磁共振多参数成像联合血清学模型在肝纤维化分期中的应用

刘瑞瑞，郑建军*，张景峰，陈斌，崔诗浛，闫昆

1.中国科学院大学宁波华美医院放射科，浙江 宁波 315010；2.中国科学院大学宁波华美医院疑难疾病诊疗中心，浙江 宁波315010； *通信作者 郑建军 zhengjianjun@ucas.ac.cn

肝纤维化是慢性肝病向肝硬化发展的中间过程，不易受到患者的重视，如不及时控制，易发展为肝衰竭、肝癌[1]。Scheuer评分系统将肝纤维化分为S0～S4期[2]，在临床应用中，常将S0～S1期定义为无显著肝纤维化，S≥2期定义为显著肝纤维化，S≥3期定义为进展期肝纤维化。及早进行积极有效的临床干预，肝纤维化有延缓甚至逆转的可能[3]。目前用于明确诊断、评估纤维化程度的方法是肝脏穿刺活检，但存在出血、感染甚至更严重的并发症[4]。

血清学诊断模型FIB-4、天门冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase，AST）与血小板（platelet，PLT）比值指数（AST/PLT ratio index，APRI）被多项指南推荐用于评估肝纤维化[5-6]，但对肝纤维化的早期诊断仍存在诸多不确定性。扩散加权成像（DWI）、体素内不相干运动成像（intravoxel incoherent motion，IVIM）和T1 mapping可以通过特殊的MR扫描序列采集肝脏定量信息。DWI通过表观扩散系数（ADC）反映水分子在活体组织中的扩散运动情况[7]，IVIM基于多b值DWI图像评估体素内的微观运动，区分ADC中的真实扩散系数（true diffusion coefficient，D）和血流扩散系数，更准确地评估肝纤维化[8]。T1 mapping可以测量T1弛豫时间评价肝组织含水量、大分子浓度及水的存在形式改变[9]。本研究以肝组织病理分期为“金标准”，评估DWI、IVIM、T1 mapping和血清学模型及联合应用在肝纤维化诊断和分期中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性选取2020年3月—2021年3月就诊于中国科学院大学宁波华美医院的慢性肝病患者，纳入标准：①在超声引导下行肝脏穿刺活检，具有明确的肝纤维化Scheuer病理分期；②血常规、肝功能检测资料完整。同时排除合并其他影响肝功能疾病、有恶性肿瘤病史或其他肝脏弥漫性病变、严重心肺肾疾病、有MRI检查禁忌证以及影响图像测量者。最终纳入45例，其中男18例，女27例，平均年龄（46±12）岁。本研究获得本院医学伦理委员会批准（KY-2020-152-01），所有患者均签署知情同意书。

1.2 血清学检测 收集患者肝脏穿刺前1周内的血常规和肝功能指标，记录PLT计数、AST、丙氨酸氨基转移酶（alanine aminotransferase，ALT），确定AST正常值上限（upper limit of normal，ULN）。血常规使用自动化血细胞分析仪（LH750，Coulter，America）检测，肝功能指标使用全自动生化分析仪（ADVIA2400，Siemens）检测。根据公式（1）、（2）计算APRI[10]和FIB-4[11]。

1.3 MRI检查 采用3.0T超导MR扫描仪（MAGNETOM Prisma，Siemens AG）和18通道体阵线圈。嘱患者检查前空腹4～6 h。经常规冠状面、横断面T2WI和横断面T1WI扫描对肝脏形态学进行评估后，行横断面多b值DWI、横断面T1 mapping扫描，经系统自动生成ADC图、T1 mapping伪彩图。扫描参数：T1 mapping：TR 5.0 ms，TE 2.3 ms，视野305 mm×380 mm，层厚4 mm，层间距4 mm。多b值DWI序列：TR 3 500 ms，TE 43 ms，矩阵108×134，视野370 mm×300 mm，层厚5 mm，层间距1 mm，层数24，激励次数2，b值取0、10、20、40、60、80、100、200、400、600、800 s/mm2。MRI检查与肝脏穿刺时间间隔不超过1个月。所有操作均由1名具有5年以上工作经验的技师完成。

1.4 图像分析 在后处理工作站（Siemens Syngo.Via）进行数据测量，为避免呼吸运动及心脏活动的影响，在ADC、T1 mapping图上选取显示肝右叶范围最大的3个连续层面进行测量，避开血管、肝内占位，在距离肝脏边缘约2 cm处均匀放置3个感兴趣区（ROI），大小为（1±0.05）cm2，每个序列共9个ROI（图1A、B）。将多b值DWI序列导入MITK-Diffusion 2018（German Cancer Research Center）进行IVIM分析，同样选取显示肝右叶范围最大的3个连续层面进行测量，获得每个ROI的D、假性扩散系数（pseudodiffusion coefficient，D*）和灌注分数（perfusion fraction，f）值，为避免结果偏倚，放置ROI时参考ADC和T1 mapping图，使ROI位置尽量一致（图1C），取平均值进行统计学分析。

图1 肝纤维化的MRI图像定量分析。A～C分别为ADC图像、T1 mapping图像、IVIM图像

1.5 统计学方法 使用SPSS 25.0和MedCalc 18.2.1进行分析。符合正态分布的计量资料以±s表示，组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，组间比较采用Mann-WhitneyU检验。计数资料组间比较采用χ2检验。采用Spearman相关分析各参数间的相关性。绘制受试者工作特征（ROC）曲线，计算曲线下面积（AUC），并用Delong检验比较不同方法的诊断价值。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 肝纤维化分期与基本特征 肝纤维化病理分期为S0期1例（2.2%），S1期14例（31.1%），S2期20例（44.4%），S3期7例（15.6%），S4期3例（6.7%）。S≥2组D、ADC均低于S0～S1组，S≥3组D、ADC均低于S≤2组，差异有统计学意义（P均＜0.05）。S≥3组T1弛豫时间高于S≤2组（P＜0.01），而S0～S1、S≥2组间T1弛豫时间差异无统计学意义（P＞0.05）。APRI在不同程度肝纤维化组间差异均有统计学意义（P均＜0.01）。各组间D*、f、FIB-4差异均无统计学意义（P均＞0.05），见表1。

表1 不同程度肝纤维化患者的基本特征比较

2.2 肝纤维化分期与MRI参数、血清学模型的相关性D、ADC随着肝纤维化分期的增高而减低，与肝纤维化分期呈中度负相关（r=-0.617、-0.552，P均＜0.01）；T1弛豫时间与肝纤维化分期呈轻度正相关（r=0.377，P＜0.05）；APRI与肝纤维化分期呈中度正相关（r=0.514，P＜0.01），FIB-4与肝纤维化分期呈轻度正相关（r=0.372，P＜0.05）。f、D*与肝纤维化无显著相关性（P均＞0.05）。2.3 磁共振参数、血清学模型单独诊断肝纤维化的效能 D、ADC、T1弛豫时间、APRI、FIB-4评估肝纤维化S≥2、S≥3的效能见表2及图2。诊断S≥2时，D优于T1弛豫时间（Z=2.178，P=0.0294），ADC、D均优于FIB-4（Z=2.139，P=0.0324；Z=2.361，P=0.0182）；诊断S≥3时，APRI优于FIB-4（Z=2.459，P=0.0139）；其余各参数间差异无统计学意义（P＞0.05）。

图2 MRI参数、血清学模型各参数单独诊断肝纤维化的ROC曲线。A.肝纤维化S≥2期；B.肝纤维化S≥3期。D：真实扩散系数；ADC：表观扩散系数；APRI：天门冬氨酸氨基转移酶/血小板比值指数

表2 MRI参数和血清学模型单独诊断肝纤维化的效能比较

2.4 MRI参数、血清学模型联合诊断肝纤维化的效能诊断S≥2时，D联合T1弛豫时间、ADC联合T1弛豫时间显著优于单独应用T1弛豫时间（Z=2.175，P=0.030；Z=2.255，P=0.024），D联合FIB-4显著优于T1弛豫时间联合FIB-4（Z=2.416，P=0.016），但与其他单一参数对比差异无统计学意义。诊断S≥3时，D联合FIB-4显著优于单一FIB-4（Z=2.225，P=0.026），但与其他单一参数对比差异无统计学意义，见图3和表3。

表3 MRI参数、血清学模型联合诊断肝纤维化的效能比较

图3 MRI参数、血清学模型联合诊断肝纤维化的ROC曲线。A、B分别为MRI参数联合诊断肝纤维化S≥2、S≥3；C、D分别为MRI参数联合APRI诊断肝纤维化S≥2、S≥3；E、F分别为MRI参数联合FIB-4诊断肝纤维化S≥2、S≥3。D：真实扩散系数；ADC：表观扩散系数；APRI：天门冬氨酸氨基转移酶/血小板比值指数

ADC联合APRI、D联合FIB-4诊断S≥3的敏感度均为100.0%，特异度分别为71.4%、54.3%。ADC联合T1弛豫时间诊断S≥2、S≥3的特异度分别为93.3%、94.3%，敏感度分别为66.7%、60.0%。

3 讨论

慢性肝病是世界范围内的重大公共卫生问题，肝脏疾病相关的死亡率随着肝纤维化程度增加而升高[12]，因此，对慢性肝病患者进行肝纤维化早期准确评估，不仅能为临床早期干预提供依据，还能降低患者的负担和死亡风险。目前主要通过血清学指标和影像学检查无创评估肝纤维化程度，然而这些检查方法的诊断价值仍有不足，更多肝纤维化无创诊断模型的探索成为目前研究的新方向。本研究评价3种MRI功能成像和2种血清学模型及其联合应用诊断肝纤维化的价值，为临床应用提供一定的参考。

3.1 血清学模型诊断肝纤维化的价值 本研究结果显示APRI与肝纤维化分期的相关性较高，诊断S≥2和S≥3期肝纤维化的AUC分别为0.747、0.893，对于区分有无进展期肝纤维化具有较高的价值，诊断显著肝纤维化的敏感度较低，与Dong等[13]的研究结果一致。FIB-4在不同程度肝纤维化组间无显著差异，与肝纤维化分期呈弱相关，诊断肝纤维化的价值较低，与张启迪等[14]的结果不一致。FIB-4涉及参数较多，本研究中肝纤维化分期与PLT无显著相关、与年龄呈弱相关，可能是造成结果不一致的原因。

3.2 MRI诊断肝纤维化的价值 一项Meta分析表明，DWI肝纤维化S≥2期的AUC为0.86，诊断S≥3期的AUC为0.83，具有较高的诊断效能[15]。既往研究显示，基于ADC图的影像组学模型诊断肝纤维化的效能优于单独使用ADC值[16]。本研究中，DWI诊断S≥2期和S≥3期的价值相对较低。不同研究b值的选择和MR设备的场强不同，选择的研究方法不同，可能会引起结果的差异，ADC值在定量评估时会受到血流灌注的影响，也可能是影响结果准确性的原因之一。

基于多b值DWI的IVIM参数既可以反映血管外组织中的真实水分子扩散系数D，又可以对肝脏血流灌注情况进行量化[17]，能够更准确地反映肝组织的病理生理变化。本研究中，D诊断S≥2期的能力较强，AUC为0.862，特异度和敏感度均为80.0%，与付芳芳等[18]的研究一致，表明IVIM中的D值对肝纤维化具有较高的诊断价值。由于IVIM涉及参数较多，b值的设定缺乏统一的标准，有关D、D*和f与肝纤维化的相关性不尽相同，而本研究结果提示无显著相关性，可能与b值设定和图像测量标准不同有关。

肝细胞损伤后发生水肿和细胞外基质纤维过度沉积及炎症引起肝组织结构变化，导致T1弛豫时间随着肝纤维化的进展而延长[19]。本研究中T1弛豫时间诊断S≥3期肝纤维化具有一定的价值，但是对S≥2期肝纤维化的诊断价值不高。目前对T1弛豫时间诊断肝纤维化的研究较少，多为动物实验，该参数仍需扩大样本量进一步研究。

3.3 MRI和血清学模型联合应用诊断肝纤维化的价值纤维化是由多种因素共同作用且机制复杂的一种慢性疾病，单一的检测方法很难做出准确判断。一项研究利用MR波谱成像、MR弹性成像和T1 mapping成像参数建立联合诊断模型，用于诊断非酒精性脂肪肝的严重程度，结果表明该模型具有较高的诊断价值，AUC达0.88[20]。张豪等[21]联合MR弹性成像与磁敏感加权成像诊断兔肝纤维化严重程度，得到了较高的诊断效能。为了寻求更简便、经济的诊断方法，本研究尝试将DWI、IVIM及T1 mapping参数和血清学模型联合应用，结果显示ADC联合APRI、D联合FIB-4诊断S≥3期肝纤维化的敏感度均为100.0%，能够为肝纤维化的筛查及早期预警提供参考；ADC联合T1弛豫时间评价S≥2期、S≥3期肝纤维化的特异度均有所提高，有助于肝纤维化分期的诊断，减少肝脏穿刺的需要。

3.4 本研究的局限性 首先，纳入样本量较少，未结合患者病因及治疗情况进行分析，患者年龄、性别等差异也可能对结果的准确性造成一定的影响；其次，需要更多的前瞻性研究对本研究中的联合应用模型进行验证；最后，本研究是基于回顾性资料的单中心性研究，存在无法避免的选择偏倚，不同的MR设备及场强均可能对结果造成影响，还需要更多的大样本研究适应不同条件的临床应用。

综上所述，ADC、D、T1弛豫时间和APRI对各期肝纤维化的诊断均具有一定的价值，其中ADC、D诊断S≥2期的价值较高，为临床诊断提供了更多的选择。肝纤维化检测方法的联合应用对疾病筛查、诊断和监测均具有重要意义，仍需要增加样本量进行验证，新的联合诊断方法亦有待探索。