CT灌注成像与MR弥散加权成像对兔肝脏纤维化模型病理变化定量诊断实验研究

发布时间：2020-11-01 17:54

　　 研究目的 1．研究和探讨肝脏CT灌注成像(CTP)时，对比剂用量和注射速率对灌注参数测量结果的影响；不同层面和同一层面左右两侧测量的灌注参数结果间有无差异性。探讨可能影响CTP参数测量结果的因素。 2．研究和探讨肝脏MR弥散加权成像(MR-DWI)时，采用不同b值和TR时间所获得的ADC值变化情况；组织中血液微循环灌注对ADC值的影响；不同层面和同一层面左右两侧中ADC值测量结果间有无差异性。研究和发现肝脏MR-DWI时影响ADC值测量结果的因素和影响程度。 3．以兔肝脏纤维化模型为研究对象，以最终病理组织学定量诊断结果为标准，从肝脏纤维化病理评分分级、纤维化分期、纤维化分度三个方面，研究CTP各项参数、MR中ADC值、T_2值和T_1值在肝脏纤维化模型中不同病理定量诊断结果之间的变化情况；探讨引起各项影像学参数改变的病理组织学基础。 4．采用统计学相关性分析方法，对在肝脏纤维化模型中所获得的各项影像学参数、肝脏功能生化检测结果、肝脏纤维化四项指标检验结果，以及病理评分分级、纤维化分期、纤维化分度定量诊断结果进行研究，探讨影像学各项参数与实验室检测结果，以及组织病理学定量诊断结果之间的相关性；探讨CTP和MR成像用于评价肝脏损害和纤维化病理变化程度方面的临床价值和意义。 5．采用统计学多元线性回归分析方法，对CTP、MR成像在定量诊断肝脏纤维化模型病理评分分级、纤维化分期、纤维化分度方面进行统计检验，建立Fisher’s判别函数，检验CTP、MRI对肝脏纤维化病理变化定量诊断结果的准确性；多种检查诊断方法联合用于肝脏纤维化病理变化定量诊断的准确性和临床意义，达到采用非损伤性检查方法定量诊断肝脏纤维化病理变化的目的。 材料和方法 1．新西兰大白兔20只，随机分成三组，正常对照组4只，实验A、B组各8只，采用向兔皮下反复多次注射四氯化碳的方法建立兔肝脏纤维化病理模型，A组注射8周，B组注射12周。 2．CTP使用GE公司Lightspeed 16层螺旋CT扫描机。采用轴位扫描模式，扫描条件：8排4层，层厚2.5mm，80kV，120mA，扫描时间1s，间隔时间1s，于注射对比剂后2s开始扫描，连续扫描45次共计90s、180张图像。研究灌注条件对CTP参数影响时，采用三种注射速率(1.0ml／s、1.5ml／s、2.0ml／s)和三种对比剂用量(1.0ml／kg体重、1.5ml／kg体重、2.0ml／kg体重)间的不同组合，共计9种灌注条件，分别对正常对照组进行CTP扫描。实验组CTP选择注射速率2.0ml／s、剂量1.0ml／kg体重。在AW4.2工作站使用软件中Perfusion 3肝肿瘤灌注模式进行CTP参数的测量，取腹主动脉为输入动脉，门静脉主干或分支为输入静脉，分别在左右两侧各选择一感兴趣区(ROI)进行测量，每个ROI测量5次，每次的ROI不小于60mm~2，取平均值为最终测量结果。每个兔选择其中三个层面作为研究对象进行测量。 3．常规MR扫描在西门子公司MAGNETOM vision 1.5T MR扫描机上进行，头部线圈，SE序列，层厚5mm，间隔0.5mm，每次扫描5个层面，矩阵512×512，T_2值测量使用双回波序列(TR=600ms，TE=20ms／80ms)，获得同一层面两张回波时间不同的图像，经计算机处理生成计算T_2值图(Evaluation T_2 Map)，分别测量左右两侧肝脏的T_2值。T_1值测量方法为：先用SE序列(TR=300ms，TE=15ms)扫描一次，然后将TR改为3000ms，其余所有参数保持不变，重复扫描一次，将同一层面两次扫描的图像经计算机处理生成计算T_1值图(Evaluation T1 Map)，在T_1值图上分别测量左右两侧肝脏的T_1值。完成平扫后，按0.2ml／kg剂量注射顺磁性对比剂Gd—DTPA，分别在注射对比剂后30min、60min时重复进行与上述测量T_1值完全相同的扫描。采用相同的方法分别测量增强后30分钟T_1值(T_1／30)、增强后60分钟T_1值(T_1／60)，并计算平扫T_1值减去增强后30分钟T_1值(T_1—T_1／30)、平扫T_1值减去增强后60分钟T_1值(T_1—T_1／60)、增强后30分钟磁化率(T_1／30-P，平扫T_1值减去增强后30分钟T_1值再除以平扫T_1值)、增强后60分钟磁化率(T_1／60-P，即平扫T_1值减去增强后60分钟T_1值再除以平扫T_1值)。 4．MR-DWI扫描在西门子公司SONATA maestro class 1.5T MR扫描机上完成，体部相控阵列线圈，并行采集技术。采用自旋回波单次激发平面回波技术(SE-EPI-SSh)，每次扫描5个层面，层厚5mm，间隔1mm。8次采集，采样矩阵128×128，梯度场强40m／Tm，有效带宽1502Hz。选用两个扫描序列进行DWI检查。序列1：TR=3500ms，TE=76ms，b=0／200／500(s／mm~2)，扫描时间3min19s；序列2：TR=4500ms，TE=78ms，b=0／300／600(s／mm~2)，扫描时间4min18s。扫描结束后，经系统内自动计算出4种ADC图，即ADC11(b=200s／mm~2)、ADC12(b=500s／mm~2)、ADC21(b=300s／mm~2)、ADC22(b=600s／mm~2)。MR测量部位和方法保持与CTP中一致。 5．完成影像学检查后一周内处死动物，处死前经耳中央动脉取血6ml分装两个生化试管内即刻送到相关实验室进行肝脏功能生化检测和肝脏纤维化四项指标检测。解剖肝脏大体形态观察后，在肝脏胆囊窝平面的左右两侧分别各取二块大小为0.3cm×0.3cm×1.0cm的组织块，所取标本位置尽可能与影像学测量部位保持一致。取材标本分别做常规HE染色和网状纤维染色(gomoris法)。采用国际上公认的ISHAK肝脏组织病理评分分级和纤维化分期诊断标准，由一名正高级职称肝脏病学专家在不知任何实验过程和结果的情况下，对全部病理组织切片进行分析评估，以积分和分期方式记录每个兔肝脏左右两侧病理定量诊断结果。同一动物左右两侧标本分别评估，独立统计。炎症反应病理评分分级结果为1～18分，纤维化分期为Ⅰ～Ⅵ期。每次处死实验组动物同时处死一只正常对照组动物作为比较。 6．根据病理诊断结果，分三个方面进行研究，即病理评分分级(1～6分为一级，7～12分为二级，13～18分为三级)、纤维化分期(Ⅰ～Ⅵ期)、纤维化分度(Ⅰ期和Ⅱ期为轻度、Ⅲ期和Ⅳ期为中度、Ⅴ期和Ⅵ期为重度)。分别研究影像学参数测量结果在不同分级、分期和分度间的变化情况，以及与肝功生化检测结果、肝脏纤维化四项指标检测结果、病理定量诊断结果之间的相关性。CTP参数与T_2值、T_1值和ADC值之间的相关性。 7．统计学分析，应用SPSS13.0统计软件包，采用单向方差分析方法(Analysis of variance，ANOVA)。P＜0.05为差异有统计学意义。采用多元线性回归分析方法，对CTP参数、T_2值、T1值和ADC值在定量诊断肝脏纤维化病理变化结果进行逐步判别分析，建立Fisher判别函数。 结果 1．实验组16只兔意外死亡3只，其余13只兔均完成整个实验过程。大体观察肝脏色灰暗，表面覆盖白色薄膜，可见粟粒状结节，边缘变钝，质硬。组织病理学见肝细胞变性坏死，间隙内可见程度不等的炎症反应和胶原纤维沉积，13只兔的肝脏病理变化均符合肝脏纤维化病理组织学诊断标准。其中有四只兔肝脏左右两侧病理诊断纤维化分期结果不一致。 2．对正常兔肝脏CTP研究结果表明，BF、BV、BFA、BFP和MTT随着注射速率和对比剂用量的不同，测量结果间有显著性差异，BF、BV、BFA、BFP随着注射速率提高、对比剂用量增加而升高，MTT随注射速率增加而下降。在各种灌注条件下测量的HAI结果间差异没有统计学意义，提示HAI不受灌注条件变化的影响。肝脏左右两侧BV和MTT测量结果之间差异性具有统计学意义，左侧的BV值和MTT值高于右侧。所有CTP参数在各层面之间的测量结果差异没有统计学意义。 3．对正常对照组MR-DWI检查研究结果表明，使用不同扫描条件测量的ADC值之间差异有统计学意义。使用高b值时测量ADC值分别为：ADC12=2.15±0.04mm~2／s和ADC22=2.35±0.08mm~2／s，明显低于使用小b值时的测量结果(ADC11=2.80±0.05mm~2／s和ADC21=3.13±0.08mm~2／s)，TR时间延长会使ADC值增加，但在高b值时TR时间变化对ADC值影响不显著。 4．对兔肝脏纤维化模型CTP研究结果发现，BF、BV、BFP、BFA和HAI的测量结果明显低于对照组，且在不同病理诊断结果之间差异具有统计学意义。在病理评分分级结果中，BF、BV和BFP随着分级的增加逐渐下降，分级越高，下降的越加显著，而HAI和BFA在一级和二级时显著下降，在三级时开始升高。在纤维化分期和分度诊断结果中BF、BV、BFA、BFP和HAI均随着分期分度的增加，下降的越加显著，呈现明显的逐渐下降趋势，未见后期HAI和BFA增加现象。 5．常规MR检查结果显示，纤维化模型组中的T_2值和T_1值显著高于对照组，T_2值随着病理变化程度的增加而呈现逐渐增加趋势，T_1值在病变早期显著延长，后期略有缩短。增强后T_1值的变化在病变组和对照组之间差异没有统计学意义。 6．MR-DWI研究结果表明，四个ADC值及BP值在肝脏纤维化时均明显低于正常对照组，差异具有的统计学意义。随着纤维化病理改变的进展，ADC值和BP值下降更加显著。 7．采用统计学相关性分析结果表明，肝脏纤维化时T_2值、T_1值、ADC值和BP值与肝功生化检测结果、肝脏纤维化四项指标检测结果之间具有显著的相关性。其中与总蛋白(TP)、球蛋白(GLB)、谷氨酰转肽酶(γ—GT)和肝纤四项指标与ADC值呈现负相关性；碱性磷酸酶(ALP)和白球蛋白比值(A／G)与ADC值呈现正相关性；T_1值和T_2值与多数检验结果之间呈现正相关性。ADC值与BF、BV、BFP和PS间没有相关性，与HAl和BFA间呈现负相关性。BF和BV与ALP之间、HAI和BFA与总胆汁酸(TAB)之间呈现正相关性；CTP参数与肝纤四项指标间没有相关性。BF、BV、BFA、BFP和ADC值与病理分级、纤维化分期和纤维化分度之间呈现显著的负相关性(P＜0.01)；T_2值与病理诊断结果之间呈现显著的正相关性(P＜0.01)。 8．经统计学多元线性回归分析，逐步判别后建立对肝脏纤维化模型病理变化定量诊断的Fisher判别函数，CTP和MR对肝纤维化模型病理分级、纤维化分期和纤维化分度定量诊断准确性分别为：52.0％、54.1％、60.2％和75.6％、57.8％、65.6％；MR和CTP联合应用对纤维化模型定量诊断的准确性分别为：86.0％、83.7％、87.2％；综合MR、CT、肝功生化和肝纤四项检查方法，联合应用所建立的Fisher判别函数对肝脏纤维化模型病理分级、纤维化分期和纤维化分度的定量诊断准确性分别为：100.0％、95.3％、96.5％。 结论 1．采用向兔皮下反复多次注射四氯化碳的方法，能够成功诱导出兔肝脏纤维化模型，病理组织学观察所见类似人类肝炎后肝脏纤维化病理改变，适合用于影像学研究。 2．肝脏纤维化时BF、BV、BFA、HAI和BFP测量结果均显著低于正常对照组，，随着纤维化病变程度的进展，呈现逐渐下降趋势。BFA和HAI在病变后期呈现上升的变化趋势，这种变化趋势是肝脏纤维化后期向肝硬化发展的重要标志。这种变化的病理基础是肝脏纤维化时肝细胞变性肿胀，以及细胞间隙内大量胶原纤维沉积，使肝内毛细血管网狭窄，腔内压力升高，造成血流阻力增加，引起肝脏血流灌注减少，在病变后期作为门静脉血流灌注减少的缓冲，以及肝窦毛细血管化，肝动脉供血量开始增加。 3．在肝脏发生纤维化时，T_2值和T_1值延长，ADC值和BP值下降，T_2值延长和ADC值的下降随着纤维化病变程度的增加更加显著。结合肝脏纤维化时的病理变化，肝脏受到损害后发生的细胞肿胀、脂肪变性以及炎症反应，使组织T_1值和T_2值显著延长。ADC值大小取决于细胞外水分子含量和自由扩散度，细胞肿胀和细胞间隙内大量胶原纤维沉积，使细胞外水分子含量明显下降，结构致密的胶原纤维又进一步限制水分子自由扩散，导致ADC值呈现逐渐下降趋势。 4．在肝脏纤维化病理变化中，T_2值、T_1值和ADC值的变化与肝功生化、肝纤四项指标和肝脏纤维化病理结果之间具有很好的相关性。BF、BV、BFA和BFP与病理定量诊断结果间具有很好的相关性。表明CTP和MR成像能够反映出肝脏的损害程度和纤维化病理变化进展情况，具备了对肝脏纤维化病理变化作出定量诊断的能力。 5．采用多元线性回归分析方法，对影像学和实验室检测各项参数进行逐步判别分析，建立起对肝脏纤维化病理变化定量诊断的Fisher判别函数，，结果显示，单独使用一种影像诊断方法对肝脏纤维化病理变化定量诊断的准确性不高，将两种影像诊断方法联合应用，可以极大地提高定量诊断准确性，满足临床上对肝脏纤维化病理变化定量诊断的需要。如果再联合肝功生化检测结果和肝脏纤维化四项指标综合用于肝脏纤维化定量诊断，诊断准确性将会进一步显著提高，完全可以代替损伤性的肝脏穿刺活检方法，使得采用无创性检查方法定量诊断肝脏纤维化病理变化成为可能。
【学位单位】：第一军医大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2007
【中图分类】：R445
【部分图文】：

肝脏标本大体观察，正常兔肝脏质地柔软，表面光滑、细腻，肝脏色泽均匀呈暗红色。镜下组织学观察见正常兔肝脏小叶结构完整，汇管区结构清晰，肝细胞索排列整齐，肝窦和肝细胞索轮辐状分布(见图2一l)。实验组动物肝脏颜色明显灰暗呈暗紫色，表面不光滑，覆盖一层灰白色薄膜，布满细小颗粒状结节，边缘变钝，触之质感明显变硬。镜下观察，肝细胞明显肿胀和脂肪变性，中央静脉周围肝细胞呈点、片状坏死，部分小叶结构塌陷，少量结缔组织增生，汇管区出现明显的炎症反应，严重者肝细胞坏死广泛，融合呈片状，脂肪变性更加明显呈现中度一重度，肝脏小叶结构紊乱，有不典型的假小叶形成，从中央静脉和汇管区放射出的胶原纤维交织成网状，胶原纤维染色可见明显的胶原纤维沉积(见图2一2)。参照下列isHAK肝脏组织活检炎症反应病理评分分级和纤维化分期标准(见表2一1一2)，对全部兔肝脏的病理组织标本进行肝脏纤维化病理变化分级和分期评?

一甲畔娜飞~置鳄 (Homatoxylin&Eosinstainingx100) (Retieularfibersstaining x100)图2一11}一常兔肝脏人体观察和组织切片所见:图A八:体内观察所见:图B一D为离体标本;图EHE染色(xlOO);图FI刊状)〕义原纤维染色(x100)Fig.2一 1Genera}observeandhjstologiealviewofnormalrabbltliver‘ A)Generalobserveof nermalrabbitliverinvivo:(B· D)Generalobserveofnormalrabbitliverinvitro(E)Histologreal vi:w(H&Estainingx100):(F)Histologiealview(Rotieu]arfibersstajningxlOO).20

量的增加而升高用量的情况F，(见图2一3)。经多重分析发现，BF值随着注射速率和对比剂用在同时增加注射速率和对比剂BF值提高更加明显，在对比剂用量为2.oml/kg体重时，BF值随着注射速率的提高而增加。当对比剂用量为1.oml/kg体重和1.sml/kg体重时，提高注射速率BF值变化不显著。…T0‘q乞U门口Z分厦).(川笼J卜01川0 11TZT;弓T4T万 T617T819注射条件图2·39种灌注条件卜测量BF值变化曲线Fig·2· 3VarietyeurveofBFvaluesmeasuredinC开 withdifferentconditions2.1.2正常兔肝脏cT灌注参数中血容量(BV)的测量结果采用九种不同灌注条件对正常兔肝脏进行CTP扫描，获得正常兔肝脏在不同灌注条件下的血容量(BV)值，结果见表2一15。
【引证文献】

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1 郭成伟;磁共振弥散/张量加权及CT灌注成像对兔肝缺血再灌注损伤的诊断价值[D];南方医科大学;2011年

本文编号：2865886