肝纤维化定量诊断的磁共振新技术

王怡鑫，郭启勇

(中国医科大学附属盛京医院放射科，沈阳110004)

根据世界卫生组织的分类标准，中国现为乙型肝炎病毒中度流行区的国家[1]。我国是肝炎大国，肝炎易患继发性肝纤维化，肝纤维化的进展为肝硬化，其可能伴有门静脉高压、肝功能失代偿和肝细胞癌。肝纤维化的特征在于细胞外基质蛋白的过度积累。肝纤维化的沉积是与金属蛋白酶降解和早期再生平衡相关的缓慢且渐进的过程。在慢性肝病中，这一过程持续数年，直到降解过程失败，纤维化迅速进展。研究表明，肝纤维化在治疗后可以得到不同程度的缓解，若肝纤维化在早期得到了诊断，可通过治疗使疾病消退，病程回归，即得到较好的治疗效果[2]。肝纤维化程度的病理诊断通常使用Metavir五阶段分期系统(即F0～F4)。病理分期越高，肝实质损伤越严重，患者愈合的可能性越小，预后越差[3]。肝纤维化的检测和分期参考金标准为肝活检，但具有侵袭性，常引起疼痛和不适，有出血的危险，不适合进行纵向监测，并且肝脏活检通常只提供肝脏的1/50 000个部分，易导致抽样错误和分类错误。肝脏活检进一步的限制包括观察者内部和观察者之间的差异，以及不同分期系统的使用。因此，非侵入性检查，如基于影像学的检测方法消除了活检评估肝纤维化的弊端，对于早期治疗、评估回归和预后具有重要意义。肝硬化患者由于肝细胞癌发展风险高，根据各肝病研究组的建议，每6个月进行一次影像学监测[2]。现就磁共振成像新技术的研究进展及优缺点进行综述。

1 磁共振弹性成像

磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography，MRE)是肝纤维化最可靠的成像方法。由Ehman团队开发创立[4]。当肝组织及实质结构、血管成分和间质间隙发生改变以及肝脏外部受压时，均会导致肝脏硬度发生变化；根据这一原理，通过给腹部施加周期性剪切波导(通常采用60 Hz低频声波)，采集组织硬度的生成定量图像，称为弹性图[5]。陈英[6]采用不同频率的MRE扫描胆汁性肝纤维化兔的肝脏，得出80 Hz的MRE为评估兔肝纤维化的最佳频率。

肝脏MRE可以集成到现有的磁共振扫描仪中，腹部成像已越来越多地使用3.0 T磁共振扫描仪，以便获得更佳的图像质量。与基于超声的技术不同，MRE可以通过标准的肝脏磁共振研究进行，在实验操作者之间没有技术差异，所以具有高测试可重复性，MRE在儿童和年轻人以及移植后受体中均有可靠的应用[7]。MRE在预测慢性肝病代偿与失代偿方面显示了高效用[8]。弹性成像因可重复性亦可反映由其他原因(如胆管梗阻)导致的肝脏硬度。MRE诊断F1～F4期肝纤维化的灵敏度分别为0.73、0.79、0.85、0.91[9]。

MRE受肥胖、造影剂、腹腔积液及占位的影响，但与肝脏穿刺相比，MRE检查无创、较简便，且评估弹性时肝脏测量面积大，结果较客观；与磁共振弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)相比，MRE所测弹性值范围跨度大，有利于对肝纤维化进行个体化分期[10-11]。

MRE的技术失败率<5%，而失败的主要原因是肝脏中铁沉积、肥胖和腹水，或因受试者体型过瘦导致在施加剪切波时因疼痛而中断扫描。由于MRE需要额外的设施，这种相对较高的成本亦是MRE的限制因素[12]。

2 磁共振DWI

DWI能够映射和量化组织中水分子的运动，从而根据其在组织中质子迁移率的差异生成图像对比度。利用表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)量化扩散。经实验对比后得出，在参数b=800 s/mm2时，DWI能够较为准确地评估肝纤维化分期[13]。林锦仕等[14]招募60名健康志愿者作为对照组，60例肝硬化患者作为试验组，均进行磁共振DWI，以比较两个b值的ADC值，得出结论：随着肝功能降低以及肝储备容量降低，ADC值随之降低。磁共振DWI能够在现有大多数磁共振扫描仪上执行，既不需要额外的硬件，也不需要静脉对比。在慢性肝病患者中ADC值较低，但在正常肝脏中，ADC也有低值，所以正常人与肝病患者中的ADC值存在重叠；且当肝脏中存在脂肪和铁时，ADC值的可靠性较差。此外，DWI很容易出现有偏差的工件，导致扫描仪之间的重现性较差[15]。更重要的是，磁共振DWI受灌注和心搏运动的影响，尤其是肝左叶，得出数据存在误差。因此，目前DWI在临床中还未被广泛应用[16]。

3 磁共振弥散张量成像

弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)基于DWI发展而来，是揭露生物组织微观结构特征的成像技术。DTI提供了各向扩散方向和总扩散方向等信息，这使其计算的ADC值较为准确，并且对水分子有较高的敏感性，主要通过多个方向量化水分子扩散的各向异性，然后将其在生物水平上反映的数值标为各向异性分数值[17]。王启苑[13]利用大鼠实验发现，随着肝纤维化程度的加重，各向异性分数值增大。研究小组在大鼠纤维化肝脏上分别进行了6个和15个方向的DTI检查，结果显示，15个方向的DTI对肝纤维化更敏感[18]。当肝细胞出现能量代谢障碍和水肿表现时，细胞内水分子弥散受阻，即各向异性分数值会有变化。

MRE与DWI的Meta分析表明，MRE对肝纤维化的分期诊断更为准确[19]。而DTI这种基于DWI的技术还有更多可待研究的空间。虽然DTI在脊髓、脑内等其他部位病变诊断中已有较成熟的研究成果，但由于肝脏纤维化进程中的水分子扩展并无特异性，所以DTI技术进展略缓慢。

4 纹理分析

近年来，基于图像组学的图像分析成为热点。目前的纹理分析软件设计的主要方法是通过勾画感兴趣区对比病理诊断，经过统计学分析，选择出诊断灵敏度及特异度较高的纹理特征，从而进行预测性诊断[20]。纹理分析对影像医师不能甄别的病灶有很大的鉴别诊断作用。而目前纹理分析在肝纤维化上的研究重点则是对肝纤维化进程进行分期。Venkatesh等[21]评估了肝实质结构、表面结节等特征，其中表面结节特征诊断纤维化(重度)准确度为80.3%，肝实质结构诊断肝硬化的准确度为80.5%。上述提到的磁共振新技术，如DWI和MRE，也可以通过叠加纹理分析的方法提高其诊断效能。

纹理分析对排除肝纤维化有一定的诊断作用，但一般在轻度至中度肝纤维化中进行。纹理分析应用程序目前缺乏标准化，存在对高质量图像和感兴趣区域位置的依赖，且需要克服现有计算能力和特殊纹理分析软件工具的不足[22-25]。

5 磁敏感加权成像

磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)是一种利用组织磁敏感性不同而成像的新技术，对静脉和血液代谢物高度敏感[26]。可检测出由于铁沉积、血液成分、钙化等导致的磁场信号不均。目前SWI已广泛用于脑内细微出血灶的检查，如新生儿缺血缺氧性脑病。因为肝硬化铁沉积导致质子弛豫角度发生偏移，其SWI相位值较正常肝脏减低[27]。张远鸿等[28]研究表明，DWI联合SWI检测肝硬化再生结节准确度为90.48%，因此SWI对癌前病变有较好的鉴别诊断价值。

研究表明[29-30]，肝肌信号强度比在诊断F4期肝纤维化的准确度为0.93，表明SWI可以诊断中晚期肝纤维化，并且有较好的效果。但磁共振DWI、DTI等均对F3、F4期肝纤维化的诊断效果较明显，而诊断F1、F2期肝纤维化的特异度及灵敏度较低。

6 磁共振灌注加权成像

当发生肝纤维化时，肝脏胶原蛋白沉积和毛细血管化形成，对输入的血窦阻力增加，导致肝门静脉血流减少和肝动脉血流增加，以及肝内脉络形成。即在肝纤维化中，钆基造影剂从血管窦向间质空间的转移受到越来越多的阻碍，进而得出正常与非正常差异性成像[31]，这种方法需要使用静脉注射对比剂来动态获取图像。

Hagiwara等[32]对27例患者进行了双输入单室模型研究，通过静脉造影磁共振灌注加权成像测量定量与半定量参数，发现与早期肝纤维化患者相比，晚期患者的绝对动脉血流、动脉分数、分布体积和平均转运时间增加，门静脉分数降低，分布体积在预测晚期肝纤维化中的灵敏度和特异度分别为76.9%和78.5%。Annet等[33]研究发现，与非肝硬化肝脏相比，肝硬化肝脏门静脉分数下降，动脉分数上升，平均转运时间增加。

磁共振灌注加权成像的定量与半定量参数对于肝脏状态的判断结果值得肯定，而肝内对比剂的输送取决于心脏状态、肝损伤程度、患者的生理状态及充血等因素。因此，灌注加权成像的临床应用价值仍有待确定。该方法在技术上也具有一定的挑战性，因为动态序列的获取需要耐心配合及大量的时间消耗和较强的后期处理计算能力[31]。

7 T1ρ弛豫成像

磁共振T1ρ弛豫成像技术检测组织的代谢和生化信息的变化，并评估氢原子和水中游离大分子之间的流动。肝纤维化时肝实质改变，细胞外基质中大分子(胶原蛋白、蛋白多糖)进行积累，影响自由质子运动，从而延长T1ρ弛豫时间。Allkemper等[34]对59例患者(包括25例健康志愿者、34例肝硬化患者)进行了T1ρ扫描，发现肝硬化患者的平均T1ρ值显著高于健康志愿者，表明T1ρ弛豫成像对肝纤维化分期的评估有一定作用；然而，Takayama等[35]研究发现，T1ρ值与肝纤维化无显著相关性，认为磁共振T1ρ弛豫成像可作为慢性肝病患者肝功能的检测方法，但不适合估计肝纤维化。Unal等[36]分析上述无相关性可能由对照组与肝硬化组的年龄差异导致。T1ρ弛豫成像技术可在肝脏未发生形态学变化之前发现异常，提供早期预警。但仍需要更多研究来确定该技术的准确性和临床实用性，其对肝纤维化分期的诊断作用也有待进一步研究。

8 磁共振波谱成像

磁共振波谱成像(magnetic resonance spectrum imaging，MRS)是典型的分子成像技术，能够记录受试者活性细胞的代谢情况，具有高度的软组织分辨能力，可在不使用对比剂的情况下显示血管结构。现阶段MRS对中枢神经系统疾病的检测较成熟和普遍，可用于神经系统疾病、脊髓和脊椎病变、心脏血管病变的诊断。

目前31P-MRS和1H-MRS是最常使用的MRS方式。研究表明，1H-MRS中谷氨酰胺、谷氨酸复合物、糖原和葡萄糖复合物的水平与肝纤维化密切相关；通过这些物质的代谢形成波谱成像，计算可得脂质(lipid，Lip)和胆碱(choline，Cho)的峰值及峰下面积共4个参数(Lip-Amp、Lip-Are、Cho-Amp、Cho-Are)，而参数Lip-Amp和Lip-Are在诊断严重肝纤维化中均非常有效；虽然MRS在轻度肝纤维化诊断中的疗效稍弱[37]，但是MRS为目前我国唯一能够检测活体组织器官能量代谢的方法[38-39]，因此其应用潜力及发展前景较好。

9 血氧水平依赖功能磁共振成像

血氧水平依赖功能磁共振成像(blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging,BOLD-MRI)依赖于组织氧合水平的变化。组织血氧水平由组织氧供应和代谢需氧量的相对变化决定。组织的血流动力学和组织代谢水平发生变化，相应的血氧水平也会发生变化；如果局部血氧水平升高，则脱氧血红蛋白减少，导致局部磁化率降低和局部磁场不均匀性降低，梯度回波序列的T2加权成像上的局部磁共振信号增加。近年来，BOLD-MRI已广泛应用于脑功能成像以及诊断乏氧状态的肿瘤。其在评估肝纤维化方面的潜在价值已在动物实验中得到证实[40]。

当肝脏发生纤维化或硬化时，肝血流会发生重构。脱氧血红蛋白作为内源性对比剂，在没有创伤的情况下反映了血流动力学和血氧含量的改变，进而体现了肝纤维化进程。然而，BOLD-MRI的缺点是易受到呼吸运动等因素的影响，引起数据错误；并且没有成熟的后处理软件[41-42]。

10 动态对比增强磁共振成像

目前使用的肝胆特异性造影剂主要是肝胆特异性螯合造影剂，包括钆塞酸二钠、钆贝葡胺，是传统磁共振造影剂的衍生物，它们将传统的造影剂与脂溶性物质结合起来，以改善造影剂与肝细胞的亲和力，使其可以被肝细胞特异性摄取[43]；此外，造影剂具有脂溶性和水溶性特征，可同时通过肝胆排出体外，与传统的磁共振造影剂相比，肝胆特异性造影剂具有高松弛率，可以缩短T1弛豫时间，因此用量仅为传统磁共振造影剂钆喷酸葡胺的25%～50%。因此，在应用磁共振造影剂期间出现并发症和不良反应的可能性在一定程度上降低[44]。

目前，已有研究证明在基于注入钆塞酸二钠的增强磁共振中叠加MRE对肝脏硬度测量没有影响，在该试验中有1例患者在注入对比剂后出现轻微的铁超载，但图像质量没有明显下降，对比给药前后的肝脏硬度值得出，即使铁存在，MRE测量肝硬度的效果仍然相同。所以，MRE可以在注入造影剂的延迟肝胆期进行，以获得更准确的肝纤维化临床分期[45-46]。

11 酰胺质子转移

酰胺质子转移(amide proton transfer，APT)成像基于化学交换饱和转移技术，其预饱和脉冲频率是特定的饱和氨基质子。水的氢质子具有快速化学交换(氢交换)过程，其中内源游离蛋白质和多肽上的酰胺质子进行交换。该过程依赖外部环境的pH，故将其称为氨基质子转移[47-50]。

在一定条件下，APT能从分子水平上反映组织内蛋白质及(或)pH值的变化，即蛋白质浓度越高，APT信号越高；组织内pH值越低，APT信号越低，一般用APT值表示APT信号的高低[51]。

体外、无创和无须对比剂是APT技术的优点，其对组织的pH值变化高度敏感，如对有pH值变化的血管性病变的诊断较准确。然而APT技术也存在一定的局限性，APT图像伪影较重，分辨率不高，进行肝脏扫描时需要屏息处理。目前，APT成像主要应用于神经系统病变(脑发育、脑肿瘤、脑卒中、新生儿缺氧缺血性脑病等)。肝纤维化是慢性肝损伤——肝修复过程中细胞外基质蛋白异常沉积的病理过程，而蛋白质增加会使APT信号改变，使得肝纤维化进程通过APT信号表现出来。研究证实[52-53]，化学交换饱和转移成像技术对大鼠空腹时肝脏成像有较高的敏感性。APT扫描人体肝脏成像存在伪影，但在肝纤维化等肝脏疾病中具有良好的应用前景。

12 小 结

目前已经开发了多种定量评估肝纤维化的成像技术，大多数技术是基于磁共振和部分分子探针或影像组学等前沿技术。其中，APT技术是较为新兴的发展技术；而MRE是目前临床上最准确可靠的影像学检测方法，可用于鉴别肝脏纤维化和非纤维化。MRE联合肝脂肪量化可为非酒精性脂肪性肝病患者提供综合评价；此外，MRE还能够识别和评估其他病理和并发症，如病灶病变、铁的存在和胆管病理等。MRE已经成为评估肝纤维化的新参考标准。而多种影像学方法并行及叠加是一种新的研究方向，如动态对比增强磁共振成像、磁共振DWI下的纹理分析等已被证明有更稳定的效果。