基于X射线相位衬度CT的肝纤维化显微影像学研究

Early detection and objective evaluation of hepatic fibrosis, which can assist in the investigation of fibrosis progression, is a crucial factor in the treatment of chronic liver disease. X-ray phase-contrast imaging (PCI) is a new emerging imaging technique which provides high contrast and high resolution of biological soft tissues compared to conventional radiography. Combined with the computed tomography (CT) technique, PCI-CT can acquire the high-resolution CT images and three-dimensional (3D) volumetric images on the micrometer scale, and be used for investigating micro-structures of biomedical samples. In this subject, by combining the imaging characteristics of biological soft tissues, the key technologies of PCI-CT are studied for the analysis of hepatic fibrosis. Imaging of hepatic fibrosis in rat and human tissues is performed using PCI-CT. As a micro-imaging technique, PCI-CT is used to differentiate different stages of hepatic fibrosis, and observe the development of hepatic fibrosis. Moreover, PCI-CT is used to detect and validate the therapeutic effects for preventing or reversing liver fibrosis. Additionally, by combining PCI-CT with the 3D visualization technique, the micro-imaging evaluation system of hepatic fibrosis is established, and the development of hepatic fibrosis is qualitatively and quantitatively assessed by use of the corresponding evaluation system. The subject aims to provide a reliable, sensitive and noninvasive diagnosis tool for early detection and objective evaluation of hepatic fibrosis, and better assist clinical diagnosis for hepatic fibrosis.

慢性肝病治疗的关键是早期诊断肝纤维化及对肝纤维化程度作出准确判断。X射线相位衬度成像技术是一种能够获得生物软组织高衬度和高空间分辨率的成像技术。结合CT技术，X射线相位衬度CT（简称相衬CT）能够获得微米量级的高分辨率CT图像和三维重建图像，精确地研究生物样品的微观结构。本项目拟结合生物软组织医学成像特点，研究相衬CT在肝纤维化分析上的关键技术。选取大鼠及人体的肝纤维化组织为实验对象，利用相衬CT等技术，从显微影像学角度对不同级别肝纤维化图像进行正确地区分，观测肝纤维化的发展过程，研究肝纤维化发展的阻断/逆转的治疗效果检测与验证；同时，结合相衬CT和三维重建技术，建立基于相衬CT的肝纤维化影像学评估系统，从定性和定量角度评估肝纤维化的发展。本项目的开展将为肝纤维化的早期诊断和纤维化程度的客观评价提供一种可靠、灵敏和无创的检查工具，更好地辅助肝纤维化的临床诊断。

肝纤维化是对慢性肝损伤的一种可逆修复反应，表现为细胞外基质在肝内过量沉积。肝纤维化可能最终发展成为肝硬化和肝细胞癌，表现为肝小叶结构被破坏，假小叶及结节形成，并可能伴随门脉高压。X射线相衬CT（phase-contrast computed tomography, PCCT）能够大幅提高图像衬度，特别适用于区分具有微小密度差异的生物软组织。本项目利用相衬CT对肝纤维化、肝硬化和肝细胞癌组织进行成像，主要的研究内容和结果包括：(1) 结合生物软组织医学成像特点，研究了相衬CT在肝纤维化分析上的关键技术。(2) 选取四氯化碳诱导大鼠肝纤维化模型作为研究对象，同时测量每只大鼠的门脉压力值。结合相衬CT和三维可视化技术，重建出不同级别肝纤维化微血管三维结构。研究清楚地描述了不同级别肝纤维化微血管形态和数量变化，利用三维微血管变化能够更好地刻画纤维化进展，而且统计分析证实了微血管变化和门脉压力之间有很好的相关性，这在研究门脉高压上具有重要的潜力。(3) 利用相衬CT成像技术，重建了胆管结扎诱导大鼠肝纤维化组织及人体胆汁性肝硬化样品组织中的三维脉管微观结构，并定量评估了肝纤维化发展过程中脉管微观结构的改变，区分了不同类型的血管和胆管。研究表明相衬CT能够很好地评估纤维化发展中脉管的结构和病理变化，有效地监测胆汁性肝硬化疾病中胆管增生的形态学发展变化。(4) 探索了碘染法相衬CT应用于肝硬化中胶原纤维显微成像的潜力。结果表明碘染法相衬CT清晰地揭示了纤维隔和假小叶等肝硬化特征结构，且CT断层和病理切片在胶原成像上具有非常好的相关性。(5) 利用相衬CT研究了肝细胞癌发展过程中微血管、窦样毛细血管以及梁索等微观结构的影像学特征，研究为肝细胞癌提供了一种新的影像方法。综上，本研究提供了一种肝纤维化评估和分级的新方法，为肝纤维化、肝硬化和肝细胞癌等肝脏疾病微观成像研究提供了新的思路。