磁共振功能成像定量评估肝纤维化的研究进展

郭林琳 ，舒健

肝纤维化(liver fibrosis，LF)是各种致病因素导致的细胞外基质蛋白的过度积累、结缔组织异常增生，是各种慢性肝病发展成为肝硬化的共同病理基础。早期LF可通过临床治疗实现逆转，晚期LF不可逆转，肝移植是唯一有效疗法，因此LF的评估对于监测慢性肝病的进展、确定预后以及确定最佳治疗时机至关重要[1]。目前肝穿刺活检是LF诊断和分期的金标准，肝穿刺活检作为一种侵入性检查方法，取材较少、诊断存在潜在误差，且患者耐受性、依从性较差，并存在潜在的出血、胆漏、感染和死亡的风险，限制了肝活检用于疾病进展的连续监测、治疗反应评估和纵向随访研究。因此，临床上需要一种侵入性较小且可再现、准确的方法来评估慢性肝病患者的纤维化。随着MRI技术的发展，定量成像在临床实践中变得越来越普遍。笔者就MR成像技术在LF定量诊断领域的研究进展进行综述。

1 扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)

DWI是一种利用水分子布朗运动的功能成像技术，反映出LF进程中细胞外间隙的水分子扩散信息变化及毛细血管灌注情况，表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值是组织内水分子的运动指标。在肝脏纤维化进程中，细胞外基质中胶原纤维增加，使细胞外间隙减小，水分含量降低，从而限制了肝细胞外水分子扩散，导致ADC值降低[2]。

Jiang等[3]在一项荟萃分析中提示对于LF≥F1、≥F2、≥F3和 F4，DWI的曲线下面积(area under the curve，AUC)分别为0.8554、0.8770、0.8836 和 0.8596；并认为最大b值(bmax)≥800 s/mm2的性能明显优于 bmax＜800 s/mm2。Charatcharoenwitthaya等[4]研究测得LF分期≥2、≥3和肝硬化，AUC分别为0.603、0.704和0.847。Park等[5]在一组回顾性研究中表示，拉伸指数模型的分布扩散系数(distributed diffusion coefficient，DDC)是用于LF分期的最准确的DWI参数，且没有脂肪变性的混杂影响，在评估LF方面具有与瞬时弹性成像相似的良好诊断性能。

DWI应用于LF诊断非常成熟，大多研究肯定了DWI在检测显著LF的作用，但其诊断准确性较低，常用于其他序列对比。

2 体素内不相干运动(intra-voxel incoherent motion，IVIM)成像

在1986年，Le Bihan等[6]提出IVIM模型，认为活体生物组织中共同存在单纯水分子扩散运动和血液灌注运动，而IVIM能够同时提供病变的扩散和灌注信息。IVIM是基于双指数模型、选择多个b值扫描得到的特殊DWI，通过灌注相关扩散系数(D*，假性扩散系数)、单纯水分子扩散系数(D，真性扩散系数)及灌注分数(f值)反映单纯水分子扩散运动和微循环血液灌注运动，并对扩散信息和组织灌注进行定量分析。相对于ADC值在各分期间的分布存在大量重叠，IVIM参数能更好地显示组织的特点，可以分离和量化真性扩散成分和假性扩散成分。

Huang等[7]研究得出，当阈值 b值=60 s/mm2时，f(f＜6.49%)可以区分健康肝脏和所有纤维化肝脏，敏感度和特异度达100%。Ye等[8]一项荟萃分析显示：IVIM检测LF分期≥F1的敏感度和特异度分别为0.78和0.81；≥F2敏感度和特异度分别为0.82和0.80；≥F3敏感度和特异度分别为0.85和0.83；=F4的敏感度和特异度分别为0.90和0.75。LF分期≥F1、F2、F3、F4检测的 AUC分别为 0.862、0.883、0.886和0.899，提示IVIM在LF检测和分期方面具有良好的诊断性能。Ren等[9]研究显示，D*、DDC值、ADC和f值与LF严重程度呈负相关，D*和DDC在评估慢性乙型肝炎LF严重程度方面具有更好的价值。而Dyvorne等[10]却发现D值与ADC值与LF严重程度相关性更高，D*，f与LF程度无关，与Huang等[7]和Ichikawa等[11]的研究结果相反。Tosun等[12]发现LF等级与D和D*值显著负相关，炎症等级与f值呈负相关。

IVIM扫描快、无需额外注射对比剂，但对运动及灌注伪影十分敏感，扫描重复性欠佳、成像依赖参数和场强、b值、脂肪变性、铁沉积等因素都会影响测量结果，从而影响IVIM的诊断效能。IVIM成像的诊断效能需要临床进一步研究验证，但可以明确其在LF分期的评估价值。

3 扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)

在1994年，Basser等[13]提出DTI技术理论，是一种基于DWI发展的能在三维立体空间定量分析生物组织内水分子扩散特性，揭示组织微观结构特征的成像技术。DTI可以精确描述水分子在三维空间中的扩散方向，并从量和方向上反映LF水分子扩散运动的受限情况。在早期，DTI主要用于诊断中枢神经系统疾病[14]，现在逐步应用于腹部脏器的研究。DTI的定量参数包括平均扩散系数(average diffusion coefficient，ADC，D)、平均扩散度(mean diffusion，MD)、各向异性分 数(fractional anisotropy，FA)。FA值及ADC值分别反映活体组织内水分子的运动方向和运动能力。

Huang等[15]研究后认为，ADC值与LF和炎症呈负相关，但缺乏区分LF级别的能力；FA值与纤维化呈正相关，可以区分早期肝硬化与正常、轻度和中度LF；FA和ADC值均无法区分坏死性炎症活动和脂肪变性的阶段。而Lee等[16]的动物实验研究显示，实验组小鼠ADC值与对照组没有差异，ADC值与肝脂肪分数和LF程度无相关性；实验组FA值低于对照组，FA值与LF呈负相关，而与肝脂肪分数呈正相关，说明FA值易受脂肪影响。

ADC值与LF程度呈负相关，而LF严重程度与FA值的相关性尚有争议。可能是因为FA值受纤维化和脂肪变性共同影响，导致FA值在LF进程中出现混合效应。因此，DTI成像的诊断效能需要进一步实验来验证。

4 扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)

在2005年，Jensen等[17]提出DKI。DKI基于非高斯分布模型，通过量化真实水分子与理想的高斯分布水分子的扩散位移偏离程度，表示水分子扩散运动的受限程度以及扩散运动的不均质性，进而对组织结构进行评价。DKI是DTI的扩展，需要较高的b值(一般b＞1000 s/mm2)和较多的扩散梯度方向[18]。DKI参数不仅包括 DTI的定量参数：MD、FA、垂直扩散张量(radial diffusivity，RD)、轴向扩散张量(axial diffusivity，AD)，还包括平均扩散峰度(mean kurtosis，MK)，径向峰度(radial kurtosis，RK)、轴向峰度(axial kurtosis，AK)、峰度各向异性(kurtosis janisotropy，KA)等。

Li等[19]研究发现，MD值与LF呈负相关，MK值与LF呈正相关，ADC值与LF呈负相关，ADC值与MK呈强负相关(r=-0.968；P＜0.001)；尽管DKI可用于预测慢性肝病患者的LF，但MD和MK的诊断性能与ADC值相似。Yoshimaru等[20]对67例病理诊断的LF患者进行研究，发现非肝硬化和肝硬化组之间的ADC、MD和MK存在显著差异；MK和MD值与LF分期的程度存在显著相关性(Spearman等级相关系数，P=0.851和-0.672；P＜0.01)，但是，ADC值未显示与LF分期的相关性(P=-0.227；P=0.078)；根据ROC分析，无纤维化(F0)、纤维化(≥F1)、显著纤维化(≥F2)和肝硬化，DKI截止值分别为0.923、0.955和1.11。胡家玮等[21]在动物实验中表明，FA、MK值与LF分期呈正相关；MD值与LF分期呈负相关；其中，MD值在鉴别F0/F1～F2及F0/F3～F4诊断效能最高(AUC=0.886、0.975，P＜0.01)；MK 值在 F1～F2/F3～F4鉴别诊断效能最高(AUC=0.751，P＜0.01)；说明 DKI参数MD、MK值在兔LF分期诊断中具有较好的应用价值。

DKI在评估LF程度上具有一定的敏感度，能反映水分子在不同方向上的扩散特性，相对于传统的DWI能更准确地评估组织微结构的复杂性，对LF有更高的诊断效能，这使得DKI在定量诊断LF的研究上具有较大的前景。

5 磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography，MRE)

MRE通过外部施加周期剪切应力，获取剪切波在组织内传播的图像，测量组织的弹性、硬度，定量评估LF，是安全、无创、稳定、定量准确度高、稳定性好的评价肝脏硬度的诊断技术，并在诊断中具有良好的重复性。因其在LF的诊断优势明显，被称为“影像触诊”。正常肝组织的硬度取决于肝组织的实质结构、间质血管等成分[22]。慢性肝病患者肝细胞坏死、细胞外胶原蛋白沉积、肝小叶结构紊乱，肝脏硬度随着纤维化进程而增大。

Zou等[23]通过一组动物实验显示肝组织弹性值与LF分期呈正相关。Liang等[24]研究得出，MRE诊断LF分期≥F1的敏感度0.77，特异度0.90；≥F2的敏感度0.87，特异度0.86；F≥3的敏感度0.89，特异度0.84；F≥4敏感度0.94，特异度0.75；汇总受试者工作特征曲线下的面积分别为0.89、0.93、0.93和0.95。Imajo等[25]研究表明MRE无创评估LF是临床实践中肝穿刺活检的潜在替代方法。

Lee等[26]研究测得MER诊断LF≥F1、≥F2、≥F3和F4的肝硬度(liver stiffness，LS)的截断值分别为2.45 kPa、2.69 kPa、3.0 kPa和3.94 kPa；诊断LF的LS最优截断值为5.53 kPa[27]；预测肝脏失代偿的LS最优截断值为4.30 kPa[28]；区分肝硬化与非肝硬化的最佳阈值为4.39 kPa(AUC=0.92)、与代偿性肝硬化的最佳阈值为6.48 kPa(AUC=0.71)[29]。诊断LF合并腹水的最佳截断LS值为6.0 kPa(AUC=0.87)[30]。

Lefebvre等[31]认为MRE在LF早期分期方面的诊断性能优于弹性成像(transient elasography，TE)和超声剪切波弹性成像(shear wave elastrography，SWE)，并且MRE可提供更可靠的肝硬度测量结果，较SWE有更高的可重复性。Ichikawa等[11]对129例病理证实LF患者研究发现在所有纤维化阶段，MRE的AUC值均显著高于D*，提示MRE比IVIM成像能够更好地区分LF分期，MRE具有更高的诊断效能。Dyvorne等[10]研究发现，对晚期纤维化(F3～F4)MRE、TE、DCE-MRI、DWI和血清标志物(aspartateaminotransferase-to-platelet ratio index，APRI)的AUC分别为0.94、0.77、0.79、0.79和0.70；五项检查中，MRE与组织病理学标志物的相关性最高，即MRE对晚期LF和肝硬化鉴别诊断效能优于DWI、DCE-MRI、TE和 APRI，与Osman等[28]研究结果一致。

MRE在LF无创检测和分期上具有极大的优势，基本不受患者年龄、性别、肥胖、感兴趣区的选取等方面的影响，但受中重度脂肪变性、铁沉积、门静脉血流变化的影响[32]，并且需要较昂贵的额外的硬件与软件设备。MRE可以对整个肝脏进行检测，降低采样误差，在一定程度上可以替代肝脏穿刺活检，为临床长期随访及疗效监测提供良好方法。

6 磁共振动态增强成像(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)

DCE-MRI是使用外源性示踪剂的对比剂首过灌注成像法，可以计算局部组织微血管灌注、反映血流动力学情况。肝脏具有双重血供的特点，由肝动脉与门静脉同时供血。因肝动脉与门静脉具有代偿血流机制，在LF进程中，肝血窦内胶原纤维沉积，窦腔狭窄，肝小叶结构破坏逐渐形成假小叶，挤压肝静脉，导致门脉入肝血流下降，肝动脉灌注量一定程度代偿性增加，形成了复杂的血流灌注变化。这些组织学一系列的改变为DCE-MRI在LF的定量诊断与分期提供了病理学基础[33]。

钆塞酸二钠(Gadolinium ethoxybenzyl diethylenet riaminepentaacetic acid，Gd-EOB-DTPA)是肝脏MRI常用的组织特异性对比剂，初始分布在细胞外间隙，可被正常肝细胞摄取并经肾脏、胆道系统排泄。肝细胞摄取特异性对比剂与膜转运蛋白、有机阴离子转运多肽1(organic transportingpolypeptide，OATP1)、多耐药抵抗蛋白(multidrug resistanceassociated proteins，MRPs)的表达有关[34]。LF使细胞OATP1、MRPs等表达水平降低，以及正常肝细胞数量减少，导致肝细胞摄取Gd-EOB-DTPA减少，从而影响组织信号强度。测量肝实质增强前后T1值并计算其变化率(△T1%)可以反映LF信号改变。计算公式：△T1%=(T1pre-T1post)/T1pre×100%，T1pre、T1post分别为增强前、后的T1值。Haimerl等[35]研究结果显示，肝胆特异期(Hepatobiliary phase，HBP)△T1%与LF分期显著负相关，诊断LF的敏感度≥78%、特异度≥94%。Lai等[36]荟萃分析得出诊断LF≥F1、≥F2、≥F3或F4的SROC曲线下面积分别为0.8669、0.8399、0.8481和0.8858；并认为Gd-EOB-DTPA增强MRI对LF分期，尤其是F4具有良好的诊断性能。

Hako等[37]研究表明，DCE-MRI能可靠区分轻度LF(F1～F2)与重度LF(F3～F4)。Liu等[38]动物实验显示，对比剂容积转运常数(transfer constant，Ktrans)与LF程度呈正相关，血液回流常数(outflow rate constant，Kep)和肝实质相对强化值(Re)纤维化分期呈负相关，而细胞外间隙对比容积分数(Ve)、血浆内对比容积分数(Vp)则没有显著相关性；并认为在Gd-EOB-DTPA DCE-MRI定量参数中，Ktrans是定量区分早期LF的最佳预测指标。Ding等[39]研究发现肝动脉灌注指数(hepatic perfusion index，HPI)、达到峰值的时间(time to peak，TTP)与LF分级呈正相关，认为TTP在诊断LF的半定量参数中效能最高。

韩秉艳等[40]认为结合峰值时间(time of peak，TP)和信号最大上升斜率(maximum slope of increase，MSI)能够反映LF各期灌注变化，且对S2期以上的LF的诊断效能最佳。Zhou等[41]研究认为TTP和MSI可以区分正常与中晚期LF；最大下降斜率(maximum slope of decrease，MSD)可以区分早中、晚期LF。Hagiwara等[42]认为分布容积(volume of distribution，DV)是诊断晚期LF最佳的指标。Chen等[43]认为肝动脉灌注量(Fa)是评估轻度LF的最佳指标。

DCE-MRI在LF分期及定量诊断中的应用具有较大的价值，但也有许多不足。目前DCE-MRI存在着标准化的问题：(1)对比剂使用浓度与用量；(2)血流动力学模型；(3)扫描时间点。为获得肝胆期影像，注入Gd-EOB-DTPA 15～20 min后进行T1WI，导致了扫描时间延长。另外，含钆对比剂有肾毒性，对合并急慢性肾功能损伤的患者慎用。

7 三维自旋晶格弛豫成像(longitudinal relaxation time in the rotating frame，T1ρ)

T1ρ成像是一种反映体内大分子间相互作用的成像技术。T1ρ，即旋转坐标系中的自旋-晶格弛豫时间，通过反映组织中的大分子(主要为蛋白质)与水分子之间的能量或质子交换，评估组织中大分子及质子成分的改变[44-45]。

Hu等[46]在一组动物实验中发现T1ρ值与LF分级呈正相关；诊断LF≥F1、≥F2、≥F3和F4的AUC分别为0.976、0.920、0.938和0.931。Zhao等[47]研究结果提示肝脏胶原蛋白含量与肝脏T1ρ之间存在显著正相关；活体中的胶原沉积强烈促进肝脏T1ρ延长，而脂肪沉积则促进T1ρ缩短。Li等[48]研究发现炎症活动与T1ρ值呈中度正相关；而Allkemper等[49]研究并认为T1ρ值与炎症活动、脂肪变性程度和铁沉积无显著相关性，与Li等[48]研究结果相反，与Wang等[50]研究结果一致。Takayama等[51]研究显示肝脏T1ρ值与LF分期及肝脏坏死性炎症无显著相关性，但与肝功能具有相关性。Xie等[52]研究发现炎症活动对肝脏T1ρ值的影响大于纤维化。

T1ρ成像无需对比剂和额外成像设备，不受餐后状态、脂肪的干扰[53]，主要受磁场强度及均匀性的影响。从理论上讲，肝铁负荷可能会增加T2*效应并导致T1ρ值增加，需进一步研究证实。T1ρ成像在LF中的应用尚处于初步阶段，其变化机制目前尚不明确，还需进一步临床试验。

8 磁共振波谱成像(magnetic resonance spectrum，MRS)

MRS基于核磁基本理论、化学位移及质子自旋耦合现象无创检测活体器官和组织物质代谢变化、定量分析化合物的技术。目前肝脏MRS常用1H-MRS和31P-MRS。MRS可通过检测LF损伤修复过程肝细胞化学成分变化来评价纤维化及其程度。

Ooi等[54]研究发现1H-MRS诊断与NAFLD相关的脂肪变性和LF具有最高的准确性。Moon等[55]认为MRS可以区分轻度和重度LF。Puustinen等[56]研究显示磷酸单酯(PME)//磷酸二酯(PDE)和磷酸乙醇胺(PE)//甘油磷酸乙醇胺(GPE)可用于LF的诊断。Hakkarainen等[57]PME、PME/PDE、PE/GPE与炎症活动呈正相关，而PDE与炎症活动呈负相关；PE、磷酸胆碱(PC)和PME与肝功能检查呈正相关。Traussnigg等[58]研究发现相比于无/轻度(F0～2)LF，PE/总磷(TP)比率随着LF程度进展(F3/4)而增加，而甘油磷酸胆碱(GPC)/PME+PDE下降；γ-ATP/TP在晚期LF中较低，而磷酸肌酸(PCr)/TP增加。Ding等[59]研究发现1H-MRS的Cho随着LF程度的加重而增大，且Cho/lipid比值是LF分期最有诊断价值的指标(P=0.98；P＜0.01)，Cho/lipid比值诊断LF和早期肝硬化的阈值分别为：≥0.028、≥0.131(P＜0.01)。Zhang等[60]认为1H-MRS可以有效替代传统组织学进行LF分期。

MRS技术对磁场均匀性和梯度场强要求较高，检查结果容易受到患者呼吸运动的影响且需要复杂的后处理方法。此外，1H的化学位移较窄，导致波峰重叠；而31P在机体的含量较低。因此，MRS技术的临床试验应用还需进一步研究。

除了上述MRI定量技术，还有血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent，BOLD)、T1 mapping成像、磁敏感成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)等。

9 小结与展望

磁共振功能成像技术具有无辐射、无创性和可重复性好的优点，在LF的分期诊断、鉴别诊断、指导治疗、评估预后以及随访监测等方面具有重要价值。目前，部分磁共振功能成像技术在轻度LF分期诊断的敏感度和特异度较低，需要进一步的设备技术开发与实验研究。随着成像技术的研究进展，MRE技术有望代替肝穿刺活检。MRI在LF定量诊断领域有广阔的研究应用前景。相信未来磁共振功能成像技术能更准确客观地诊断LF。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。