钆塞酸二钠动态增强磁共振定量评估兔肝纤维化的研究

张丽萍， 吴秀丽， 黄宝生， 吴惠宁

(河西学院附属张掖人民医院影像中心， 甘肃 张掖 734000)

肝纤维化(Liver fibrosis, LF)是由于各种慢性肝病导致的的以细胞外基质如胶原、黏多糖等过度沉积为病理特征的重复性、慢性肝损伤，容易进展为肝硬化，是引起肝细胞癌及消化道疾病的高危因素[1, 2]。早期LF可通过消除病因或特异性抗纤维化治疗逆转，而晚期LF不可逆[3]，因此精准诊断LF对指导临床治疗、减轻患者疾病负担、提高预后具有重要的临床价值。肝脏穿刺活检虽然是LF分期的金标准[4]，但25-40%疼痛发生率、0.3-0.6%出血甚至死亡率限制了穿刺活检的临床应用。动态增强磁共振(Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE MRI)能通过注射磁共振造影剂定量评估肝组织的微循环灌注状态，如血流灌注、细胞膜弥散、组织体积分数等信息[5]。钆塞酸二钠(Gadolinium ethoxybenzyl diethylenetriamine pentaacetic acid, Gd-EOB-DTPA)是一种肝细胞特异性对比剂，能被肝细胞膜有机阴离子转运多肽特异性摄取、排泄，不仅能反映肝组织血流微循环灌注信息，还能通过肝细胞摄取情况反映肝功能损伤[6]。因此，本研究拟从微循环灌注及肝损伤方面探讨Gd-EOB-DTPA DCE MRI 定量评估LF分期的价值，为LF无创诊断及治疗提供影像学依据。

1 材料与方法

1.1动物模型:本研究经河西学院附属张掖人民医院医院伦理委员会审核批准(编号：2019-0125)。前瞻新纳入80只新西兰雌性大白兔，6月龄，体重2.0-2.6Kg，并随机分为LF组(n=60)和正常对照组(n=20)。参考张豪等学者[7]的研究方法，LF组通过颈背部皮下注射50%CC14油溶液(100%CC14与橄榄油1:1混合)，每周注射1～2次，第1～3周剂量0.1mL/kg，第4～6周剂量0.2mL/kg，第7～10周剂量0～3mL/kg；对照组注射同剂量、等频率的生理盐水注射。

1.2MR扫描方案:MR扫描采用Siemens Spectra 3.0T磁共振成像扫描仪(Magnetom, Spectra)，扫描前兔禁食12 h，肌注水合氯醛0.1mL/kg，10 min后经兔耳缘静脉置入24G留置针后注射3%戊巴比妥钠0.1mL/kg，仰卧位下用腹带固定腹部抑制呼吸。以第一次注射CC14溶液为首次计算日期，第4、5、6、15周末随机选取LF组15只及对照组5只兔行轴位肝脏DCE MRI扫描：①轴位T1加权快速自旋回波序列(turbo-spin-echo T1WI)：重复时间(TR)/回波时间(TE)= 180/3 ms，翻转角(FA)=15度，扫描野(FOV)=160 mm×140 mm，矩阵=256×168，层厚(ST)=4mm，层间距(SP)=0.4mm。②DCE-MRI： TR/TE=120/15 ms，FA =15度，FOV=160 mm×140 mm，矩阵=256×168，ST=4mm，SP=0.4mm，3s/期，共连续扫描60期，在第3期末经留置针注入0.1mL Gd-EOB-DTPA(普美显，Bayer-Schering，德国)造影剂。③注射造影剂20min后，进行肝特异期成像扫描。

1.3MR图像分析:由两位腹部影像研究方向的医师在双盲前提下对获取的DCE图像分别进行独立分析，如遇分歧则通过讨论解决。首先对图像进行三维非刚性运动校正，然后在Siemens Syngo工作站选择 Tissue 4D 软件，采用双输入双室动力学模型，分别于腹主动脉和门静脉主干区域勾画感兴趣区，获得对比剂时间-浓度曲线及各参数的功能彩图；分别在肝左、中、右叶勾画感兴趣区(Region of interest, ROI)，ROI面积为15～20mm2，获取的平均值作为最后定量参数值：容量转运常数(Ktrans, transfer constant from plasma to extravascular extracellular space [EES])，转运常数 (Kep，backflux rate from plasma to EES)，血管外细胞体积分数(Ve，EES volume fraction)和血浆体积分数(Vp，plasma volume fraction)。其计算公式为：Ve = Ktrans/Kep。

其中，Ct(t)代表肝组织内对比剂浓度，Ca(t)为动脉对比剂浓度。

分别测量增强前T1WI肝脏信号强度(PreSI)、特异期肝脏信号强度(PostSI)，通过公式Re = (PostSI-PreSI)/PreSI得出最后Re值，ROI勾画方法同DCE。

1.4病理诊断:以肝脏病理学诊断作为造模结果及肝纤维化病理分期的金标准。MR扫描后即采用空气栓塞法处死实验兔，取兔肝脏经10%福尔马林溶液浸泡后，甲醛固定后制石蜡切片，行Masson染色后由两名富有经验的病理医师于显微镜下进行Metavir分期：F0：无LF；F1：门静脉汇管区扩大，局限窦周、小叶内纤维化；F2：汇管区周围纤维化或少量间隔形成，小叶结构保留；F3：大量纤维间隔伴小叶结构紊乱，无肝硬化；F4：肝硬化。

2 结 果

2.1兔LF模型及病理学结果:在初步纳入的80只兔中，8只LF兔死于CC14不耐受，3只LF和2只正常对照组兔麻醉时意外死亡而排除，3只(2只LF，1只正常对照)兔因呼吸运动伪影造成的DCE MRI图像质量较差而未纳入。最终46只LF、16只正常对照兔完成DCE MRI扫描及病理学检查。如表1所示，在46只LF兔中，F1、F2、F3、F4期各有14、12、10、11只。LF病理特征及DCE MRI图如图1所示。

表1 不同LF分期DCE-MRI参数值

2.2DCE MRI定量参数与LF进展相关性:如图2和表1所示，随着LF进展，Ktrans呈明显增加趋势(r=0.913， P<0.001)，Kep(r=-0.757)和 Re(r=-0.804)呈下降趋势(P<0.001)，而Ve和Vp与LF进展无明显相关性(P>0.05)，且Kolmogorov-Smirnov检验结果提示各DCE MRI参数值均符合正态分布。

2.3不同LF分期DCE MRI参数值比较:正常对照组和LF组 (F1-F4)Ktrans、Kep、Re值差异具有统计学意义(P<0.05)，而Ve和Vp值无明显统计学差异。除F2 vs. F3期外(图2A)，其余各期LF两两比较Ktrans差异均有统计学意义(P<0.05)；F0 vs. F1 和 F1 vs. F2期Kep值无差异(图2B)，但Kep值在其余各期LF两两比较均有统计学差异(P<0.05)。F1 vs. F2 和F2 vs. F3比较(图2C)，Re值无统计学差异(P>0.05)，其余各期两两比较差异具有统计学意义；对于Ve值，仅F1 vs. F4期有差异(P<0.05)，其余各期Ve值无统计学差异；Vp值在LF各期两两比较均无统计学差异(P>0.05)。

表2 DCE-MRI参数值鉴别诊断LF分期的ROC曲线

图1 LF 2期兔肝脏Ktrans (2A)，Kep (2B)，Ve (2C)，Vp (2D)，Re (2E)及病理(2F)图

图2 Ktrans、Kep、Re值随LF进展的箱式图

2.4ROC诊断效能评价:Ktrans鉴别诊断≥F1、≥F2、≥F3、≥F4的AUC分别为0.96、0.96、0.96、0.99，高于Re(AUC=0.93，0.90，0.89，0.93)和Kep(AUC=0.83，0.86，0.91，0.98)，Ve(AUC=0.56，0.64，0.65，0.68)和Vp(AUC=0.60，0.58，0.63，0.67)诊断价值较低，如图3、表2所示。

图3 DCE MRI参数值鉴别诊断LF分期的ROC曲线

3 讨 论

目前大部分DCE MRI评估LF的研究以细胞外造影剂如钆喷酸葡胺为主，无法评价肝脏损伤与LF进展的相关性；然而，Gd-EOB-DTPA能被肝细胞特异性摄取，其药代动力学模型与常规细胞外造影剂不一致。因此，本研究进一探讨究Gd-EOB-DTPA微循环灌注及肝功能损伤定量评估LF的价值，以期为LF诊疗提供客观的影像学依据。

Ktrans和Kep分别反映造影剂在血管至血管细胞外间隙(extravascular extracellular space, EES)的摄取率及反流率，反映组织的渗透性和血流性。随LF进展，Ktrans呈增加趋势，而Kep逐渐减小。结合药代动力学及LF病理学，以下因素是可能导致本研究结果的原因： ①Gd-EOB-DTPA作为低分子量的磁共振造影剂，受内皮细胞窦壁毛细血管化影响较小，因此Gd-EOB-DTPA仍然可以快速地从血浆传递到EES。 ②Gd-EOB-DTPA可被肝细胞特异性摄取入细胞内[8]，引起Ktrans增加。③Liu 等[9]研究证实肝动脉血流随着LF进展而增加，从而导致肝内皮细胞窦压力增高及Ktrans增加。然而，增加的内皮细胞窦压力不会阻碍EES到血浆的回流速率(Kep)，因此与Ktrans相比，Kep与LF相关性较低，诊断效能较弱。Ktrans与LF进展密切相关性最高，而且是鉴别诊断LF分期ACU值最高的的参数值，表明Ktrans是评估LF的最敏感的DCE MRI定量参数值。

Ve反映EES的大小，在本研究中Ve与LF进展无显着相关性，而且Ve在鉴别诊断LF各期的价值较低。尽管内皮细胞受损减少血管间隙与EES之间的液体交换[10]导致Ve值降低，但LF伴随的炎症和水肿会增加EES的体积，导致Ve诊断价值低。Vp代表血浆的体积分数，除非出现明显的肝细胞坏死和网状支架破坏[11]，否则Vp值几乎不会发生明显变化，因此Vp诊断价值较低。

Gd-EOB-DTPA可被肝细胞摄取并经胆道排泄，因此Gd-EOB-DTPA的摄取和代谢取决于肝细胞功能。Re反映了肝胆期肝实质强化程度，在我们的研究中Re值随着LF进展的下降趋势，这主要是由于为随着LF进展而出现的进行性肝细胞损伤而导致功能性肝细胞受损、数量减少，从而引起肝细胞摄取Gd-EOB-DTPA减少。Re值鉴别诊断≥F1、≥F2、≥F3、≥F4期的AUC值分别为0.93、0.90、0.89、0.93，提示肝特异期成像可有效鉴别诊断LF分期的影像学方法。

本研究也存在以下的不足。首先，由CCl4诱导的兔LF模型可能无法准确反映人肝脏的病理变化，因此需要研究中进一步证实DCE MRI定量参数值鉴别诊断LF的价值由于相对较高的兔死亡率和严重的呼吸和运动伪影，最终只有63/80只兔纳入研究。其次，LF的病理变化同时包含炎性反应、脂肪变性及铁沉积[12]，这些因素可能影响DCE MRI定量参数评价。

总之，通过Gd-EOB-DTPA DCE MRI获得的定量参数值，尤其是Ktrans与LF进展密切相关，可作为定量评估LF的有效影像学方法。