3T MR功能成像评价肝纤维化的临床应用研究

论文摘要

研究背景肝纤维化是肝脏对各种原因所致肝损伤的创伤修复反应,表现为肝内纤维结缔组织增生与沉积。引起肝纤维化的病因很多,在我国,病毒性肝炎是其主要病因。研究发现,肝纤维化经有效治疗是可以逆转的,但若病因持续存在,最终必然发展成为不可逆的肝硬化。因此,在肝硬化之前能早期诊断并及时干预,对于减缓肝纤维化的进程至关重要。慢性肝炎发展至肝硬化,经历疾病的不同阶段,而不同阶段决定了临床不同的处理方法。所以,基于临床治疗干预及预后随访的需要,有必要对慢性肝炎病人肝纤维化程度及炎症活动度进行评估。目前评估肝纤维化病变程度的金标准是肝脏穿刺活检的组织病理学检查,但其缺点是有创且存在取样误差,因此,临床迫切需要一种非侵袭性、可定量评价肝纤维化、准确性较高的诊断方法。MRI因为无创、无辐射、软组织分辨率高,尤其是MR功能成像技术的发展,为肝纤维化的无创诊断研究提供了契机。国内外一些学者使用不同的功能成像方法对肝纤维化及肝硬化进行研究,取得了初步成果,但相关结论还存在争议。另外,关于哪一种成像方法更敏感、更准确、更实用,尚无这方面的报导。基于以上现状,借助3.0T磁共振这样一个先进工具,本研究拟采用弥散加权成像（diffusion weight imaging,DWI）、动态增强（dynamic contrast-enhanced,DCE）、磁化传递成像（magnitization transferimaging,MTI）及T2mapping等功能成像方法对肝纤维化程度进行评估,以筛选出诊断准确性较高、实用性较强的成像方法,为肝纤维化的临床治疗及随访监测提供有益的参考。第一部分弥散加权成像参数优化及评价肝纤维化的临床应用研究研究目的优化3T MR肝脏DWI成像的技术参数,分析ADC值与肝纤维化程度和炎症活动度的相关性,并探讨其诊断肝脏纤维化程度及炎症活动度的效力。材料与方法1.研究对象纳入本研究分析共64例,按肝纤维化分期分6组:S0（14例）、S1（9例）、S2（14例）、S3（7例）、S4（3例）、肝硬化（17例）;按炎症分级共47例分5组:G0（14例）、G1（2例）、G2（11例）、G3（16例）、G4（4例）。2.仪器及设备采用GE Signa Excite 3.0T超导型核磁共振扫描仪,8通道相控阵腹部表面线圈。GEADW4.3图形工作站。3.检查方法及参数所有被检查者需空腹4h以上,均采用深吸气吐气后屏息扫描。DWI扫描采用单次激发EPI序列联合ASSET技术,ASSET因子为2.0Ph。DWI成像前先行ASSET校准扫描,扫描范围自胸部中段至下腹。DWI弥散梯度因子（b）值分别取300、600、800、1000s/mm2。TR/TE:1500/46.7～59.2,NEX＝4,层厚8mm,层间距2mm,矩阵128×128,FOV 38×38cm。其中18例检查者行DWI成像时,保持其他成像参数不变,扩散方向数分别选取S/I（弥散梯度施加在z轴方向）和ALL（弥散梯度施加在x、y、z三个正交方向）模式。其余检查者行DWI成像时,扩散方向数均为ALL,其他成像参数不变。4.图像后处理及分析使用GE ADW4.3工作站Functool软件包的弥散分析软件进行图像后处理及测量。从肝脏DWI图像形态学观察、SNR及相应ADC值三个方面比较两种弥散梯度方向施加模式下所得图像的差别。用5个指标对DWI图像质量进行形态学评价,即肝内管道边界是否清晰、有无磁敏感伪影、肝实质信号是否均匀细腻、肝左叶是否较好显示、背景噪声多少,并将其分优、良、差三个等级赋予2、1、0三个分值。DWI图像SNR,采用公式SNR＝SIliver/SDnoise计算,在DWI图像肝右叶后段放置ROI,面积约为1.6cm2,获取信号强度值(SIliver),同时在图像左外侧背景噪声上放置ROI,获取噪声信号强度的标准差(SDnoise)。对于两种梯度方向模式所得图像SNR的比较,要保证两种模式下ROI放置位置一致。肝脏ADC值测量选取肝门及其上下共三个层面,每个层面肝右后叶选取3个ROI,取9个ROI所测得ADC值的平均值。ROI的放置应注意避开肝内大的血管和胆道。评价ADC值测量的可重复性。对正常组中13名检查者的DWI成像原始数据,进行两次后处理,计算平均ADC值,比较两次测量的ADC值差别。5.统计学分析采用SPSS 11.5统计软件包,各测量参数用均数±标准差表示,P＜0.05认为有统计学意义。运用配对秩和检验比较两种弥散梯度方向施加模式所得DWI图像质量的评分,用配对t检验比较两种梯度方向施加模式DWI图像的信噪比（SNR）及肝脏ADC值的差别。用Spearman相关分析法探讨DWI图像信号强度、信噪比及ADC值与b值的关系。同一原始数据两次后处理所得ADC值差别,亦采用配对t检验。运用Spearman相关分析法探讨肝脏ADC值和肝纤维化程度、肝炎活动度之间的相关性。运用单因素方差分析法（One-way ANOVA）比较各b值条件下ADC值在不同程度肝纤维化、肝炎活动度的差异,并用LSD法进行多重比较。运用受试者工作曲线（ROC曲线）评价ADC值诊断S≥1、S≥2、S≥3、肝硬化及G≥2、G≥3的效能。结果1.DWI方法学DWI成像时弥散梯度方向选取ALL模式所获DWI图像的图像质量在各b值条件下均明显优于S/I模式（P＜0.05）;前者的图像SNR较后者略高,在b取300、800s/mm2时差异显著（P＜0.05）;相应的ADC值也同样是前者高于后者,在b＝600和800 s/mm2时差异有统计学意义（P＜0.05）。b值与DWI图像信号强度、信噪比及ADC值均呈显著负相关关系（P＜0.001,r为-0.811～-0.882）,DWI图像信噪比、信号强度与ADC值存在显著相关关系（P＜0.001,r为0.811～0.817）。依据ROI的选取标准,对同一DWI原始数据进行两次ADC值测量,测量结果差别无统计学意义（P＞0.05）。2.ADC值与肝纤维化程度的相关性及其评估肝纤维化程度的效力各b值条件下,ADC值与肝纤维化程度均存在显著负相关关系（P＜0.001）,尤其在b＝600 s/mm2和800 s/mm2时相关关系较为密切（r＞0.5）。4个b值条件下ADC值在不同程度肝纤维化组间的差别均有统计学意义（P＜0.01）。多重比较,在b＝300 s/mm2时,正常组与S2、S3、肝硬化组及S1组与肝硬化组间差异有统计学意义（P＜0.05）;b＝600 s/mm2、800 s/mm2时,正常组除与S1组差异不显著外,与其他各组间差异均有统计学意义（P＜0.01）,S1与S3组、S1与肝硬化组、S2与肝硬化组差异亦均有统计学意义（P＜0.05）;b＝1000 s/mm2时,正常组与S3、肝硬化组差异显著（P＜0.05）,S1与S3、S1与肝硬化组、S2与肝硬化组间差异均有统计学意义（P＜0.05）。ROC曲线分析显示,b取300、600、800、1000s/mm2时,ADC值诊断S≥1的曲线下面积分别为0.733、0.844、0.793、0.694;诊断S≥2的曲线下面积分别为0.748、0.835、0.820、0.775:诊断S≥3的曲线下面积分别为0.748、0.855、0.840、0.791;诊断肝硬化的曲线下面积为0.748、0.824、0.812、0.761,各b值下曲线下面积的95%置信区间有交叉。诊断不同纤维化程度时均为b＝600s/mm2时曲线下面积最大,其次为b＝800s/mm2时。b取600s/mm2时,以ADC值≤1.453×10-3mm2/s为标准,诊断S≥1的灵敏度为75%,特异度为73.9%;取1.453×10-3mm2/s为诊断界值,ADC诊断S≥2的灵敏度为80.5%,特异度为73.9%;以ADC值≤1.414×10-3mm2/s为标准,诊断S≥3的灵敏度为81.5%,特异度为73%;以ADC值≤1.339×10-3mm2/s为标准,诊断肝硬化的准确性为82.4%,灵敏度70.6%,特异度87.2%。3.ADC值与肝炎活动度的相关性及其评价肝炎活动度的效力ADC值与肝炎活动度呈显著负相关关系（P＜0.05）,同样在b＝600 s/mm2和800 s/mm2时相关关系较为密切（r＞0.5）。在b取600、800 s/mm2时ADC值在不同程度炎症分级间的差异有统计学意义（P＜0.05）。进一步多重比较,b＝600s/mm2时,正常组和轻、中、重度炎症组间比较均有统计学意义（P＜0.05）,轻度炎症与重度炎症组间差异亦显著（P＜0.05）。b＝800 s/mm2时,正常组和中度、重度炎症组间差异显著（P＜0.01）,轻度与重度炎症组间差异有统计学意义（P＜0.01）。ROC曲线分析结果显示,各b值条件下,ADC值预测G≥2、G≥3均有统计学意义（P＜0.05）,并且前者的AUC均略小于后者。4个b值下,ADC诊断G≥2的AUC分别为0.712、0.783、0.772、0.704,诊断G≥3的AUC分别为0.701、0.786、0.782、0.704。当b取600 s/mm2时,以ADC值≤1.453×10-3mm2/s为标准,诊断G≥2的灵敏度为75%,特异度为73.9%;以ADC值≤1.433×10-3mm2/s为标准,诊断G≥3的灵敏度为71.4%,特异度为73.1%。结论1.在进行肝脏DWI成像时,采用同时3个正交方向施加弥散敏感梯度较为稳妥,可以获得较好的DWI成像质量及较为准确的ADC值。2.肝脏ADC值与肝纤维化程度及肝炎活动度均呈显著负相关关系,ADC值是较有意义的评价指标。ADC值诊断不同程度纤维化时均具有一定的准确性,评价中度以上程度纤维化的准确性相对较高。3.4个b值条件下,ADC值评价肝纤维化程度及肝炎活动度的效能无统计学差别,但b＝600 s/mm2时,诊断准确性最高,同时又可获得较好的DWI成像质量,是肝脏DWI成像的最佳b值。4.DWI成像无创,技术操作简单,ADC值测量可重复性较好,可以为临床肝炎、肝纤维化的早期诊断和治疗随访提供一定的参考指标。第二部分MRI全肝动态增强扫描评价肝纤维化的临床应用研究研究目的利用LAVA技术设计多时相全肝动态增强扫描程序,探讨肝纤维化、肝硬化的血流动力学变化特点,评价动态增强扫描在诊断肝纤维化程度的价值。材料与方法1.研究对象纳入本研究分析共31例,按纤维化程度分4组:正常组（S0期9例）、轻度纤维化组（S1期1例、S2期2例）、中重度纤维化组（S3期1例、S4期3例）、肝硬化组15例。2.仪器设备与药品磁共振扫描仪、表面线圈及图形工作站同前。使用全自动双筒压力注射器及顺磁性对比剂Gd-DTPA。3.检查方法及参数动态增强扫描采用LAVA序列联合ASSET技术,ASSET因子取2.5Ph,TR/TE为2.8ms/1.2ms,带宽125KHz,重建层厚为2.7mm,8s完成一次72层全肝容积扫描。高压注射器经肘静脉团注0.2mmol/kg的Gd-DTPA,注射速率为4ml/s,随即以4 ml/s的速率注射21ml生理盐水冲管。注射对比剂的同时开始扫描,共扫描4期,每期连续3个时相,每个时相扫描时间8s,总扫描时间约160s。均采用屏息下扫描,每期扫描结束后嘱病人自由呼吸,3次间歇时间依次为5s、15s、30s,每期扫描屏息口令耗时约5s。4.图像后处理及分析原始数据使用Functool软件包SER软件进行处理,分别在腹主动脉、门静脉、肝脏实质、脾脏选取ROI,自动生成时间信号曲线（time signal intensity curve,TIC）。记录各ROI的TIC的信号强度峰值（SIp）、基线信号强度值（SI0）、达峰时间（time to peak,TTP）,并计算各TIC的峰高、信号上升最大斜率（maximumslope of increase,MSI）和信号下降最大斜率（maximum slope of decrease,MSD）,计算公式为:MSI/MSD＝（SI2-SI1）/t,SI2和SI1分别指曲线上升段或下降段信号强度变化最大的两个相邻扫描时相的信号强度,t为两个相邻时相的时间差。我们把扫描的1～3个时相归为动脉期、4～6个时相归为门静脉期,分别计算两期肝MSI及动脉期脾MSI。5.统计学分析统计学分析采用SPSS 11.5软件包,P＜0.05认为有统计学意义。运用Spearman相关分析法评价TIC量化参数与肝纤维化程度的相关性;运用单向方差分析法比较各参数在不同程度纤维化组的差别;运用ROC曲线分析TIC参数诊断肝纤维化程度的效力。结果1.门静脉、肝脏、脾脏的峰高与纤维化程度呈显著负相关关系（P＜0.01）,达峰时间与纤维化程度呈显著正相关关系（P＜0.01）,门脉MSI、动脉期肝MSI、门脉期肝MSI、肝MSD、脾MSI、脾MSD均与纤维化程度呈显著负相关关系（P＜0.01）。2.门静脉TIC的峰高、达峰时间及MSI在不同程度纤维化组间的差异有统计学意义（P＜0.05）。肝脏TIC的达峰时间、峰高、动脉期MSI、门静脉期MSI及MSD在各组间差异均显著（P＜0.05）。脾脏TIC的峰高、达峰时间、动脉期MSI及MSD在不同程度纤维化组间差异亦均显著（P＜0.01）。3.ROC曲线分析结果显示,诊断S≥1时,TIC参数中有诊断意义的指标为门静脉期肝MSI、动脉期脾MSI、脾MSD,曲线下面积依次为0.747、0.738、0.783;诊断S≥3时,所有的速率指标均有诊断意义（P＜0.05）,曲线下面积为0.728-0.877,由小到大依次为动脉期肝MSI、门静脉MSI、门静脉期肝MSI、肝MSD、动脉期脾MSI、脾MSD;诊断肝硬化时,所有的斜率指标均有诊断意义（P＜0.05）,曲线下面积为0.742～0.821（表2.10,图2-9）,AUC由小到大对应的参数依次为门静脉期肝MSI、肝MSD、动脉期肝MSI、门静脉MSI、动脉期脾MSI、脾MSD,其中脾MSD及动脉期脾MSI曲线下面积最大。结论1.动态增强TIC参数与肝纤维化程度有中等程度的相关关系,TIC量化参数在一定程度上可以判断肝纤维化的病变程度,但对判断有无纤维化（S≥1）的作用有限,对中度以上（S≥3）纤维化和肝硬化的诊断准确性较高。2.诊断不同程度肝纤维化,脾脏的TIC参数都表现出较高的诊断准确性,说明对脾脏血流动力学的观察是有必要的。多个TIC指标联合分析,有助于对病变程度的判断。3.建立了基于LAVA技术的全肝动态增强成像的一站式检查方法,即单次检查可同时评价病变的形态学、血流动力学变化,不失为一种实用的无创评价肝纤维化的功能成像方法。第三部分磁化传递、T2mapping技术评价肝纤维化的临床应用研究研究目的采用MTI及T2mapping技术,评价MTR值、T2值与肝纤维化程度及炎症活动度的相关性,探讨其评价肝纤维化的价值。材料与方法1.研究对象行MTI并最终纳入分析的共65例,按纤维化分期分6组:S0（n＝13）、S1（n＝8）、S2（n＝15）、S3（n＝7）、S4（n＝3）、肝硬化（n＝19）;按炎症分级分4组:正常组（G0期13例）、轻度炎症组（G1期1例、G2期11例）、中度炎症组（G3期17例）、重度炎症组（G4期4例）。行T2mapping并最终纳入分析的共55例,按纤维化分期分6组:S0（n＝10）、S1（n＝7）、S2（n＝16）、S3（n＝5）、S4（n＝3）、肝硬化（n＝14）;按炎症分级分4组:正常组（G0期10例）、轻度炎症组（G1期1例、G2期11例）、中度炎症组（G3期16例）、重度炎症组（G4期3例）。2.仪器与设备同第一部分。3.检查方法及参数所有检查者需空腹4h以上。MTI采用SPGR序列,分别在施加磁化传递脉冲前后进行扫描,TR/TE为76ms/4ms,翻转角15度,层厚6mm,层间隔2mm,矩阵192×192,FOV为38×38cm,采样带宽31.3KHz。MT脉冲偏移频率为1200Hz,有效翻转角670度,脉冲持续时间8s。采用深吸气吐气后屏息扫描,扫描层面定位于肝门水平,扫描两层,扫描时间17s。T2map采用反转恢复快速自旋回波技术,同时采用呼吸触发。8个回波,TE分别为22.6ms、33.9ms、45.2 ms、56.6 ms、67.9 ms、79.2 ms、90.5 ms、101.8 ms,TR为3750ms,NEX为1,FOV为40×40cm,采样带宽15.63KHz,层厚8mm,层间隔2mm,最大层数为20层,进行全肝成像,扫描时间7分8秒。4.图像后处理及分析MTI原始数据使用Functool软件包内的磁化传递分析软件进行处理,给出MTR值计算方式,自动生成MTR伪彩图。MTR值计算方式为“（施加脉冲序列—未施加脉冲序列）/施加脉冲序列”。分别于两个层面上肝右叶后段放置3个圆形ROI获取相应的MTR值,取其平均值。ROI的放置需注意避开大血管及器官边缘。T2mapping原始数据使用Functool软件包的T2mapping分析软件,可直接得到T2值伪彩图,图中每个像素值的高低代表组织T2值。取连续5个层面肝右叶后段放置圆形ROI,每层放置3个,直径1.8mm2,取平均值。ROI放置应注意避开大血管。5.统计学分析采用SPSS 11.5软件包进行统计学分析,P＜0.05认为差异有统计学意义。运用Spearman相关分析法探讨肝脏MTR值、T2值与肝纤维化程度及炎症活动度的相关性。运用ROC曲线分析MTR值用于诊断肝纤维化程度的效能。结果1.MTR值与纤维化程度及炎症活动度之间有显著正相关关系（P＜0.05）,但相关关系并不密切,相关系数r分别为0.343、0.347。ROC曲线分析结果表明,MTR值用于判断肝纤维化程度有意义（P＜0.05）,但准确性不高,诊断S≥1、S≥2、S≥3及肝硬化的曲线下面积分别为0.692、0.683、0.667、0.669。MTR值用于判断肝炎活动度无统计学意义（P＞0.05）。2.T2值与肝纤维化程度及炎症活动度之间无显著相关关系（P＞0.05）。结论1.MTR值与肝纤维化程度及炎症活动度有轻度正相关关系,MTR值可以用于评价肝纤维化程度,但诊断准确性不高。2.T2值与肝纤维化程度及炎症活动度无明显相关关系,在定量评价纤维化方面价值不大。第四部分DWI与动态增强成像评价肝纤维化的优势比较研究目的比较肝脏DWI成像与动态增强成像诊断肝纤维化程度的效能。材料与方法仪器与药品、检查方法及图像分析方法均同第一、二部分。对同时行DWI和动态增强成像的共23例（S0期8例,S1期1例,S2期3例,S3期1例,S4期2例,肝硬化8例）进行分析。用ROC曲线比较ADC值与TIC斜率指标在诊断S≥1、S≥3及肝硬化的效能。结果ROC曲线分析结果显示,在诊断S≥1时,ADC值作为诊断指标有统计学意义（P＜0.01）,AUC为0.925,而TIC斜率指标无统计学意义（P＞0.05）;在诊断S≥3时TIC斜率指标及ADC值均有诊断意义（P＜0.05）,ADC值曲线下面积为0.932,TIC参数曲线下面积为0.803～0.871;诊断肝硬化时,两指标亦均有诊断意义（P＜0.05）,ADC值的AUC为0.933,TIC参数曲线下面积为0.770～0.816。ADC值作为诊断指标的曲线下面积较大,但两种方法曲线下面积95%可信区间有交叉。结论1.在诊断有无肝纤维化时,动态增强TIC斜率参数不是较有意义的诊断指标,而ADC值有相对较高的准确性;在诊断中度以上纤维化时,两种方法诊断效力相当,但ADC值的诊断准确性较高。2.从临床应用角度来看,两种诊断方法各有优势,需结合病情需要和病人意愿灵活选择。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一部分 MR弥散加权成像评价肝纤维化的临床应用研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 小结
• 第二部分 MR动态增强评价肝纤维化、肝硬化的临床应用研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 小结
• 第三部分 磁化传递、T2map印技术评价肝纤维化的临床应用研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 小结
• 第四部分 DWI、动态增强扫描评价肝纤维化的效能比较
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 小结
• 全文总结
• 参考文献
• 综述
• 附录:中英文缩略语对照表
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢
• 统计学证明