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动态对比增强磁共振成像在肝硬化诊断中的应用和进展

| 作者: | 阅读 2137 次 | 2017年07月03日 01:35 | 字体 [大] [小]

肝硬化(liver cirrhosis)是临床常见的消化系统疾病,常在病毒性肝炎、药物性肝炎或酒精等因素长期或反复作用下形成的弥漫性肝损害,由肝纤维化逐渐发展而来。肝硬化的主要表现是肝功能损害和门脉高压症,常伴多系统损伤。肝硬化对患者家庭及社会造成很大负担,因此,早期诊断早期治疗有助于减轻患者身心及经济负担。
迄今为止,临床对肝硬化的诊断主要依据病史、实验室检查、体格检查及各种影像学检查来进行综合判断,对其严重程度的评估主要依靠体格检查及生化指标或肝穿刺活检。但体格检查及生化指标的检测结果往往存在一定的偏差,而作为检测金标准,肝穿刺活检属侵入性的有创检查,且存在一定的风险,如出血、感染等,同时令病患感受到不适。因此,如何有效且无创地检测肝硬化疾病仍然是目前的一大焦点。随着影像技术的飞速发展,动态对比增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging,DCE-MRI)技术作为一种功能磁共振成像方法,不仅可提供病变形态学信息,也可反映内部微循环改变情况,为临床医师提供更多的诊断信息。这是MRI发展中的一次重大飞跃。
1.DCE-MRI的原理
DCE-MRI是将小分子顺磁性对比剂(如Gd-DTPA等钆对比剂)经静脉团注后,采集病灶部位的MRI信号,继而根据MRI造影剂的药代动力学模型获取相应的定量参数来描述对比剂在感兴趣区域内分布,根据计算获取相应的定量参数来描述对比剂在病灶内的代谢参数,从而利用该参数达到定量分析疾病的目的。T1WIDCE-MRI对血管外细胞外间隙(extra-vascular extra-cellular space,EES)内对比剂敏感,在反映微血管渗透性、EES的大小情况上有自身独特的优势。
目前国内外研究最热的是利用DCE-MRI来反映肿瘤血管的生成情况,区别肿瘤的良恶性以及放化疗的疗效评估。DCE-MRI主要表现为当对比剂进入血管内引起T1时间缩短的效应,所以现阶段常选择T1加权梯度回波、饱和恢复/反转恢复快速成像序列来尽可能削弱T2和T2*信号的干扰。同时还要综合考虑磁场不均匀引起的信号干扰、时间分辨力以及T1敏感性等成像因素。时间分辨率越高,组织强化的特异度也就随之越高,但空间分辨率会受一定的影响。
2.DCE-MRI的图像分析
有多种手段可以对DCE-MRI的信号改变进行定性、半定量甚至定量分析。定性分析操作简单,仅需信号强度-时间曲线,并且对扫描参数及设备要求不高,但其提供的信息有限且不能量化,存在很大的主观性。此外,部分良恶性病变的信号强度—时间曲线有重合,没有特异性,不能很好鉴别。有多种指标可对组织进行半定量分析,如起始强化时间、对比剂浓度下积分面积、强化曲线的平均和初始上升梯度、最大信号强度等。有研究认为定性分析在肿瘤化疗疗效评估方面意义不大。
2.1DCE-MRI的半定量分析
DCE-MRI不仅能显示病变形态,还可提供病变增强特征的半定量参数,其主要通过描述感兴趣区内组织信号强度—时间曲线的形状和结构来获得。典型的半定量参数有:初始曲线下面积(initial area under the gadolinium concentration-time cunre,iAUC)、达峰时间(time to peak,TTP)、最大上升斜率(maximum slope of increase,MSI)、最大下降斜率(maximum slope of decrease,MSD)等。iAUC表达的是在一定时间内增强的量;TTP是指注入对比剂后病灶达最大信号强度的时间,一般来说达峰时间越短则说明恶性程度越高;MSI是反映微循环血流量的直接指标。其中MSI受患者自身因素影响较少,能比较真实地反映病灶内对比剂浓度的变化,因此在研究中大都侧重于MSI的研究。Barnes等认为,半定量参数可能与组织学特性存在一定的联系。半定量参数的优势在于易测量且可提供对比度良好的伪彩图,常应用于评估肿瘤治疗反应。然而不足的是,半定量分析获得的启发性参数易受到采集系统、注射速率或不同序列参数等外部因素的影响,不能准确反映组织中对比剂的浓度;另肝脏接受双重血液供应,所需计算的参数较多,半定量分析所得数据误差较大。
2.2DCE-MRI的定量分析
是利用药物代谢动力学模型(如Tofts模型、Brix模型及Larsson模型等),将不同特征的病灶区域的造影剂时间—信号曲线关系转换为时间—浓度曲线关系,进一步通过计算得到病灶区域的定量参数。不同模型得出的血流动力学参数存在偏倚,但定量的血流动力学参数使不同模型间相同病灶得出的数据有可比性。目前以Tofts双室腔输入模型最经典、最常用。主要定量参数包括:对比剂容积转运常数(volume transfer constant of the contrast agent,Ktrans),是指单位时间内单位体积对比剂从血液渗入EES的量,即对比剂摄取量,其大小受血管渗透性、组织血流量及血管内皮细胞表面积影响,主要反映血管渗透性和灌注情况;回流速率常数(reverse reflux rate constant,Kep),表示单位时间内经EES入血管的对比剂的量,即对比剂的廓清;血管外细胞外间隙的容积分数(volume fraction of EES,Ve),可间接反映组织的血管密度;血浆容积分数(Vp),反映单位体积组织内血浆的容积大小。Ktrans和Kep反映了新生血管形成的程度。
另外,有学者研究表明Vp和Ve的关系必须要满足Vp+Ve≤1。Ktrans、Kep、Ve三者之间的关系为Kep=Ktrans/Ve,Kep通常为Ktrans值的2~5倍。Kerwin和他的团队研究表明,Ktrans和Vp之间的联系与微血管的密度和巨噬细胞的含量有关。在肿瘤实体部分表现为DCE-MRI各项定量参数如Ktrans、Kep、Ve的值较高。研究认为,若Ktrans值减小,即表明肿瘤治疗有效。测量主要供血血管腔内的信号强度-时间曲线,得到动脉输入函数(arterial input function,AIF),与药代动力学模型结合,可减小对比剂量、流速及扫描条件等外在因素对参数的干扰,提高定量分析的可重复性。然而,定量参数的获得不仅要选择恰当的药代动力学模型,还要测量AIF,因此实际操作相对复杂。Reference Model模型用于低分辨率及低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)图像,使用起来更容易,不需要AIF,但缺点是模型较新,目前尚没有应用于肝脏,需要更多研究来验证。
T1灌注是利用对比剂通过组织的时间一信号曲线,计算其相对血液灌注情况,获得灌注图像和某些灌注参数。如肝脏总灌注(full perfusion,FP)、肝动脉灌注指数(hepatic arterial perfusion index,HPI)、血容量(blood volume,BV)、血流量(blood flow,BF)、对比剂的平均通过时间(mean transit time,MTT)。其中BF=BV/MTT,主要反映的是肝脏的血流分布情况,这些数据可以用来绘制肝脏血流动力学伪彩图。因此,定量参数可反映血管通透性的改变及组织灌注情况,也适用于微血管形成、分布及血流灌注的深入研究,是目前国内外研究的热点。
3.肝脏DCE-MRI常用技术参数
目前,肝脏DCE-MRI尚没有统一的扫描规范,研究多采用1.5T或3.0T超导型磁共振仪。有研究认为,进食会使门脉血流增加,因此扫描前应空腹4~6h。对比剂的选用也依据病人的体质及经济条件而定,常用的有Gd-DTPA(为传统对比剂)和Gd-EOB-DTPA(为肝脏特异性对比剂),注射剂量一般采用0.2mmol/kg,通常在采集2~3个动态后通过高压注射器经肘前静脉注入对比剂,注射速率常选用2~4ml/s匀速注入。总扫描时间4~6s。有研究表明,将Gd-EOB-DTPA用于DCE-MRI,可获得细胞内摄取速率和细胞内摄取分数,更有利于评估肝脏弥漫性病变。图像后处理采用专用软件,通过软件获得AIF,AIF反映的是正常血管的血流情况。为有更好的对比性和代表性,选择感兴趣区(region of interest,ROI)的原则如下:①选择在中心层面;②ROI为圆形或类圆形,每个ROI大小尽量保持一致,面积为20~30mm2,一般选取多个感兴趣区;③尽量避开靶区边缘,肝实质内的ROI避开血管及小的囊变区。重复测量3次取平均值。
4.DCE-MRI在肝纤维化和肝硬化中的研究
肝硬化是由肝纤维化逐渐发展而来,现认为肝纤维化有逆转的可能性,但临床上,肝纤维化的进展常常不易被发现,待到发现时已经演变为肝硬化了。
根据肝纤维化分级及治疗指南,其程度可分为0~4级(F0~F4),≤F1期为早期肝纤维化,应定期检查肝功能,无需治疗;≥F2期为进展期肝纤维化,到F4期即为早期肝硬化,应抗纤维化治疗,预防进一步发展。Chen等采用DCE-MRI结合肝脏特异性对比剂Gd-EOB-DTPA,对58例肝纤维化患者及20例正常对照组进行扫描,并用单室输入VanBeers模型进行分析,研究表明,MSI、iAUC及肝动脉灌注量均能区分正常、F1和F2级轻度肝纤维化,其中肝动脉灌注量是评估轻度肝纤维化的最好指标,在鉴别无和轻度肝纤维化方面较好。
随着纤维化程度的加深,MSI和AUC反而减小,呈负相关。受试者工作特征曲线(reveiver operating characeristic,ROC)预测进展期肝纤维化最好的两个参数是最大斜率及iAUC。在肝脏所有DCE-MRI参数中,MSI是区分肝纤维化F≥1、≥2、≥3的最好指标,TTP是区分F4期的最好参数,原因是肝脏血管结构及肝实质受损,导致肝内、外血流动力学障碍,因此TTP逐渐延长,MSI及MSD呈逐渐下降趋势。Annet等对肝硬化患者及对照组进行T1WI肝脏灌注扫描和多普勒超声测量血流动力学参数,DCEMRI测得的MTT等参数在正常肝脏、肝纤维化及肝硬化中有明显差异,而多普勒超声测得的各项数据差异不显著,说明DCE-MRI在诊断肝纤维化和肝硬化方面比多普勒超声有显著优势。
还有学者研究表明,在健康对照组、轻度肝硬化和重度肝硬化患者之间,肝动脉血流量、门静脉血流量之间差异具有统计学意义。肝脏总灌注(FP)随肝硬化的程度加重而供血逐渐减少,因此,DCE-MRI可评估肝硬化的严重程度,其中,肝动脉血流量是评估肝硬化程度的最好指标。
5.DCE-MRI的优势与不足
DCE-MRI是目前评估组织微血管形成及组织灌注最常用的无创性检查方法,其主要优势是:①定量分析借助药代动力学模型获得定量参数,弥补了常规MRI增强仅侧重于形态学改变的不足,且薄层扫描也减少了部分容积效应,使获得的数据更精确,提供更多的组织微观信息;②定量模型相对独立于MR机器、序列、造影剂的剂量等;③由于运动(如头部存在吞咽活动,肝脏存在呼吸运动、胃肠蠕动等)可造成感兴趣区正常组织或周边血管进入感兴趣区,对后期拟合病灶ROI曲线的真实度和准确度有着极大影响,增加计算难度,这一问题可用刚性或非刚性配准方法解决;④DCE-MRI为观察肝硬化的微循环改变及血流动力学变化提供了全新的思路。当然,处于发展中期的DCE-MRI也存在一定的问题:①各研究学者使用的血流动力学模型尚未统一,结果也不尽相同,需进一步比较、验证其方法的可行性和准确性;②肝脏双血供模型尚在初步,计算参数过多会加大计算误差;③研究中可应用的模型很多,每个模型都有自身的优缺点,同一模型难以解决所有的问题,有些模型参数较多,可能过度拟合,对时间及空间分辨率要求高,有些模型较新,需要更多地临床验证等。不过,相信随着研究的深入及应用软件的不断升级、更新及逐步统一,定量DCE-MRI在肝硬化的研究方面将会得到更多的肯定和更广泛的应用。
来源:功能与分子医学影像学(电子版)2016年10月第5卷第4期  徐州锦昊电子科技有限公司自2010年成立以来,一直专注于动态心电图(Holter)的研发和制造。经过多年的努力耕耘,锦昊已成为中国最具竞争力的动态心电图专业制造商以及国家级高新技术企业。更多了解可咨询电话:0516-87799771 87870266

 

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