磁共振体素内不相干运动成像诊断肝纤维化的初步研究

曾政，陆普选，黄华

我国是慢性肝病高发地区，尤其以病毒性肝炎发病率较高，仅慢性乙型肝炎的患者大约就有3000万人，部分患者最终发展为肝纤维化、肝硬化［1］。因此，对肝纤维化的早期诊断并且进行适当的干预和逆转，终止或者延缓其向肝硬化发展相当重要。常用的上腹部CT及常规磁共振成像检查技术对早期肝纤维化的检测能力有限，目前诊断肝纤维化的金标准仍是经皮下肝穿刺活检病理分期，但因其有创性、取样误差、成本高、病理分析结果主观差异导致的不准确性以及活检带来的一些并发症等等，难以成为诊断肝纤维化的常规方法。磁共振体素内不相干运动（intravoexl incoherent motion，IVIM）扩散成像可以定量评估人体内体素规模的运动，采用包含低b值（＜200s／mm2）及高b值（＞200s／mm2）的多个b值磁共振IVIM扩散成像序列扫描，建立合适的双指数衰减模型，可以区分人体组织的扩散、灌注参数及灌注分数，使磁共振IVIM扩散成像运用于肝纤维化患者的诊断成为可能［2－3］。本文将磁共振IVIM扩散成像与病理结果进行对照研究，旨在探讨其诊断肝纤维化的价值。

材料与方法

1.研究对象

肝纤维化组：选择2013年8月－2014年9月在本院经肝穿刺活检病理确诊肝纤维化的乙肝病毒携带者，除外肝脏占位性病变，共搜集肝纤维化组病例39例，其中男24例，女15例，年龄22～57岁，平均年龄36.9岁；肝活检病理分级显示肝纤维化1级15例，2级10例，3级和4级共14例。

正常肝组：选取无急（慢）性肝病史、肝功能正常、肝炎病毒指标阴性和影像学检查未发现肝脏异常的19例健康志愿者作为对照组。其中男12例，女7例，年龄21～79岁，平均年龄35.7岁。

2.检查方法

病理评分标准：病理结果由两位具有10年以上工作经验的病理科医师讨论得出。按照中国S2000肝纤维化分期标准：S1包括汇管区和汇管区周围肝纤维化及窦周纤维化或小叶内小纤维瘢痕，以上纤维化形式范围小，不足以影响小叶结构的完整性或微循环（图1）；S2小叶内有纤维间隔形成，可见到多条纤维间隔，但小叶结构大致保留（图2）；S3大量纤维间隔，分隔并破坏肝小叶，致小叶结构紊乱，但尚无肝硬化。此期一部分患者可出现门脉高压，食管静脉曲张（图3）；S4为早期肝硬化，与经典的肝硬化的区别点是后者纤维间隔包绕于假小叶周围，间隔内胶原及弹力纤维经改建，多环绕假小叶成平行排列（图4）。

MRI检查方法：采用philips Achieva 1.5TMR扫描仪，扫描序列包括横轴面T1WI梯度回波（GRE）、T2WI快速自旋回波（SE）以及IVIM扩散成像。T1WI扫描参数：TR 11ms，TE 6.9ms，矩阵252×151，视野375mm× 304mm，层厚7mm，层间距1mm，24层扫描覆盖全肝，激励次数为1。T2WI扫描参数：TR 421ms，TE 80ms，矩阵268× 184，视野375mm×297mm，层厚7mm，层间距1mm，24层扫描覆盖全肝，激励次数为1。IVIM扩散成像包含10个b值（10，20，40，60，80，100，150，200，400，800s／mm2）。各自添加预饱和反转恢复技术用于脂肪抑制，使用一个充气压力感受器作为呼吸门控设备，置于腹部上方呼吸运动最强点，观察以及监控门控屏幕上的呼吸波形，扩散图像的获得仅仅限于呼气相，吸气相不采集图像，平均TR 1500ms，TE 63ms，层厚7mm，矩阵124×97，视野375mm×302mm，激励次数为2，图像采集围绕肝脏的中央，6层扫描覆盖全肝。扫描结束后，将扫描数据传输到后处理工作站。

磁共振图像分析：扫描图像传输到后处理工作站后，选取T1WI、T2WI和IVIM三个序列的MRI图像为标准分析图（图5a～c）。首先在b值为0的IVIM扩散图像上手动定位兴趣区（ROI），包括大部分的肝实质，避开大的血管、胆管及伪影等（图5d），选取6层IVIM图像的中间3层定位兴趣区，后处理软件自动复制兴趣区至其他b值不为0的图像。IVIM扩散成像中，在运用足够多的b值进行扩散信号的采样、以及应用双指数拟合分析，可以分开组织的扩散和微循环相关的扩散，从而得到可测量的微循环的效应。信号的衰减依据公式SI（b）＝SI0［（1－f）·exp（－b·D）＋f·exp（－b·D＊）］得出，其中SI是平均信号强度，f是和微循环有关的扩散分数，D是代表纯分子扩散的参数，D＊代表体素内不连贯运动的微循环的扩散参数。考虑到D＊值显著高于D值，当b值大于200s／mm2时，其作用于信号衰减的影响可以忽略不计，上述方程可以简化为SI（b）＝SI0·exp（－b·D），IVIM参数值基于3层图像兴趣区的平均信号强度计算得出。

3.统计学分析

图1 女，52岁，S1期肝纤维化（×200，HE）。

图2 女，32岁，S2期肝纤维化（× 200，HE）。

图3 男，30岁，S3期肝纤维化（×200，HE）。

图4 女，25岁，S4期肝纤维化（×200，HE）。

使用软件SPSS 17.0对MRI检查数据进行统计学分析。采用曼－惠特尼U检验比较健康志愿者组与肝纤维化患者组间IVIM参数值间的差别，采用单因素方差分析和Bonferroni校正对不同纤维化组别的患者IVIM参数进行比较。肝纤维化S3期以及S4期的病例数较少，本研究中合并在一起统计分析。以P＜0.05认为差异有统计学意义。

结 果

1.对照组与肝纤维化组的多b值IVIM参数比较

通过对肝纤维化组39例，正常对照组19例MRI T1WI序列、T2WI及IVIM扩散成像序列扫描，使用SI（b）＝SI0·exp（－b·D）公式，IVIM参数值基于3层图像感兴趣区的平均信号强度计算得出。结果发现随着b值的增加，相应IVIM扩散信号值也随之衰减。

肝纤维化患者组和健康志愿者组的肝脏磁共振体素内不连贯运动成像扫描参数D、f、D＊值分别是0.940±0.129和1.089±0.127（×10－3mm2／s，P＜0.001），0.126±0.026和0.163±0.018（P＜0.001），9.616±1.747和12.715±2.335（×10－3mm2／s，P＜0.001），两组间差异均有统计学意义（P＜0.001）。磁共振IVIM扫描中肝纤维化患者的D、f、D＊值均较健康组降低。

2.肝纤维化不同病理分期间多b值IVIM参数比较

随着患者病理分期的增加、肝纤维化程度的进展，肝纤维化患者磁共振IVIM扩散成像扫描参数f、D＊值逐渐降低，差异具有统计学意义（P≤0.001，表1），不同程度肝纤维化患者的D值差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 不同病理分期组肝纤维化患者IVIM扫描参数方差分析情况

讨 论

1.磁共振DWI在肝纤维化诊断中的作用

图5 女，32岁，乙型病毒性肝炎，肝穿刺活检病理提示肝纤维化分期为G1S4。a）T1WI；b）T2WI；c）IVIM；d）b＝0的IVIM扩散图像上手工绘制兴趣区，覆盖整个肝脏，避开大血管和伪影。

目前，大量的新的磁共振扫描技术已经被用于评价肝纤维化，包括T1rho成像［4］，双重对比增强（钆噻酸二钠）磁共振扫描，计算机辅助分析肝轮廓，磁共振弹性成像等等。这些肝纤维化相关的诊断技术多处于研究、探索阶段，距离临床上的应用还有不同程度的距离。

磁共振DWI对人体组织内的水分子扩散高度敏感，可以利用相应的扩散扫描序列检测组织内水分子的扩散状态从而监测人体组织结构的变化特点。磁共振IVIM扩散成像是上述DWI的一种，它不需要血管内注射对比剂或者使用额外的硬件（比如弹性成像技术使用的外部的机械驱动）。Le Bihan等［5］在上个世纪八十年代最早提出并使用了磁共振IVIM扩散成像技术，最开始该技术被用于神经功能障碍患者脑组织扩散及灌注的评估。在相关的试验中，IVIM技术被用于测量生物组织中灌注参数在表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）中所占比例，同时也获取呈现灌注以及扩散因素的图像。试验结果证实了IVIM序列区分生物组织中灌注与扩散成分的能力。随后该技术被广泛用于脑与骨肿瘤、脑缺血诊断方面，并且表现出在生理以及病理条件下评价微循环的良好适应性。

Yamada等［6］在上个世纪末最先将磁共振IVIM扩散成像用于对腹部器官和肝脏病灶的研究，在试验中他们仅仅使用了少量的b值参数（30，300，900，1100s／mm2），计算出了纯分子扩散参数D值以及灌注分数f值，但没有计算出微循环灌注参数值D＊值。他们发现实体器官和组织的ADCs值显著高于它们的D值，提示灌注成分在ADCs值中占据了较高的比例，显示了D值与f值在表现肝脏病变特征方面的作用。在进一步的研究中，Luciani等［7］使用多达10个b值（0，10，20，30，50，80，100，200，400，800s／mm2）的呼吸门控磁共振IVIM扫描技术，对12例纤维化肝脏以及25例健康肝脏对照组进行了对比研究，报告了纤维化肝脏的D＊值显著低于正常肝脏，提示纤维化肝脏灌注减低，但是在正常肝脏与纤维化肝脏间，D值与f值没有显著差别。在Patel等［8］对纤维化肝脏进行的磁共振IVIM序列以及动态增强扫描的对比研究中，其报告了f、D、D＊值在纤维化肝脏中显著高于健康肝脏。然而，在他们的病例中，没有病理分期资料，14个患者中仅有3个有病理资料。这方面的不足使得结果的意义受到限制。

2.磁共振IVIM扩散成像诊断肝纤维化的机制及意义

在本研究所使用的IVIM模型中，笔者假设肝组织中每个成像体素包含不相互沟通的血管内和血管外成分。血管内成分扩散可以由血流灌注D＊值描述，血管外成分可以由纯分子扩散D值描述。在扩散梯度条件下，较低b值时，血流灌注引起的体素内自旋移位对信号衰减影响相对较大，在信号衰减曲线的较后部分，由于血流信号更多的被较大的扩散梯度所限制，信号衰减往往主要是纯分子水扩散的结果。在低b值条件下，由于其血流体积分数相对较高，扩散与灌注所共同作用导致的信号衰减更快。

本研究证明了肝扩散含有纯分子扩散（慢扩散成分）和血管灌注（快扩散成分）两种方式，本研究结果也证明了这一点，39例慢性乙肝患者经皮肝穿刺活检病理证实为肝纤维化1～4期，磁共振IVIM扫描显示D值，f值和D＊值降低明显，差异有统计学意义。而且随着肝纤维化程度加重，f值和D＊值也逐渐降低。导致纤维化肝脏磁共振IVIM扫描参数降低的机制可能包括以下几个方面：①肝纤维化伴随着结缔组织的增加，其中胶原纤维成分的增加损害到纤维化肝脏组织的水分子布朗运动，这导致了ADCs值的减低。试验表明D值明显低于ADCs值，提示之前研究报告的肝纤维化患者与健康人之间ADCs值的差别主要与肝扩散的灌注成分相关。②肝纤维化伴随着肝细胞变性，造成肝组织窦腔狭窄、变形而变小，使血流灌注减少，门脉高压所导致的动脉血流增加不足以补偿门静脉血流的减少。Moreno等［9－10］报告了健康个体肝脏的门静脉血流量是（20.9±4.1）mL／（min·kg），而肝纤维化患者的门静脉血流量是（6.5±5.6）mL／（min·kg）。在其他的无创性检测手段，比如CT中也得到了同样的发现。这可以在一定程度上解释研究中观察到的肝纤维化患者灌注参数D＊值减低。③降低的血流灌注伴随着组织微环境的改变，包括不同程度的胶原纤维沉积，脂肪浸润，肝炎，细胞坏死或凋亡，炎症细胞浸润，成纤维细胞增殖，假小叶形成等，肝内分子的扩散和灌注都受到影响。

相对于Yamada等［6］的研究，本研究进行了完善，首先本研究采用了更短的回波时间（63ms），这个改进有利于减少扫描的伪影。此外回波时间的减少可以增加扫描图像的信噪比。然后，本研究中较多b值的使用使对纯分子扩散参数D值变化的评估成为可能。最后，详实的病理资料作为参考标准为研究增加了可靠性。

总之，磁共振IVIM扩散成像研究发现纤维化肝脏纯分子扩散值、灌注分数以及灌注相关扩散值降低。通过应用多b值参数，IVIM序列分析有鉴别肝脏中扩散与灌注参数、诊断与监测肝纤维化程度的能力，使得f值和D＊值作为评价肝纤维化的程度成为可能。当然，肝纤维化1～4期f值和D＊值的各标准下降值的确定还有待于大样本研究进一步证实。

［1］ 梁扩寰，李绍白.肝脏病学［M］.北京：人民卫生出版社，2003：796.

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［7］ Luciani A，Vignaud A，Cavel M，et al.Liver cirrhosis：intravoxel incoherent motion diffusion－weighted imaging in nonalcoholic fatty liver disease：a 3.0TMR study［J］.Radiology，2012，265（1）：96－103.

［8］ Patel J，Sigmund EE，Rusinek H，et al.Diagnosis of cirrhosis with intravoxel incoherent motion diffusion MRI and dynamic contrastenhanced MRI alone and in combination：preliminary experience［J］.Magn Reson Imaging，2010，31（3）：589－600.

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［10］ Moreno AH，Rousselot LM，Panke WF，et al.The rate of hepatic blood flow in normal subjects and in patients with portal hypertension［J］.Surg Gynecol Obstet，1960，111：443－450.