研究目的一、通过建立兔肝VX2瘤模型,研究不同管电压、管电流及新型迭代重建算法对肝脏CT灌注成像(CTPI)辐射剂量、图像质量及灌注参数的影响,以评价低辐射条件下进行肝脏CTPI的可行性及准确性；并评价兔肝VX2瘤CTPI参数与微血管密度(MVD)的相关性。二、探讨不同b值大小、范围、数目对磁共振体素内不相干运动成像(IVIM DW-MRI)定量参数的影响；评价IVIM DW-MRI定量参数与CTPI参数、MVD的相关性。研究方法通过开腹直视下穿刺注射VX2瘤组织混悬液(由南方医科大学南方医院超声科馈赠)的方法,成功制作新西兰大白兔肝VX2瘤模型共25例。采用256层螺旋CT每只动物模型完成三次不同扫描条件(方案A：管电压80kV、管电流40mAs；方案B：管电压80kV、管电流80mAs；方案C：管电压100kV、80mAs)的肝脏CTPI扫描,其他扫描条件不变。所有肝脏CTPI的原始数据分别采用传统滤波反投影法(FBP)和迭代重建算法(iDose4 Level 3)重建,采用Functional CT软件包,在兔肝VX2瘤灶内连续三个最大层面及其同层正常肝实质以测量平均CT值、图像噪声并计算图像信噪比(SNR)、对比度噪声比(CNR),测量肝动脉灌注量(HAP)、门静脉灌注量(HPP)、总灌注量(TP)、肝动脉灌注分数(HPI)、血流量(BF)、峰值强化程度(PEI)、峰值强化时间(TIP)及血容量(BV)。记录每次CTPI的剂量长度乘积(DLP)并计算有效辐射剂量。采用重复测量数据的LMMs分析对三个CTPI方案之间的辐射剂量、客观图像质量及灌注参数进行差异性分析；两两比较采用LSD法。采用配对t检验比较iDose4 Level3与FBP重建CTPI的客观图像质量及灌注参数之间的差异。采用Pearson相关性分析对肝脏CTPI各灌注参数与MVD进行相关性分析。采用1.5T磁共振及专用兔子线圈行常规T1WI、T2WI成像和IVIM DW-MRI成像；b值选择的0,10,20,30,40,50,75,100,150,300,500及800 s/mm2(方案A)；或0,10,20,30,40,50,75,100,150,300,500,800,1000及1200 s/mmm2(方案B)或0,20,40,75,100,150,300及800 s/mm2(方案C)。所有IVIM DW-MRI数据采用自带软件(PRIDE DWI Tool, Version 1.5)和Image J软件在兔肝VX2瘤连续最大三个层面分别测量常规ADC值及IVIM参数D值、f值和D*值。采用重复测量数据的LMMs分析对三个不同b值方案的IVIM参数D值、f值、D*值及ADC值进行差异性分析。采用Pearson相关性分析检验兔肝VX2瘤IVIM参数D值、f值、D*值及ADC值分别与CTPI灌注参数、MVD的相关性。实验动物给予过量20%乌拉坦静脉注射予以安乐死,并立即解剖获取兔肝VX2瘤。分别行常规HE染色及CD34免疫组织化学染色,并计数400倍视野下MVD。研究结果一、大体标本与病理组织学结果本实验VX2瘤灶位于兔肝左叶18例,位于肝左叶7例,均为单发瘤灶。肉眼观兔肝VX2瘤为灰白色鱼肉状,瘤灶内未见液性坏死,呈类圆形或椭圆形膨胀性改变,无包膜,与暗红色正常肝组织分界较清。HE染色见肿瘤细胞弥漫聚集、紊乱排列,与正常肝实质分界较明显。CD34染色示血管内皮细胞呈棕黄色或棕褐色；VX2瘤细胞核呈深蓝色；平均MVD约9.07±2.41(6～15)个。二、CT灌注成像结果本实验方案A完成CTPI23例；方案B完成24例,其中2例由于重度移动伪影,剔除实验组；方案C完成23例。1、辐射剂量方案C的辐射剂量最高(DLP:2382.81±1.59 mGy*cm; ED:35.74±0.02 mSv),其次为方案B (DLP:1273.86±1.15mGy*cm; ED:19.11±0.18 mSv),方案A的辐射剂量最低(DLP:632.81±1.07mGy*cm; ED:9.49±0.16mSv).经LMMs,三种CTPI方案的辐射剂量之间差异具有显著性统计学意义(DLP:F=9244245, P=0.000; ED:F=8660468, P=0.0000),采用LSD法两两之间差异亦具有显著性统计学意义(P=0.000)。2、客观图像质量2.1肝VX2瘤灶的平均CT值经LMMs,无论采用iDose4 Level3或FBP重建,三种CTPI方案肝VX2瘤灶的平均CT值之间差异均具有显著性统计学意义(F=11.184,P=0.000；F=14.651,P=0.000),其中方案C的平均CT值均显著低于方案A和B,其差异具有显著性统计学意义(P<0.05)；方案B VX2瘤灶的平均CT值低于方案A,但其差异不具有显著统计学意义(P>0.05)。经配对t检验,三种CTPI方案采用FBP重建的兔肝VX2瘤平均CT均显著高于iDose4 Level3重建,其差异均具有显著性统计学意义(方案A：F=8.468,P=0.000；方案B：F=9.182,P=0.000；方案C：F=13.264,P=0.000)。2.2肝VX2瘤灶的图像噪声经LMMs,无论采用iDose4 Level3或FBP重建,三种CTPI方案肝VX2瘤灶的图像噪声之间差异均具有显著性统计学意义(F=38 ,P=0.001；F=84,P=0.000),其中方案C的图像噪声均显著低于方案A和B,其差异具有显著性统计学意义(P<0.05)；而方案A的图像噪声略高于方案B的图像噪声,但二者之间差异无显著统计学意义(P>0.05)。经配对t检验,方案A和B采用FBP重建肝VX2瘤灶的图像噪声显著高于idose4 Level3重建,其差异均具有显著性统计学意义(方案A：F=2.715,P=0.013；方案B：F=3.813,P=0.001)；而方案C采用FBP重建肝VX2瘤的图像噪声略高于idose4 Level3重建,但二者之间差异均不具有显著性统计学意义(F=0.626,P=0.538)。2.3肝VX2瘤灶的图像信噪比经LMMs,无论采用iDose4 Level3或FBP重建,三种CTPI方案肝VX2瘤灶的SNR之间差异均不具有显著性统计学意义(F=0.43 ,P=0.636；F=1.43 ,P=0.272)。经配对t检验,三种CTPI方案采用iDose4 Level3重建肝VX2瘤灶的SNR均显著高于FBP重建,仅方案B两种算法SNR之间差异具有显著性统计学意义(方案B：F=2.525,P=0.020),而方案A和C两种重建算法之间不具有显著性统计学差异(方案A：F=1.537,P=0.140；方案C：F=0.634,P=0.533)。2.4肝VX2瘤灶的图像对比度噪声比经LMMs,无论采用iDose4 Level3或FBP重建,三种CTPI方案肝VX2瘤灶的CNR之间差异均不具有显著性统计学意义(F=80.6,P=0.426；F=0.Z,P=0.495)。经Wilcoxon配对检验,三种CTPI方案采用iDose4 Level3重建肝VX2瘤灶CNR比均略高于FBP重建,但均不具有显著性统计学差异(方案A：Z=1.651,P=0.099；方案B：Z=0.643,P=0.520；方案C：Z=1.269,P=0.205)。2.5正常肝实质的平均CT值经LMMs,无论采用iDose4 Level3或FBP重建,三种CTPI方案正常肝实质的平均CT值之间差异均具有显著性统计学意义(F=18 ,P=0.000；F=13,P=0.000),其中方案C的平均CT值均显著低于方案A和B,其差异具有显著性统计学意义(P<0.05)；而方案A与方案B的平均CT值之间差异无显著统计学意义(P>0.05)。经配对t检验,三种CTPI方案采用FBP重建正常肝实质的平均CT均显著高于iDose4 Level3重建,其差异均具有显著性统计学意义(方案A：F=5.022,P=0.000；方案B：F=3.833,P=0.001；方案C：F=3.965,P=0.001)。2.6正常肝实质的图像噪声经LMMs,无论采用iDose4 Level3或FBP重建,三种CTPI方案获得的兔正常肝实质的图像噪声之间差异均具有显著性统计学意义(F=181,P=0.000；F=78 ,P=0.000),其中方案C的图像噪声均显著低于方案A和B,其差异具有显著性统计学意义(P<0.05)；而方案A的图像噪声高于方案B的图像噪声,二者之间差异无显著统计学意义(P>0.05)。经配对t检验,三种CTPI方案采用FBP重建正常肝实质的图像噪声显著高于iDose4 Level3重建,差异均具有显著性统计学意义(方案A：F=6.776,P=0.000；方案B：F=2.875,P=0.009；方案C：F=2.635,P=0.016)。2.7正常肝实质的图像信噪比经LMMs,无论采用iDose4 Level3或FBP重建,三种CTPI方案正常肝实质的SNR之间差异均具有显著性统计学意义(F=1556,P=0.010；F=86 ,P=0.003),其中方案C的SNR均高于方案B,采用iDose4重建时二者之间差异具有显著统计学意义(P=0.033),采用FBP重建时二者之间差异均无显著统计学意义(P>0.05)；方案C的SNR均显著高于方案A,其差异具有显著性统计学意义(P<0.05)；方案B的SNR均高于方案A,但二者之间差异具有显著统计学意义(P>0.05)。经配对t检验,三种CTPI方案采用FBP重建正常肝实质的SNR显著低于iDose4 Level3重建,其差异均具有显著性统计学意义(方案A：F=4.596,P=0.000；方案B：F=2.373,P=0.028；方案C：F=3.678,P=0.001)。2.8正常肝实质的图像对比度噪声比经LMMs,无论采用iDose4 Level3或FBP重建,三种CTPI方案正常肝实质的CNR之间差异均具有显著性统计学(F=39,P=0.027；F=25 9,P=0.009)；经LSD法两两比较,方案B的CNR均高于方案A、C,其差异具有显著统计学意义(iDose4:P=0.019, P=0.020; FBP:P=0.005, P=0.012);方案A与C的CNR之间差异均无显著统计学意义(P>0.05)。经Wilcoxon配对检验,三种CTPI方案采用FBP重建正常肝实质的CNR显著低于iDose4 Level3重建,其差异均具有显著性统计学意义(方案A：Z=3.806,P=0.000；方案B：Z=1.894,P=0.048；方案C：Z=2.416,P=0.016)。3、CT灌注成像参数3.1肝VX2瘤灶的灌注参数经LMMs,采用iDose4 Level3重建,三种CTPI方案之肝VX2瘤灶的HAP、HPP、TP、HPI、BF、PEI、TTP及BV之间差异均不具有显著性统计学意义(P>0.05)；采用FBP重建,三种CTPI方案之肝VX2瘤灶的HAi、HPP、TP、 HPI、BF、PEI、TTP及BV之间差异亦均不具有显著性统计学意义(P>0.05)；采用iDose4 Level3重建时,三种CTPI方案的PEI之间不具有显著统计学差异,但采用FBP重建时具有显著统计学差异,经LSD法两两比较方案C的PEI显著低于方案A、B(P<0.05),方案A、B之间无显著差异(P>0.05)。经配对t检验,三种CTPI方案,分别采用iDose4 Level3与FBP重建之肝VX2瘤灶的HAP、HPP、TP、HPI、BF、PEI、TTP及BV之间均不具有显著性统计学差异(P>0.05)。3.2正常肝实质的灌注参数经LMMs,采用iDose4 Level3重建,三种CTPI方案之正常肝实质的HAP、 HPP、TP、HPI、BF、TTP及BV均不具有显著性统计学差异(.P>0.05)；三种CTPI方案的PEI之间具有显著性统计学差异(F=38.795,P=0.000),其中方案C的PEI显著低于方案A和B(P<0.05),但方案A和B之间均无显著统计学差异(.P>0.05)。经LMMs,采用FBP重建,三种CTPI方案之正常肝实质的HAP、HPP、 TP、HPI、BF、TTP及BV亦均不具有显著性统计学差异(P>0.05)；三种CTPI方案的PEI之间具有显著性统计学差异(F=41.344,P=0.000),其中方案C的PEI亦显著低于方案A和B(P<0.05),但方案A和B之间均无显著统计学差异(P>0.05)。经配对t检验,三种CTPI方案,分别采用iDose4 Level3与FBP重建正常肝实质的HAP、HPP、TP、HPI、BF、PEI、TTP及BV之间均不具有显著性统计学差异。4、肝VX2瘤CTPI参数与MVD之间的关系经Pearson相关分析,无论重建方法如何,无论CTPI方案如何,总体上兔肝VX2瘤的MVD与HAP、TP及BF相关性最好,尤其是HAP,并呈正的直线关系；兔肝VX2瘤的MVD与HPI、PEI、TTP及BV总体上不具有相关性或具有一般的或较差的相关性。三、肝VX2瘤IVIM DW-MRI结果本实验共16例兔肝VX2瘤模型完成IVIM DW-MRI.1、常规MRI检查所有16例兔肝VX2瘤均为单发,位于肝左叶10例、肝右叶6例；肝VX2瘤在常规TIWI上表现为低信号,边界清；T2WI及T2WI脂肪抑制序列呈稍高信号,边界较清。在T2WI上测量,16例肝VX2瘤最大直径平均约17.02±7.55 mm。2、IVIM DW-MRI信号改变及信号衰减曲线所有16例肝VX2瘤在IVIM DW-MRI上表现为扩散受限、呈高信号；无论b值个数如何,随b值增大,病灶信号均逐渐增高,但图像噪声亦逐渐增大,信噪比下降。3个不同b值方案的肝VX2瘤信号衰减曲线相同,均呈非线性衰减过程,尤其在b值<200 s/mm2时；而在b值>200 s/mm2基本呈线性衰减过程。3、IVIM DW-MRI总扫描时间IVM DW-MRI方案A的总扫描时间为263.0s；方案B为630.2 s；方案C为158.1 s。4、IVM DW-MRI定量参数及ADC值经LMMs,三个不同b值方案的IVIM DW-MRI定量参数D值、f值、D*值及ADC值均不具有显著性统计学差异(P>0.05)。方案B获得的IVM DW-MRI定量参数及ADC的绝对值均相对小于方案A和方案C,而方案A和方案C更为接近。5、肝VX2瘤IVIM DW-MRI定量参数及ADC值与CTPI参数之间的关系IVIM DW-MRI方案A的肝VX2瘤的定量参数D值、f值、D*值及ADC值,分别与采用iDose4 Level3重建或FBP重建的三种CTPI方案的灌注参数HAP、HPI、BF、BV之间进行Pearson相关分析,总体上可显示D值与HAP相关性最好、呈正的直线关系；D值与HPI、BF及BV相关性一般。f值与BV相关性最好、呈正的直线关系；f值与BF相关性一般,而与HAP及HPI不具有相关性。D*值与HAP、HPI、BF、BV之间均不具有相关性。ADC值与HPI不具有相关性；与HAP、BF、BV相关性一般。6、肝VX2瘤IVIM DW-MRI定量参数及ADC值与MVD之间的关系采用Pearson相关分析,IVIM DW-MRI方案A肝VX2瘤的定量参数D值与MVD呈中度相关性,呈正的直线关系(r=0.509,P=0.044)；f值、D*值及ADC与MVD之间均不具有相关性或相关性差(r=0.281,P=0.291；r=0.099, P=0.715；r=0.359,P=0.172).研究结论一、低辐射剂量条件下完成CTPI是可行的、准确的1、管电流对组织CT值的影响不明显,而管电压对组织CT值的影响明显,管电压升高则组织CT值降低,管电压降低则组织CT值升高。2、低管电压、低管电流(即低辐射剂量)条件下CTPI与高管电压、管电流(即高辐射剂量)条件的CTPI是相对的。3、迭代重建算法(iDose4)具有降低图像噪声、提高图像信噪比及对比度噪声比、改善图像质量的能力；同时不影响CTPI参数的评估,可用于进一步降低扫描条件、降低辐射剂量。4.CTPI参数可用于评价肿瘤新生血管的生长情况：(1)肝动脉灌注量、总灌注量及血流量与MVD具有高度相关性,而肝动脉灌注分数、血容量与MVD不具有相关性：(2)联合肝动脉灌注量、肝动脉灌注指数及血流量可作为反映肿瘤MVD、肿瘤新生血管动脉化的敏感指标；(3)血容量与肿瘤新生血管病理特征的关系复杂,尚需进一步研究。二、IVIM DW-MRI可在一定程度上反映组织的微循环灌注,并将其与单纯水分子扩散分离1、f值与CTPI参数血容量高度血管,可将f值用于反映组织的血容量。2、D*值与CTPI参数及MVD不具有相关性,尚不能认为D*值具有反映微循环灌注的作用,其具体作用及机制需要进一步深入研究。3、ADC值高于D值,二者与CTPI参数及MVD具有中度相关性,需要进一步研究分析其产生的机制及影响因素。4、b值大小、范围及数目对IVIM DW-MRI定量参数及ADC的影响不明显。5、b值越大,数目越多,扫描时间越长；推荐IVIM DW-MRI最多选择8个b值,最大b值在500 s/mm2左右。