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背景:肝癌发病率高,临床预后差,全世界每年死于肝癌的患者超过50万,东亚是肝癌高发区,其早期诊断和治疗的意义重大。尤其是直径小于3厘米的小肝癌,早期发现及鉴别对于治疗有重要的指导意义。肝灌注成像有希望解决这一问题。现有的影像诊断技术对于肝脏的解剖结构的评价已经有了很大的进展,但是对于除形态学方面之外的评价则很有限。肝脏灌注成像可以早期发现原发、继发性肝脏恶性肿瘤的病理基础是这些疾病会增加肝动脉的血流灌注。目前,肝脏灌注成像包括核医学、多普勒超声、CT、MR灌注成像。其中肝血流闪烁成像与多普勒超声血流量化的重点是对全肝异常的定性,而且空间、时间、对比分辨率都很有限;CT灌注成像的造影剂定量简单,可以得到较准确的局部灌注参数,其缺点是扫描范围受到探测器厚度的限制,只有2~4cm。MR灌注成像可以提供局部和全肝的参数,同时技术的进步(如TIM技术、多通道技术及并行采集技术)使得短时间内完成大范围、高分辨率的多期扫描成为可能,进而使得用MR灌注成像来解决肝硬化背景上恶性结节定性、监视肝肿瘤治疗效果等问题具有了现实性。
目的:1、使用TIM(TotalImagingMatrix)技术、VIBE(VolumeInterpolatedBodyExamination)序列对MR造影剂Gd-DTPA定量,测试不同扫描条件、不同造影剂剂量对灌注曲线的影响,建立全肝MR灌注成像(MRperfusionImaging,MRPI)的方法,并优化具体扫描参数。
2、观察全肝MR灌注成像显示种植在兔肝上的VX2肿瘤的能力,并观察活体动物的肝灌注指标;
3、研究全肝MR灌注成像是否有能力早期监视经皮酒精注射(percutaneousethanolinjection,PEI)对兔肝VX2瘤的治疗效果;
4、进行初步的临床试验,研究全肝MR灌注成像是否可以诊断肝硬化背景上的可疑恶性结节。
材料与方法:1、50个装有不同浓度Gd-DTPA生理盐水溶液(浓度范围0~6mM)的试管模型;测量试管内溶液的T1时间,取倒数得到R1值(relaxationrate);使用VIBE序列进行扫描,选择不同的翻转角(10°、15°、25°、45°),测量试管内溶液的信号强度(signalintensity,SI);绘制R1-SI曲线,并进而计算它们之间的三次方多项式拟和关系,再根据不同浓度Gd-DTPA对R1时间的影响来定量Gd-DTPA的浓度。最后根据不同内差层面对SI的影响及不同翻转角(flipangle,FA)对R1-SI曲线的影响找出最佳MRPI扫描参数。
2、正常肝功能的雄性新西兰大白兔5只,全肝MR灌注成像选择扫描序列为VIBE序列,扫描141~150秒,共40~45次扫描,扫描开始后10秒注射Gd-DTPA,得到主动脉、门静脉及肝实质的浓度-时间曲线,比较不同剂量的(0.05mmol/kg、0.1mmol/kg、0.2mmol/kg)MR造影剂Gd-DTPA对全肝灌注曲线的影响。在使用三种剂量得到的时间-信号强度曲线中,测量主动脉、门静脉、肝实质的SI降低至峰值75%时的时间。采用单因素方查分析进行统计学分析。
3、兔肝VX2肿瘤模型10只,种瘤后14~21天行全肝MRPI。扫描序列选择VIBE序列,翻转角25°,灌注成像序列块厚60mm,扫描141~150秒,共40~45次扫描,扫描开始后10秒注射Gd-DTPA,剂量为0.05mmol/kg。手绘感兴趣区得到主动脉、门静脉及肝实质的时间-信号强度曲线并转换为时间-浓度曲线。测量并比较VX2肿瘤区域与正常肝脏的开始强化时间(TimeofArrival,T0)、最大造影剂浓度、最大强化斜率(steepestslope,SS)及强化曲线类型。使用t-检验进行数据处理。
4、新西兰大白兔10只,开腹手术于肝内注射VX2肿瘤细胞悬液0.1ml。分别在种瘤后第2周、第3周观察肿瘤生长。在第三周左右(肿瘤生长直径约2.5cm时),用CT做引导、于肿瘤一侧的早期强化最明显处注射无水乙醇1.0ml,治疗一周后使用MRPI观察治疗效果。灌注参数包括:T0和SS;其数值与肿瘤未治疗侧进行比较。使用t检验进行统计学处理。
5、肝硬化病史、AFP升高、临床高度怀疑原发性肝癌(Hepatocellularcarcinoma,HCC)患者7名,分别使用全肝MRPI观察待测病灶的特征。全肝MRPI包括20次全肝扫描,扫描时间共97秒,在注射Gd-DTPA同时开始扫描。绘制时间-信号强度曲线曲线。观察肿瘤与左、右半肝肝实质的TTP、MSI、MSD,使用单因素方查分析进行统计学处理。观察强化曲线的类型,并做病理学对照。
结果:1、T1值取倒数得到R1,得到R1与Gd-DTPA浓度之间的关系曲线,为较好的直线关系;灌注序列得到SI,并生成各内插层面的SI-R1曲线、SI与扫描层面的关系曲线及同翻转角、同内插层的SI-R1曲线。SI-R1曲线的三次方多项式拟和关系式参数为8.8175·10-9、-1.8·10-5、0.0173、-2.1210(第6层,25°FA)。
2、随着Gd-DTPA剂量的增加,MR对比剂在主动脉、门静脉及肝实质内的清除速度降低。SI降低至峰值75%时间为主动脉(15.8±2.0,33.0±2.4,40.6±1.6)S,门静脉(32.5±2.3,109.5±2.8,120.7±4.5)S,肝实质(52.6±1.8,129.7±4.0,138.3±3.3)S,有统计学差异。采用0.05mmol/kg的Gd-DTPA得到的主动脉、门静脉及肝实质灌注曲线最佳。
3、VX2肿瘤区域的T0、最大造影剂浓度和SS分别为(16.6±1.94s、0.59±0.11mM及38.8±8.6mmol/ml/S),与正常肝脏组织(22.4±4.96s、0.48±0.06mM及23.6±8.4mmol/ml/S)比较有显著性差异(p=0.0167,0.0362,0.0059)。
4、PEI治疗一周后的治疗区为无或低强化区。肿瘤未治侧与治疗侧的实验数据分别是T0:(16.0±1.2),(50.8±5.9)S,和SS:(38.9±2.2),(6.0±1.2)mmol/mL/S,均有显著性差异(p<0.05)。早于常规MR的T1WI、T2WI检查。
5、7个待测结节均为HCC,肿瘤与左、右半肝肝实质的TTP、MSI、MSD分别为(25.536,40.834,44.456)S、(19.0318,11.2481,15.8437)S-1及(14.9591,6.9082,8.9218)S-1。待观察结节曲线均为强化早期迅速升高,之后有明显的下降。
结论:1、采用TIM技术、VIBE序列可以对Gd-DTPA定量;扫描技术的优化是得到高质量全肝MRPI的关键:扫描时应将感兴趣层面放在扫描块的中心位置;使用25度翻转角得到的曲线变化范围与敏感度最佳;注射0.05mmol/kg的Gd-DTPA得到的MRPI曲线最佳;
2、全肝MRPI曲线可区分VX2肿瘤与周围肝实质的微血管动力差异;
3、全肝MRPI可以较敏感的早期监测PEI疗效:早期强化的消失可作为PEI治疗有效的标志;
4、初步临床研究表明:全肝MRPI有希望帮助诊断肝硬化背景上的原发性肝癌结节。