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                  動態對比增強磁共振成像在肝硬化診斷中的應用和進展

                  | 作者: | 閱讀 2722 次 | 2017年07月03日 01:35 | 字體 [大] [小]

                  肝硬化(liver cirrhosis)是臨床常見的消化系統疾病,常在病毒性肝炎、藥物性肝炎或酒精等因素長期或反復作用下形成的彌漫性肝損害,由肝纖維化逐漸發展而來。肝硬化的主要表現是肝功能損害和門脈高壓癥,常伴多系統損傷。肝硬化對患者家庭及社會造成很大負擔,因此,早期診斷早期治療有助于減輕患者身心及經濟負擔。
                  迄今為止,臨床對肝硬化的診斷主要依據病史、實驗室檢查、體格檢查及各種影像學檢查來進行綜合判斷,對其嚴重程度的評估主要依靠體格檢查及生化指標或肝穿刺活檢。但體格檢查及生化指標的檢測結果往往存在一定的偏差,而作為檢測金標準,肝穿刺活檢屬侵入性的有創檢查,且存在一定的風險,如出血、感染等,同時令病患感受到不適。因此,如何有效且無創地檢測肝硬化疾病仍然是目前的一大焦點。隨著影像技術的飛速發展,動態對比增強磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging,DCE-MRI)技術作為一種功能磁共振成像方法,不僅可提供病變形態學信息,也可反映內部微循環改變情況,為臨床醫師提供更多的診斷信息。這是MRI發展中的一次重大飛躍。
                  1.DCE-MRI的原理
                  DCE-MRI是將小分子順磁性對比劑(如Gd-DTPA等釓對比劑)經靜脈團注后,采集病灶部位的MRI信號,繼而根據MRI造影劑的藥代動力學模型獲取相應的定量參數來描述對比劑在感興趣區域內分布,根據計算獲取相應的定量參數來描述對比劑在病灶內的代謝參數,從而利用該參數達到定量分析疾病的目的。T1WIDCE-MRI對血管外細胞外間隙(extra-vascular extra-cellular space,EES)內對比劑敏感,在反映微血管滲透性、EES的大小情況上有自身獨特的優勢。
                  目前國內外研究最熱的是利用DCE-MRI來反映腫瘤血管的生成情況,區別腫瘤的良惡性以及放化療的療效評估。DCE-MRI主要表現為當對比劑進入血管內引起T1時間縮短的效應,所以現階段常選擇T1加權梯度回波、飽和恢復/反轉恢復快速成像序列來盡可能削弱T2和T2*信號的干擾。同時還要綜合考慮磁場不均勻引起的信號干擾、時間分辨力以及T1敏感性等成像因素。時間分辨率越高,組織強化的特異度也就隨之越高,但空間分辨率會受一定的影響。
                  2.DCE-MRI的圖像分析
                  有多種手段可以對DCE-MRI的信號改變進行定性、半定量甚至定量分析。定性分析操作簡單,僅需信號強度-時間曲線,并且對掃描參數及設備要求不高,但其提供的信息有限且不能量化,存在很大的主觀性。此外,部分良惡性病變的信號強度—時間曲線有重合,沒有特異性,不能很好鑒別。有多種指標可對組織進行半定量分析,如起始強化時間、對比劑濃度下積分面積、強化曲線的平均和初始上升梯度、最大信號強度等。有研究認為定性分析在腫瘤化療療效評估方面意義不大。
                  2.1DCE-MRI的半定量分析
                  DCE-MRI不僅能顯示病變形態,還可提供病變增強特征的半定量參數,其主要通過描述感興趣區內組織信號強度—時間曲線的形狀和結構來獲得。典型的半定量參數有:初始曲線下面積(initial area under the gadolinium concentration-time cunre,iAUC)、達峰時間(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表達的是在一定時間內增強的量;TTP是指注入對比劑后病灶達最大信號強度的時間,一般來說達峰時間越短則說明惡性程度越高;MSI是反映微循環血流量的直接指標。其中MSI受患者自身因素影響較少,能比較真實地反映病灶內對比劑濃度的變化,因此在研究中大都側重于MSI的研究。Barnes等認為,半定量參數可能與組織學特性存在一定的聯系。半定量參數的優勢在于易測量且可提供對比度良好的偽彩圖,常應用于評估腫瘤治療反應。然而不足的是,半定量分析獲得的啟發性參數易受到采集系統、注射速率或不同序列參數等外部因素的影響,不能準確反映組織中對比劑的濃度;另肝臟接受雙重血液供應,所需計算的參數較多,半定量分析所得數據誤差較大。
                  2.2DCE-MRI的定量分析
                  是利用藥物代謝動力學模型(如Tofts模型、Brix模型及Larsson模型等),將不同特征的病灶區域的造影劑時間—信號曲線關系轉換為時間—濃度曲線關系,進一步通過計算得到病灶區域的定量參數。不同模型得出的血流動力學參數存在偏倚,但定量的血流動力學參數使不同模型間相同病灶得出的數據有可比性。目前以Tofts雙室腔輸入模型最經典、最常用。主要定量參數包括:對比劑容積轉運常數(volume transfer constant of the contrast agent,Ktrans),是指單位時間內單位體積對比劑從血液滲入EES的量,即對比劑攝取量,其大小受血管滲透性、組織血流量及血管內皮細胞表面積影響,主要反映血管滲透性和灌注情況;回流速率常數(reverse reflux rate constant,Kep),表示單位時間內經EES入血管的對比劑的量,即對比劑的廓清;血管外細胞外間隙的容積分數(volume fraction of EES,Ve),可間接反映組織的血管密度;血漿容積分數(Vp),反映單位體積組織內血漿的容積大小。Ktrans和Kep反映了新生血管形成的程度。
                  另外,有學者研究表明Vp和Ve的關系必須要滿足Vp+Ve≤1。Ktrans、Kep、Ve三者之間的關系為Kep=Ktrans/Ve,Kep通常為Ktrans值的2~5倍。Kerwin和他的團隊研究表明,Ktrans和Vp之間的聯系與微血管的密度和巨噬細胞的含量有關。在腫瘤實體部分表現為DCE-MRI各項定量參數如Ktrans、Kep、Ve的值較高。研究認為,若Ktrans值減小,即表明腫瘤治療有效。測量主要供血血管腔內的信號強度-時間曲線,得到動脈輸入函數(arterial input function,AIF),與藥代動力學模型結合,可減小對比劑量、流速及掃描條件等外在因素對參數的干擾,提高定量分析的可重復性。然而,定量參數的獲得不僅要選擇恰當的藥代動力學模型,還要測量AIF,因此實際操作相對復雜。Reference Model模型用于低分辨率及低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)圖像,使用起來更容易,不需要AIF,但缺點是模型較新,目前尚沒有應用于肝臟,需要更多研究來驗證。
                  T1灌注是利用對比劑通過組織的時間一信號曲線,計算其相對血液灌注情況,獲得灌注圖像和某些灌注參數。如肝臟總灌注(full perfusion,FP)、肝動脈灌注指數(hepatic arterial perfusion index,HPI)、血容量(blood volume,BV)、血流量(blood flow,BF)、對比劑的平均通過時間(mean transit time,MTT)。其中BF=BV/MTT,主要反映的是肝臟的血流分布情況,這些數據可以用來繪制肝臟血流動力學偽彩圖。因此,定量參數可反映血管通透性的改變及組織灌注情況,也適用于微血管形成、分布及血流灌注的深入研究,是目前國內外研究的熱點。
                  3.肝臟DCE-MRI常用技術參數
                  目前,肝臟DCE-MRI尚沒有統一的掃描規范,研究多采用1.5T或3.0T超導型磁共振儀。有研究認為,進食會使門脈血流增加,因此掃描前應空腹4~6h。對比劑的選用也依據病人的體質及經濟條件而定,常用的有Gd-DTPA(為傳統對比劑)和Gd-EOB-DTPA(為肝臟特異性對比劑),注射劑量一般采用0.2mmol/kg,通常在采集2~3個動態后通過高壓注射器經肘前靜脈注入對比劑,注射速率常選用2~4ml/s勻速注入?倰呙钑r間4~6s。有研究表明,將Gd-EOB-DTPA用于DCE-MRI,可獲得細胞內攝取速率和細胞內攝取分數,更有利于評估肝臟彌漫性病變。圖像后處理采用專用軟件,通過軟件獲得AIF,AIF反映的是正常血管的血流情況。為有更好的對比性和代表性,選擇感興趣區(region of interest,ROI)的原則如下:①選擇在中心層面;②ROI為圓形或類圓形,每個ROI大小盡量保持一致,面積為20~30mm2,一般選取多個感興趣區;③盡量避開靶區邊緣,肝實質內的ROI避開血管及小的囊變區。重復測量3次取平均值。
                  4.DCE-MRI在肝纖維化和肝硬化中的研究
                  肝硬化是由肝纖維化逐漸發展而來,現認為肝纖維化有逆轉的可能性,但臨床上,肝纖維化的進展常常不易被發現,待到發現時已經演變為肝硬化了。
                  根據肝纖維化分級及治療指南,其程度可分為0~4級(F0~F4),≤F1期為早期肝纖維化,應定期檢查肝功能,無需治療;≥F2期為進展期肝纖維化,到F4期即為早期肝硬化,應抗纖維化治療,預防進一步發展。Chen等采用DCE-MRI結合肝臟特異性對比劑Gd-EOB-DTPA,對58例肝纖維化患者及20例正常對照組進行掃描,并用單室輸入VanBeers模型進行分析,研究表明,MSI、iAUC及肝動脈灌注量均能區分正常、F1和F2級輕度肝纖維化,其中肝動脈灌注量是評估輕度肝纖維化的最好指標,在鑒別無和輕度肝纖維化方面較好。
                  隨著纖維化程度的加深,MSI和AUC反而減小,呈負相關。受試者工作特征曲線(reveiver operating characeristic,ROC)預測進展期肝纖維化最好的兩個參數是最大斜率及iAUC。在肝臟所有DCE-MRI參數中,MSI是區分肝纖維化F≥1、≥2、≥3的最好指標,TTP是區分F4期的最好參數,原因是肝臟血管結構及肝實質受損,導致肝內、外血流動力學障礙,因此TTP逐漸延長,MSI及MSD呈逐漸下降趨勢。Annet等對肝硬化患者及對照組進行T1WI肝臟灌注掃描和多普勒超聲測量血流動力學參數,DCEMRI測得的MTT等參數在正常肝臟、肝纖維化及肝硬化中有明顯差異,而多普勒超聲測得的各項數據差異不顯著,說明DCE-MRI在診斷肝纖維化和肝硬化方面比多普勒超聲有顯著優勢。
                  還有學者研究表明,在健康對照組、輕度肝硬化和重度肝硬化患者之間,肝動脈血流量、門靜脈血流量之間差異具有統計學意義。肝臟總灌注(FP)隨肝硬化的程度加重而供血逐漸減少,因此,DCE-MRI可評估肝硬化的嚴重程度,其中,肝動脈血流量是評估肝硬化程度的最好指標。
                  5.DCE-MRI的優勢與不足
                  DCE-MRI是目前評估組織微血管形成及組織灌注最常用的無創性檢查方法,其主要優勢是:①定量分析借助藥代動力學模型獲得定量參數,彌補了常規MRI增強僅側重于形態學改變的不足,且薄層掃描也減少了部分容積效應,使獲得的數據更精確,提供更多的組織微觀信息;②定量模型相對獨立于MR機器、序列、造影劑的劑量等;③由于運動(如頭部存在吞咽活動,肝臟存在呼吸運動、胃腸蠕動等)可造成感興趣區正常組織或周邊血管進入感興趣區,對后期擬合病灶ROI曲線的真實度和準確度有著極大影響,增加計算難度,這一問題可用剛性或非剛性配準方法解決;④DCE-MRI為觀察肝硬化的微循環改變及血流動力學變化提供了全新的思路。當然,處于發展中期的DCE-MRI也存在一定的問題:①各研究學者使用的血流動力學模型尚未統一,結果也不盡相同,需進一步比較、驗證其方法的可行性和準確性;②肝臟雙血供模型尚在初步,計算參數過多會加大計算誤差;③研究中可應用的模型很多,每個模型都有自身的優缺點,同一模型難以解決所有的問題,有些模型參數較多,可能過度擬合,對時間及空間分辨率要求高,有些模型較新,需要更多地臨床驗證等。不過,相信隨著研究的深入及應用軟件的不斷升級、更新及逐步統一,定量DCE-MRI在肝硬化的研究方面將會得到更多的肯定和更廣泛的應用。
                  來源:功能與分子醫學影像學(電子版)2016年10月第5卷第4期  徐州錦昊電子科技有限公司自2010年成立以來,一直專注于動態心電圖(Holter)的研發和制造。經過多年的努力耕耘,錦昊已成為中國最具競爭力的動態心電圖專業制造商以及國家級高新技術企業。更多了解可咨詢電話:0516-87799771 87870266

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