(4):741-746.

[8] Nomura F，Ohnishi K，Okuda K，et al.Obesity-related nonalcoholic fatty liver:CT features and follow-up studies after low-calorie diet[J].Radiology，1987，162(3):845-847.

[9] 毛锡金，夏吉凯，曹新山.双源CT单能谱成像技术在腰椎峡部裂术后去除金属内固定伪影的应用[J].实用放射学杂志，2014，30(4):641-644.

[10] Lee SS，Park SH.Radiologic evaluation of nonalcoholic fatty liver disease[J].World J Gastroenterol，2014，20(23):7392-7402.

[11] Werven JR，Marsman HA，Nederveen AJ，et al.Assessment of hepatic steatosis in patients undergoing liver resection: comparison of US，CT，T1-weighted dual-echo MR imaging，and point-resolved1H MR spectroscopy[J].Radiology，2010，256(1):159-168.

[12] Hur BY，Lee JM，Hyunsik W，et al.Quantification of the fat fraction in the liver using dual-energy computed tomography and multimaterial decomposition[J].J Comput Assist Tomogr，2014，38(6):845-852.

[13] 石洁，王云玲，聂聪科，等.双源CT双能量扫描在肝脏成像中的应用研究[J].中国医学计算机成像杂志，2014，20(3):250-252.

[14] 焦志云，李澄，何玲，等.运用3.0T磁共振IDEAL-IQ技术进行肝脏脂肪定量分析的可行性研究[J].中华临床医师杂志(电子版)，2015，9(19):30-33.

[15] Idilman IS，Aniktar H，Idilman R，et al.Hepatic steatosis:quantification by proton density fat fraction with MR imaging versus liver biopsy[J].Radiology，2013，267(3):767-775.

[16] 王士阗，王萱，王禨，等.双源CT双能量虚拟平扫对脂肪肝的诊断价值[J].放射学实践，2014，29(9):1008-1011.

Liver fat quantitative measurement on rabbit NAFLD model using dual-energy CT and 3.0T MRI

CAO Di，YANG Zhen-han，LI Tao，et al.

Beijing Friendship Hospital,Capital Medical University，Beijing 100050，China

Objective:To investigate the accuracy of dual-energy CT and MRI in the quantitative diagnosis in fatty liver.Methods:50 adult male New Zealand white rabbits were randomly divided into 2 groups:group A (n=42) and group B (n=8).In group A,rabbits were fed with high-fat diet;whereas in group B,rabbits were fed with regular diet,both for 16 weeks.Dual-energy CT scan,MRI three-dimensional in phase and out of phase and IDEAL-IQ were performed at different times after feeding.CT value on different monochromatic energy image of DECT,hepatic fat fraction (HFF) on in phase and out of phase of MRI and proton density fat fraction (PDFF) on IDEAL-IQ of MRI were all measured.After CT and MRI scan,liver pathologic samples were obtained and liver fat content was obtained by using acid-catalyzed hydrolysis method.Spearman correlative analysis was used in the evaluation of correlations among each parameter and pathology results.Results:There was statistical significant difference in CT values,PDFF and HFF among different liver fat content pathological grades (P<0.05) in control group.Spearman correlation analysis showed a negative correlation between CT values and pathological results,and a positive correlation between PDFF,HFF and pathological results (P<0.05).CT value on 80keV had the best correlation with pathological results in CT examination,the correlation coefficient was -0.870.PDFF had the best correlation with pathological results in MRI examination,the correlation coefficient was 0.936,higher than HFF (r=0.853).Conclusion:Correlation between PDFF of IDEAL-IQ sequence and pathological results was stronger than that between dual-echo sequence and dual-energy CT.

Fatty liver; Hepatic fat content; Tomography，X-ray computed; Magnetic resonance imaging

100050 北京，首都医科大学附属北京友谊医院放射科(曹迪、杨正汉、杨大为)；530021 广西医科大学附属第一医院放射科(李涛、许霄、龙莉玲)

曹迪(1988-)，男，北京人，硕士，住院医师，主要从事腹部系统影像学诊断工作。

龙莉玲，E-mail：cjr.longliling@vip.163.com

R575.5; R814.42; R445.2

A

1000-0313(2017)05-0441-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.003

2017-03-17

2017-04-13)