CT灌注成像在肝脏肿瘤诊断中的应用

CT灌注成像在肝脏肿瘤诊断中的应用中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院影像诊断科(100021)王爽综述周纯武赵心明审校摘要CT灌注成像是利用CT的同层动态增强扫描了解组织及病变的血流灌注特点及血管特性，并可通过色阶赋值获得灌注图像，达到功能性诊断的目的。

肝脏由于其双重血供的特点，在灌注扫描及后处理的过程中均需采用特有的方法。

介绍了CT灌注成像的原理、肝脏灌注成像的方法以及肝脏与部分肝脏肿瘤的灌注特点。

关键词灌注成像；体层摄影术，X线计算机；肝脏肿瘤同层动态增强扫描早在70年代末期【l 就用于了解脏器及病变的血供情况，主要通过测量兴趣区(region of interest，ROI)在注射对比剂后不同时间的CT值，获得相应的时间密度曲线(time—densitycurve，TDC)，了解病变的强化特点，对疾病进行诊断。

随着CT扫描速度的提高及新型软件的开发，此技术的应用逐渐广泛且深入。

目前的灌注扫描就是在此基础上发展起来，增加了新的评价指标，并可通过色阶赋值形成灌注影像，从而更加全面、直观地了解脏器及病变的血流灌注特点及血管特性，反映组织生理功能的改变，从而达到功能性诊断的目的。

本文仅就其在肝脏肿瘤诊断中的应用进行综述。

一、CT灌注成像的原理灌注扫描的目的在于了解对比剂在脏器及肿瘤内的分布情况及肿瘤的血管特点。

其理论基础是核医学的放射性示踪剂稀释原理及中心容积定律(central volume principle)，原因是对比剂与放射性示踪剂在体内的药代动力学相似】。

灌注扫描获得组织器官及病变的TDC，依据不同的数学模型计算出血流量(blood flow，BF)、血容量(blod volume，BV)，对比剂的平均通过时间mean transit time，M1vr) 及表面通透性(permeability surface area product，PS)等。

它们的概念是：BF：单位时间内流经定量组织的血容量。

单位mL／(min。

100 g)。

MTT：血流从动脉流入到从静脉流出的时间。

单位s。

BV：局部区域的血流量，受血管的大小和毛细血管开放数量的影响。

单位mL／100 g。

根据中心容积定律，BV=BF×MTT。

PS：单位组织中(通常为100 g)对比剂经由毛细血管内皮进人细胞间隙的单向传输速率。

单位mL／(min·100 g)。

计算应用的数学模型主要包括非去卷积(non — deconvolution) 模型及去卷积(deconvolution)模型。

(一)非去卷积模型此类模型应用Fick原理，即组织器官中对比剂的蓄积速度等于动脉流人速度减静脉流出速度。

其数学表达式为：一t)： FCa(t)一FCv(t)U L其中F为血流量，Q(t)为组织器官的TDC，Ca(t)为动脉的TDC，Cv(t)为静脉的TDC。

非去卷积模型的优点在于简单，便于理解，但由于利用此模型的进一步计算常需进行各种与实际情况不完全相符的假设，而造成BF值偏低或偏高的情况。

(-)去卷积模型此模型是Cenic等⋯1999年提出的新的数学模型。

卷积的概念较复杂，数学表达式为：Q(t)=FCa(t)-kR(t)=Ca(t)★FR(t)其中★为卷积算子(convolution operator)，R(t)为推动剩余函数(impulse residue function，IRF)，是反映注射对比剂后组织器官中存留对比剂随时间变化的函数。

Q(t)、F及Ca(t)的含义同前一致。

此种方法的主要优点是不用对组织器官的血流动力学状态进行人为的假设，计算偏差小，但对噪声很敏感，目前已被广泛应用。

二、肝脏灌注研究方法(一)肝脏的血供特点及灌注研究模式肝脏的血供特殊，有肝动脉及门静脉两套供血系统。

正常肝实质70％的血供来源于门静脉。

肝脏的双重血供使其灌注计算较其它器官复杂。

理论上可通过介入方法进行选择性动脉插管获得单一肝动脉或门静脉供血的模式进行灌注扫描，但均为有创性。

Miles等 1兼顾无创性及肝脏的双重血供特性，假设脾的强化达峰值的时间为肝动脉期与门静脉期的分界，以该时间前的肝脏TDC计算肝动脉灌注量(hepatic artery perfusion，HAJP)[最大斜率／主动脉最高密度，单位mL／(min·mL)】，以该时间后的TDC计算门静脉灌注量(portal vein perfusion，PVP)(最大斜率／主动脉最高密度)，Tsushi—ma【7 称此方法为间接方法。

Blomley等隅也假设肝动脉期门静脉的灌注为零，HAP的计算方法与前相同，而PVP计算前需将肝脏TDC中的动脉部分去除。

用动脉期斜率比脾TDC最大斜率获得肝动脉与脾的灌注比，从而获得肝动脉的TDC，假设血液通过肝脏的时间与脾相仿，且动脉血到达肝脏及脾的时间一致，用肝脏TDC减去肝动脉TDC所获的曲线即反映肝实质在门静脉灌注下的密度改变。

而PVP=此曲线的最大斜率／门静脉干的最大密度。

Tsushima【7 1称此方法为直接方法。

其它评价肝脏灌注指标还有：肝动脉灌注指数(hepatic perfusion index，HPI)及门静脉灌注指数(portal perfusion index，PPI)，其中HPI=HAP／(HAP+PVP)，PPI=PVP／(HAP+PVP)。

Tsushima等口对比上述两种计算门静脉灌注的方法，认为两种算法都可反映门静脉的灌注情况，均可显示肝硬化及对照组的差别，但直接方法更符合生理状况，更可取。

Materne等提出“一室两进”模式(dual—inputone—compartmental mode1)(图1)，也为无创性肝脏灌注的定量研究。

其数学表达式为：dQ (t)／dt=knCa(t)+k1P (t)一l Q (t)其中，Ca(t)，Cp(t)及Q(t)分别代表主动脉、门静脉及肝脏的TDC，k 及分别代表主动脉及门静脉等的流人速率常数，为流出速率常数。

而C(t)=K×△HU(t)，其中K 为比例常数，血管及肝组织曲线的K值相等。

“一室两进”模式提出的灌注参数包括：肝动脉灌注分数[k ／( + )×100％】，对比剂分布容积[(klA+ )／×100％】以及m (1／ )。

Cuenod等[101提出了双灌注的去卷积模式，其数学表达式为：Q(t)=[aCa(t)+(1一a)Cp(t)】★R(t)其中，Q(t)、Ca(t)、★、R(t)的意义与前去卷积模式一致，而a=HPI。

大多数能行灌注扫描的CT扫描仪都配备各自的灌注软件，但一般仅针对单进单出的灌注模式。

GE LightSpeed多层螺旋CT最新版本的CT Perfusion3软件包增加了肝脏肿瘤灌注模式，而肝动脉分数(hepatic arterial fraction，HAF)和到达时间(time of arriva1)为此模式特有的灌注值。

定义分别是：HAF：肝动脉灌注占肝脏总的血液灌注的比值(0．0～1．0)。

相当于上文其它方法中的HPI。

到达时间：代表对比剂到达指定部位的时间，为强化开始的时间，即IRF不为零的最初时间(IRFT0)。

(-)肝脏灌注的扫描及成像方法扫描前禁食6～12 h，部分研究·n1要求病人平卧1 h 以减少门静脉的血流变化。

选取包括主动脉、门静脉主干、肝右叶、脾或目标病灶的层面进行同层动态扫描，具体扫描方法因不同研究的具体情况略有不同·n-151。

一般每层扫描时间1 S，间隔2～7 S，连扫20～40层(120 kV，100 mA，层厚10 mm)。

由于时间较长，多不要求病人持续屏气，可间断屏气或在扫描期间尽量保持浅慢呼吸。

对比剂40～50 mL肘前静脉注入，速率5～7 mL／s，部分研究在对比剂注入后又以相同速率注射30 mL生理盐水以推动对比剂在静脉内移动，一般采用非离子型对比剂。

“Toggling—table”技术n引，即多层同层电影扫描技术，是多层螺旋CT特有的，可同时实现多层扫描，增大了同层动态扫描的范围，有利于选择合适的层面设置ROI，使获得的灌注参数更准确。

GE公司的LightSpeed多层螺旋CT所设定的体部脏器灌注扫描模式即采用电影扫描技术，推荐的参数为管球旋转时间1 S，探测器结构4 mm x 5 mm，行10 mm层厚重组，采用高压注射器注射非离子型对比剂0．5 mL／kg 体质量或50 mL，3．5～4 mL／s，延迟5～10 S开始采集数据，共采集45 S，可产生180层5 mm及178层10 mm重组影像。

在主动脉、门静脉及肝实质选择尽量大的ROI进行CT值测量。

由：rf-]静脉的位置受呼吸影响较大，选择门静脉ROI时应尽量兼飘所有臻面。

选择肝实质ROI时应避免包含肝内的大血管及病灶和其周围的异常强化。

选择病变ROI时应避免包含坏死区、成形肿瘤血管及动静脉瘘。

三、肝脏及其肿瘤的灌注研究(一)正常肝脏的灌注表现文献报道的正常肝脏的各项灌注结果因计算方法不同差异较大，Miles等 1计算的正常肝脏的PVP值为0．34 mL／(min·mL)。

Blomley等陴获得的正常肝脏的灌注平均值分别为HAP：0．19 mL／(min·mL)，PVP：0．93 mL／(min·mL)。

而Tsushima等n 采用Blomley【8 的方法，PVP为(1．11±0．23)mL／(min·mL)。

Materne等采用“一室两进”模式计算的正常肝脏的HAP为(0．184±0．129)mL／(rain·mL)，PVP为(0．899+0．311)mL／(rain·mL)(其中一组结果，组间无显著差异，P>0．1)。

(二)肝硬化肝脏的灌注表现肝硬化引起肝脏血供抵抗增加，门静脉灌注减少。

动脉代偿性生长会引起动脉灌注增加，但常不能阻止肝脏总灌注量的下降⋯。

Miles等 1的研究结果显示，肝硬化肝脏的PVP较正常肝脏可下降50％。

Tsushima等[121得出PVP在肝硬化组【(0．66±0．21)mL／(min·mL)】较对照组明显降低(P<0．000 1)，且与凝血酶原比明显相关(r=0．662，P=0．003 8)，而两者的HAP无统计学差别。

Van Beers等n¨采用“一室两进”模式研究发现肝硬化组的肝脏灌注量明显降低【(67±23)mL／(min·100 mL)，正常肝(108±34)mL／(min·100 mL)，P：0．009，非肝硬化慢性肝病组(98±36)mL／(min·100 mL)，P：0．O03)】。