1.深圳市寶安區(qū)婦幼保健院影像中心(廣東 深圳 518133)

2.南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院影像中心(廣東 廣州 510282)

3.飛利浦醫(yī)療保健事業(yè)部(中國 香港)

4.南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院病理科(廣東 廣州 510282)

胡根文1 全顯躍2 Queenie Chan3李余發(fā)4 林 婷2 史 達2

磁共振T1ρ在大鼠肝纖維化模型中的應用價值*

1.深圳市寶安區(qū)婦幼保健院影像中心(廣東 深圳 518133)

2.南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院影像中心(廣東 廣州 510282)

3.飛利浦醫(yī)療保健事業(yè)部(中國 香港)

4.南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院病理科(廣東 廣州 510282)

胡根文1全顯躍2Queenie Chan3李余發(fā)4林 婷2史 達2

目的 研究磁共振T1ρ在肝纖維化進程中的變化特征，探討T1ρ在肝纖維化大鼠模型中的應用價值。方法 SD大鼠65只(對照組15只，模型組50只)，模型組采用四氯化碳誘導不同時間以獲取不同程度的肝纖維化。使用3.0T磁共振應用5個自旋鎖定時間獲得T1ρ值。掃描后行肝臟病理學檢查，將影像結果與病理結果行對照分析。結果 5只大鼠在造模過程中死亡，60只大鼠納入分析，肝纖維化各期的T1ρ值在5組間整體比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。單因素方差分析，T1ρ值在F1期和F2期之間沒有差異，在其余各期之間均有統(tǒng)計學差異。相關性分析結果為T1ρ值與肝纖維化程度呈正相關(r=0.863, P<0.05)。結論 磁共振T1ρ可以作為一種無創(chuàng)、敏感的新技術用于探測肝肝纖維進程中病理及生理改變，有助于早期檢測和定量診斷肝纖維化。

T1rho(T1ρ)；磁共振；肝纖維化

肝纖維化嚴重威脅人類健康，早期治療可阻遏或延緩其向肝硬化及肝癌的惡性發(fā)展[1]，所以，肝纖維化的早期診斷對臨床有著非常重要的意義。但傳統(tǒng)的影像學對肝纖維化的診斷缺乏準確性[2]。T1 relaxation time in the rotating frame(T1ρor T1rho)是近年出現(xiàn)的一種最新磁共振成像技術，但其在肝纖維中的研究報道較少[3]。本研究通過分析不同病理程度的大鼠肝纖維化模型磁共振T1ρ結果，探討T1ρ在肝纖維化中的應用價值。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 雄性SD大鼠65只，體質(zhì)量(200±20)g，由南方醫(yī)科大學實驗動物中心提供，動物許可證編號：SCXK(粵)2011-0015。在SPF級環(huán)境下分籠飼養(yǎng)，動物飼養(yǎng)條件為室溫18-20℃，濕度60-70%，明暗各12小時。實驗期間所有實驗動物均采標準大鼠飼料喂養(yǎng)、用飲用蒸餾水；并定期記錄大鼠情況。所有研究人員在動物實驗期間嚴格遵守動物實驗的各項倫理條例。

1.2 造模方法 大鼠隨機(數(shù)字表法)分成模型組50只，正常對照組15只。采用經(jīng)典肝纖維化制備方法[4]：適應性喂養(yǎng)一周后，模型組于大鼠后腿外側(左右交替)皮下注射50%的四氯化碳橄欖油溶液0.3ml/100g，每周2次，整個實驗過程中每周稱體重2次(注射前)以調(diào)節(jié)藥量。

適應性喂養(yǎng)一周后，對照組15只大鼠在麻醉后行MRI及病理等檢查。同時模型組開始注射藥物制模，于制模后第14天、21天、28天、35天、42天、49天、56天、63天、70天從模型組隨機取出5只大鼠(造模過程中模型組共死亡5只大鼠)麻醉后行MRI及病理等檢查。

1.3 MR檢查方法 應用Philips 公司生產(chǎn)的Archieve 3.0T TX超導性磁共振掃描儀，以動物線圈為接收線圈。大鼠在3%戊巴比妥鈉2ml/kg腹腔注射麻醉后，頭先進、俯臥位，并在大鼠腹部墊海綿以限制運動。采用三維定位法定位，掃描范圍覆蓋整個肝臟。常規(guī)序列使用快速自旋回波序列。

常規(guī)序列參數(shù)：(A)軸位T 1 W I(T S E)[T R/ TE=400/10ms；FOV=60×60 m m；m a t r i x=1 2 0×9 3；slice thickness=3mm]；(B)軸位T 2 W I(T S E)[T R/ TE=1080/120ms；FOV=60×60 mm；matrix=120×88；slice thickness=3mm]。

T1ρ采用TFE序列，掃描參數(shù)：TR 4.9 ms，TE 2.4 ms，F(xiàn)OV 60mm×60mm，翻轉(zhuǎn)角40°，矩陣100×100，層厚2mm，自旋鎖定頻率500 Hz，自旋鎖定時間分別為0、10、20、40、60 ms，每一自旋鎖定時間采集5幀圖像，像素0.54mm×0.54mm。

1.4 圖像后處理 T1ρ成像原始數(shù)據(jù)導入工作站中的后處理軟件，得到T1ρ參數(shù)圖，將參數(shù)圖導入Image J(NIH, Bethesda, MD, USA)軟件，結合T1WI、T2WI掃描圖像，在圖像信噪比最高的層面肝實質(zhì)內(nèi)放置5個圓形ROI測值，取其平均值。ROI大小約3-4mm2，避開肝臟邊緣及膽管、血管。

1.5 肝臟組織病理學檢查 檢查結束后使用過量麻醉法處死大鼠，取肝組織并固定、包埋、切片，行HE及 Masson’s三色染色。由兩位病理醫(yī)生在不知道磁共振結果的情況使用專用顯微鏡(Leica DM2000)評估分期并拍照。肝纖維化的分期按照METAVIR[5]分級標準：S0期，無纖維化；S1期，匯管區(qū)及其周圍纖維化和局限竇周纖維化；S2期，纖維間隔形成，但小葉結構大部仍保留；S3期，大量纖維間隔，分隔并破壞肝小葉，但尚無肝硬化；S4期，早期肝硬化。我們將模型組S0及S1期歸為肝纖維輕度組，S2及S3期歸為中度組，S4(肝硬化)歸為重度組。

1.6 統(tǒng)計方法 采用SPSS20.0軟件，以P≤0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。計量數(shù)據(jù)用(χ-±s)表示，以肝病理結果為診斷金標準，肝纖維不同分組之間采用單因素方差分析法分析(one-way ANOVA)，各參數(shù)結果與分組之間采用Spearman相關檢驗法分析。

2 結 果

2.1 一般結果 對照組15只大鼠全部完成實驗；模型組45只大鼠完成實驗(造模過程中死亡5只)。經(jīng)病理診斷模型組出現(xiàn)不同程度肝纖維化，分組結果為：正常組15只，輕度組11只，重度組22只，重度組12只，見圖1-4。

2.2 肝纖維與T1ρ值分析將各組的肝臟T1ρ值進行單因素方差分析，T1ρ值在四組間兩兩比較均有統(tǒng)計學差異(P＜0.05)，見表1。相關性分析結果為T1ρ值與肝纖維化程度呈正相關(r= 0.841，P＜0.05)，見表1，見圖5-8。

3 討 論

肝纖維化的早期診斷對臨床有著非常重要的意義。目前在臨床工作中，肝纖維化的診斷方法包括肝穿刺病理學活檢、血清學檢查及影像學檢查三類。肝穿刺病理學活檢是診斷肝纖維化的“金標準”，但這“金標準”是一個有創(chuàng)性的檢查，且存在一些不足，不便于重復檢查、動態(tài)觀察[6]；血清學檢查因為不夠敏感或因特異性低，被認為仍有較大局限性[7]；傳統(tǒng)的影像學對肝纖維化的診斷也缺乏準確性[2]。臨床醫(yī)生一直努力尋求準確、無創(chuàng)、敏感的診斷方法。

磁共振擴散加權成像的ADC值常被用于肝纖維化的研究及應用[8-10]。然而傳統(tǒng)的ADC值不僅受到組織內(nèi)水分子的擴散的影響，也受微循環(huán)毛細血管灌注等其他因素的影響[11]。同時肝內(nèi)脂肪和鐵質(zhì)含量的改變，也影響著ADC值的改變。導致其對肝纖維化診斷的準確性存在爭議[12]。

表1 T1ρ在肝纖維化各組的均數(shù)±標準差(χ-±s)

T1ρ成像為無創(chuàng)性診斷肝纖維化提供了新思路。T1ρ弛豫主要反映水分子與周圍大分子之間相互作用引起的弛豫[13]。其原理為位于縱軸方向的磁化矢量翻轉(zhuǎn)到橫斷面上，然后施加兩次相位不同的自旋鎖定(Spin Lock)脈沖在這個橫向磁化矢量的方向。此時，磁化矢量的自旋被“鎖定”了，這時的橫向弛豫，類似于在主磁場B0中的T1弛豫，在自旋鎖定期間，自旋被鎖定的磁化矢量將按照T1ρ時間常量在旋轉(zhuǎn)坐標系中進行自旋晶格弛豫[14]。采用兩次相位不同的自旋鎖定脈沖的目的是為了重聚由于射頻場不均勻造成的影響。組織中水分子經(jīng)常與大分子結合在一起，兩者之間經(jīng)常發(fā)生能量或質(zhì)子交換等相互作用。因為這種交換作用的存在會引發(fā)T1ρ弛豫，所以該弛豫可以反映自由水與結合水之間的相互作用。因其視角獨特，被嘗試用于活體探查病變早期的多種病理機制。如Alzheimer's 綜合征[15]，關節(jié)軟骨[16]，椎間盤[17]等。

目前T1ρ在肝纖維中的研究較少，有文獻[3,18,19]報道T1ρ能早期探測肝纖維化病理改變。也有文獻[20]報道T1ρ在慢性肝纖維中價值有限。我們研究表明T1ρ值隨著肝纖維化程度增加而增加，并有很好的一致性，并且在組間兩兩比較也有較好的分辨能力。

在肝纖維病理進程中，各種損肝因子引起肝細胞損傷、壞死、凋亡及炎癥反應，激活分泌多種細胞因子、脂質(zhì)過氧化物等化學遞質(zhì)，共同作用于肝星狀細胞，合成大量的細胞外基質(zhì)(ECM)，ECM中最重要的結構成分有膠原蛋白、蛋白多糖類等。

目前在關節(jié)軟骨及椎間盤方面，共識為T1rho的變化與蛋白多糖-粘多糖含量密切相關[21]。是否因為肝纖維化是ECM含有大量蛋白多糖從而引起T1ρ值升高，需要以后中進一步深入研究。盡管目前對于肝纖維化引起T1ρ值升高的機理尚未完全明確，但T1rho仍可能是非常有潛力的監(jiān)測和評估肝纖維化的方法。

研究的不足之處：1，我們通過大鼠模型來研究人類肝纖維化過程的影像改變，但目前任何一種實驗動物模型與人類的病理變化過程都仍存在差異，不能全面準確地反映人類肝纖維化病理變化的本質(zhì)。2，對肝纖維化的評估限于評級，缺乏定量分析。3，未能揭示肝纖維化引起T1ρ值升高的原因，需要在以后進一步深入研究。

結論：我們的研究結果表明：T1ρ值與肝纖維化程度高度相關。磁共振T1ρ可以作為一種無創(chuàng)、敏感的新技術用于探測肝肝纖維進程中病理及生理改變，有助于肝纖維化的早期診斷。

[1] Marcellin P, Gane E, Buti M, et al. Regression of cirrhosis during treatment with tenofovir disoproxil fumarate for chronic hepatitis B: a 5-year openlabel follow-up study[J]. Lancet,2013,381(9865):468-475.

[2] Wang Y X, Yuan J. Evaluation of liver fibrosis with T1rho MR imaging[J]. Quant Imaging Med Surg,2014,4(3):152-155.

[3] Zhao F, Yu J, Wang Y J, et al. MR T1ρ as an imaging biomarker for monitoring liver injury progression and regression: an experimental study in rats with carbon tetrachloride intoxication[J]. European radiology,2012,22(8):1709-1716.

[4] Constandinou C, Henderson N, Iredale J P. Modeling liver fibrosis in rodents[J]. Methods Mol Med,2005,117:237-250.

[5]Bedossa P, Poynard T. An algorithm for the grading of activity in chronic hepatitis C. The METAVIR Cooperative Study Group[J]. Hepatology,1996,24(2):289-293.

[6]陸倫根,胡俊杰.肝纖維化研究進展[J].肝臟,2012(09):617-620.

[7] Tsukamoto T, Yamamoto T, Ikebe T, et al. Serum markers of liver fibrosis and histologic severity of fibrosis in resected liver[J]. Hepatogastroenterolo gy,2004,51(57):777-780.

[8]Annet L, Peeters F, Abarca-Quinones J, et al. Assessment of diffusion-weighted MR imaging in liver fibrosis[J]. Journal of Magnetic Resonance Imaging,2007,25(1):122-128.

[9]孫駿,施裕新,張志勇.MR擴散加權成像對肝纖維化診斷的初探[J]. 中國CT和MRI雜志,2008(06):35-38.

[10]張冬艷,薛雁山.磁共振擴散成像肝脾ADC比值評價肝纖維化程度的研究[J].中國CT和MRI雜志,2012(03):46-49.

[11]Luciani A, Vignaud A, Cavet M, et al. Liver cirrhosis: intravoxel incoherent motion MR imaging--pilot study[J]. Radiology,2008,249(3):891-899.

[12]Bülow R, Mensel B, Meffert P, et al. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging for staging liver fibrosis is less reliable in the presence of fat and iron[J]. European Radiology,2013,23(5):1281-1287.

[13]Duvvuri U, Poptani H, Feldman M, et al. Quantitative T1rho magnetic resonance imaging of RIF-1 tumors in vivo: detection of early response to cyclophosphamide therapy[J]. Cancer Res,2001,61(21):7747-7753.

[14]Santyr G E, Henkelman R M, Bronskill M J. Spin locking for magnetic resonance imaging with application to human breast[J]. Magn Reson Med,1989,12(1):25-37.

[15]Haris M, Mcardle E, Fenty M, et al. Early marker for Alzheimer's disease: hippocampus T1rho (T(1rho)) estimation[J].J Magn Reson Imaging,2009,29(5):1008-1012.

[16]Schooler J, Kumar D, Nardo L, et al. Longitudinal evaluation of T1rho and T2 spatial distribution in osteoarthritic and healthy medial knee cartilage[J]. Osteoarthritis Cartilage,2014,22(1):51-62.

[17]Vadala G, Russo F, Battisti S, et al. Early Intervertebral Disc Degeneration Changes in Asymptomatic Weightlifters Assessed by T1rho MRI[J]. Spine (Phila Pa 1976),2014.

[18]Zhao F, Deng M, Yuan J, et al. Experimental evaluation of accelerated T1rho relaxation quantification in human liver using limited spinlock times[J]. Korean J Radiol,2012,13(6):736-742.

[19]Wang Y X, Yuan J. Evaluation of liver fibrosis with T1rho MR imaging[J]. Quant Imaging Med Surg,2014,4(3):152-155.

[20]Takayama Y, Nishie A, Asayama Y, et al. T rho Relaxation of the liver: A potential biomarker of liver function[J]. J Magn Reson Imaging,2014.

[21]Johannessen W, Auerbach J D, Wheaton A J, et al. Assessment of human disc degeneration and proteoglycan c o n t e n t u s i n g T 1 r h oweighted magnetic resonance imaging[J]. Spine(Phila Pa 1976),2006,31(11):1253-1257.

Application of MRI with T1 Relaxation Time in the Rotating Frame in Liver Fibrosis in Rats*

HU Gen-wen, QUAN Xian-yue, Queenie Chan, et al., Department of Medical Image Center, Shenzhen Bao'an Maternal and Child Health Hospital, Shenzhen 518133, Guangdong Province,China

Objective To explore the value of T1 relaxation times in the rotating frame (T1ρ or T1rho) for liver fibrosis. Methods Liver fibrosis model rats (N=50) were produced by carbon tetrachloride (CCl4) injection. Five rats died during the experiment. Surviving model rats (N=45) and controls (N=15) were subjected to 3.0-T MRI and T1ρ values were determined. Liver fibrosis stage (F0–F4) was defined based on METAVIR scoring. Results T1ρ values associated positively (r=0.863,P<0.05) with severity of fibrosis stage. Conclusion T1ρ may be a new kind of noninvasive technique to show the changes of liver in pathology and histology during the progression of fibrosis.

T1 Relaxation Time in the Rotating Frame(T1ρ or T1rho); MRI; Liver Fibrosis

R445.2

A

廣東省自然科學基金(2015A030313269)

DOI:10.3969/j.issn.1672-5131.2016.05.027

全顯躍

圖1-41 -4 大鼠肝臟Masson’s染色病理圖。圖1 正常大鼠肝臟病理圖；圖2 輕度肝纖維化病理圖；圖3 中度肝纖維化病理圖；圖4 重度肝纖維化病理圖。圖5-85-8 大鼠肝纖維化各組磁共振T1ρ圖。圖5 正常大鼠肝臟，T1ρ=41.1ms；圖6 輕度肝纖維化，T1ρ=48.4ms；圖7 中度肝纖維化，T1ρ=52.8ms；圖8 重度肝纖維化，T1ρ=59.5ms。

(本文編輯: 汪兵)

2016-03-30

論 著