体素内不相干运动成像定量评估肝窦阻塞综合征_吕健.pdf

目的 探讨体素内不相干运动（IVIM）MRI定量参数评估野百合碱诱导的大鼠肝窦阻塞综合征（SOS）微循环障碍的可行性。方法 选取36只SD大鼠，随机分成SOS组（n=30）和基准组（n=6）。SOS组大鼠用野百合碱溶液灌胃，剂量为160 mg/kg，分别在灌胃后第1、3、5、7、10天随机选取6只大鼠行IVIM MRI检查，测量肝脏的水分子扩散（D）、灌注分数（f）、伪扩散系数（D*）、表观扩散系数（ADC），待扫描完成后处死该组大鼠行肝脏取样，测量病理评分。基准组大鼠不做任何干预，在SOS组开始灌胃前1 d行IVIM MRI检查，扫描完成后处死该组大鼠行肝脏病理检查。根据肝纤维化程度将大鼠肝脏分为正常、早期、晚期SOS。分析IVIM MRI定量参数与病理评分及受试者工作特征曲线的相关性。结果 D、f、D*、ADC的定量参数值在第1、3、5天下降，在第7、10天升高，与病理评分呈负相关关系。与正常肝脏比较，“早期”SOS的D(P0.01)、f(P0.01)、D*(P0.001)、ADC(P0.001)均降低，“晚期”SOS的D(P0.001)、f(P0.001)、D*(P0.001)、ADC(P0.001)进一步降低。f(r=-0.723)与病理评分的相关系数高于D(r=-0.539)、D*(r=-0.550)和ADC(r=-0.554)。鉴别诊断“早期”SOS和“晚期”SOS时D和f的ROC曲线下面积值（分别为0.8和0.85）高于D*和ADC（分别为0.74和0.73）。结论 IVIM MRI可以定量评估不同分期SOS肝脏功能和结构的变化，随着SOS损伤的进展，IVIM MRI定量参数出现不同程度的改变，可以为临床监测SOS进展提供重要信息。关键词：磁共振成像；扩散；体素内不相干运动；微循环；肝静脉阻塞；动物模型Abstract:Objective To investigate the feasibility of introvoxel incoherent motion(IVIM)MRI parameters in evaluating theprogression of microcirculatory disturbances in a monocrotaline-induced sinusoidal obstruction syndrome(SOS)rat model.Methods Thirty-six Sprague-Dawley rats were randomly divided into SOS group(n=30)and baseline group(n=6).Rats in SOSgroup were gavaged with monocrotaline at a dose of 160 mg/kg.Six rats were chosen to perform IVIM MRI scan at 1st,3rd,5th,7th and 10th days after monocrotaline administration,respectively.Pure molecular diffusion(D),perfusion fraction(f),pseudodiffusion(D*),apparent diffusion coefficient(ADC)were measured.After MRI scan,the rats in SOS group weresacrificed for histological evaluation.Rats in baseline group without any intervention,and IVIM MRI was performed one daybefore MCT administration in SOS group.After the IVIM MRI scan,the rats in baseline group were sacrificed for histologicalevaluation.The liver samples were categorized into normal,“early”,and“late”SOS according to the fibrotic degree.Thecorrelation between MRI parameters and pathological scores as well as receiver operating characteristic curves were analyzed.Results D,f,D*and ADC values decreased on days 1,3 and 5,increased on days 7 and 10 during SOS progression,and werenegatively correlated with pathological scores.Compared with those of normal livers,the D(P0.01),f(P0.01),D*(P0.001)and ADC(P0.001)of“early”SOS significantly decreased,and those of“late”SOS significantly decreased(P200 s/mm2）时，因为D*比D大得多，D*对扩散信号的影响可以忽略，公式（1）可以简化为公式（2），如下所示：SbS0=exp(bD)（2）在数据拟合时，首先利用公式（2）和b200 s/mm2的数据求解得到D。在保持D不变的情况下，利用公式（1）和采集的所有8个b值数据求解得到f 和D*。此外，我们还利用传统的单指数衰减模型，即公式（2）和采集的所有8个b值数据拟合得到ADC。本研究由1名放射科医生（具有7年腹部影像诊断经验）采用ImageJ软件在T1加权图像中手动勾画出5个感兴趣区（ROI），每个ROI面积为45 mm2。ROI选取在肝脏横切面积最大的层面进行勾画，并尽量避开肝脏边缘、血管和胆管（图2A）。计算决定系数（R2，在01之间）来评估IVIM参数和ADC的拟合质量。当像素的R2值大于或等于0.9时，认为拟合质量好，并予以保留；反之则剔除该像素，从而避免拟合质量差带来的参数偏差问题。R2值大于或等于0.9的参数图（图2GJ）。将图2 A中勾画好的ROI复制到图2GJ中的各个参数图中，并将5个ROI内的平均值作为各参数的代表值。为了评估观察者间的一致性，由另一名放射科医生（具有5年腹部影像诊断经验）采用相同的方法独立勾画ROI和测量参数值。2位放射科医生均对大鼠分组情况不知情。图2 第1天SOS大鼠的MRI图像Fig.2 MRI images of an SOS rat on day 1.A:横轴位T1加权图像,黄色圆圈代表画在肝脏组织内的ROI;B:ADC图;C:D图;D:f图;E:D*图;F:横轴位T2加权图像;GJ:去除了R20.9的像素点的ADC、D、f、D*图.ABCDEJIHGFhttp:/www.j-分子影像学杂志,2023,46(2):202-209 2041.5 肝脏组织学分析采用3%戊巴比妥钠对完成MRI扫描的大鼠麻醉，取出肝脏标本，用10%福尔马林固定，石蜡包埋，切成2m薄片，采用HE和Masson两种方式对切片染色。在Olympus DP74显微镜下检查并拍照。在采集样本前没有出现实验动物死亡。然后，由对MRI扫描结果不知情的病理医生对肝脏的病理变化进行评分。根据文献报道的评分系统 25，对以下7种组织病理学改变特征进行打分：中央静脉（CV）内皮损伤、肝细胞凝固性坏死、CV内皮出血、肝窦出血、CV外膜纤维化、CV炎症、肝小叶炎症。每个病理特征都按照4分制进行评分：无损伤为0分；轻度损伤为1分；中度损伤为2分；严重损伤为3分。评分后根据CV外膜纤维化评分将肝脏标本分为“早期”和“晚期”SOS，CV纤维化评分为0或1的肝脏为“早期”SOS，CV纤维化评分为2或3的肝脏为“晚期”SOS。标本分期完成后，将每个标本的7个病理特征的评分相加，得到该样本的病理总评分，用于后续统计学相关性分析。1.6 统计学分析采用SPSS和MedCalc软件进行统计分析。扩散参数（D、f、D*和ADC）值及病理评分等计量资料以均数标准差表示。采用一致限度为95%的Bland-Alt-man图和变异系数来确定观察者间的一致性。采用Kolmogorov-Smirnov方法检验方差的正态性和齐性。扩散参数值的统计学差异采用带有Bonferroni事后检验的单因素方差分析检测。病理评分采用Kruskal-Wallis检验计算统计学差异。通过Spearman秩相关系数，分析病理评分与MRI定量参数之间的相关性。对所有扩散参数进行ROC曲线分析以评估参数的诊断价值。计算ROC曲线下面积（AUC）用于比较扩散参数诊断SOS的性能，截断值根据最大约登指数确定。以P0.05，符合正态分布（表1）。扩散参数在两位观察者之间的变异系数分别为4.2%（D）、7.2%（f）、28.4%（D*）、3.9%（ADC）。扩散参数在不同观察者之间一致性的Bland-Altman分析结果显示，参数D和ADC在不同观察者之间的一致性较好（图4）。http:/www.j-分子影像学杂志,2023,46(2):202-209 2052.3 不同分期SOS的扩散参数和病理评分结果图5显示了不同SOS分期下的肝脏扩散参数值及病理评分。正常肝脏的D值(1.000.06)10-3mm2/s高于“早期”SOS(0.920.04)10-3mm2/s，P0.01和“晚期”SOS(0.880.38)10-3mm2/s，P0.001。正常肝脏的f值（25.64%0.79%）高于“早期”SOS肝脏（22.21%1.5%，P0.01）和“晚期”SOS（19.29%1.98%，P0.01）。正常肝脏的D*值(43.784.57)10-3mm2/s高于“早期”SOS肝脏的D*值(26.795.27)10-3mm2/s，P0.001和“晚期”SOS(18.443.96)10-3mm2/s，P0.001。正常肝脏的ADC值(1.370.04)10-3mm2/s高于“早期”SOS肝脏的ADC值(1.150.07)10-3mm2/s，P0.001和“晚期”SOS(1.080.06)10-3mm2/s，P0.001。正常肝脏病理评分（0分）低于“早期”SOS肝脏（8.52.8，P0.05）和“晚期”SOS肝脏（14.92.3，P0.001）。此外，“早期”SOS组的D、f、D*、ADC和病理评分与“晚期”SOS组之间的差异有统计学意义（P0.05）。表1 不同SOS分期下的肝脏MRI量化参数值Tab.1 MRI quantitative parameter values in different SOS stages(MeanSD)MRI参数D（mm2/s）f（%）D*（mm2/s）ADC（mm2/s）正常肝脏（n=6）1.00.0625.640.7943.784.571.370.04早期SOS（n=16）0.920.0422.211.526.795.271.150.07晚期SOS（n=14）0.880.3819.291.9818.443.961.080.06P0.0010.0010.0010.001SOS:肝窦阻塞综合征;D:真扩散系数;f:灌注分量;D*:伪扩散系数;ADC:表观扩散系数.ABCD图4 参数D(A)、f(B)、D*(C)及ADC(D)在不同观察值之间可重复性的Bland-Altman分析结果Fig.4 Bland-Altman plots show the interobserver reproducibility for the measurements of D value(A),f value(B),D*value(C)and ADC value(D).实线为平均相对偏差,虚线为95%CI.CV:变异系数.http:/www.j-分子影像学杂志,2023,46(2):202-209 2062.4 扩散参数与病理评分的相关性结果根据Spearman秩相关检验结果，f与病理评分之间呈强负相关关系，D、D*和ADC与病理评分之间呈中等负相关关系（表2）。2.5 ROC曲线分析结果根据ROC曲线分析得到的各个扩散参数在诊断不同分期SOS的最佳截断值显示，在区分正常肝脏和SOS肝脏（包括“早期”和“晚期”）方面，所有扩散参数均表现出较高的AUC。在检测“晚期”SOS以及鉴别诊断“早期”和“晚期”SOS方面，D和f的AUC高于D*和ADC（表3）。3 讨论本研究将IVIM对SOS的鉴别诊断扩展到晚期阶段，首次使用IVIM参数和ADC值来定量评估完整的SOS病程，能够更全面地理解定量参数在评估SOS进展中的作用。和正常肝脏比较，“早期”SOS肝脏的D、f、D*和ADC值降低，该结果与既往文献结果相同 26。此D（10-3mm2/S)正常肝脏早期SOS晚期SOSA*f（%)正常肝脏早期SOS晚期SOSB*D*（10-3mm2/S)正常肝脏早期SOS晚期SOSC*正常肝脏早期SOS晚期SOSADC（10-3mm2/S)D*病理评分正常肝脏早期SOS晚期SOSE*图5 扩散参数和病理评分在不同SOS分期之间的条形图Fig.5 Bar charts of diffusion parameters and pathological score between different stages in SOS.A:D值;B:f值;C:D*值;D:ADC值;E:病理评分,*P0.05,*P0.01,*P0.001.表2 病理评分和MRI参数之间的相关系数和95%CITab.2 Correlation coefficient and 95%CIs between pathologicalscores and diffusion parameters模型IVIM单指数衰减模型MRI参数DfD*ADC相关系数（95%CI）-0.539(-0.737,-0.255)-0.723(-0.850,-0.518)-0.550(-0.744,-0.270)-0.554(-0.747,-0.276)P0.0010.0010.0010.001*http:/www.j-分子影像学杂志,2023,46(2):202-209 207外，本研究发现与“早期”SOS肝脏相比，“晚期”SOS肝脏的D、f、D*和ADC值进一步降低。不同分期SOS肝脏的定量参数（D、f、D*和ADC）值与病理评分均呈负相关关系。ROC曲线分析显示，D和f在诊断“晚期”SOS以及鉴别诊断“早期”和“晚期”SOS方面优于D*和ADC。在“早期”SOS中f 和D*值的下降可能是由于内皮细胞肿胀引起肝窦狭窄，从而导致肝窦血流减少，流速降低。本研究结果提示，“晚期”SOS中f和D*值的显著下降可能是由于大量纤维化沉积导致肝窦变窄。虽然f和D*均为灌注相关参数，但f与病理评分的相关性系数更高，且对不同分期SOS的诊断准确性更高。这是由于 f和D*分别反映了不同的病理学改变，f反映了血管内血容量，D*反映了血流速度。该结果说明血管内血容量参数f可能是一种评估SOS进展潜在的生物标志物，而D*评估SOS进展的可行性有待进一步研究。本研究中IVIM参数D和ADC值从“早期”SOS到“晚期”SOS是缓慢下降的，而我们之前的研究中表观扩散系数在“早期”到“晚期”是显著下降的 27。这种结果不同的原因一方面在于，D和ADC是以理想化的高斯扩散为基础，可能较高阶模型中的扩散参数敏感度低。“早期”SOS中D和ADC值的降低可能是由于肝窦内皮水肿和炎症细胞因子导致水分子扩散受限，而“晚期”SOS中D和ADC值的下降可能是由于纤维化沉积进一步限制了水分子扩散。另一方面，影响D和ADC值的因素较多，比如肝窦内皮水肿、炎症细胞、纤维化沉积会限制水分子扩散，导致D和ADC值下降，而细胞坏死会造成水分子扩散加快，导致D和ADC值上升。如果水分子扩散的加快不足以完全抵消其扩散的减慢，最终则导致D和ADC值的缓慢下降。总之，水分子的扩散受限和扩散加快对D和ADC的综合影响，也是降低这两个参数对SOS中肝损伤动态评估的敏感度的因素。在本研究中，ADC值与病理评分的相关性、诊断不同分期SOS的准确性与D*表现相似。这是由于ADC不仅受到水分子扩散的影响，而且由于小b值的使用，还会受到毛细血管灌注的影响 31-32。本研究存在几点局限性。首先，尽管MCT诱导大鼠模型的病理特征，包括细胞坏死、出血、纤维化沉积等与人类SOS相同，但还需要进一步开展临床研究，以验证IVIM参数与ADC用于评估SOS的临床适用性。其次，由于没有合适的实验设备，生理参数，如体温、血氧饱和度和心率没有被监测，我们将在未来的工作中，进一步深入考虑这些生理状态对扩散参数结果的影响。综上所述，IVIM参数可定量反映SOS大鼠模型中肝脏的微循环障碍演变进程。IVIM为检测“早期”SOS或“晚期”SOS提供了一种无创手段，有望成为一种监测SOS进展的可行工具。参考文献：1 Dominique-Charles V,Dominique C-H.Sinusoidal obstructionsyndrome J .Clin Res Hepatol Gastroenterol,2016,40(4):378-85.2 DeLeve LD,Shulman HM,McDonald GB.Toxic injury to hepaticsinusoids:sinusoidal obstruction syndrome(veno-occlusive disease)J .Semin Liver Dis,2002,22(1):27-42.3 Rubbia-Brandt L,Audard V,Sartoretti P,et 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