MR 弹性成像在肝、肾纤维化中的应用进展

李夏铷，詹松华，袁 杰，霍 苗

（上海中医药大学附属曙光医院放射科，上海 201203）

肝、肾纤维化是大多数慢性肝病和慢性肾病转归到肝硬化和终末期肾病的重要过程和必经阶段。目前的研究认为早期纤维化是一个双向的过程，及早干预、治疗能有效延缓甚至逆转疾病，若发现不及时，随病情进展，可导致肝肾衰竭及恶性肿瘤的发生甚至死亡。目前，穿刺活检仍是临床上主要评估肝、肾纤维化程度的金标准，但其存在创伤、取样少、误差大及并发症等特点，限制了临床应用。影像学检查无创、廉价，且可准确评估肝、肾纤维化，目前仍是临床研究的重点和热点。其中MR 弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）作为一种基于MRI 技术的评估组织力学性能的影像触诊方法，在脏器纤维化程度评估中具有重要作用。本文综述了MRE在肝纤维化和肾纤维化中的应用进展。

1 MRE 概述

1.1 原理 弹性（或硬度）是人体组织物理性质中一种重要的机械力学参数。弹性成像运用病变组织和正常组织弹性模量或硬度上存在一定差异的原理，对组织进行特殊的成像处理来获取组织弹性变化信息，从而区分病变组织与正常组织。MRE 是一种新型的成像技术，其原理为组织器官在外力作用下发生应变（表现为质点的移动），运用MRI 技术检测质点移动，进一步利用运动敏感梯度获得相应的相位图像，并对此进行逆向求解，得出组织器官内部的弹性系数分布图，进而分析组织力学性能的改变［1］。

1.2 成像过程 MRE 一般经历3 个过程：①利用外部驱动器诱导剪切波在组织中产生；②使用相位对比序列（MRE 序列）可视化剪切波的传播；③处理波形图，将其转换成弹性图像，从而分析组织的弹性状态［2］。MRE 通过外部驱动装置对感兴趣组织或器官施加连续、动态的机械波，其中产生机械波的驱动装置包括气动、电磁、压电系统等，每一种都有其独特性及局限性。目前，临床上应用的驱动系统多是气动执行系统，由主动和被动装置组成，主动驱动由低频音频功放设备提供声波，声波通过空气传播振动，需通过密封的塑料软管将振动传导到被动驱动装置，引起被动驱动的振动，有很好的MRI 兼容性，多用于腹部；电磁系统是能够产生稳定、多频率、一致性机械波的驱动系统，简单便携，舒适度较高，具有很大的临床潜力，但其输出功率有限，会产生较大伪影；压电系统的频率较高，能够精准控制频率，是最理想的制动器系统，但其输出功率有限，相对位移较低，多应用于动物实验中。机械波产生之后通过运用相位对比序列对组织中的传播波进行可视化，临床上最常用的序列是梯度回波序列（GRE）。除基于GRE 的MRE 外，其他一些常规MRI 成像序列，如SE、EPI 和平衡稳态自由进动（bSSFP）等也用于MRE。目前临床上使用最广泛的序列是2D GRE-MRE 序列，这些梯度以与声波振动相同的频率振动，通过捕捉与分析这种运动来获知剪切波传播的信息，获得波形图，之后，MRI 系统通常会经过相位展开、方向滤波、去除梯度场效应及各种后处理等获取相应的弹性图［3］。其中常见的处理算法有局部空间频率、相位梯度、波动方程直接反演算法及有限元迭代法。最后采用手动绘制或自动分割的方法确定ROI，勾画ROI 时注意避免可能存在伪影的位置，如肝脏边缘、大血管（直径＞3 mm）、左叶（易受到心脏搏动影响）及多通道波干扰等区域，从而获得组织ROI 的弹性信息。

2 MRE在肝纤维化中的应用

肝纤维化是各种慢性肝脏损害所致细胞外基质过度沉积与异常分布，导致肝脏结构或功能异常的病理变化。肝纤维化是肝脏应对慢性肝损伤的病理性修复愈合反应。慢性肝病时，肝内弥漫性纤维组织增生、肝细胞结节性再生、假小叶形成，即发展到肝硬化阶段。因此，肝纤维化是慢性肝病向肝硬化发展的必经途径和共有病理改变，是影响慢性肝病预后的重要环节。研究发现，肝纤维化病理改变可以逆转，即使较严重的肝纤维化通过有效的治疗也可得到缓解［4］，而肝硬化逆转困难。因此，在肝纤维化病变阶段，早期诊断、精准评估并及时干预对防止进一步发展成肝硬化具有重要意义。

MRE在评估肝脏硬度方面具有重要作用，能够对肝纤维化的分期进行准确评估［5］。Singh 等［6］对非酒精性脂肪肝患者研究发现，MRE 对F0～F4期纤维化的诊断准确率分别为33.6%、32.3%、10.8%、12.9%和10.4%，其中F1～F4期ROC 曲线下面积分别为0.86、0.87、0.90 和0.91。Yoon 等［7］一项前瞻性研究表明，MRE在评估肝脏纤维化程度的准确率为95.35%（123/129），明显高于超声弹性成像，且成功率较高。Rohit 等［8］对117例穿刺活检诊断为非酒精性脂肪性肝炎患者行2D GRE-MRE 与病理对照研究发现，MRE在鉴别早期（F0～F2）与进展期（F3～F4）肝纤维化的特异度为91%，敏感度为86%。Venkatesh 等［9］对乙型肝炎肝纤维化研究发现，F1～F4期的肝纤维化患者MRE 临界值分别为2.7、3.2、3.7 和4.3 kPa，且弹性值与肝纤维化分期呈显著相关性（r=0.94，P＜0.000 1）。Wang 等［10］研究发现，肝脏的弹性值与自身免疫性肝炎后肝纤维化分期呈明显正相关（r=0.88），诊断进展期肝纤维化及肝硬化的AUC分别为0.97、0.98。Sergio 等［11］将MRE 用于肝脏移植后肝脏纤维化检测发现，MRE 鉴别≥F3期肝脏纤维化和F0～F2期肝纤维化的临界值为3.5 kPa，其敏感度和特异度分别为91%和72%。

MRE 的应用时间并不长，但其在反映器官硬度方面受到广泛关注，尤其是在对肝纤维化无创精准评估方面具有很大优势。与超声弹性成像相比，MRE不受患者肥胖、腹水、肋间隙狭窄等影响，可进行全肝纤维化程度评估，在肝脏疾病诊断中具有较高的临床价值。

3 MRE在肾纤维化中的应用

肾纤维化包括肾小球硬化和肾间质纤维化，是慢性肾脏疾病导致终末肾功能衰竭的共同通路。肾纤维化导致正常肾单位功能丧失、大量成纤维细胞及肌纤维细胞增生、肾实质细胞损害、炎细胞浸润、小管上皮丧失再生能力和间质毛细血管完整性受损，以致肾脏组织结构改建和肾功能丧失、肾脏组织弹性下降、硬度增加。早期发现肾纤维化并精准评估纤维化程度对临床干预和治疗具有重要作用。但目前缺乏可靠、无创、定量评估肾纤维化的方法。超声弹性成像已开始应用于肾脏纤维化的评估，但其受主观影响大，加之肾脏位置较深，影响剪切波的传导，因此对肾纤维化的评估具有一定局限性。而MRE不受声窗限制、检测结果稳定、对操作者依赖小，具有很好的临床应用价值。与MRE在肝纤维化中的研究进展不同，其在肾纤维化中的应用尚属于起步阶段。

一项动物实验研究表明，MRE 可无创定量评估大鼠肾脏硬度，正常大鼠肾皮质平均弹性值约3.87 kPa，而肾钙质沉着症模型大鼠的弹性值明显增加，饮用乙二醇溶液2、4 周后肾皮质平均弹性值分别为5.02、6.49 kPa［12］。Korsmo 等［13］研究证实，猪肾动脉狭窄引起的肾髓质纤维化可通过MRE 检测出来，髓质硬度与组织学测定的狭窄性肾脏纤维化程度相关。Rouviere 等［14］对10 名年轻健康志愿者间隔4～5 周进行2 次肾脏MRE 检查，结果表明正常志愿者肾实质的平均剪切模量在45、76 Hz 时分别为4.90、9.40 kPa，且2 次检查结果无显著差异，证明MRE 可用于肾脏硬度评估且具有很好的重复性。Lee 等［15］研究显示，在移植肾患者中，中度肾纤维化患者的肾脏硬度略高于轻度患者，MRE 测量的肾脏硬度可预测同种异体移植肾的纤维化的发展。Kirpalani 等［16］研究表明，MRE在同种异体肾移植中具有良好的重复性，可有效评估移植肾纤维化程度，预测肾功能的变化。

因此，MRE 有望成为反映肾脏硬度、评估肾纤维化程度的有效无创检查方法。但与肝脏相比，MRE在肾脏纤维化中的应用面临以下困难：①肝脏表浅、均质且体积较大，而肾脏的位置较深、结构复杂、体积较小，对设备要求更严格（被动激发器的位置及剪切波的频率均需相应调整）［17］；②肾脏是一个双管系统（血管和肾小管系统），对肾脏硬度的影响因素会更加复杂；③肾脏的血供丰富，储备能力较强，一般在病变晚期才会出现相应力学等方面的改变，所以在早期诊断及评估敏感度方面仍需进一步研究。

4 MRE 的优势及其局限性

弹性成像最早由Ophir 等［18］提出后，首先被用于超声方面，被称为剪切波弹性成像（ultrasonographic shear-wave elastography，SWE）。SWE 具有无创、无痛、操作便捷等优点，目前仍是肝纤维化程度评估的首选无创检查工具。但其无统一的操作规范，受主观影响较大，对肝脏和肾脏硬度的评估不够客观。同时SWE 使用共聚焦的超声波推动脉冲产生的剪切波更易衰减，从而使测量的器官硬度结果不可靠，且在肥胖、腹水患者中的操作失败率明显增加。亚洲人体型较欧美人小，肋间隙相对狭窄，影响剪切波的传导，也会增加失败率。与SWE 相比，MRE 采用驱动器产生的机械波，在组织中传导不易衰减，因此在测定伴腹水的肝纤维化和位置较深的肾纤维化硬度方面准确率高于SWE。SWE 受声窗限制最多可测量3 cm×3 cm 的区域，而MRE 测量面积更大，可覆盖整个肝脏和肾脏，在反映肝纤维化分布的异质性方面具有明显优势［19］；对于腹水、肥胖和肋间隙狭窄的患者成功率也较高。

但MRE 仍有一定局限性：①需额外装置辅助，从而导致操作相对复杂，增加费用；②MRE 是对肝、肾纤维化引起的力学性质的改变进行成像，是间接成像，炎症、肝脏充血、门静脉高压、胆汁淤积等都会对结果造成干扰，如铁沉积患者，由于铁超负荷使局部磁场不均匀，质子快速去相位，造成信号缺失［20］。

基于以上局限性，目前越来越多的研究对MRE成像方式进行改进。常用的被动激发器是一种刚性激发器，与患者的紧密接触性较差，舒适度也较差，最近有研究提出了应用柔性激发器进行改善［21］；其次MRE 最常用的序列是2D-GRE，该序列得到的是2D 图像且对磁场的均匀性较敏感，有研究提出3DEPI 能够很好的解决，相对于GRE 来说，EPI 对磁场的均匀性不太敏感，能够大大提高肝脏铁沉积患者的成功率［22］；另外，由于炎症对肝肾硬度评估具有一定影响，有研究提出MRE 得出的阻尼比和损失模量可在纤维化开始前检测炎症，进而排除炎症对早期肝纤维化检测的影响［20］。另外，在后处理时也提出了一种新的方法来改善观察者之间的差异性-自动肝弹性计算（ALEC）［23-24］，该算法能够在图像中自动定位肝脏，检测肝脏边缘，并在低置信度区域之外绘制出一个大的ROI。MRE 目前主要用于纤维化程度的评估，对病因的检测尚在研究中。越来越多的学者通过对肝、肾纤维化的发展过程、演变过程及弹性界值进行动态检测，从而起到临床提示病因的作用。临床上纤维化原因仍需通过临床资料、病史、血清学检查和影像检查等方法综合判断。

综上所述，MRE 作为一种无创检查方法，在肝肾纤维化的诊断和分期中有很大的发展潜力，但未来仍需在简化设备、参数标准化、优化技术等方面进行改善。