曹迪，楊正漢， 李濤， 許霄， 楊大為， 龍莉玲

·肝臟脂肪定量診斷影像學(xué)專題·

基于兔NAFLD模型的雙源CT及MRI肝臟脂肪定量研究

曹迪，楊正漢， 李濤， 許霄， 楊大為， 龍莉玲

目的：探討雙源CT及MRI對肝臟脂肪含量測量的準(zhǔn)確性。方法：50只雄性新西蘭家兔隨機分為兩組，A組42只(實驗組)，髙脂飼料喂養(yǎng)；B組8只(對照組)，普通飼料喂養(yǎng)，共喂養(yǎng)16周。在開始喂養(yǎng)后的不同時期進行雙源CT、MRI 三維同相位和反相位及最小二程估算法迭代水脂分離(IDEAL-IQ)序列掃描。測量不同單能量圖像上肝臟的CT值、MRI同相位和反相位序列的肝臟脂肪含量(HFF)、IDEAL-IQ序列的質(zhì)子密度脂肪分量(PDFF)。后經(jīng)酸水解法獲得新鮮肝臟的脂肪含量。將單能量圖像上肝臟的CT值、HFF、PDFF與病理結(jié)果進行Spearman相關(guān)性分析。結(jié)果：對照組正常肝臟及實驗組輕、中、重度脂肪肝的CT值、PDFF及HFF值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。CT值與病理結(jié)果呈負相關(guān)，PDFF、HFF與病理結(jié)果呈正相關(guān)(P<0.05)。雙源CT掃描80keV CT值與病理結(jié)果的相關(guān)性最好(r=-0.870)；PDFF與病理結(jié)果的相關(guān)性(r=0.936)高于HFF(r=0.853)。結(jié)論：IDEAL-IQ序列所測的肝脂肪含量與肝實際脂肪含量的相關(guān)性高于同相位和反相位序列及雙源CT。

脂肪肝; 肝臟脂肪含量; 體層攝影術(shù)，X線計算機; 磁共振成像

脂肪肝是指肝細胞內(nèi)有過多的甘油三酯(triglyceride，TG)異常沉積，是常見的沉積性肝病[1]，可見于多種慢性肝病如病毒性肝炎、藥物性肝炎及酒精性肝病等。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展及生活方式的改變，非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)發(fā)病率不斷上升，如今已經(jīng)成為全球最主要的公共衛(wèi)生危害之一。單純脂肪肝如沒有得到有效控制，可逐步進展為非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)、肝纖維化和肝硬化，甚至發(fā)生肝細胞癌或肝衰竭而導(dǎo)致死亡[2]。因此，監(jiān)控NAFLD的發(fā)生、發(fā)展過程具有非常重要的臨床意義，而肝內(nèi)脂肪含量是其重要的檢測指標(biāo)。目前臨床上將肝活檢作為評估肝臟脂肪變性程度的金標(biāo)準(zhǔn)，但其存在有創(chuàng)傷、取樣少等問題，臨床迫切需要有效的無創(chuàng)性脂肪肝定量檢測手段。常規(guī)CT、MRI可用于檢測脂肪肝，但定量的準(zhǔn)確性及對輕度脂肪肝的檢測敏感度均有待提高。本研究利用大白兔脂肪肝模型評價雙源CT、MRI同反相位及最小二程估算法迭代水脂分離(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and the least squares estimation quantification sequence，IDEAL-IQ)序列對肝內(nèi)脂肪含量檢測的準(zhǔn)確性，為NAFLD的臨床診斷、治療及療效評估奠定基礎(chǔ)。

圖1 使用手術(shù)刀及組織剪取下的完整兔子肝臟。a) 正常肝臟，顏色鮮紅，質(zhì)地柔軟，邊緣銳利； b) 輕度脂肪肝，呈紅黃色，質(zhì)地柔軟，邊緣稍頓； c) 中度脂肪肝，呈奶油色，體積稍大，邊緣變鈍； d) 重度脂肪肝，呈黃白色，體積增大，質(zhì)地變脆，邊緣變鈍較明顯。

材料與方法

1.實驗對象

選取50只雄性新西蘭家兔，體重2000～3000 g，平均2600 g，兔齡3個月。將家兔隨機分成A、B兩組，A組42只，建立非酒精性脂肪肝動物模型，采用髙脂飼料喂養(yǎng)16周，每周選取2只進行試驗；B組8只為對照組，采用普通飼料喂養(yǎng)16周，每兩周選取1只進行實驗。

2.檢查方法

CT檢查方法:將2 mL鹽酸阿托品及2 mL地西泮先后在家兔的后肢進行肌肉注射，兔麻醉后，固定腹部，仰臥固定于自制木板上，頭先進，定位于劍突下。采用雙源雙能量128層 CT機( Siemens Somatom Definition Flash)行CT掃描，雙能模式掃描，2個球管的管電壓分別為80和140 kVp，管電流采用Care dose 4D技術(shù)；探測器準(zhǔn)直64×0.6 mm，機架旋轉(zhuǎn)時間500 ms，螺距 0.6，常規(guī)重建層厚、層間距均為1 mm。

MRI檢查方法：家兔的麻醉及定位方法同CT掃描。MRI掃描采用GE 3.0T超導(dǎo)MR掃描儀(Discovery MR 750)，接收線圈為膝部線圈。采用橫軸面掃描，掃描序列及參數(shù)：①脂肪抑制T2WI，TR 3000 ms，TE 85 ms，聚焦角142°，層厚4 mm，層間距0.4 mm，視野200 mm×200 mm，矩陣256×256，平均次數(shù)4；②3D雙回波T1WI同反相位，TR 5.6 ms，TE 1.3 ms、2.4 ms，偏轉(zhuǎn)角12°，層厚4 mm，層間距0，視野200 mm×200 mm，矩陣256×256，平均次數(shù)1；③IDEAL IQ，TR 6.7 ms，采用3回波技術(shù)，最小TE 1.3 ms，最大TE 4.6 ms，偏轉(zhuǎn)角3°，層厚4 mm，層間距0，視野200 mm×200 mm，矩陣192×192，采集次數(shù)1。

3.數(shù)據(jù)測量及分析

雙源CT掃描完成后，將數(shù)據(jù)傳輸至MMWP工作站，利用后處理軟件(Monoenergetic)進行圖像后處理，記錄60～140 keV能量段每20 keV所對應(yīng)的5個能級虛擬單能譜圖像，在各單能圖像上測量感興趣區(qū)(region of interest，ROI)對應(yīng)的CT值。在肝臟區(qū)域取5個相對固定的ROI，右葉3個，左葉2個，避開明顯的肝內(nèi)血管及膽管區(qū)域，ROI面積為3～5 mm2。

MRI掃描完成后，在T2WI圖像上選取ROI，方法同CT，并將T2WI圖像上的ROI復(fù)制至同一層面的同反相位圖及IDEAL-IQ序列質(zhì)子密度脂肪分數(shù)圖上，以盡量保證同一只兔子同反相位序列及IDEAL-IQ序列的ROI位置一致。MRI圖像上測量的數(shù)據(jù)包括同反相位序列的肝臟脂肪分數(shù)(hepatic fat fraction，HFF)和IDEAL-IQ序列的質(zhì)子密度脂肪分量(proton density fat fraction，PDFF)，HFF的計算公式為HFF=(SIP-SOP)/2SIP，其中SIP為同相位肝信號，SOP為反相位肝信號。

掃描完成后使用手術(shù)刀及組織剪完整取下兔子的肝臟(圖1)，在肝左右葉各取一條長度為0.5～1.0 cm的組織，并由病理科醫(yī)生對肝臟組織進行脫水、石蠟包埋后切片，切片厚度為5 μm，并對切片進行HE染色(圖2)。使用光學(xué)顯微鏡觀察肝臟脂肪變細胞百分比，剩余肝組織送至廣西分析測試研究中心，經(jīng)酸水解法，獲得新鮮肝臟的脂肪含量。酸水解法的基本原理為用鹽酸將肝臟溶解，并用乙醚提取，去除溶劑后即得其中的脂肪含量[3]。

圖2 兔子肝臟經(jīng)HE染色后得到的鏡下病理圖像。a) 正常肝臟，僅見幾個脂滴； b) 輕度脂肪肝，脂滴數(shù)目有所增加； c) 中度脂肪肝，脂滴明顯增多； d) 重度脂肪肝，視野內(nèi)布滿大小不等的脂滴。

組別60keV80keV100keV120keV140keV對照組61.47±4.7256.59±4.9354.01±5.3552.88±5.4751.96±5.99輕度脂肪肝57.09±8.8653.36±8.1851.68±7.9450.88±7.8150.43±7.76中度脂肪肝36.34±12.2134.68±10.9133.86±10.1133.45±9.8633.27±9.65重度脂肪肝11.69±0.7411.70±5.0311.06±5.718.22±0.617.13±0.66

4.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

1.實驗動物脂肪肝模型的病理結(jié)果

本實驗A組建立非酒精性脂肪肝動物模型的家兔共42只，8只因腹瀉、感染等原因死亡，實驗結(jié)束尚有2只存活(未對其進行解剖)，總成模率81.0%，死亡率19.0%。

實驗組每周選取2只進行實驗，經(jīng)16周后共32只經(jīng)解剖病理鑒定后均為脂肪肝(圖1、2)，其中輕度脂肪肝6只，平均肝臟脂肪含量為(7.97±2.24)%；中度脂肪肝23只，平均肝臟脂肪含量為(14.14±3.04) %；重度脂肪肝3只，平均肝臟脂肪含量為(25.80±0.30)%。對照組8只家兔均順利完成實驗過程，均為正常肝臟，平均肝臟脂肪含量為(2.89±0.38)%。

2.CT、MRI檢查結(jié)果

實驗組輕、中、重度脂肪肝及對照組正常肝臟在各單能圖像上的CT值見表1。單因素方差分析結(jié)果顯示雙源CT 60 keV、80 keV、100 keV、120 keV及140 keV的CT值組間比較的F值分別為28.73、27.53、26.97、23.87和22.97，雙源CT各單能圖像CT值的組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均為0)。后經(jīng)LSD法兩兩比較，雙源CT各單能圖像上正常肝臟與輕度脂肪肝的CT值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，余不同程度脂肪肝的CT值比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

實驗組輕、中、重度脂肪肝及對照組正常肝臟在MRI IDEAL-IQ序列測得的PDFF、同反相位序列測得的HFF結(jié)果見表2。PDFF及HFF組間比較的F值分別為39.55和28.10， PDFF及HFF的組間比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均為0)。后經(jīng)LSD法兩兩比較，正常肝臟及不同程度脂肪肝的PDFF、HFF差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

圖3 80keV下的CT值與肝臟脂肪含量的相關(guān)性散點圖。從散點圖可以看出，80keV下的CT值隨著肝臟脂肪含量的升高而呈直線下降趨勢，r=-0.870，直線回歸方程為y=65.48-2.14x。 圖4 PDFF與肝臟脂肪含量之間的相關(guān)性散點圖。從散點圖可以看出，PDFF隨著肝臟脂肪含量的升高而呈直線上升趨勢，r=0.936，直線回歸方程為y=-0.94+0.80x。

表2 實驗組及對照組的PDFF、 HFF值測量結(jié)果

3.CT、MRI各指標(biāo)與病理結(jié)果的相關(guān)性分析

雙源CT各單能圖像的肝臟CT值與經(jīng)酸水解法獲得的新鮮肝臟的脂肪含量均呈高度負相關(guān)(表3)。

表3 不同單能圖像肝臟CT值與肝臟脂肪含量的相關(guān)性分析

以相關(guān)性最好的80 keV下的CT值與肝臟脂肪含量擬合直線回歸方程，方程為y=65.48-2.14x(y代表80 keV下的CT值，x代表肝臟脂肪含量，圖3)。

IDEAL-IQ序列測得的PDFF及同反相位序列測得的HFF與肝臟脂肪含量均呈高度正相關(guān)(表4)。

表4 肝臟PDFF、HFF與肝臟脂肪含量的相關(guān)性分析結(jié)果

以PDFF與肝臟脂肪含量擬合直線回歸方程，方程為y=-0.94+0.80x(y代表PDFF值，x代表肝臟脂肪含量，圖4)。

討 論

如今人們早已清楚認識到了脂肪肝的危害，早期的診斷和治療越來越受到重視。影像學(xué)上非侵入性定量脂肪肝的檢查在臨床中越來越普遍，這些檢查方法包括超聲、CT和MRI。

超聲有快速、經(jīng)濟、無輻射的優(yōu)點，但超聲檢查對脂肪肝缺乏量化標(biāo)準(zhǔn)[4]，且存在著操作依賴性強、客觀性差等不足。Lee等[5]對598例志愿者進行了脂肪肝的超聲定量研究，結(jié)果顯示超聲的陽性預(yù)測值僅為34.5%。CT相對比較成熟，有很多研究表明CT值與肝內(nèi)脂肪含量呈負相關(guān)，可根據(jù)CT值的降低程度來定量肝臟的脂肪含量[6-8]。雙源CT具有2套獨立的X線管、探測器系統(tǒng)，可以在1次掃描中產(chǎn)生不同能譜的射線，掃描完成后利用雙能單能譜成像技術(shù)后處理軟件，能夠獲得40～140 kev 的單能量圖像[9]，不同組織或器官都可在某一單能量下得到最好的觀察,即最佳keV值。單能量圖像可以解決CT值漂移的問題，得到的CT值更加準(zhǔn)確。MRI目前被認為是診斷NAFLD較理想的手段，同反相位及IDEAL-IQ序列均可進行水質(zhì)分離，且IDEAL-IQ序列由于其非對稱性回波采集方式，能夠做到對0%～100%的肝脂肪變性進行測量[10]。Werven等[11]通過MRI同反相位序列對健康志愿者及不同程度脂肪肝患者進行了肝臟脂肪含量的測量，測得的脂肪含量與病理結(jié)果的相關(guān)性系數(shù)為0.85，診斷敏感度及特異度分別為90%、91%。Hur等[12]對16只兔子采用IDEAL-IQ序列進行脂肪的定量測量，結(jié)果顯示PDFF與病理結(jié)果之間的一致性為0.834，敏感度和特異度分別為91.2%、100%。由上述可知各種影像學(xué)檢查方法各有其優(yōu)勢，但在同一實驗條件下何種檢查對脂肪肝的診斷更為可靠尚需進一步驗證。本研究通過建立非酒精性脂肪肝模型，在同一實驗條件下將雙能量CT及MRI同反相位序列、IDEAL-IQ序列測得的脂肪含量與病理結(jié)果進行對照，以期獲得評估脂肪肝嚴重程度的最準(zhǔn)確的檢查方法。

本研究結(jié)果顯示雙源CT中80 keV的CT值與肝臟脂肪含量的相關(guān)性最好(r=-0.870)，由于與常規(guī) CT 圖像相比，雙源CT的單能量圖像有噪聲比、信噪比高的優(yōu)勢[13]，在60～80 kV能量段的對比噪聲比信號最高而圖像噪聲較低，在這個能量段下的CT值與常規(guī)掃描的CT值最為接近。因此，雙源CT掃描80 keV下的CT值對脂肪肝患者的定量診斷效果最佳，但80 keV下的CT值在正常肝臟與輕度脂肪肝中差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，因此無法區(qū)分正常肝臟與輕度脂肪肝。

本研究結(jié)果顯示MRI IDEAL-IQ序列測得的PDFF及同反相位序列測得的HFF均能夠?qū)φ８闻K及輕、中、重度脂肪肝進行區(qū)分，在正常肝臟與輕度脂肪肝的區(qū)分上效果優(yōu)于雙能量CT，且經(jīng)Spearman相關(guān)分析可知PDFF與病理的相關(guān)性(r=0.936)要高于HFF(r=0.853)，表明IDEAL-IQ序列可以更好地反映肝脂肪變性的存在及其嚴重程度。目前已有一些學(xué)者將IDEAL-IQ技術(shù)用于脂肪肝的定量研究上。國內(nèi)學(xué)者焦志云等[14]在3.0T MRI上運用IDEAL-IQ序列測量肝臟脂肪分量，并與血清甘油三酯(triglycerides，TG)、總膽固醇(total cholesterol，TC)含量進行相關(guān)性研究，結(jié)果顯示脂肪肝組的脂肪分量值與血清TG、TC值呈顯著正相關(guān)(r=0.836、0.852，P<0.05)。國外學(xué)者Idilman等[15]在1.5T MRI上測量70例患者的PDFF值并與病理進行了相關(guān)性分析，結(jié)果顯示其相關(guān)性系數(shù)r=0.82。本研究IDEAL-IQ序列與病理結(jié)果的相關(guān)性系數(shù)較之前研究有所增高(r=0.936)，考慮可能由于之前的研究診斷脂肪肝采用的病理標(biāo)準(zhǔn)多為鏡下觀察肝臟中脂肪變性細胞的百分比，鏡下標(biāo)準(zhǔn)受限于病理醫(yī)師的工作經(jīng)驗，不同醫(yī)師對病理切片的觀察可能會有所偏差，且單個脂肪肝病理切片僅反應(yīng)肝臟的局部情況，并非整體。本研究采用的是脂肪重量與整體肝重的百分比，由于IDEAL-IQ序列檢測的是TG與水質(zhì)子的比例，其PDFF應(yīng)更接近于脂肪與肝臟的重量比，因此本研究的病理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更為真實可靠。但是本研究結(jié)果也同時顯示無論是對照組的正常肝臟(2.89% vs 2.08%)還是實驗組的輕度(7.97% vs 5.07%)、中度(14.14% vs 10.01%)及重度(25.80% vs 20.53%)脂肪肝的PDFF值均較真實值有所下降，考慮與本實驗采用的酸水解法有關(guān)，因磷脂在酸水解條件下分解為脂肪酸和堿，所以實際的病理測量值可能稍偏高；PDFF監(jiān)測脂肪變性更為穩(wěn)定，可以用來無創(chuàng)性地了解NAFLD的發(fā)展過程和監(jiān)測治療效果。

本研究發(fā)現(xiàn)中重度脂肪肝的PDFF與病理結(jié)果出現(xiàn)離散程度變大的情況，對此，筆者考慮與肝纖維化可能會影響MRI評估肝脂肪變性的準(zhǔn)確性有關(guān)。筆者解剖家兔時發(fā)現(xiàn)，越到實驗的后期，兔肝臟的硬化程度越明顯，而肝纖維化的存在可能削弱了PDFF與肝臟脂肪含量的相關(guān)性。Idilman等[15]的研究發(fā)現(xiàn)有無纖維化可對PDFF與肝臟脂肪含量的相關(guān)性造成影響，肝臟有纖維化時相關(guān)性系數(shù)為0.60，而沒有纖維化時相關(guān)性系數(shù)為0.86，但有無肝纖維化使PDFF與病理結(jié)果之間的相關(guān)性出現(xiàn)差異的原因暫不明確。但無論如何，IDEAL-IQ序列由于其對水脂分離的精確性較高，可以客觀評價肝脂肪變性的存在及其嚴重程度，是MRI診斷脂肪肝的一個優(yōu)質(zhì)序列。

本研究尚存在以下不足：①本研究成功建立不同程度脂肪肝動物模型，但重度脂肪肝模型樣本量相對較少，建模方法仍需進一步改進；②本研究的樣本量較少，數(shù)據(jù)分析及結(jié)論較為簡單；③在雙源CT掃描上，由于考慮到降低受檢者的輻射劑量這一因素，本研究未進行增強掃描，因此未采用物質(zhì)分離技術(shù)[16]；④由于受到家兔呼吸偽影的影響， IDEAL-IQ序列及正反相位序列圖像均產(chǎn)生了不同程度的偽影，需考慮有自主呼吸的影響，應(yīng)用于臨床時可采用呼吸門控及心電門控技術(shù)加以糾正。

綜上所述，通過研究家兔脂肪肝的動物模型可得出以下結(jié)論：①高脂喂養(yǎng)誘導(dǎo)兔非酒精性脂肪肝模型方法可行，對臨床有一定的指導(dǎo)作用；②雙源CT掃描中80 keV管電壓下測得的CT值與肝臟脂肪含量相關(guān)性最高；③MRI檢查中同反相位及IDEAL-IQ序列均可對脂肪肝進行定量分析，且IDEAL-IQ序列與肝臟脂肪含量的相關(guān)性更高。

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Liver fat quantitative measurement on rabbit NAFLD model using dual-energy CT and 3.0T MRI

CAO Di，YANG Zhen-han，LI Tao，et al.

Beijing Friendship Hospital,Capital Medical University，Beijing 100050，China

Objective:To investigate the accuracy of dual-energy CT and MRI in the quantitative diagnosis in fatty liver.Methods:50 adult male New Zealand white rabbits were randomly divided into 2 groups:group A (n=42) and group B (n=8).In group A,rabbits were fed with high-fat diet;whereas in group B,rabbits were fed with regular diet,both for 16 weeks.Dual-energy CT scan,MRI three-dimensional in phase and out of phase and IDEAL-IQ were performed at different times after feeding.CT value on different monochromatic energy image of DECT,hepatic fat fraction (HFF) on in phase and out of phase of MRI and proton density fat fraction (PDFF) on IDEAL-IQ of MRI were all measured.After CT and MRI scan,liver pathologic samples were obtained and liver fat content was obtained by using acid-catalyzed hydrolysis method.Spearman correlative analysis was used in the evaluation of correlations among each parameter and pathology results.Results:There was statistical significant difference in CT values,PDFF and HFF among different liver fat content pathological grades (P<0.05) in control group.Spearman correlation analysis showed a negative correlation between CT values and pathological results,and a positive correlation between PDFF,HFF and pathological results (P<0.05).CT value on 80keV had the best correlation with pathological results in CT examination,the correlation coefficient was -0.870.PDFF had the best correlation with pathological results in MRI examination,the correlation coefficient was 0.936,higher than HFF (r=0.853).Conclusion:Correlation between PDFF of IDEAL-IQ sequence and pathological results was stronger than that between dual-echo sequence and dual-energy CT.

Fatty liver; Hepatic fat content; Tomography，X-ray computed; Magnetic resonance imaging

100050 北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院放射科(曹迪、楊正漢、楊大為)；530021 廣西醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科(李濤、許霄、龍莉玲)

曹迪(1988-)，男，北京人，碩士，住院醫(yī)師，主要從事腹部系統(tǒng)影像學(xué)診斷工作。

龍莉玲，E-mail：cjr.longliling@vip.163.com

R575.5; R814.42; R445.2

A

1000-0313(2017)05-0441-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.003

2017-03-17

2017-04-13)