基于Exchange血流动力学模型的MRI扫描参数诊断肝硬化临床价值分析*

黄汉军，鲁凤荣，张 灿

随着医学影像学和化学发光技术的不断发展，使肝硬化诊断的无创和定量成为可能[1-3]。MRI具有无创、无辐射和分辨率高等优点，在慢性肝脏病变的诊断方面应用非常广泛[4，5]，如MRI扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）就被用于诊断肝纤维化程度[10]。在肝硬化的进展过程中，肝脏血流动力学和血管微环境随之改变，也就有了应用双输入双室Exchange模型和双输入Extended Tofts模型评价肝硬化程度的报道[6，7]。我们应用Exchange模型和磁共振动态增强（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）技术，定量分析了其评价肝硬化程度的可能性。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2017年12月～2018年12月我院诊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；平均年龄为（45.7±6.8）岁。其中乙型肝炎52例，丙型肝炎8例。经血清生化、影像学检查和肝穿刺活检诊断肝硬化，肝脏和脾脏无肿瘤病变，门静脉系统无血栓形成，不伴有其它系统器质性病变。排除标准：① 患有肝脏肿瘤；② 患有心、肺、肾功能严重不全或血液系统疾病；③孕妇和儿童。同时，选择30例健康体检者作为对照组，男23例，女7例；平均年龄为（43.7±7.9）岁。本研究经我院医学伦理委员会审核同意，患者及其家属签署知情同意书。

1.2 MRI检查 使用Siemens Skyra 3.0T超导型磁共振，采用腹部8通道相控阵专用线圈。检查前3 d，禁食脂肪类食物。检查前6 h，禁食、禁水，仰卧于扫描床，呼气末屏气，采集图像。行常规腹部MRI平扫和增强扫描。给予钆贝葡胺（100 mmol/L）0.2 ml·kg-1静脉团注，流速为2.0～3.0 ml/s。采集序列T2WI、T1WI、IP/OP、DWI和 T1 高分辨率各向性容积激发序列（T1 high resolution isotropic volume excitation，THRIVE）。扫描参数为：① T2WI，采集单次激发快速自旋回波序列（half-Rourier acquisition single-shot turbo spin-echo，HASTE），TR 1800 ms，TE 90 ms，FOV 340 mm×340 mm，矩阵 256×300，层厚5.0 mm，层间距1.5 mm，翻转角度10°，激励次数（NEX）为 1 次；② T2WI，TR 3000 ms，TE 80 ms，FOV 360 mm×360 mm，矩阵 156×320，层厚 5.0 mm，层间距 1.5 mm；③ T1WI，TR 170 ms，TE 1.22 ms，FOV 400 mm×400 mm，层厚 6.0 mm，NEX 为 1次，翻转角度 10°；④ IP/OP，TR 168 ms，TE 1.22 ms，FOV 400 mm×400 mm，层厚 6.0 mm；⑤ DWI，TR 5500 ms，TE 60 ms，FOV 400 mm×400 mm，层厚 5.0 mm，b 值为 0、200、800 s/mm2；⑥ THRIVE序列，TR 3.80 ms，TE 1.80 ms，翻转角度 10°，FOV 400 mm×400 mm，矩阵 160×160，层厚 4.0 mm，层间距0.4 mm。所得图像传至GE Healthcare的Omni Kinetics软件进行处理。首先进行三维非刚性运动校准。拟合腹主动脉和门静脉对比剂时间-浓度曲线，作为肝脏血管输入函数（vascular input function，VIF），手动选择6个感兴趣区（region of interest，ROI），每个 ROI面积约为 40 mm2，距离肝脏外缘1 cm以上，避开血管和囊肿区域。然后，选择双输入双室Exchange模型，获得各参数指标的功能彩图。计算每个ROI测得的参数，重复测量3次，计算平均值。各参数包括对比剂容积转运常数（volume transfer constant，Ktrans）、速率常数（exchange rate constant，Kep）、细胞外间隙容积分数（volume fraction of extracellular space，Ve）、血浆容积分数（volume fraction of plasma，Vp）、肝动脉灌注指数（hepatic arterial perfusion index，HPI），对比剂平均通过时间（mean transit time，MTT）、达峰时间（time to peak，TTP）、血容量（blood volume，BV）和血流量（blood flow，BF）。

1.3 肝穿刺活检 在MRI检查完成1 w内，于超声定位下进行穿刺活检，采集肝组织长度为1.0～2.0 cm，置于10%甲醛溶液中固定、切片，行HE染色、Masson染色和网状纤维染色。

1.4 统计学分析 应用SPSS 18.0统计学软件行数据处理。P＜0.05为差异有统计学意义。各参数指标符合正态分布，以±s表示，采用单因素方差分析（one-way ANOVA），组间比较采用LSD检验。

2 结果

2.1 肝纤维化情况 在本组60例患者中，经肝组织病理学检查，诊断为S1期3例，S2期3例，S3期1例和S4期53例。

2.2 肝脏磁共振动态成像表现情况 经常规MRI检查，主要表现为肝脏形态不规则、左右叶比例失调，肝被膜不光滑，呈“波浪样”改变；在T2WI序列上表现为肝实质信号不均匀，可见多发增生结节，呈稍低/等T2信号。经MRI增强扫描，动脉期主要表现为肝实质内网格样异常强化，动态增强扫描可见肝实质灌注减低，血浆容积转运减低（图1）。

图1 肝硬化患者腹部MRI表现

2.3 Exchange模型各个参数情况 正常人和不同肝纤维化人群各参数比较，见表1。

2.4 基于Exchange模型参数评价肝硬化效能 根据ROC曲线分析，Ktrans诊断肝硬化的效能最高，而Ve最低（表2）。

表1 不同人群Exchange模型参数（±s）比较

表1 不同人群Exchange模型参数（±s）比较

与正常人比，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模型参数诊断肝硬化效能（%）

3 讨论

诊断肝硬化的金标准是肝组织活检病理学检查，但这是一种有创伤的检查手段。所以，临床上也非常需要一种无创伤、有效且诊断效率高的安全方法来评价肝纤维化程度。DCE-MRI定量技术的原理是顺磁性造影剂进入血管以后，组织T1弛豫时间缩短引起组织信号的变化，然后追踪造影剂扩散到周围组织的情况，最后采用血流动力学模型得到量化参数指标。不同的模型可以得到不同的参数。传统的血流动力学模型有Tofts模型和Patlak模型等。然而，肝脏是肝动脉和门静脉双重供血，需要采取VIF双重血供才可以客观地显示肝脏微循环状况，Exchange模型和Extended Tofts模型应运而生。

已经有研究显示反映毛细血管表面通透性的指标与子宫肌瘤的组织病理学类型息息相关。在某些子宫肌瘤组织该指标较高[11]，而在普通型平滑肌瘤细胞胶原蛋白较高。在血供丰富的子宫肌瘤，通常不合并组织变性，故Vp值较高[12]。在HCC组织，由于其不同比例的肝动脉和门静脉供血状态[13]，可以采用双输入双室模型精确地判断其性质。在介入治疗和抗血管生成治疗HCC患者，可以采取血流动力学模型来监测治疗反应[14]。常规影像学检查，如超声、CT和MRI只有在肝纤维化发展到显著阶段时才会表现出异常，因而在早期诊断或早期预测时往往不能采用[15，16]。

双输入双室Exchange模型可以全面地判断肝脏病理生理和血流微循环状态[17]。本研究中，Ktrans值是指对比剂从血管内扩散到血管周围间隙，即微循环通透性的情况[18]。随着肝纤维化程度的加重，Ktrans值降低，这与研究理论一致。Ve在S3和S4期明显下降，而在纤维化早期改变不明显，即Ktrans比Ve判断更早、更敏感。肝硬化越严重，肝动脉代偿性供血增加，HPI值越大，与健康人比差异明显，这与CT灌注结果也一致。研究认为HPI也适用于慢性肝脏病变的预后推测和随访。本研究也显示HPI和MTT对于显著肝纤维化诊断的敏感性和特异性均较高。

国内学者近期研究发现血清前白蛋白可以评估肝硬化病变的程度[19]。同时，营养不良、肌酐等会影响肝硬化患者的预后，这些危险因素增加了肝硬化患者预后判断的难度[20]。尽管本研究经过严格的设计，但是样本量仍较少，尤其是肝纤维化人群，因而针对各分期纤维化患者的研究还不够详细，有待于未来更大样本和更细致的进一步分层研究。就目前的资料，基于双输入双室Exchange血流动力学模型的DCE-MRI技术可获得多个定量参数，在肝硬化患者的诊断方面显示出良好的临床应用价值，值得进一步深入研究。