擴散峰度成像在兔肝纖維化分期診斷中的初步研究

胡家瑋，劉曉嵐，郭冬梅，董洋

肝纖維化早期為可逆過程[1]，但肝纖維化晚期難以逆轉，因此，肝纖維化準確分期診斷具有重要意義。目前，有創的肝臟穿刺活檢是分期診斷肝纖維化的“金標準”，但存在一定的不足和風險。在無創的影像學診斷方法中，MRI是公認的最佳影像學手段[2]，其中，基于水分子高斯分布的擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)可以為肝纖維化分期診斷提供重要價值[3]，但實際上生物體內水分子運動呈非高斯分布狀態，經典DWI序列并不能真實反映體內水分子的擴散情況。而基于非高斯分布的擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)作為一種反映真實水分子擴散微觀結構的磁共振新技術，逐漸被應用于肝臟纖維化診斷研究中[4-5]。有研究表明，肝臟內各肝葉肝纖維化期別不完全一致，而多數研究者將肝臟整體作為研究對象并不能準確反映各肝葉肝纖維化期別。本研究依據兔肝纖維化模型，將每個肝葉作為研究對象，旨在探討DKI相關參數在兔肝纖維化分期診斷中的應用價值。

1 材料與方法

1.1 實驗對象

大連醫科大學動物實驗中心清潔級新西蘭雄性大白兔，兔齡6～8個月，體重2.5～3.0 kg。造模分2批進行，第一批15只，第二批20只，隨機分成實驗組(30只)、對照組(5只)。大白兔分籠飼養1周。實驗組大白兔頸部皮下注射四氯化碳與橄欖油混合溶液，每周2次，第1～3周0.1 mL/kg、4～6周0.2 mL/kg、7～10周0.3 mL/kg，對照組大白兔頸部皮下注射相同劑量的生理鹽水。造模過程中密切關注大白兔神態、毛色、毛量、體重及飲食情況。兩批實驗組造模開始時間間隔3周，造模方式相同。本實驗通過大連醫科大學動物倫理審查委員會批準。

1.2 掃描方法及參數

注射藥物后的第 5、6、7、10周末，大白兔禁食8 h、禁水4 h。MR掃描前，經耳緣靜脈按照2.5 mL/kg注射10%水合氯醛深度麻醉；MR掃描時，大白兔取仰臥位，腹帶固定，選用美國 GE Discovery MR750W 3.0 T超導型磁共振成像系統(8通道膝關節HD線圈)采集FSE AX fs T2WI、FSE AX T1WI及DKI圖像，掃描參數如下：FSE AX fs T2WI：TR 2000 ms，TE 50 ms，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，FOV 20 cm×16 cm，矩陣 256×192，層數 13，掃描時間 1 min 40 s；FSE AX T1WI：TR 4000 ms，TE 2.9 ms，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，FOV 20 cm×16 cm，矩陣192×192，層數13，掃描時間1 min 47 s；DKI：TR 4000 ms，TE 73.3 ms，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，FOV 20 cm×20 cm，矩陣64×64，層數13，b值=0、500、1000 s/mm2，激勵次數4，方向 30°，掃描時間9 min 24 s。

1.3 病理圖像

MR掃描后，立即經耳緣靜脈注射空氣處死大白兔，并行剖腹手術取出肝臟，觀察并記錄肝臟大小、形態、顏色、質地等。用10%福爾馬林固定標本24～48 h后取病理組織，避開肝臟邊緣及膽囊，用常規石蠟包埋切片，行HE及Masson染色獲取病理圖像(圖1)。由兩名病理科教授根據METAVIR標準[6]，以每個肝葉為單位分期肝纖維化：F0：正常肝組織，F1：匯管區擴張，F2：少量纖維間隔形成，F3：大量纖維間隔形成，F4：肝硬化。將其分為3組：正常組(F0)、早期肝纖維化組(F1-F2)、晚期肝纖維化組(F3-F4)。

1.4 圖像分析及診斷方法

在GE AW 4.6后處理工作站，依據病理結果獲取的DKI偽彩圖像及由DKI擬合生成的參數包括部分各向異性分數(fractional anisotropy，FA)、平均擴散度(mean diffusion，MD)、平均擴散峰度(mean kurtosis，MK)值(圖2)。根據病理結果選取F0、F1、F2、F3、F4對應肝葉的連續3個最大層面，分別在每層肝葉放置3個ROI，每個ROI面積約為20 mm2，盡量避開偽影、肝內血管、膽管、膽囊以及肝緣等區域。F0、F1、F2、F3、F4對應肝葉的FA、MD、MK值均為連續3個層面內ROI的平均值。

表1 肝纖維化不同病理分期與DKI參數比較Tab. 1 Comparison between different pathological stages of liver fibrosis and DKI parameters

表2 DKI參數在肝纖維化組間比較Tab. 2 Comparison of DKI parameters between liver fibrosis groups

表3 DKI參數對肝纖維化各組別的診斷效能Tab. 3 Diagnostic efficacy of DKI parameters for liver fibrosis groups

1.5 統計學方法

所有計數資料均采用均數±標準差表示，運用SPSS 21.0統計分析軟件，采用單因素方差分析進行多組間兩兩比較，方差分析前對各組數據進行Levene方差齊性檢驗；采用Spearman等級相關分析探討DKI各參數與肝纖維化分期之間的相關性，對于有統計學意義的參數，繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，評價各參數對肝纖維化分期的診斷效能，計算曲線下面積(area under curve，AUC)，選取最大約登指數為臨界值(Cut off)，計算各參數的敏感度和特異度，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

實驗組造模過程及麻醉過程中各死亡1只大白兔；獲取肝纖維化各期肝葉數分為F0=10、F1=14、F2=14、F3=14、F4=14(表1)。FA值與肝纖維化分期呈正相關(r=0.499，P＜0.01)；MD值與肝纖維化期別呈負相關(r=-0.537，P＜0.01)；MK值與肝纖維化期別呈正相關(r=0.635，P＜0.01)；FA、MD、MK在各組間均有統計學差異(P＜0.05)(表2)；F0/F1-F2中，MK、MD、FA的AUC分別為0.875、0.886、0.809(P＜0.01)(圖3A)，提示MD值診斷效能最高(Cut off值為0.643，靈敏度為100%，特異度為64.3%)；F0/F3-F4中，MK、MD、FA的AUC分別為0.957、0.975、0.904(P＜0.01)(圖3B)，提示MD值診斷效能最高(Cut off值為0.964，靈敏度為100%，特異度為96.4%)；F1-F2/F3-F4中，MK、MD、FA的AUC分別為0.751、0.663、0.661(P＜0.05)(圖3C)，提示MK值診斷效能最高(Cut off值為0.571，靈敏度為96.4%，特異度為60.7%)(表3)。

3 討論

DKI作為一種無創性診斷肝纖維化的影像學方法，能反映水分子真實擴散運動，同時又能定量分析肝纖維化過程中肝臟內部微觀結構變化。DKI需要多個較高b值，b值越高，越能體現局部水分子擴散的非高斯分布，但隨著b值的逐漸增高，導致圖像信噪比降低，影響圖像后處理及數據測量的準確性。根據以往研究[7]，本研究選取3個b值，分別為0、500、1000 s/mm2，能有效減弱血流灌注對信號采集的影響，既能保證DKI反映真實水分子的擴散運動和圖像的質量，又能有效縮短掃描的時間。

3.1 DKI相關參數與肝纖維化分期的相關性

DKI參數包括MD、MK、FA，其中MD值反映水分子的擴散運動。本研究結果顯示隨著肝纖維化程度的進展，MD值與肝纖維化分期呈顯著負相關(r=-0.573，P＜0.01)，提示纖維化過程中，由于大量膠原纖維在肝內沉積，導致肝內水分子數量減少，同時伴有肝細胞變性水腫、炎癥細胞浸潤[8]，限制了水分子的擴散運動，導致MD值逐漸減小。本研究結果與Anderson等[9]研究結果一致；FA值反映水分子運動的方向性。本研究結果顯示隨著肝纖維化程度的進展，FA值與肝纖維化分期呈顯著正相關(r=0.499，P＜0.01)，提示隨著肝纖維化病程進展，肝內纖維束增多[10]，使水分子擴散沿主軸方向比較明顯，導致FA值逐漸增大。本研究結果與Taouli等[11]研究結果一致，說明FA值能反映肝纖維化進程中微觀結構的變化，有助于反映肝內纖維束變化的趨勢。MK值作為DKI中最具特征性的參數，主要反映組織結構的復雜性。本研究結果顯示隨著肝纖維化病程的進展，MK值與肝纖維化分期呈顯著正相關(r=0.635，P＜0.01)，提示隨著肝纖維化進展，肝內膠原纖維沉積增多，肝內細胞微觀結構的復雜性增加[12]，MK值逐漸增大。本研究結果與Sheng等[13]研究結果一致。但盛若凡等[14]探究DKI模型在大鼠炎癥分級及肝纖維化分期中的診斷價值，結果表明MD值與炎癥分級及肝纖維化分期呈負相關(r=-0.590、0.650，P＜0.01)，MK值與其無相關性，可能原因為K值在肝纖維化分期中重疊性較高有關。

3.2 DKI相關參數在肝纖維化分期中的診斷效能

李潔[15]分析家兔DKI圖像探討DKI相關參數對家兔肝纖維化分期的診斷效能，結果顯示FA、MD、MK值均可用于定量評價肝纖維化分期；Yoshimaru等[16]通過分析肝纖維化病人DKI圖像，發現MK值能區分早期肝纖維化和晚期肝纖維化組，MK、MD值均能區分早期肝纖維化和肝硬化組、晚期肝纖維化和肝硬化組；Sheng[13]等及Hu等[17]通過分析肝纖維化大鼠DKI圖像，均發現MD值是診斷肝纖維化、晚期肝纖維化、肝硬化最優的參數。本實驗ROC曲線結果顯示，FA、MD、MK值均能區分早、晚期肝纖維化組(AUC均＞90%，P＜0.01)，提示FA、MD、MK值鑒別正常肝組織與肝纖維化晚期有較高的準確性。FA、MD、MK值均能區分正常肝組織與早期肝纖維化組，MK值能區分早、晚期肝纖維化組(AUC均＞70%，P＜0.01)，提示FA、MD、MK值鑒別正常肝組織與肝纖維化早期、MK值鑒別肝纖維化早期與肝纖維化晚期有一定準確性；FA值區分早、晚期肝纖維化組的診斷效能較低(AUC=66.1%，P＜0.05)，但趙廣強等[18]比較DWI及擴散張量成像在家兔肝纖維分期診斷價值，發現FA值區分早、晚期肝纖維化組的診斷效能低于ADC值(AUC=96.4%、38.4%，P＜0.05)，可能說明擴散峰度成像在反映肝纖維化嚴重程度上優于擴散張量成像。因此，在肝纖維化分期診斷中，MD值是區分正常肝組織與早期肝纖維化組、正常肝組織與晚期肝纖維化組最佳的參數；MK值是區分早、晚期肝纖維化組最佳的參數。本實驗結果與Hu等[17]研究結果相似，但本研究對肝纖維化早期、晚期進行明確分組，以及采用全部肝葉作為研究對象，增加樣本量的同時，能較為精確反映肝纖維化分期中細微變化。

本研究存在以下幾方面局限性：首先，病理大體上取材部位與影像圖像上感興趣區不能完全對應，易導致結果誤差；其次，MR掃描過程中，家兔呼吸偽影對圖像觀測有一定影響；最后，本實驗并未進一步研究肝纖維化分期在同一肝葉是否相同。

總之，DKI作為無創性的磁共振功能成像技術，能較早且準確地反映肝纖維化過程中病理生理改變及組織微觀結構的變化。

利益沖突：無。