犬急性水肿型胰腺炎MRI多序列扫描及增强扫描的影像特征

袁 悦,何楚桥,舒棕涛,史超颖,李晓坤,杨德吉*,姚大伟*

(1.南京农业大学动物医学院兽医影像诊断中心,南京 210095;2.新瑞鹏宠物医疗集团艾贝尔宠物医院, 南京 210036;3.新瑞鹏宠物医疗集团维特动物医院,深圳 518000)

犬急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)是犬常见的胰腺疾病,临床表现以突发性前腹部疼痛、呕吐、休克等为主要特征。根据组织病理学特征可将AP分为犬急性水肿型胰腺炎(acute edematous pancreatitis,AEP)和犬急性出血坏死型胰腺炎(acute necrotising pancreatitis,ANP)两种[1],AEP预后良好,如未得到积极治疗将转变成ANP,所以犬AEP早期进行精确的诊断和治疗显得尤为重要。目前人胰腺磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)的序列方法主要包括T1WI和T2WI、脂肪抑制序列和增强扫描这几种序列[2-4],如需评估胰胆管需加扫MRCP(MR cholangiopancreatography,MRCP)序列。T1WI和T2WI横断面扫描可以显示胰腺基本解剖形态。胰腺增强扫描成像可以显示胰腺血供情况,以及胰腺病变内部结构特征,为鉴别诊断提供依据[5]。医学研究表明,MRI对AEP、胰腺周围水肿以及并发症显示均优于CT[6-7],MRI在人AEP诊断中已经得到广泛的应用,但其在犬AEP临床诊断中的研究和应用尚未充分验证。本试验建立犬AEP病理模型,采用1.5 T超导磁共振设备进行多种序列扫描,选择最佳扫描方案,总结分析犬AEP影像表现,为兽医临床上犬AEP的MRI影像诊断提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验动物

成年本地杂种犬10只,体重10～20 kg,雌雄各半。

1.2 主要仪器与设备

MyLabTMX5兽医超声波检查仪(意大利百胜/Esaote);联影uMR 560型1.5 T磁共振扫系统、四号大柔性线圈,八通道体部相控阵列线圈(上海联影医疗科技股份有限公司);开源软件Horos V3.3.1(Horos project);VSA-200 MRI动物专用吸入麻醉机(美国,VETLAND);磁共振专用心电监护仪S6W2G(美国,Invivo)。

1.3 犬急性水肿型胰腺炎病理模型建立

应用副胰管逆行注射法进行急性水肿型胰腺炎犬病理模型的建立[8],术前禁食24 h、禁水4 h后,肌肉注射速眠新(0.1 mg·kg-1)进行诱导麻醉,之后使用异氟烷维持麻醉。剑状软骨后方至脐前腹中线切口,在距离幽门附近3～7 cm的十二指肠降段的游离缘、肠系膜对侧做3～4 cm的纵向切口。在肠腔内侧壁找到十二指肠大乳头,十二指肠小乳头,通过向小乳头内插入直径1.8 mm的聚乙烯软管进入副胰管,用圆针4/0丝线于胰腺和十二指肠交界处结扎副胰管,固定聚乙烯软管。将软管连接10 mL注射器并置于微量恒压注射泵上,以12 mL·h-1的速度注入5%牛磺胆酸钠(0.5 mL·kg-1)和胰蛋白酶(3 000 U·kg-1)的混合溶液,于20～40 min完成注射。等到溶液完全注入后,软管仍需固定5 min,胰腺出现明显水肿并且显示出血点后,然后拔除软管并拆除缝线。观察无异常反应后对切口进行闭合。结节缝合十二指肠,冲洗十二指肠,最后关闭腹腔。术后8 h禁食禁水,之后再慢慢恢复饮食。

1.4 实验室检查

于术前、术后各采血1 mL放入EDTA抗凝管混匀后进行血常规检测、采血2 mL放入肝素抗凝管离心后取其上清液,进行血液生化及犬特异性胰脂肪酶(cPLI)检查。

1.5 MRI全序列扫描

1.5.1 动物麻醉保定与屏气方法 麻醉前严格要求禁食禁水10～12 h,麻醉前30 min皮下注射阿托品(0.05 mg·kg-1),肌内注射速眠新(0.1 mg·kg-1)诱导麻醉,异氟烷进行吸入麻醉。动物采用仰卧位,双后肢先进扫描,将沙袋放置胸部、腹部两侧保证身体长直,双前肢向前拉伸,使动物脊椎和检查床长轴平行,将体线圈、呼吸门控平放于动物腹部,使线圈中心位于剑状软骨突水平。屏气方法:手捏气囊的方式进行人工正压通气,通过观察呼吸通路压力表,将正压通气峰值压力控制在15 cm H2O,正压通气压力维持时间不低于1 s,通气频率维持在每分钟15次,直至试验犬呼吸末二氧化碳(EtCO2)低于25 mmHg;将麻醉机减压阀调节至5 cm H2O,并以此维持呼吸通路压力;试验动物于此时开始进入屏气模式,此时对试验动物进行MRI扫查,前后扫描范围从膈肌至第五腰椎,左右扫描范围从十二指肠外侧至脾门。

1.5.2 扫描序列与采集方法 10只犬AEP模型制备前后,分别在术前、术后1、3、5、7 d进行胰腺MRI多序列扫描,扫描序列和采集方式如下:梯度回波T1加权成像(GRE-T1WI)屏气采集,同相位T1加权成像(GRE-Dual-Echo1)屏气采集,反相位T1加权成像(GRE-Dual-Echo2)屏气采集,快速扰相梯度回波T1加权成像(T1WI-GRE-FSP)屏气采集;单次激发快速自旋回波T2加权成像(SSFSE-T2WI)屏气采集,快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI)屏气采集,快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI-TRIG)门控采集,运动抑制快速自旋回波T2加权成像(T2WI-ARMS-TRIG)门控采集,梯度回波脂肪抑制T1加权成像(GRE-T1WI-FS)屏气采集,脂肪抑制快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI-FS-TRIG)门控采集,脂肪抑制快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI-FS)屏气采集,脂肪运动抑制快速自旋回波T2加权成像(T2WI-ARMS-FS)门控采集,扰相梯度回波脂肪抑制T1加权成像(T1WI-Quick3D-FS)屏气采集;平衡式自由稳态进动(BSSFP)屏气采集,脂肪抑制平衡式自由稳态进动(BSSFP-FS)屏气采集。扫描参数采用联影uMR 560型1.5 T磁共振扫描系统自定义设置的参数。

1.5.3 增强扫描 以2.0 mL·s-1的速度静脉注射钆喷酸葡胺(469.01 mg·mL-1),剂量为0.2 mL·kg-1。造影剂注射完后,随即用20 mL生理盐水冲洗,注射速度3.5 mL·s-1。注射造影剂后屏气采集扰相梯度回波脂肪抑制T1加权成像(GRE-T1WI-Quick3D-FS)序列。

1.6 胰腺组织病理学检查

将试验犬静脉注射丙泊酚10 mL(10 mL∶100 mg),然后静脉注射10%氯化钾(0.5 mL·kg-1)进行安乐死。剖检观察胰腺及周围组织结构,采集胰腺,以10%中性甲醛溶液固定、脱水、透明、石蜡包埋,随后切片进行H.E染色,在光镜下观察组织学病理变化。

1.7 图像分析

1.7.1 图像质量主观评价方法 观察胰腺位置、分布及毗邻脂肪组织;胰腺形态及轮廓;胰腺信号强度。将从以下几个方面进行图像质量评判,如图像清晰度、对比度、伪影、空间分辨率等(表1)。评分3～5分认为是合格图像;≤2分视为不符合临床诊断需求。

表1 主观评价指标Table 1 Subjective evaluation indicators

1.7.2 图像信号强度测量方法 在FSE-T2WI-TRIG序列图像中测量感兴趣区域(region of interest,ROI),如图1所示,软件测量并记录胰腺信号强度(SI胰腺),同层肌肉信号强度(SI肌肉);计算信号强度比(signal intensity ratio,SIR)计算公式:SIR=(SI胰腺/SI肌肉)[9]。

2 结 果

2.1 犬AEP模型构建

正常胰腺呈淡粉红色,表面覆盖透明结缔组织被膜,被膜伸入胰腺实质将胰腺分成许多小叶(图2A)。向胰管中注射牛磺胆酸钠和胰蛋白酶混合液后,随着时间药物注射剂量的增加,肉眼可见胰腺小叶间隙淡粉色液体逐渐增多,胰腺逐渐肿胀、充血(图2B)。

A.造模前;B.造模后;a. 正常十二指肠;b. 正常胰腺右叶;c. 正常胰腺左叶;d. 胰腺体部;e. 造模后水肿的胰腺A.Before molding; B.After molding; a. Normal duodenum (DUO); b. Right lobe of pancreas (RLP); c. Left lobe of pancreas (LLP); d. Middle lobe of pancreas (MLP); e. Edematous pancreas after surgery图2 胰腺造模前后解剖图Fig.2 Anatomic view of pancreas before and after surgery

2.2 实验室检查

所有试验犬术后显示白细胞数量持续升高(27.03×109·L-1),中性粒细胞数增加明显,考虑继发肠道细菌性感染。所有试验犬血清淀粉酶含量明显升高,在24 h达到峰值,平均峰值为5 900.16 IU·L-1,提示胰腺或肠道相关疾病;丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、乳酸脱氢酶、三酰甘油升高等肝功能指标都有不同程度的升高,考虑肝胆管疾病。此外还可见血糖升高、以及血钙降低,考虑疼痛或消耗性疾病导致的结果。所有试验犬造模后cPLI检测均呈现强阳性(1 900.16 ng·mL-1),考虑存在明显的胰腺损伤。

2.3 MRI多序列扫描图像质量评价

10只健康犬经15种MRI序列扫描,结果如表2所示,门控采集序列图像伪影少,其中门控采集序列FSE-T2WI-FS-TRIG和FSE-T2WI-TRIG图像主观评分(分别为4.4和4.6)以及SIR值(分别为3.4和2.7)较其他序列高,这两种序列可作为胰腺MRI诊断首选序列。

表2 MRI多序列图像质量主观与客观分析结果Table 2 Results of subjective and objective analysis of multiple MRI sequences

2.4 犬AEP MRI影像表现

根据上述MRI图像质量评价结果,对AEP犬进行FSE-T2WI-FS-TRIG和FSE-T2WI-TRIG序列扫描。FSE-T2WI-TRIG扫描显示犬正常胰腺边界清晰,T2WI呈等信号,信号强度与肝信号相近(图3A)。FSE-T2WI-FS-TRIG扫描显示犬正常胰腺信号强度与肝接近,胰周脂肪与腹部脂肪组织呈稍低信号,胰腺边界较为清晰(图3B)。AEP犬FSE-T2WI-TRIG扫描显示,术后1 d胰腺体积呈弥散性增大,外形不规则,胰腺实质T2WI信号呈不均匀增高,强度高于同层肝组织信号。胰腺信号强度低于胰周脂肪的信号强度,与周围脂肪界限不清晰(图3C),胰腺周围伴有渗出,呈条片状T2WI高信号。FSE-T2WI-FS-TRIG扫描显示,AEP犬术后1 d 胰腺体积呈弥散性增大,T2WI信号增高,与周围脂肪界限模糊,胰腺实质可见条状或片状异常液体信号,提示小叶间水肿、小叶间隔增宽,胰腺周围伴有渗出呈高信号(图3D)。

增强扫描采用屏气采集T1WI-quick3D-FS序列,造影剂注射前,AEP犬胰腺T1WI呈信号,信号强度稍低于肝。造影剂注射后,胰腺信号逐渐增强,胰腺实质信号呈不均匀性强化,胰腺边缘表现为线性高信号(图4)。AEP犬于术后第3天进行增强扫描,健康犬在造影剂注射后30～60 s的SI值最高,AEP犬在造影剂注射后60～90 s的SI值最高(P<0.01)(图5),强化时间明显延迟。

2.5 AEP组织病理学变化

组织病理学检查可见正常胰腺腺泡、胰岛、胰导管等组织结构清晰,胰腺小叶未见出血、坏死以及炎性细胞浸润(图6a)。AEP模型犬的胰腺可见腺泡正常组织结构消失,间质内大量淋巴细胞和中性粒细胞浸润,结缔组织增生(图6b)。

3 讨 论

犬胰腺MRI扫描过程中胰腺随呼吸的运动以及胃肠道蠕动产生较为明显的运动伪影,使图像质量降低,为减少呼吸运动伪影,本研究所有序列扫描除门控采集序列外,均采用屏气方法扫描技术。体位以横断面为主,必要时加扫冠状面或矢状面。扫描过程使用胰腺区域体部表面线圈,相比传统扫描技术极大改善信噪比和胰腺图像的质量[9-10]。

A. 术前,门控采集快速自旋回波T2加权横断面成像;B. 术前,门控采集脂肪抑制快速自旋回波T2加权横断面成像;C. 术后,门控采集快速自旋回波T2加权横断面成像;D. 术后,门控采集脂肪抑制快速自旋回波T2加权横断面成像。白色箭号指示为胰腺,黑色箭头指示为胰腺小叶间液体信号A. Preoperative,FSE-T2WI-TRA-TRIG; B. Preoperative,FSE-T2WI-FS-TRA-TRIG; C. Postoperative, FSE-T2WI-TRA-TRIG; D. Postoperative, FSE-T2WI-FS-TRA-TRIG. White arrow indicates pancreas,black arrow pointed to the fluid signal between the pancreatic lobules图3 AEP犬MRI扫描结果Fig.3 MRI sequence scan results of AEP canine

胰腺核磁共振(MRI)检查在医学倾向于应用梯度回波T1加权成像(GRE-T1WI)。胰腺腺泡的相对短T1值、与胰腺病变的长T1值构成较好对比,正常胰腺组织富含蛋白和糖原,在T1加权成像上呈高信号,而犬急性水肿型胰腺炎(AEP)由于胰腺和胰腺周围脂肪的炎性水肿造成的局部肿胀,导致胰腺在T1加权成像上呈局灶性信号降低[11-12]。梯度回波T1加权成像 GRE-T1WI是犬AEP扫描最重要的序列,梯度回波脂肪抑制T1加权成像(GRE-T1WI-FS)可使胰周脂肪信号降低,在胰腺边界及胰腺实质诊断上有重要意义。同/反相位T1加权成像(GRE-Dual-Echo1/Echo2)中,同相位T1加权成像(GRE-Dual-Echo1)的同相位的边缘效应不明显,GRE-Dual-Echo2可以更好将胰腺的边缘勾勒出来,在AEP诊断中用于局灶性或弥漫性胰腺肿大的评估[13-14]。T1WI-GRE-FSP软组织对比较好,可用于正常胰腺或AEP胰腺测量。AEP犬胰腺进行T1WI扫描,通过SIR值分析,T1WI中胰腺与周围组织的对比分辨力与T2WI比相对较差,考虑与动物体型、病灶大小有关,体型较大的动物、肥胖的动物可考虑T1WI扫描,且T1WI成像均需要屏气采集,短暂屏气扫描更适用于体况较好的动物,是否产生运动伪影与操作者有很大的关系。因此,本研究通过主观与客观分析,涉及T1WI序列不作为AEP犬的首选序列。

犬正常胰腺门控采集快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI-TRIG)优于门控采集脂肪抑制快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI-FS-TRIG)序列,这是由于脂肪的高信号背景下可以更好地显示胰腺[15]。而针对AEP犬,门控采集脂肪抑制快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI-FS-TRIG)序列显示胰腺实质炎症渗出液与胰周渗出液的信号最灵敏,此序列上脂肪为低信号的背景,胰腺为稍低信号,积液为高信号,而FSE-T2WI-TRIG序列脂肪的高信号可以较为清晰地显示胰腺轮廓的改变以及与周围脂肪之间的关系,二者在AEP犬MRI扫描均有各自的优势[16]。犬AEP诊断中,T2WI为液性成分的重要序列,FSE-T2WI与FSE-T2WI-FS能准确地描述急性胰腺炎胰腺小叶内间隔炎症和水肿、胰腺实质水肿和增厚以及胰腺周围积液,但FSE-T2WI与FSE-T2WI-FS序列需要屏气扫描、优点是扫描时间短,缺点是图像层次感差,信噪比低,对AEP病灶诊断效果差,与FSE-T2WI-TRIG以及FSE-T2WI-FS-TRIG序列比较存在呼吸运动伪影。门控采集运动抑制快速自旋回波T2加权成像(FSE-ARMS)与脂肪运动抑制快速自旋回波T2加权成像(T2WI-ARMS-FS)序列是一种运动抑制的FSE序列,将所有回波链以放射冠的方式填充于K空间,最终使K空间中心区域有较多的信号重叠,通过特殊的数据处理可以有效减少运动伪影[11]。T2WI-ARMS-TRIG与T2WI-ARMS-FS-TRIG可以有效减少运动伪影,图像分辨率与信噪比较高。FSE-ARMS序列的TE和TR的参数与FSE序列区别在于,回波链长度的不同以及覆盖因子,优点是增加平均次数可以增加k空间中心区域的重叠,缺点是扫描时间会有所延长。平衡式自由稳态进动成像序列(BSSFP)与脂肪抑制平衡式自由稳态进动(BSSFP-FS)信噪比高,可以很好地显示,液体区域或者囊性区域呈高信号,但是软组织对比差,可用于AEP早期诊断[17-18]。

a. 造影剂注射后0～30 s;b. 造影剂注射后30～60 s;c. 造影剂注射后60～90 s;d. 造影剂注射后90～120 s;e. 造影剂注射后120 s以上 a. 0-30 s after contrast injection; b. 30-60 s after contrast injection; c. 60-90 s after contrast injection; d. 90-120 s after contrast injection; e. 120 s after contrast injection图4 AEP犬胰腺增强扫描Fig.4 Enhancement of AEP canine pancreas

注射造影剂后与注射前相比,**表示差异极显著(P<0.01),*表示差异显著(P<0.05) Comparison between postinjection and preinjection of contrast media, * indicates significant difference, ** indicates extremely significant difference图5 健康犬与AEP犬胰腺的时间-信号曲线Fig.5 Time signal curve of healthy canine pancreas and AEP canine pancreas

因此,应用MRI诊断犬急性水肿型胰腺炎,T2WI建议选用门控采集FSE-T2WI-TRIG、FSE-T2WI-FS-TRIG;如需减少麻醉与扫描时间可选用T2WI-ARMS-TRIG与T2WI-ARMS-TRIG-FS序列、FSE-T2WI与FSE-T2WI-FS序列;考虑有腹腔液渗出时选用BSSFP、BSSFP-FS;如需鉴别诊断,采用T1WI -Quick3D-FS序列可做增强扫描,完成MRI扫描过程[19-20]。经多序列扫描,AEP犬胰腺随着疾病的发展影像表现也不同,术后24 h胰腺在T1WI与FS序列表现体积呈弥散性增大,与术后其他时间比较,体积增大最明显。胰腺实质信号降低,信号不均匀,T2WI序列表现为胰腺体积弥散性增大,外形不规则,胰腺实质呈不均匀高信号,边缘相对清晰,T2WI-FS序列可见胰腺小叶间条索状、片状高信号,提示小叶间隔增宽,边缘较模糊;T2WI与T2WI-FS序列均显示胰腺信号强度高于同层肝组织信号。术后3 d的T1WI与FS胰腺体积增大程度稍有减轻,胰腺实质仍为低信号,T2WI与FS表现为胰腺体积增大、胰腺实质呈不均匀高信号、胰腺小叶间信号可见线性高信号,小叶间稍有增宽,边缘不规则,胰周可见高信号,胰腺实质高于同层肝信号;术后5～7 d的T1WI与FS序列胰腺体积减小,仍大于正常犬胰腺体积,实质信号相对均匀,T2WI与FS序列的胰腺轮廓相对清晰,胰腺实质回声降低,胰腺小叶间个别区域可见线性高信号,实质信号强度稍高于肝。增强扫描表现为胰腺信号逐渐增强,胰腺实质不均匀强化,胰腺边缘呈线性高信号。

4 结 论

通过副胰管逆行注射法构建犬急性水肿型胰腺炎模型,模型成功率为100%,证明该方法制备犬AEP模型稳定。经1.5T MR多种序列扫描,胰腺首选扫描序列为门控采集快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI-TRIG)与门控采集脂肪抑制快速自旋回波T2加权成像(FSE-T2WI-FS-TRIG)。增强扫描建议健康犬的扫描时间为造影剂注射后30～60 s,AEP犬增强扫描时间建议为造影剂注射后60～90 s。AEP犬MRI主要表现为胰腺体积增大,T2WI信号呈高信号,胰腺实质信号轻度不均匀,造影后不均匀强化,胰周伴有T2WI高信号渗出影。