肝纤维化的fMRI 应用进展

葛岩松，董春桐，孙林娜，杨 磊，李庆贺，石鸣琪，王培源

（滨州医学院烟台附属医院医学影像科，山东 烟台 264100）

肝纤维化是由不同病因引发慢性肝损伤的病理改变［1］，作为一种慢性肝脏疾病，是导致失代偿性肝硬化的重要环节，可增加患者罹患肝癌的风险，因此早期诊断及治疗对阻止其向肝硬化及肝癌转化具有重要意义。肝脏活检是诊断肝纤维化及对其进行分期的金标准，但存在出血及疼痛等并发症，同时肝脏活检会有采样错误及观察差异的局限性［2］，患者依从性也较差，因此无创性检查方法成为当今研究的热点。目前，无创性诊断及评估肝纤维化的方法主要有血清纤维化标志物［包括丙氨酸转氨酶（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）、透明质酸（HA）、Ⅲ型前胶原蛋白（PCⅢ）、Ⅳ型胶原（Ⅳ-C）和层黏连蛋白（LN）等］、CT、超声及MRI 检查等［3］。其中MRI 具有无辐射、软组织分辨力高、多参数及多方位成像的优点［4］，尤其是随着fMRI 技术的发展，其可全面反映肝功能及代谢变化情况，从而在功能学方面诊断肝纤维化。笔者对目前fMRI 在肝纤维化中的应用进展进行综述。

1 MRS

MRS 是一种无创性观察活体组织生化及代谢改变的技术，目前在许多代谢性疾病的诊断中具有重要价值，并逐步用于研究肝纤维化的病理生理学过程。既往研究多采用1H-MRS 成像。丁可等［5］利用CCl4法构建的食蟹猴肝纤维化模型研究发现，胆碱（Cho）峰下面积和脂质（lipid）峰下面积的比值，即Cho/lipid随着肝纤维化的加重而不断升高（r=0.98，P＜0.001），并与肝纤维化病理学分期呈显著相关性，认为Cho/lipid 是肝纤维化分期中最有价值的指标。王秋实等［6］认为，由肝纤维化进展导致肝细胞的活动性再生，而脂肪浸润不明显，故Cho 的含量相对lipid 有所增加、Cho/lipid 升高。王秋实等［7］还发现，Cho/lipid在检测及诊断重度肝纤维化中具有优势，然而在诊断早期肝纤维化中具有一定的局限性；并通过由CCl4法构建的大白兔肝纤维化模型研究发现，Cho、糖原与葡萄糖复合物及lipid 峰下面积呈先降再升趋势，推测这是由于早期肝纤维化时肝细胞受损引起上述代谢物减少，而晚期由于细胞外基质的异常沉积导致上述代谢物排出受阻［7］。Puustinen 等［8］通过对12 例自身免疫性肝炎患者行31P-MRS 成像发现，总磷酸单酯（total phosphomonoester level，PME）/总磷酸二酯（total phosphodiester level，PDE）比值，即PME/PDE，以及磷酸乙醇胺（phosphoethanolamine，PE）/磷酸胆碱（phosphocholine，GPE）比值，即PE/GPE 与肝纤维化程度呈正相关（r=0.668，0.604；P=0.018，0.037），可用于诊断肝纤维化，其中PE/GPE 在诊断晚期肝纤维化（F3期与F0～2期）中有较好优势（敏感度为100%、特异度为50%）。Moon 等［9］利用超极化13C-MRS 和代谢成像，通过反映细胞代谢变化区分轻度与重度肝纤维化。然而MRS 对磁场均匀性要求较高，在检查时易受呼吸运动影响，存在波谱基线稳定性差、化合物波峰波动的局限性，在临床应用上受到一定限制［10］。

2 DWI、体素内不相干运动DWI（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIMDWI）及DTI

DWI 与DTI 是非侵入性功能成像技术，以组织内水分子布朗运动为基础，定量分析组织内水分子的弥散特性，反映组织微观结构的完整性及状态情况。肝纤维化的各种不同致病因素会刺激肝星状细胞使其激活，转化为肌成纤维母细胞样细胞，从而不断产生细胞外基质，多沉积于肝细胞和肝窦内皮细胞之间的窦周间隙，以及肝小叶中央静脉、汇管区等肝脏细胞间质中，导致纤维瘢痕形成，成纤维细胞和细胞外基质的异常沉积是肝纤维化的典型病理特征［1，11-12］。以上病理特征会导致肝间隙压力增加，阻碍水分子的扩散运动，相应DWI 参数也发生改变。其中DWI 通常采用ADC 进行量化评估。Kong 等［13］通过构建肝纤维化SD 大鼠模型研究发现，随着肝纤维化进展，ADC 值逐渐降低，并与病理学分期呈负相关。这与Ren 等［14］研究结论一致，并发现虽然肝纤维化不同病理分期之间ADC 值差异有统计学意义，认为这可能是由于肝纤维化早期细胞外基质沉积减少、胶原纤维密度不足以限制水分子的扩散所致。李雄等［15］研究发现，b 值增大，可减小因血流灌注对水分子弥散作用所产生的影响，使得ADC 值更接近于真实值，且b 值为800 s/mm2时的ADC 值准确率最高，在诊断肝纤维化方面具有较高的价值。

IVIM-DWI 采用双指数模型，通过选取多个b 值进行扫描，相比于DWI 单指数模型，IVIM-DWI 能够区分真实组织内水分子扩散包含的水分子单纯扩散和微循环血流灌注引起的假性扩散2 种成分，减少或消除因血流灌注所带来的影响，更准确地反映水分子的单纯扩散运动［16］。IVIM-DWI 主要参数包括：真弥散系数（D）、假弥散系数（D*）、灌注分数（f）；其中D 代表组织内单纯水分子扩散的成分；D* 代表由于微循环灌注所引起的扩散效应的成分；f 代表由于微循环灌注所引起的扩散效应占总扩散效应的百分比［16-17］。王航宇等［18］通过对48 例乙肝患者（病例组）及30 例健康志愿者研究发现，病例组中肝纤维化患者D 值、f 值显著低于无肝纤维化患者（病例组无肝纤维化患者及健康志愿者）且差异有统计学意义；不同肝纤维化分期D、f 值存在显著差异，且均与肝纤维化分期呈负相关（r=-0.594，-0.474；均P＜0.05）；认为这与上述肝纤维化的病理学变化密切相关，表明两者在诊断S2期及以上分期肝纤维化中具有良好的效能（AUC 分别为0.824，0.820；敏感度分别为82.86%，74.29%；特异度分别为76.92%，84.62%）。Tosun 等［16］研究发现，在慢性乙型肝炎患者中D 及D* 值均与肝纤维化分期呈显著负相关（r=-0.425，-0.315；P=0.001，0.021），说明肝纤维化过程中不仅肝组织内水分子单纯扩散受到限制，微循环灌注也受到限制，认为D 值是检测肝纤维化最可行的IVIMDWI 参数，IVIM 显像可替代肝活检进行肝纤维化分期。王琳萍等［19］联合DWI 单指数模型及IVIM-DWI双指数模型，以CCl4法构建的大鼠为研究对象得出以上2 种研究模型相结合对早期及晚期肝纤维化的鉴别诊断与分期具有较大价值的结论。除以上2 种DWI 模型外，也有部分学者利用拉伸指数模型进行研究，其主要参数有扩散分布指数（diffusion distribution index，DDC）与扩散异质性指数（diffusion heterogeneity index，α）。有研究者利用上述2 种模型研究发现，肝纤维化患者DDC 值与肝纤维化程度呈负相关，DDC值在评估肝纤维化程度中具有较高的应用价值［14，18］。

DWI、IVIM-DWI 虽然扫描速度快，无需额外的硬件设备，但易受呼吸运动影响，对运动伪影较敏感，所得结果并不完全准确，尤其是在受心脏运动影响较大的肝左叶中［10，20］。同样，DWI 结果还可受到脂肪变性和铁沉积等混杂因素的影响，但仍需进一步探讨。

DTI 是在DWI 基础上发展起来的一种MRI 技术，可定量分析组织内水分子的弥散特性，在中枢神经系统疾病的诊断上具有较强优势，目前也逐步应用于肝脏疾病的诊断中。其最常用的参数为ADC值、部分各向异性（fractional anisotropy，FA）和平均扩散率（mean diffusivity，MD）等。Cheung 等［21］认为，ADC 值和FA 值在早期检测肝纤维化和监测其进展方面具有潜在价值。Lee 等［22］发现，在CCl4法构建的小鼠肝纤维化模型中，FA 值较ADC 值对诊断轻中度肝纤维化有着更高敏感性，FA 除与肝纤维化程度呈负相关（r=-0.441，P=0.012）外，还与肝脏脂肪分数呈正相关（r=0.418，P=0.011），认为在肝纤维化中可发生严重的脂肪变性，可弥补肝纤维化带来的影响，也说明FA 值对脂肪变性的敏感度较ADC 值高。赵广强等［23］却得到相反的结论，认为FA 值肝纤维化的进展呈上升趋势，由于肝纤维化的相关病理学改变导致水分子自由扩散受阻，趋于一致性的程度相应增加，FA 值增高，故FA 值的变化仍需进一步探讨。徐开武等［24］对慢性病毒性肝炎患者的研究显示，ADC值、MD 值与肝纤维化分期均呈负相关（r=-0.939，-0.682；均P＜0.01），且在ADC 值预测≥S4期纤维化（肝硬化）时，其敏感度优于MD 值。

3 MR 动态增强成像（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）

DCE-MRI 是一种通过注射对比剂，利用快速MRI 序列获取注入对比剂前后的图像，经后处理得到定量及半定量参数，无创评估组织和病理微循环特征的技术，已广泛应用于肝纤维化的诊断中［25］。其主要参数有容量转运常数（transfer constant，Ktrans）、速率常数（reverse rate constant，kep）、血管外细胞外间隙体积百分数（extravascular extracellular volume fraction，Ve）、初始AUC（initial AUC，iAUC）、动脉灌注指数（hepatic arterial perfusion index，HPI）、门静脉灌注量（portal venous perfusion，PVP）、肝动脉灌注量（hepatic arterial perfusion，HAP）、对比剂平均通过时间（mean transit time，MTT）、达峰时间（time to peak，TTP）等。其中Ktrans表示对比剂从血管内渗透到血管外细胞外间隙（extravascular extracellular space，EES）的速率；Kep值代表对比剂从EES 到血管内的回流速率；Ve是每单位体积组织中EES 的体积分数；iAUC 反映一定时间内输送进入肝脏组织中对比剂的量［26-28］。徐佳等［29］以CCl4法诱导的大鼠为研究对象发现，随着肝纤维化的进展，Ktrans、Ve及iAUC 降低（r=-0.631，-0.530，-0.446；P=0.002，0.017，0.037），然而各组间Kep差异无统计学意义（P=0.193），认为这是由于细胞外基质的不断沉积及肝窦毛细血管化，阻碍了血浆与EES 的灌注，肝脏血流灌注减少，并且使得EES 体积减小所致。然而有学者却得出相反的结论，张丽萍等［30］发现，随着CCl4法诱导大鼠的肝纤维化严重程度的增加，Ktrans值不断增大（r=-0.913，P＜0.001），认为其原因除了可能与选用的对比剂的特性有关外，肝动脉血流引发的肝窦压力增高亦可提高Ktrans。除了以上观点，Liu 等［27］认为，在CCl4法诱导的兔肝纤维化中，其基本病理变化引发门静脉灌注压增高，从而降低内皮依赖性血管扩张，导致Ktrans升高（r=0.803，P＜0.001）。Li 等［31］认为，Ve不断降低可能与以下因素有关：部分纤维化相关细胞（如肝星状细胞和肌成纤维细胞）的增殖；肝窦内皮细胞失窗孔会阻碍液体交换，致使组织液含量减少；肝细胞再生和再生结节可能会扭曲正常结构等。对于iAUC，徐佳等［29］的研究结论与Zhang等［28］的研究趋势相反。由于在发生肝纤维化时，肝细胞变形肿胀、肝硬化结节形成，以及细胞外基质的不断沉积，其病理学改变改变造成门静脉回流压力增大，门静脉血流灌注量下降，而肝动脉的供血相应代偿性增多，故HAP、HPI、MTT、TTP 增加，PVP 减低，这与张岚等［32-33］的部分结论一致。上述部分参数的变化目前尚无论证，需进一步探讨。

虽然DCE-MRI 在肝纤维化诊断和分期评估方面有一定优势；然而其也有局限性，在扫描时需注射对比剂，有一定的侵入性［20］，检查时还需患者充分配合，且定量参数分析需一定的后处理技术［20］。

4 T1 mapping

T1mapping 是一种通过注射对比剂，测定肝组织的T1值，从而定量分析诊断肝纤维化的一种MRI技术。钆塞酸二钠（Gd-EOB-DTPA）是一种特异性对比剂，注射后可通过肝细胞膜上的有机阴离子转运体被肝细胞吸收（约注射对比剂20 min 后，称为肝胆期），可对肝脏血流灌注信息及肝功能情况进行评估［34-37］，在T1mapping 技术中有着广泛的应用。在发生肝纤维化时，由于肝脏的病理学改变导致肝细胞功能异常，故T1值常会发生变化。张涛等［38］通过测定慢性乙型肝炎肝纤维化患者肝脏增强扫描前T1值（T1pre）与肝胆期T1值（T1HBP），计算出肝胆期T1值减低率（ΔT1），研究发现随着肝纤维化的进展，T1HBP不断增高（r=0.822，P=0.000），ΔT1不断降低（r=-0.832，P=0.000），且组间差异均有统计学意义（均P＜0.05），这与Sheng 等［39］以CCl4法诱导的大鼠为研究对象得出的结论一致（r=0.960，-0.952；均P＜0.05），其认为T1mapping 是肝纤维化分期的可靠诊断工具。朱祖辉等［40］测定CCl4法诱导的家兔增强扫描前T1值（T1native），增强扫描后10、20 min 的T1值（T110min、T120min），并通过以上参数计算肝细胞外容积（extracellular volume fraction，ECV），得到ECV10min和ECV20min，指出以上参数与肝纤维化进展呈正相关（r=0.685，0.428，0.818，0.278，0.766；均P＜0.001），其中T120min在诊断≥F1期、≥F2期、≥F3期及≥F4期肝纤维化中具有较高诊断价值（AUC=0.90，0.93，0.93，0.92），说明T1mapping是诊断肝纤维化有效的影像学方法。

近年来，ECV-MRI 在对肝纤维化的诊断及其分期中有所报道，作为一种新型的无创性成像技术，ECV-MRI 在T1mapping 的基础上，通过测定肝脏ECV 分数，从而反映肝纤维化的严重程度［41］。有学者认为，相比于T1值，ECV 较直观，是一种生理上的指标，可独立于场强，且在后续随访中有着较好的优势［42］。其计算公式为ECV=ΔR1肝脏/ΔR1主动脉×（100-红细胞压积），其中ΔR1肝脏=1/T1肝脏-平衡期-1/T1肝脏-平扫；ΔR1主动脉=1/T1主动脉-平衡期-1/T1主动脉-平扫［41］。在肝纤维化中，由于细胞外基质的不断沉积，ECV 增大。盛若凡等［41］通过分析慢性乙型肝炎患者ECV 分数，发现ECV与肝纤维化程度呈明显正相关（r=0.622，P＜0.001），认为ECV-MRI 对肝纤维化的分期有较高诊断价值。同样，张炜等［42］在胆管结扎肝纤维化大鼠模型及CCl4诱导的肝纤维化大鼠模型的研究中也发现了此规律，认为在不同严重程度的肝纤维化中ECV 均增加。这与Luetkens 等［43］的研究结果一致。说明ECV-MRI在肝纤维化的诊断及其分期中有一定价值。

5 MR 弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）

MRE 是一种新型无创的MRI 检查方法，通过测定活体组织的弹性硬度反映某些疾病的变化，使“影像触诊”成为可能，具有不受患者体型影响的优点，适用于肥胖患者；在患者合并大量腹水时，MRE 技术在评估肝纤维化中也有着良好优势，基本不受腹水的影响。随着肝纤维化的进展，肝内纤维细胞不断增生，形成的纤维胶原不断聚集，故肝脏弹性硬度增加。Besa 等［44-45］研究均显示，肝脏弹性硬度与肝纤维化的病理学分期呈正相关（r=0.74，0.832；均P＜0.001）。Hsu 等［46］研究表明，MRE 在检测肝纤维化中病理学分期阶段的诊断准确性显着高于超声瞬时弹性成像，这与Park 等［47-48］研究结论一致，其中Dyvorne等［48］研究 指出MRE 与DWI、DCE-MRI 及血清标志物相比，其与慢性丙型肝炎病毒感染所致的肝纤维化分期相关性最高（r=0.66，P＜0.001），在检测晚期肝纤维化和肝硬化方面具有较高的诊断性能（AUC为0.94，敏感度为92%，特异度为92%）。Imajo 等［49］认为，MRE 无创性评估肝纤维化可作为临床实践中肝活检的潜在替代方案，具有重要价值。虽然MRE在肝纤维化的诊断及评估中有优势，然而该技术需额外的硬件设备，其诊断结果也会受到铁沉积的影响，肝脏中重度铁沉积的导致MRE 中的SNR 较低，影响测量结果；同样，胆汁淤积、肝静脉充血、餐后状态及右心衰竭等因素也会影响MRE 的诊断准确性［20］。

6 SWI

肝纤维化的发生、发展与铁沉积密切相关，SWI对铁沉积较敏感，其通过测定铁含量可间接反映肝纤维化的严重程度。江锦赵等［50］以CCl4法诱导的兔为研究对象，通过测量肝脏信号强度（SI肝）和同层背部肌肉信号强度（SI肌），计算出两者比值（SIR肝/肌），发现SIR肝/肌与肝纤维化病理学分期呈负相关（r=-0.896，P＜0.05），进一步研究发现SIR肝/肌对诊断各期肝纤维化（F1～4期）均有良好的效能（敏感度分别为100.00%、100.00%、77.42%、100.00%；特异度分别为78.13%、100.00%、100.00%、100.00%）。这与Zou 等［51］的结论一致（r=-0.81，P＜0.001）。

7 T1ρ

T1ρ是近年来新出现的一种MRI 技术，通过水分子与大分子之间的相互作用引发弛豫，从而反映含水组织的代谢及生化变化，可无创监测疾病的发展变化，与MRE 不同的是，其不受肝脂肪变性及铁沉积等生物学因素的影响［52］。T1ρ值与大分子含量有关，有学者认为在肝纤维化的发生及发展过程中，由于大分子物质沉积，降低了水分子与大分子之间质子交换速率，T1ρ值增高［20，53］。赖伟等［54］以CCl4法诱导的家兔为研究对象发现，肝纤维化分期与T1ρ值呈正相关（r=0.790，P＜0.001），这与Hu 等［55］研究CCl4法诱导的大鼠肝纤维化模型所得出的结论一致（r=0.863，P＜0.001），并认为T1ρ诊断各期肝纤维化的价值大于DWI。然而，这种技术对磁场的不均匀性很敏感，易受其影响［20］。

综上所述，fMRI 具有无创性的特点，能更好地了解肝功能情况，在临床及基础实验中得到广泛应用，对肝纤维化的早期诊断具有积极作用。相信随着fMRI 的不断发展，其将更客观、准确地早期诊断肝纤维化，并在疾病监测中发挥重要作用。