IRM dans l'évaluation de la cirrhose hépatique

IRM dans I' valuation de la c i r rhose h 6 p a t i q u e

L. DE MART[-BONMAT[

Valencia ( Espagne )

Magnetic resonance in the evaluation of hepatic cirrhosis

Rt~SUME

La cirrhose h6patique est une maladie chronique et progressive caract6ris6e par de la fibrose et sur le plan anatomique par la pr6sence de nodules anormaux. I1 en r6sulte un dysfonctionnement cellulaire, l'apparition d'une n6crose suivie de r6g6n6ration. Le diagnostic d6finitif est habituellement pos6 par biopsie, mais les m6thodes d'imagerie peuvent 6tre utilis6es comme techniques non invasives. Darts cet article, nous revoyons la contribution de FIRM au diagnostic et au traitement de la cirrhose h6patique. Nous d6crivons d'un point de vue sp6cifique les alt6rations morphologiques (h6patospl6nom6galie, hypertension portale, ascite, ad6nopathie lymphatique, fibrose h6patique confluante), les modifications de l'intensit6 du signal (l'homog6n6it6 de la texture h6patique, septa fibreux) et les diff6rents types de rehaussement apr6s administration de contraste (ch61ateurs de gadolinium, MnDPDP, particules d'oxyde de fer) qui permettent le diagnostic et les degr6s succes- sifs de la cirrhose. Enfin, nous discutons bri6vement les 6tapes de la carcinogen&e conduisant au d6veloppement du carcinome h6patocellu- laire.

A B S T R A C T

Liver cirrhosis is a chronic and progressive process characterized by fibrosis and anatomically abnormal nodules. Cirrhosis results in liver cell dysfimction, necrosis and regeneration. Although the definitive diagnosis is usually made by biopsy, diagnostic imaging can serve as a noninvasive diagnostic modality. In this review, the value of MR in the diagnosis and management of liver cirrhosis will be evaluated. Specifically, the morphologic changes (gross liver appearance, portal hypertension, splenomegaly, ascites, hilar lymphadenopathy, confluent hepatic fibrosis), signal intensity changes (inhomogeneous hepatic texture, fibrous septa) and contrast enhancement patterns (intravascular and interstitial gadolinium chelates, MnDPDP, iron oxide particles) that allow a diagnosis and grading of cirrhosis will be described. Also, the steps in carcinogenesis leading to the development of hepatocellular carcinomas will be briefly discussed.

INTROD UCTION

La cirrhose h6patique est une maladie chronique progressive caract6ris6e par la pr6sence d'une fibrose associ6e ~ des nodules anatomiquement anormaux. Ces nodules ont perdu leur lobulation normale et sont entour6s de septa fibreux. La cirrhose provoque un dysfonctionnement cellulaire h6patique et de la n6crose. Bien que le diagnostic d6finitif de cirrhose soit pos6 d'habitude sur la base de pr616vements biopsiques, le diagnostic peut ~tre approch6 par l'imagerie non invasive. De plus, comme l'imagerie par r6sonance magn6tique (IRM) est habituellement r6alis6e pour l'6valuation des 16sions h6patiques focales, le diagnostic de cirrhose peut aider au traitement de ces patients.

Ces derni6res ann6es, l'imagerie diagnostique s'est consid6rablement am61ior6e. A c6t6 de l'6chographie Doppler et du mode harmonique, aussi bien le CT h61icoidal que FIRM ont vu augmenter leurs applica- tions et leur utilit6 dans l'6valuation des maladies

h6patiques. Actuellement, les performances de I'IRM dans la d6tection, la localisation et la caract6ri- sation des 16sions h6patiques locales sont largement accept6es. Les nouvelles s6quences d'acquisition en IRM de plus en plus rapides et de meilleure qualit6 associ6es h l'utilisation d'agent de contraste extracellulaire et intracellulaire ont contribu6 h am61iorer les performances de FIRM. Toutefois, ce n'est que r6cemment que les capacit6s et la contribution de FIRM au diagnostic et traitement des maladies h6pa- tiques diffuses ont commenc6 ~ ~tre 6tudi6es.

La pr6sente revue 6value la contribution de I'IRM au diagnostic et h la gestion des patients atteints de cirrhose h6patique.

A L TIARA TIONS MORPHOL 0 GIQ UES

Les maladies h6patiques chroniques peuvent alt6- rer l 'architecture macroscopique du foie. L'aspect macroscopique refl6te la n6crose avec perte de

Tir6s ~ part : L. DE MARTI-BONMAT][, Department of Radiology, Doctor Peset University Hospitaland Magnetic Resonance Service, Clinica Quir6n, Valencia (Espagne).

Mots-clOs: agent de contraste, cirrhose, r6sonance magn6tique.

Key-words : cirrhosis, contrast enhancement, magnetic resonance.

Acta Endoscopica Volume 30 - N ~ 4 - 2000 429

Figure 1 Image ponderee en T2 montrant le relief nodulaire de la surface

hepatique, traduisant les nodules de regeneration clairement visualises en raison de t'hyper-intensite de I'ascite. A noter aussi une augmentation

de volume des nodules lymphatiques du hile et une splenom6galie cons6cutive & I'hypertension portale.

1-2 weighted image shows nodularity of the liver surface produce by the regenerating nodules, clearly seen because of the hyperintensity

of the ascites. There are also enlarged hilar lymph nodes and splenomegaly due to portal hypertension.

Figure 2 Image pond6r6e montrant une hypertrophie du lobe caud6.

La structure hepatique n'est pas homog6ne du fait de la pr6sence de nombreux septa fibreux entourant les nodules de r6g6n6ration

dans les lobes gauche et droit. T1 weighted image shows an enlarge caudate lobe.

Liver texture is inhomogeneous due to numerous fibrous septa surrounding regenerating nodes in the right and left lobes.

volume et rEg6nEration avec nodules de surface, accroissement parenchymateux segmentaire ou lobaire. Cependant, les alterations caractEristiques apparaissent tardivement au dEcours de la maladie.

En IRM, on peut observer des nodules ~ la surface du foie (fig. 1). Cet aspect est particuliErement Evi- dent 5 la partie antErieure du lobe hEpatique gauche et rdsulte de la presence de nombreux nodules de rEgEnEration.

L'hyperplasie du lobe caudE (fig. 2) quantifiEe par un rapport supErieur ~t 0,6 entre le diam~tre transverse du lobe caud6 et le diamEtre transverse du lobe hEpatique droit et l'hyperplasie du segment lateral du lobe hEpatique gauche sont des signes spEcifiques de

cirrhose. A un stade avancE de la maladie, l'atrophie du segment median du lobe hEpatique droit est Egale- ment un signe spEcifique. Ces alterations sont probablement liEes ~ des differences entre perfusion vei- neuse portale et drainage veineux sous-hEpatique au niveau des lobes [1].

Dans les stades initiaux de la cirrhose hEpatique, il est frequent de rencontrer h la difference des sujets normaux, un Elargissement des espaces pEri-portaux au niveau hilaire [1]. Ce signe se traduit par une augmentation des tissus graisseux entre les segments medians du lobe hEpatique gauche et la veine porte droite h la suite de l'atrophie du segment en question.

Des modifications liEes h l 'hypertension portale sont Egalement prEsentes, en particulier une dilatation de la veine porte et de ses branches associEe une circulation collatErale e t~ une splEnomEgalie. L'IRM avec des sequences en Echo de gradient sen- sible au flux peut 6tre utilisEe darts la detection des varices et des vaisseaux de la circulation portale [2]. Actuellement, l 'angio-IRM couplEe ?a l'administration de gadolinium peut Egalement 6tre utilisEe afin de dEmontrer, mieux encore, l'extension du rEseau variqueux ainsi que les thromboses vasculaires. La splEnomEgalie est homogEne (fig. 1) mais, en cas d'hypertension portale de longue durEe, de multiples petits nodules hypo-intenses peuvent ~tre visualisEs au sein du parenchyme splEnique. Ces nodules char- gEs en fer (corps de Ganma-Gandy) sont mieux dEtectEs en imagerie pond6rEe en Ecoute gradient T2* et sont secondaires h de petites hEmorragies intrasplEniques associEes ~ l'augmentation de pression intravasculaire avec dEp6ts secondaires de fer.

L'ascite est facilement dEtectEe et appara~t hypointense sous l'imagerie pondErEe enT1 et hyperintense sous les sequences pondErEes en T2 avec suppression du signal de la graisse.

I1 a 6t6 dEmontrE que I'IRM peut ~tre utilisEe pour l'Evaluation graduelle de la sEvOritE de la cirrhose sur base des alterations morphologiques dEcrites. Le volume de la rate, la presence d'ascite et de varices sont en correlation 6troite avec la sEvEritE clinique de la cirrhose, tandis qu'on observe une correlation inverse avec le volume du segment postErieur median lateral du foie [3]. L'atrophie progressive du lobe hEpatique droit et du segment m6dian est parall~le la dEtErioration clinique progressive des patients cirrhotiques [4]. Toutefois, l'augmentation de la taille du lobe caudE et des segments latEraux est corrE1Ee avec une stabilisation de la maladie.

Chez environ 20 % des patients, les adEnopathies s'observent au niveau du hile hEpatique (fig. 1). Dans la cirrhose, la plupart de ces ganglions sont hyperpla- siques m~me en presence d'une tumeur primitive [5]. Les lymphadEnopathies surviennent plus souvent dans les pathologies auto-immunes (comme la cirrhose biliaire primitive) que dans les maladies non auto-immunes (comme la cirrhose alcoolique, virale ou cryptogEnique). Les modifications de la taille des tymphadEnopathies peuvent tEmoigner de l'inftam- mation et de la cholostase et sont utiles au cours du suivi de ces patients [6].

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Une r6traction de la surface h6patique peut ~tre visualis6e en association avec une fibrose confluante. Ce collapsus pr6sente une forme triangulaire dont le sommet est tourn6 en direction du hile h6patique et apparait discr6tement hyper-intense sur l'imagerie pond6r6e en T2 en rapport avec la pr6sence de cellules inflammatoires, des septas fibreux et des canalicules biliaires n6oform6s [7]. Ces zones de fibrose h6patique confluantes, hyper-intenses en imagerie pond6r6e T2, peuvent capter de fa~on significative les agents de contraste extracellulaires et 6tre confondues avec un carcinome h6patocellulaire. Toutefois, leur disposition subsegmentaire typique avec pr6sence de valsseaux et canalicules biliaires ~ l'int6rieur de ces zones, permettent un diagnostic diff6rentiel ais6.

MODIFICATIONS DE L ' INTENSITE D U SIGNAL

Toutes les techniques d'imagerie tomographique (ultrasons, CT h61ico]dal) peuvent d6tecter ces alt6- rations morphologiques mais seule, I'IRM ajoute une information en ce qui concerne le degr6 de l'activit6 n6crotique et inflammatoire au sein du tissu h6pa- tique. La plupart des foies cirrhotiques ont un aspect non homog6ne en IRM. En IRM, en l 'absence de produit de contraste, les signes de cirrhose h6patique comprennent la d6monstration de nodules de r6g6n6- ration, de septas fibreux, de zones n6crotiques et de rdg6n6ration, et l'activit6 n6crotique inftammatoire [7, 8]. En imagerie, en densit6 protonique (PD) et pond6r6e en T2, et surtout en imagerie en inversion r6cupdration et en inversion courte (STIR), les nodules de r6g6n6ration sont iso-intenses et entourds par des septa hyper-intenses (fig. 1). L'hyper-inten- sit6 de ces bandes fibreuses est due ~ l'infiltration cellulaire inflammatoire. Les septas fibreux sont habituellement absents sur l'imagerie pond6r6e en T1, l'exception des cas ott les nodules sont suffisamment larges, les septas apparaissant comme des bandes hypo-intensitaires (fig. 2) entourant des nodules iso- intenses.

Parfois, les nodules de rdgdn6ration pr6sentent une diminution de signal due aux d6p6ts d'hdmosiddrine. Cet aspect est mieux ddmontr6 en imagerie en 6cho de gradient pond6r6 T2* (fig. 3).

La ddtection de ces nodules charg6s en fer est importante puisqu'elle est associ6e h une incidence plus grande de carcinome h6patocellulaire. Avec les techniques d'acquisition appropri6es en ponddration T2*, I 'IRM d6tecte facilement les d6p6ts de fer au sein des nodules de rdg6n6ration comme un facteur potentiel de risque de d~veloppement d'un carcinome hdpatocellulaire [9]. Les nodules de rdgdn6ra- tion apparaissent habituellement iso-intenses en imagerie pond6r6e T1 et T2. La pr6sence de foyers hyper-intenses au sein des nodules en imagerie pon- d6r6e T2 doit faire suspecter une transformation maligne.

I1 est connu qu'en sdquence STIR, le foie normal a une intensit6 de signal identique h celle de la graisse

Figure 3 Image ponder6e en T2* d'un signal de faible intensite de nodules hepatiques en r~g~n6ration. L'hypo-intensite r~sulte d'un d~p6t

de fer (nodules de siderose). T2* weighted image shows low signal intensity regenerating nodules

within the liver. Hypointensity is due to iron deposition (syderotic nodules).

Figure 4 Image STIR d'un signal hepatique normal identique & ceux des muscles paraspinaux et de la graisse sous cutan6e.

STIR image shows normal signal intensity of the liver, similar to that of the subcutaneous fat and paraspinal muscles.

sous-cutan6e et des muscles paraspinaux si le temps d'inversion (TI) est s61ectionn6 par rapport au champ magn6tique externe (TI de 100 ms a 0,5 T et de 160 ms a 1,5 T) (fig. 4). Si l'on observe une augmentation de l'infiltrat cellulaire inflammatoire, en g6n6ral, p6riportal et de la n6crose au niveau p6riportal et lobulaire, le signal h6patique augmente proportion- nellement sur les segments STIR [8] (fig. 5). II existe une relation statistiquement significative entre le degr6 de s6v6rit6 de l'image histologique et l'intensit6 du signal h6patique (p < 0,001). De plus, il y a un rapport entre le degr6 de l'atteinte histologique et le rapport entre l'intensit6 des 16sions h6patiques et celui de la graisse cutan6e (p < 0,05). I1 est donc possible d'analyser de faqon qualitative et quantitative le degr6 de s6v6rit6 de l'infiltrat n6crotico-inflammatoire.

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Figure 5 Image STIR d'une hyper-intensite h6patique diffuse provoquee par

lesions de necrose inflammatoire avancee. STIR image shows diffuse hyper{ntensity of the liver due to advance necroinflammatory damage. Note also some areas of lower intensity

reflecting a regenerating response.

On a remarqu6 que le degr6 de l'atteinte fibreuse et de la stEatose n'influence pas l'intensit6 du signal hEpatique sur l'imagerie STIR [8]. L'IRM, en utilisant l'imagerie de ddplacement chimique, est trEs performante dans l'analyse de la stEatose. Les performances de I 'IRM pour 6valuer 5 la fois l'infiltrat nEcrotico-inflammatoire (avec les sdquences STIR) et la sEv6rit6 du dEp6t graisseux (sEquences en 6cho de gradient en phase et en opposition de phase) peut influencer l'6valuation des patients atteints de st6ato- hdpatite, en particulier, en cas d'Etiologies non 6thy- liques.

A G E N T S DE CONTRASTE

Les agents de contraste fournissent une information importante en ce qui concerne le degrE de nEcrose et d'inflammation hEpatique. Les agents les plus utilisEs en IRM sont les chElateurs du gadolinium, administrEs par voie intraveineuse prdsentant d'abord une phase intravasculaire mais rapidement une distribution extravasculaire et extracellulaire. On peut donc consi- dErer qu'ils privilEgient l'espace interstitiel. On peut postuler qu'en cas de foie cirrhotique, il existe une augmentation des espaces interstitiels proportionnelle au degr6 de nEcrose. L'utilisation d'images paramdtriques obtenues apr~s acquisition dynamique, apr~s administration d'un bolus d'agent de contraste, permet le cal- cul pixel par pixel de diffdrents paramEtres de peffu- sion 5 partir de courbes utilisant le rapport entre l'intensit6 de signal et le temps. On peut ainsi quanti- fier et pratiquer une cartographie dynamique du rehaussement en contraste au sein d'un pixel. I1 a ainsi dtd d~montr6 que le rehaussement parenchymateux est different sur foie normal compare au foie cirrhotique [10] (fig. 6 et 7). Tant le rehaussement moyen que le rehaussement maximum au sein des courbes d'in- tensitd de signal par rapport au temps, sont statistique-

ment plus grands dans les foies cirrhotiques (p < 0,05). D'autre part, ces paramEtres sont en corrdlation 6troite et statistiquement significative avec la classification de Child-Pugh (p < 0,05).

L'augmentation du rehaussement parenchymateux est probablement due ~ l'augmentation de l'espace interstitiel extracellulaire. La diminution de la taille et du nombre d'h~patocytes augmente la proportion de volume hEpatique occupE par les espaces interstitiels et vasculaires, et par consequent, le degr6 de rehaussement hEpatique est un reflet indirect du degr6 de ndcrose cellulaire intrahdpatique. Le rehaussement hdpatique a 6galement dt6 mis en rapport avec l'augmentation du flux art6riel hEpatique observe chez ces patients [10], Chez le patient cirrhotique, la balance entre te flux artEriel et portal est altErEe. Darts la cirrhose, l'augmentation de la perfusion artErielle hEpatique est en rapport avec une diminution du flux veineux portal. Comme la perfusion art6rielle hEpatique augmente dans les zones de parenchyme ot~ le flux portal est diminu6 [11, 12], le parenchyme h~patique est beaucoup plus rehauss~ en raison d'une moindre diminution de t 'agent de contraste darts l'artbre hEpatique par rapport/~ la veine porte. L'inspection visuelle des images IRM obtenues lors de la phase d'Equilibre aprEs administration de gadolinium permet de visualiser un rehaussement trbs important des zones fibreuses par rapport au parenchyme hEpatique adjacent. Un rehaussement linEaire peut ~tre observe dans les septas fibreux et dans les pseudocapsules entourant le carcinome hEpatocellulaire. De mEme, dans la fibrose confluante, des zones triangulaires de rehaussement base capsulaire sont facilement ddtectdes (fig. 8).

Le MnDPDP est un agent de contraste spEcifique d6velopp6 au debut en vue de la detection des lesions hEpatiques locales en IRM. En imagerie, en Echo de gradient ponddrEe T1, aprEs administration de cet agent de contraste, on observe une augmentation de l'intensit6 du signal hEpatique. L'agent de contraste Etant incorporE aux h6patocytes, le degr6 de rehaussement parenchymateux hdpatique est proportionnel au nombre d'hEpatocytes par unit6 de volume (voxel). On a observe une diminution du rapport entre le signal hEpatique avant et aprEs administration de contraste dans les foies cirrhotiques par rapport aux foies normaux (p < 0,0001). Cette diminution du rehaussement hEpatique awes MnDPDP est 6galement corrE16e avec l'index de Child-Pugh et les transaminases s&iques (p < 0,01) [13]. D'autre part, on constate que dans le foie normal, le rehaussement est homog6ne tandis qu'il est hEtErog~ne duns 37 % des foies cirrhotiques (fig. 9). Cette hdtErogEnEitd est attribuEe fi la coexistence de zones de fibrose confluantes ou diffuses et de ndcrose hEpatocytaire o~t le rehaussement est diminu6 et associd 5 des zones de rEgEnEration h~patocytaire avec un rehaussement accru consOcutif 5 une augmentation du nombre d'h& patocytes par unit6 de volume [13, 14]. Au sein d'un nodule de rEgEnEration, les hdpatocytes peuvent avoir une alteration de l'excrdtion biliaire de l'agent de contraste entrainant une augmentation du rehaussement hEpatique [15]. DEs lors, le MnDPDP peut

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Figure 6

Images pond6r~es en T1 et ,, rehaussement ,, parametrique d'un foie normal apres administration de gadolinium. A noter que le foie est I~gerement hyper-intense par rapport 9. I'image param6trique de la graisse.

T1 weighted and maximum enhancement parametric images of a normal liver after gadolinium administration. Note that the liver is slightly hyperintense to the fat in the parametric image.

Figure 7

Images ponderees en T1 et rehaussement parametrique d'un foie cirrhotique apres administration de gadolinium. A noter que le foie est nettement hyper-intense par rapport & I'image param~trique de la graisse. On observe egalement une lesion nodulaire

non vascularisee darts les segments h~patiques inf6rieurs, 16sion necrotique consecutive au traitement percutane d'une tumeur. T1 weighted and maximum enhancement parametric images of a cirrhotic liver after gadolinium administration.

Note that the liver is clearly hyperintense to fat in the parametric image. There is also a nodular avascular lesion in the lower hepatic segments, due to a necrotic HCC percutaneously treated tumor.

s'accumuler dans des h6patocytes endommagds suite la prdsence d'un dysfonctionnement cellulaire et ~t

une diminution de la clearance de l'agent de contraste dans les canalicules biliaires et au sein des zones de cholostase intrah6patiques. C'est probablement par de tels m6canismes qu'apr6s l'administration de MnDPDP, les nodules dysplasiques et les h6patocarcinomes bien diff6rencids peuvent montrer un rehaussement plus important que celui du foie adjacent [15, 16].

Les particules d'oxyde de fer superparamagn6- tiques (SPIO) sont des agents de contraste suscep- tibles de cibler le tissu r6ticulo-endoth6lial et en particulier les cellules de Kupffer h6patiques. Les images obtenues en ponddration T2 et en PD apr6s administration de SPIO montrent une diminution du signal h6patique normal contrairement ~t la plupart des 16sions malignes qui apparaissent en hyper-intensit6. Comme les foies cirrhotiques pr6sentent une diminution du nombre de cellules de Kupffer fonctionnelles

A c t a E n d o s c o p i c a V o h t m e 3 0 - N ~ 4 - 2 0 0 0 433

Figure 8 Image pond6ree en T1 obtenue plusieurs minutes apres administration

de gadolinium. EIle montre les zones triangulaires de rehaussement par dilution darts I'espace interstitiel adjacent dilate e ta une fibrose

visualisee dans une fibrose hepatique confluante. T1 weighted image obtained several minutes after gadolinium

administration shows the delayed triangular areas of enhancement associated to the increased interstitial space and fibrosis seen

in confluent hepatic fibrosis.

Figure 10 Image ponderee PD obtenue apr6s administration de SPIO montrant le rehaussement inhomogene du foie. Noter I'hyper-intensite du canal biliaire extrahepatique consequence de I'excretion biliaire de I'agent

de contraste. PD weighted image obtained after SPIO administration shows

an inhomogeneous enhancement of the liver. There are hyperintense linear structures within the liver to fibrous inflammatory sept&

Figure 9 Image ponderee en T1 obtenue apres administration de MnDPDP.

Elle montre I'h~t6rog6n6it~ du foie avec des zones necrotiques fibreuses resserr6es (au segment 6), des segments de rehaussement moindre

(segment 5) resultant de la n6crose hepatocytaire, et une hyper-intensite due & I'excretion biliaire du produit de contraste.

T1 weighted image obtained after MnDPDP administration shows heterogeneity of the liver with collapsed triangular fibrous necrotic areas

(at segment 6), segments with diminished enhancement (segment 5) due to hepatocytes necrosis, and hyperintense areas due to liver regeneration (segment 1). Note that the extrahepatic bile duct is hyperintense due to the biliary excretion of the contrast agent.

proportionnelle fi la diminution des h6patocytes, le rehaussement h6patique est 6galement moindre que celui observ6 chez les individus normaux et est proportionnel au degr6 de la n6crose. De mSme, les septas fibreux comportant moins de cellules de Kupffer, la pr6dominance de ces septa donne un aspect r6ticu- laire au foie cirrhotique (fig. 10). Une relation a 6t6 d6montr6e entre la diminution du rehaussement n6gatif et le degr6 de dysfonctionnement h6patique [17] et d'hypertension portale [18]. Dans une 6tude [18], le pourcentage de diminution de l'intensit6 de signal apr6s SPIO 6tait plus grand chez les patients pr6sentant une cirrhose Child-Pugh classe A que

Figure 11 Image ponderee en T1 obtenue apr~s administration d'un bolus

de gadolinium (pre-contraste en haut & gauche, phase arterielle en haut & droite, phase portale en bas & gauche, phase interstitielte en bas & droite) montrant un h~patocarcinome hypervascularis& La tumeur en expansion

est hyper-intense apres un rapide wash out. Dans la derni~re phase, la pseudocapsule est visuatisee comme un anneau hyper-intense. T1 weighted dynamic images obtained after a bolus administration

of gadolinium (precontrast, top left ; arterial phase, top right ; portal phase, bottom left ; interstitial phase, bottom right) shows a

hypervascular HCC. The expansive tumor is hyperintense in the arterial phase with quick wash out. In the late phase the pseudocapsule is seen

as a hyperintense ring.

chez les patients avec une cirrhose Child-Pugh classe C. Ceci pourrait justifier une pr6f6rence pour les ch6- lateurs de gadolinium plut6t que les SPIO dans la d6tection du carcinome h6patocellulaire dans un foie cirrhotique [18] puisque certains h6patocarcinomes bien diff6renci6s peuvent contenir des cellules de Kupffer [19], un rehaussement ndgatif de ces tumeurs peut 8tre en fait un faux n6gatif.

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CARCINOGENESE

La cirrhose hEpatique peut se compliquer de carci- nose hEpatocellulaire. Ces tumeurs apparaissent ~ de novo,, ou au depart d'un nodule dysplasique. Dans un nombre important de cas, les nodules de rEgdnEra- tion peuvent se transformer en nodules prEsentant des atypies cellulaires (nodules dysplasiques) qui peuvent elles-m~mes se transformer en carcinome hEpatocellulaire. L'IRM permet de prEdire la nature de ces nodules dans un foie cirrhotique avec un degrE de fiabilitE supErieur ~ ceux des autres modalitEs d'imagerie. En IRM, les nodules de rEgEnEration sont iso-intenses ou discr6tement hypo-intenses par rapport au parenchyme adjacent sous perfusion portale pr6dominante. Les nodules charges en fer sont hypo- intenses en imagerie pond6rEe en T2 [9]. Les nodules dysplasiques sont hyper-intenses en pond6ration T1 et iso-intenses en pond6ration T2 avec une perfusion portale pr6f6rentielle. La pr6sence d'une zone cen- trale hyper-intense au sein d'un nodule de r6g6nEra- tion en pondEration T2 sugg6re une transformation en nodule dysplasique ou une transformation

maligne pr6coce. L'h6patocarcinome est iso- ou hyper-intense en pondEration T1 et hyper-, iso- ou hypo-intense en pondEration T2. La presence d'une pseudocapsule pEriphErique rEv61e une perfusion artErielle prEdominante. L'IRM avec l'acquisition dynamique apr~s administration de produit de contraste est nEcessaire ~ la detection du carcinome hEpatocellulaire et au diagnostic diffErentiel avec des nodules bEnins [18].

Dans la cirrhose hEpatique, les nodules ont ten- dance 5 accumuler les nouveaux agents de contraste hEpatobiliaires montrant un rehaussement plus mar- quE que le foie adjacent en ce qui concerne les nodules dysplasiques et les hEpatocarcinomes bien diffErenciEs. A l'opposE, dans l'hEpatocarcinome peu diff6renciE, les cellules perdent leur capacitE de transport normal de ces agents de contraste et par la m~me occasion deviennent plus facilement dEtectables apr6s administration de contraste. Toutefois, en dEpit de l'utilitE de ces signes en pratique clinique, il faut souligner l'existence de nodules atypiques dont la caractErisation IRM doit justifier une interpretation prudente [20].

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I N T R O D U C T I O N

Liver cirrhosis is a chronic and progressive diffuse process characterized by fibrosis of the liver associated with anatomically abnormal nodules. The nodules lack normal lobuIar organization, being surrounded by fibrous septa. Cirrhosis results in liver cell dysfunction and necrosis. Although the definitive diagnosis of cirrhosis is usually made by means of large-bore liver biopsy findings, diagnostic imaging can serve as a noninvasive diagnostic modality. Even more, as MR imaging is usually performed as a diagnostic test in the evaluation of focal liver lesions, the MR appearance and diagnosis of cirrhosis can help in the management of these patients.

In the last years, imaging diagnosis has largely improved. To the advantages of Doppler Ultrasound and Harmonics, both helical Computer Tomography (CT) and Magnetic Resonance (MR) have increased their usefulness in evaluating liver diseases. The accuracy of MR in the detection, localization and characterization of focal liver lesions is now largely accepted. The new MR sequences, every year more rapids and of better quality, together with the use of contrast mate- rials, both extracellular and target intracelhdar, have contributed to these advantages. However, only recently is the MR capability in the management of diffuse liver lesions being analyzed.

In this review, the value of MR in the diagnosis and management of liver cirrhosis will be evaluated.

M O R P H O L O G I C C H A N G E S

Chronic liver disease may alter the macroscopic architecture of the liver. The gross liver appearance represents the different contribution of necrosis, with vohtme loss, and regeneration, with nodularity of the surface and segmental or lobar enlargement. These changes are characteristic, although they appear late in the course of the disease.

It can be observed with MR a nodularity of the liver surface (Fig. 1). This nodularity is especially prom# nent in the anterior surface of the left hepatic lobe and is due to the numerous regenerating nodes.

Hyperplasia of the caudate lobe (Fig. 2), quantified with a ratio between the transverse diameter of the caudate lobe to the transverse diameter of the right lobe larger than 0.6, and hyperplasia of the lateral segment of the left hepatic lobe are very specific findings for cirrhosis. Also, atrophy of the left medial segment and of the right lobe are seen in the advance stages o f the disease. These changes are probably related to differences in the portal venous perfasion and hepatic venous drainage of the lobes [I].

In patients in the early stage of cirrhosis, an enlarged hilar periportal space is quite common [1] but not seen in normal subjects. This finding is seen as increased fat tissues between the left medial segment of the liver and the right portal vein, due to atrophy of the left medial segment.

Changes of portal hypertension are presented with dilatation of the venae porta and of its tributaries with collateral circulation and splenomegaly. Flow-sensi- tive gradient-echo imaging can be used for depicting portal varices and collateral vessels [2]. At present, also angio-MR using gadolinium chelates may be use- fuI in this context, demonstrating to a better extent varices and~or vascular thrombosis. Splenomegaly is homogeneous (Fig. 1), but in cases of long standing portal hypertension, the splenic parenchyma can have small hypointense nodules. These syderotic nodules (Ganma-Gandy bodies) are best seen with GRE T2* weighted images and are secondary to intrasplenic hemorrhage associated to the increase intravascular pressure with secondary iron deposition.

Ascites can be seen as free intraperitoneal fluid, mainly close to the liver surface (Fig. 1), even in small quantities. This liquid is demonstrated as a hypointense band in T1 weighted images and as a hyperintense band in fat suppression T2 weighted images.

It has been demonstrated that MR can be used to grade the severity of cirrhosis with some of these morphologic changes. The volume of the spleen and the presence of ascites and varices are directly related with the clinical severity of cirrhosis, while the volume of the posterior, medial and lateral segments o f the liver were inversely correlated [3]. Progressive atrophy of the right hepatic lobe and the medial segment of the liver correlated with progression of clinical severity of cirrhosis [4]. However, increasing size of the caudate lobe and the lateral segment correlated with stability.

Lymph nodes are commonly seen, close to 20 %, at the hepatic hihts in the presence o f cirrhosis (Fig. 1). In cirrhosis, most o f these enlarged lymph nodes are hyperplastic, even in the presence of a primary hepatic malignancy [5]. L ymphadenopathy occurs more fre- quently in autoimmune (as primary biliary, autoimmune) than nonautoimmune disease (as cryptogenic, alcoholic, virus-related). Changes in the size of the lymph nodes may reflect inflammation and cholestasis and be of value in the follow-up of patients [6].

Retraction of the liver surface can be seen associated to confluent hepatic fibrosis. This collapse area has a triangular shape, pointing towards the hepatic hihzm, and shows slightly hyperintensity in T2 weighted images because there is invasion by inflammatory cells of the fibrous septum and the presence of pseudo bile ducts [7]. Areas of confluent hepatic fibrosis can be misdiagnosed as hepatocellular carcinoma since they are hyperintense on T2 weighted images showing significant uptake o f extracellular contrast agents. These areas will have, however, a typical subsegmental appearance with vessels and bile ducts within them, making the difference straightforward.

SIGNAL INTENSITY C H A N G E S

Although morphologic changes can be observed with any tomographic technique (Ultrasound, CT) MR is the only imaging diagnostic test that adds informa-

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tion regarding the degree of necroinflammatory activity of the liver. Most cirrhotic livers have inhomogeneous hepatic texture in MR images. Unenhanced MR imaging findings in liver cirrhosis include the demonstra- tion o f regenerating nodules, fibrous septa, necrotic and regenerating areas, and necroinflammatory activity [7, 8]. In Proton Density (PD) and T2 weighted images, but mainly in STIR images, regenerating nodules are isointense homogeneous nodular areas surrounded by high signal intensity septa (Fig. 1). The high signal intensity of these fibrous bands is due to inflammatory cell infiltration. The fibrous septa are usually not seen on T1 weighted images, although when large enough they can be observed as low signal intensity bands (Fig. 2) surrounding isointense nodules.

Occasionally regenerating nodules have low signal intensity due to hemosiderin deposition. This syderotic nodules are best demonstrated in T2* gradient-echo (GRE) images (Fig. 3). The depiction of these syderotic nodules is important because they have been related to an increase occurrence of hepatocelhdar carcinoma (HCC). With the appropriate T2* weighted technique, MR imaging can enable detection o f iron deposition within regenerative nodules. Nodules with an increase in their iron content have an increase risk factor for the development o f HCC [9]. Regenerating nodules are usually isointense in T1 and T2 weighted images. The presence o f hyperintense loci within the nodules on T2 weighted images raises the suspicion o f dysplastic or malignant transformation.

It is known that in the STIR sequence the normal liver has a signal intensity similar to that of the subcutaneous fat and paraspinal muscle if the inversion time (TI) is adjusted to the external magnetic field (TI of lO0 ms for 0.5 T and 160ms for 1.5 T) (Fig. 4). I f there is an increase in the inflammatory infiltrate, mainly periportal, and necrosis, specially periportal and lobular necrosis, the 6ver signal intensity will proportionally increase in these STIR images [8] (Fig. 5). The relationship between the histologic severity and brighmess is statistically significant (p < 0.001). Also, there is a statistical relation between histologic severity and the ratio between the signal intensity of the liver and of the subcutaneous fat (p < 0.05). Therefore, both qualitative and quantitative parameters can be used to grade the severity of the hepatic necroinflammatory infiltrate with the STIR sequences.

It was noted that the degree of fibrosis and steatosis did not influence the signal intensity o f the liver in these images [8]. MR, when using Chemical Shift imaging, is very accurate in the analysis of steatosis. This accuracy o f MR to evaluate both the necroinftamma- tory infiltrate (with the STIR images) and the severity of the fat deposition (with in-phase and oppose-phase GRE images) will probably influence the management of patients with steatohepatitis, mainly when there is no alcohol intake.

C O N T R A S T E N H A N C E M E N T

Contrast media can give as a very relevant information regarding the degree of liver necrosis and inflam-

mation. The most commonly used MR contrast media are gadolinium chelates that, after their intravenous administration, have a first intravascular phase but rapidly have a distribution in the extravascular extracellular space. In this sense, they can be considered targeted to the interstitial space. It can be postulated that in cirrhotic livers there is an increase in the interstitial space proportional to the degree of necrosis. With the use o f parametric images obtained from a dynamic series of images after a bolus of contrast administration in a pixel-by-pixel basis, different perfusion parameters can be calculated .from the signal intensity-time curves. The factor analysis o f dynamic structures by parametric images can quantitate and map the indivi- dual pixels of the dynamic contrast enhanced MR images. Parenchymal enhancement has been proven to be different in healthy livers compared with cirrhotic livers [10] (Fig. 6 and 7). Both the Averaged Enhance- ment (defined as the averaged brightness on the time- enhancement curve) and the Maximum Enhancement (defined as the maximum brightness on the time- enhancement curve) were statistically higher in cirrhotic livers' (p < 0.05). These parameters were statistically related to the Child-Pugh classification index of hepatic insufficiency (p < 0.05). The increase in the parenchymal enhancement is probably related with an increase in the interstitial extracellular space. The decreased size and number of hepatocytes increase the proportion of the liver volume occupied by the interstitial space and vessels. Therefore, liver enhancement indirectly reflects the percentage of liver cells necrosis. The increase in the liver enhancement has been also related to the increase in the arterial hepatic blood inflow observed in these patients [10]. b7 patients with cirrhosis, the balance between the arterial and the portal blood flow is altered. The increase in the hepatic arterial perfusion is related to a reduction o f the portal flow to the liver in cirrhosis. As the hepatic arterial perfusion is increased to parenchyma deprived from portal flow [11, 12], the liver will enhance more due to the lesser dilution of the contrast in the hepatic artery than in the portal vein. By visual inspection of MR images obtained at the equilibrium phase after gadolinium administration, fibrosis can be seen as more enhanced than the surrounding liver parenchyma. Linear enhancement will be seen in the fibrous septa and in the pseudocapsule around hepatomas. Triangular areas of enhancement with a capsular located base will be seen in confluent fibrosis (Fig. 8).

MnDPDP is a specific contrast agent initially deve- loped to increase the number o f focal liver lesions detected with MR. When the liver is studied with GRE T1 weighted images obtained after the administration of this agent, an increase in the signal intensity o f the parenchyma can be easily observed. Since this contrast media is actively incorporated inside the hepatocytes, parenchymaI liver enhancement will be proportional to the number of hepatocytes per unit o f vohtme (voxel). It has been observed that the parenchymal enhancement ratio (the ratio between the signal intensity o f the liver before and after the contrast administration) is statistically lower in livers with cirrhosis than in normal livers (p < 0.001). This


decrease in the liver enhancement has been related, with logistic regression models, with the Child-Pugh index and also with the aminotransferase (AST) blood levels (p < 0.01) [13]. By visual analysis of the enhanced images, it was also noted that all normal livers enhance with an homogeneous texture while 37 % o f the cirrhotic livers had an heterogeneous enhancement pattern (Fig. 9). This heterogeneity was attributed to the coexistence o f areas with f ibrous zones, either confluent or diffuse, and hepatocytes necrosis, were the enhancement is diminished, and areas of hepatocytes regeneration, with an increase in the enhancement due to an increase in the number of liver cells per unit o f volume [13, 14]. Hepatocytes inside regenerating nodules can have an impaired bile excretion, causing increased liver enhancement [15]. Also, M n D P D P will accumulate in damaged hepatocytes due to the presence o f cell dysfunction with a lower clearance of the contrast media to the bile canaliculi and intrahepatic cholostasis. This is probably the mechanism why dysplastic nodules and well-differentiated hepatocelhdar carcinomas may show higher enhancement than the liver with MnDPDP [15, 16].

Contrast media can also be targeted to the rethicu- loendothelial system, including the Kupffer's cells o f the liver. These agents are iron oxide particles with superparamagnetic properties (SPIO). The images obtained with a T2 or PD weighted sequences after the contrast administration show signal loss of the normal liver contrarily to most malignant lesions that appear as non-enhancing bright nodules. Since the cirrhotic livers has a lesser number o f normally functioning Kupffer's cells, proportional to the decrease in hepatocytes, the expected liver enhancement will be less pro- nounced than the one observed in cases of normal liver and proportional to the degree of necrosis. Also, as the fibrous septa has less Kupffer's cells, prominence of these septa gave a reticular appearance of the cirrhotic liver (Fig. 10). The decrease in the negative enhancement was related with the degree of hepatic dysfunction [17] and of portal hypertension [18]. In one study [18] the percentage o f signal intensity loss on ferumoxides enhanced images was higher in patients with mild liver cirrhosis (Child-Pugh's class A) than in patients with severe liver cirrhosis (Child-Pugh's class C). This may explain why ferumoxides enhanced images are less suitable to depict HCC lesions arising in cirrhotic livers than gadolinium enhanced images

[18]. Since well-differentiated HCC may contain functioning Kupffer's cells [19] negative enhancement of these tumors may account for some of the false-negative results.

CARCINOGENESIS

Just a few words regarding malignancy in cirrhotic livers. Liver cirrhosis is a condition leading to the development of HCC. These tumors arise ~ de novo ~ or derive from a previous dysplastic nodule. In an important number of cases, regenerating nodes may undergo transformation into nodes with atypia (dysplastic nodes) that with sufficient time may turn on into HCC. MR imaging findings can predict the nature of the nodes in the cirrhotic liver with a higher degree o f accuracy than any other imaging test. In MR images, regenerating nodes are isointense or slightly hypointense to the surrounding liver and have a predominantly portal perfusion. Syderotic nodes are hypointense in T2 weighted images [9]. Dysplastic nodes are hyperintense in T1 weighted images and isointense in T2 weighted images, with a preferential portal perfusion. A central area o f hyperintensity within a regenerating node in T2 weighted images sug- gest a dysplastic or early malignant transformation. Hepatomas are iso or hyperintense in T1 weighted images and hyper, iso or hypointense in T2 weighted images. They can have a peripheral pseudocapsule and reveal predominantly arterial perfusion. Contrast enhanced dynamic MR images, obtained in the arterial, portal and equilibrium phases, are invaluable for the detection of HCC and for the differential diagnosis from benign nodules [18].

Nodules in liver cirrhosis show a tendency to accumulate the new class of hepatobiliary contrast agents, displaying stronger enhancement than the remaining liver in the case of dysplastic nodes and~or well-differentiated HCC. On the contrary, cells in poorly-differentiated HCC lacking the normal transport system for those contrast agents, will not enhance, becoming more conspicuous and easily appreciated after contrast injection. However, although these imaging features are helpful in a clinical practice, it must be acknowledged that there will be nodes with atypical findings where MR characterization must be interpre- ted with caution [20].

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IRM dans l'évaluation de la cirrhose hépatique