非酒精性脂肪肝病相关MRI诊断技术的应用进展

任浩 综述 杨正汉 审校

非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指除外酒精和其他明确的肝损伤因素，主要以肝细胞内脂肪过度沉积为特征的临床病理综合征，NAFLD患者通常有肥胖、糖尿病和血脂异常的代谢疾病。NAFLD包括非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver，NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)、肝硬化和肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)[1]。NAFLD目前是21世纪全球最重要的公共健康问题之一。亚洲地区NAFLD的总合并患病率为31%，中国的患病率为31%，其中患病率最低的是日本为24%，患病率最高的是伊朗为36%[2]。中国NAFLD的男性发病率高于女性，城市比例高于农村，NAFLD的患病率已经达到了流行的比例，而且它的发病率正在增加，需要引起人们的重视[3-4]。

NAFLD发病机制简述

1958年Waster[5]首次提出脂肪肝和脂肪性肝炎这一概念。在1980年Ludwig等[6]提出NASH这一疾病。1998年Day等[7]提出NAFLD发病机制的二次打击学说，久坐的生活方式、高脂肪饮食、肥胖和胰岛素抵抗导致肝脏的脂肪堆积为第一次打击，第二次打击为脂质过氧化反应的形成，进而激活炎症级联和纤维生成[7-8]。然而NAFLD发病机制是复杂的，后期出现多重打击学说替代了二次打击学说[9]。多重打击涉及脂毒性、氧化应激、内质网应激、慢性炎症状态和线粒体功能障碍等机制。因此NAFLD的形成，包括了遗传、外部环境及细胞内外因素的改变。目前关于NAFLD有两种观点，第一个观点认为NAFLD是一种组织学疾病谱，从NAFL进展到NASH，继而肝脏纤维化及硬化，最终形成HCC。第二个观点NAFL、NASH认为是两种疾病[10]。第一个观点为主流观点，本文按照主流观点进行阐述分析。

NAFLD是进展性的疾病，MRI诊断NAFLD不同阶段对于临床有着重要意义。NAFLD的评估包括定量肝脂肪变及纤维化程度、有无代谢和心血管危险因素及并发症、有无肝脏炎症损伤以及是否合并其他原因的肝病[11]。以下就MRI对肝脂肪变、炎症程度评估及NAFLD相关纤维化的评估三方面来描述其进展。

相关MRI诊断进展

1.肝脏脂变的MRI诊断

NAFL早期阶段是可逆的，晚期可以进展为NASH相关纤维化及肝硬化，甚至演变为HCC[12]，所以早期定量诊断十分重要。最近一项研究中，没有肝纤维化的NAFLD患者，脂肪含量越高，其纤维化进展的几率越高[13]。目前MRI是定量检测肝脏脂肪含量的最佳无创检查方法。定量诊断肝脏脂变MRI技术主要有磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)和化学位移成像技术，两者都是利用脂肪组织中的氢质子和水分子的氢质子的进动频率差异来进行定量分析，通过选择不同的水-脂分离技术测定脂肪含量。

MRS根据水和脂肪组织共振频率差异，在MRS谱线上两者将位于不同位置，进行谱线分析，计算出脂肪含量比例。目前MRS多采用单体素扫描，体素大小一般为边界2cm的正方体。但是肝脏脂肪变性大多是非均型分布，单体素块测量放置的区域不同将会造成很大的结果差异，往往多次选定区域扫描[14]。多体素MRS虽然扫描范围变大，但是体素之间信号干扰较单体素MRS严重。有研究发现肝脏V段脂肪含量可以较好反应肝脏整体的脂肪含量。故用单次MRS扫描测量肝脏脂肪含量尽量采用肝V段[15]。MRS虽然可以较为客观的测定脂肪含量，但由于扫描时间长、操作及后处理较为复杂，与非对称回波的最小二程估算法迭代水脂分离技术(IDEAL-IQ)相比扫描成功率较低[16]。Datz等[17]研究发现约1/3的NAFLD患者铁稳态紊乱，而MRS对主磁场的均匀性要求较高，铁异常沉积对其也会产生影响。

目前在临床较常用的脂肪含量测量方法是质子密度脂肪分数(proton-density fat fraction，PDFF)，Dixon[18]于1984年首次提出。该方法以不同速率处理水和脂肪分子，因此在正反相位交替中可以发现水和脂肪分子，从而量化脂肪。为了更准确量化脂肪测量，一种多点迭代重建算法被提出，称为水和脂肪迭代分解伴不对称回波和最小平方评估法(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation，IDEAL 估计法)，采集数据超过3个回波进行分析[19]。此后改进的IDEAL-IQ序列扫描同时进行T2*矫正减少铁沉积的影响。IDEAL-IQ序列扫描时间短，操作简便，很少受NASH炎症及纤维化的影响[20]，有研究表明对比剂可以影响R2*值，但有些研究表明注射SPIO及钆对比剂后IDEAL-IQ仍可以准确测量脂肪含量[21-22]。多项研究发现Dixon技术对脂肪含量定量结果与病理结果高度相关[23-24]。

在肝脏NAFLD脂肪变中，MRS和PDFF技术测得脂肪含量与病理具有很高的一致性。有研究表明在儿童和成人NAFLD脂肪变中MRS和PDFF技术对脂肪的测量差异并无统计学意义，但PDFF技术对全肝脏的脂肪定量更有优势[25-26]。MRS由于各种影响因素限制，常应用于科学研究，仍未广泛应用于临床。PDFF操作简单、扫描时间短，很少受其他因素影响，是目前临床理想无创性肝脏脂肪定量手段。

2.肝脏炎症的MRI诊断

NASH是NAFL进展至肝硬化和HCC的中间阶段，难以自愈，在NAFLD中诊断出NASH具有临床意义。NASH定义为5%以上的肝细胞脂肪变合并小叶内炎症和肝细胞气球样变性[27]。用相应MRI技术检测炎症损伤对NAFL和NASH鉴别非常重要。

磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography，MRE)的原理是在普通MR设备增加剪切波装置对成像部位施加剪切波，在垂直波的传播途径上质点会产生周期移位，位移的幅度与质点的弹性相关，其质点位移幅度在运动敏感梯度的作用下获得MR相位图，进而计算出相应弹性值。目前2D-MRE测得横向传播的机械波，3D-MRE可计算获得轴向传播机械波[28]。3D-MRE基础上又衍生了多频率3D-MRE(multifrequency 3D-MRE，mf3D-MRE)可以获得储能模量、损耗模量、剪切刚度和阻尼系数的参数。阻尼系数可以用来评估小叶内炎症和肝细胞气球样变性。mf3D-MRE对于NASH的统计-交叉模型中达到了0.73，相对2D-MRE的0.61有着明显提高[29]。mf3D-MRE在临床无创评估NASH方面非常具有前景。

Traussnigg等[30]用7T高场强MRI对31P分析，通过饱和转移技术揭示了NASH中能量代谢的变化，包括炎症和纤维化过程中ATP的动态通量，计算无机磷酸盐(inorganic phosphate，Pi)和三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)反应的化学汇率常数k和单向正向交换通量(FATP)，NASH患者的k值和FATP值均低于NAFL患者，k值和FATP值和小叶炎症呈强相关性，然而并不能检测细胞气球样变。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)与总磷(total phosphorus，TP)比值与气球样相关。

半定量磁共振成像(quantitative MRI，QMRI)的多组分弛豫法(multi-component relaxometry，MCR)技术可以获得细胞外水分数(extracellular water fraction，ECWF)和和细胞内外水的横向弛豫率比值(the ratio of the transverse relaxation rate between intra and extra-cellular water，R2I/E)之间的横向弛豫率(R2)的比值，R2I/E评估对炎症，区分正常实质和轻度小叶炎症，然而对于纤维化程度严重的NASH识别能力减弱[31]。

在Gd-EOB-DTPA增强MRI中，虽然研究发现NASH增强比例低于NAFL，但是对于炎症并不能很好地进行识别[32-33]。Smits等[34]用USPIO增强MRI鉴别NASH和NAFL，发现NASH的炎症会影响R2*值改变，具有较高的敏感度，特异度较差，但是可以反应肝脏的生物学功能，这是很多MRI技术所不具有的。

NASH早期炎症是局灶的，这会导致组织学诊断不准确。病理学专家在判别小叶内炎症和肝细胞气球样变性时一致性并不高，说明病理学家对NAS分级疾病严重程度的共识同样不完善。由于金标准的不完善可能导致目前MRI技术对NASH炎症诊断减弱。MRI技术在诊断NASH炎症方面mf3D-MRE具有较高的特异性，USPIO增强MRI具有较高的敏感性，两者相结合或许对NASH炎症具有更好的诊断效能。

3.肝脏NASH相关纤维化的MRI诊断

肝脏NASH相关纤维化分级通常可采用Metavir分级：F0，未发生纤维化；F1，肝门束扩大但无纤维间隔形成；F2，肝门束扩大并伴少量纤维间隔形成；F3，产生大量纤维间隔，汇管区与中央静脉间形成桥接；F4，已形成肝硬化。级别越高，表示肝纤维化程度越高，患者预后越差[35]。NASH分级为早期 NASH为无肝纤维化或有轻度纤维化，等级为F0～F1，纤维化性 NASH有显著肝纤维化或间隔纤维化，等级为F2～F3，NASH 肝硬化，肝脏合并肝硬化，等级为F4[27]。NASH的F3纤维化也称为桥接纤维化。对于NASH早期纤维化(F1和F2期)，临床经过治疗可以逆转，F3期经过治疗可以延缓疾病的发展为肝硬化的过程。所以识别早期的NASH纤维化十分重要。

在AASLD指南的肝脏纤维化无创评估中，MRE非常适合于识别NAFLD患者不同程度的纤维化[36-37]。Loomba等[37]发现MRE区分早晚期NASH相关纤维化准确度较高[38]。MRE测量NAFLD患者准确值较高[39]。在早期研究中炎症因素是否影响MRE测量肝脏的硬度值具有争议。最近发现NASH炎症也可以提高MRE硬度值[40]。随着mf3D-MRE应用，40Hz可以识别炎症，60Hz可以较好的识别NASH相关性纤维化。

T1rho技术亦称为T1ρ，T1rho是在持续自旋锁射频脉冲下的横向弛豫，主要用于研究大分子物质与水质子间的低频相互交换作用[41]。因为肝纤维化过程中，可有胶原、蛋白多糖等多种大分子物质在肝脏内的沉积，所以此项技术用于检测肝脏的纤维化有无。T1rho不受炎症和脂肪的影响[42]。有研究表明T1rho技术对纤维化程度的分级并不敏感[43]。所以T1rho技术往往用在肝硬化患者纤维化的诊断上。最近的NASH动物实验，在T1rho基础上应用了Gd-EOB-DTPA增强，称之为T1ρ-HBP，在此基础上研究发现T1ρ-HBP可以对早期的NASH相关性纤维化进行识别，但是本次动物模型设计限制缺乏高级别NASH相关纤维化[44]。

扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)通过梯度自旋回波技术，反应活体生物组织内水分子的布朗运动，测量水分子运动过程受限的程度和方向。IVIM理论旨在将水分子布朗运动与非布朗运动的扩散区分开来，采用多b值DWI分析，对组织内水分子运动和血液在毛细血管流动测量，可以获得两者信息。IVIM的双指数模型函数为S(b)=S(0)[(1-f)·e-bD+f·e-b(D+D*)]，D反映的是体素内真性水分子扩散情况；D*反映的是体素内微循环灌注效应；f是D*占总体扩散效应的容积率，称为灌注分数。Braz等[45]研究发现D值及D*值在识别NASH相关性纤维化(F1、F2)有显著差异，f值无显著差异但是具有相应趋势，这项研究受限于F3、F4患者较少，只是部分进行了验证。Murphy等[46]研究也是具有同样缺陷，并且没有D*值计算，D值和f值与NASH纤维化具有显著差异。之后有研究发现f值在不同纤维化患者确实有差异，但是在识别纤维化分期能力不够精确，D值和D*值可能受到炎症及脂肪变的影响[47]。Hu等[48]在IVIM研究中，将大鼠肝纤维化模型按病理为F0～F4五组，发现D值在F0～F2逐渐减低，在F2～F4间高低不定，D*值、f值及ADC值随肝纤维化程度的进展呈降低趋势，各组间的参数均有显著差异，其中f值及D*值的诊断效能优于ADC值。最近一项儿童NASH相关纤维化的研究发现D值对识别纤维化并无价值，NASH相关纤维化组的D*值和f值与无纤维化组具有显著差异[49]。

Cassinotto等[50]研究T1-mapping、T2-mapping及DWI的诊断效能，发现T2-mapping不是可靠的指标，T1-mapping诊断效能优于DWI，T1-mapping有望成为新的技术手段。最近也有相应研究在T1-mapping基础上加入Gd-EOB-DTPA增强[51]，增强前后T1弛豫时间改变在NASH不同纤维化分组上有显著差异，可以对不同NASH相关纤维化进行识别。31P MRS在不同纤维程度分级时候检测磷酸单脂和磷酸二酯中的含P成分比例发生变化[34]，本研究局限在MRS所测范围不能和肝脏穿刺区域相一致，而且高场强研究比较少，结果需要进一步大规模验证。MCR技术测量ECWF可以进行F1纤维化判别[33]，在F3～F4间无法判别，具有局限性。

在NASH相关性纤维化识别，还有一些技术比如磁敏感加权成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)，但是这项技术只能检测中度和晚期肝纤维化，缺乏大量临床实践证明[52]。T1-mapping可能受到炎症和铁的影响[53]。T1rho技术受限于其对磁场不均匀的高敏感和能量沉积过高，需要更多临床实验来确定稳定性和应用性。还有Gd-EOB-DTPA增强识别肝脏纤维化，有研究发现MRE准确度要高于此项技术[54]。IVIM技术目前可能对NASH相关纤维化精确识别能力欠佳。和其他技术相比，MRE目前是最精确评估肝脏纤维化的无创成像技术[55]。

多参数MRI技术对NAFLD联合诊断

NAFLD病变是一个连续进展的病变，包含了脂肪变、炎症及纤维化等复杂因素形成，单一的MRI技术很难将其区分出来，需要多参数的MRI技术联合诊断。目前MRI的PDFF技术对脂肪的定量测量已经广泛应用临床，对脂肪变的诊断与病理一致性较高，如果对饱和及不饱和脂肪的比率识别则需要联合MRS技术，两者联合可能会有更好的临床意义。对NASH炎症的MRI识别，目前病理取样的误差及病理专家的诊断一致性并不是很高，导致MRI在炎症识别的上限存在，MRE联合USPIO等技术可能提高现有的诊断水平。NASH相关纤维化可以用MRE技术进行量化，目前3D-MRE对纤维化识别准确率较高，随着T1rho及MRS等技术不断提升及临床实践应用，多参数结合将对NAFLD纤维化分期更加精确。

总结和展望

目前，NAFLD发病机制仍未明确，还有很多地方值得探讨。在MRS研究中发现脂肪变性与基因型CC呈负相关，肥胖人群多元不饱和脂肪与单一不饱和脂肪比率明显高于正常人群，PNPLA3基因型GG人群会有更高的多元不饱和脂肪，目前文献中对基因易感性分类的影像学统计分类较少，不同基因易感性的影像诊断临界值有变化尚不可知。儿童NAFLD与成人NAFLD的病理变化并不完全一致，目前研究多关注于成人NAFLD，对儿童NAFLD的研究较少，而且影像在此方面的对比研究较少，目前儿童NAFLD的发病率不断提升，儿童NAFLD也值得进一步研究。随着医学水平提高，不断完善NAFLD疾病的发病机制，MRI原有技术的改进与新技术的开发将会提高NAFLD准确分期。多参数MRI联合诊断有望实现一站式评估NAFLD的脂肪变性、炎症及纤维化程度，进而更有效的指导临床的精确治疗。