胰腺磁共振彈性成像現(xiàn)狀

安訸，石喻，郭啟勇

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧沈陽110004）

胰腺磁共振彈性成像現(xiàn)狀

安訸，石喻，郭啟勇

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧沈陽110004）

磁共振彈性成像（MRE）是通過發(fā)射脈沖機(jī)械波定量測量組織彈性改變的成像方法，已在肝、乳腺、前列腺等器官廣泛應(yīng)用，但胰腺M(fèi)RE影像診斷方面的研究亟待補(bǔ)充。鑒于胰腺位置、形態(tài)及毗鄰特征的特殊性，胰腺M(fèi)RE不能全部照搬現(xiàn)有MRE方法，有許多現(xiàn)實(shí)問題需要解決。本文旨在介紹胰腺M(fèi)RE如成像方法、場強(qiáng)、機(jī)械振動頻率、圖像數(shù)據(jù)后處理等MRE的相關(guān)知識及其成像方法，并簡述其在胰腺的研究進(jìn)展與應(yīng)用。

胰腺；磁共振成像

1 背景

在臨床醫(yī)療實(shí)踐過程中，觸診是一項(xiàng)基本的檢查手段，即醫(yī)生通過觸摸病變部位評價人體組織彈性。然而，這種檢查方式是一種主觀判斷，缺乏客觀量化指標(biāo)，并且人體深部的病變（例如胰腺）難以觸及。目前已知組織器官早期形態(tài)學(xué)病變會導(dǎo)致組織器官的彈性改變。彈性成像是通過定量檢測組織器官的彈性值來對組織彈性或硬度進(jìn)行評估的影像學(xué)檢查手段，包括普通超聲彈性成像、超聲內(nèi)鏡彈性成像及磁共振彈性成像（MRE）等。其中前兩者是應(yīng)用超聲回波來定量檢測組織彈性，而MRE是利用質(zhì)子自旋產(chǎn)生的回波信號來檢測在機(jī)械波刺激下產(chǎn)生位移的質(zhì)點(diǎn)信號[1]。MRE是一種新的、非創(chuàng)傷性的成像技術(shù)，它將人體的彈性這一感性特征定量化，數(shù)據(jù)可觀、準(zhǔn)確，被稱作“影像觸診”。通過MRE測量組織的彈性值對臨床實(shí)踐具有非常大的潛能及重要臨床意義?，F(xiàn)階段的MRE利用剪切波在正常組織和病變組織中的傳播差異來量化測量組織的剪切力或彈性值以得到組織的機(jī)械性能（彈性或硬度），可實(shí)現(xiàn)對組織器官纖維化程度（或硬度）的判斷[2]。

鑒于胰腺位置深、形態(tài)不規(guī)則及周圍毗鄰組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜等自身特征，目前臨床早期診斷胰腺疾病的方法尚不完善?，F(xiàn)階段使用的傳統(tǒng)CT已被證實(shí)在早期診斷胰腺癌及慢性胰腺炎方面缺乏特異性[3]；內(nèi)鏡逆行胰膽管造影（ERCP）和磁共振胰膽管造影（MRCP）能夠?qū)δ懝芟到y(tǒng)提供具有優(yōu)良細(xì)節(jié)的清晰圖像，但對于微小病灶的檢測仍缺乏敏感性[4]，且ERCP在檢查結(jié)束后有繼發(fā)胰腺炎的風(fēng)險[5]。內(nèi)鏡超聲（EUS）對胰腺疾病診斷及分期具有良好的敏感性，但作為有創(chuàng)檢查，在早期診斷時應(yīng)用尚存在爭議[6]。

為了克服以上檢查手段的缺陷，胰腺M(fèi)RE提供了一種早期檢測胰腺組織彈性變化的方法。胰腺M(fèi)RE理論上通過使用外部激發(fā)裝置對組織表面施加外力，產(chǎn)生胰腺組織質(zhì)點(diǎn)在垂直波的傳播路徑上的周期性位移，將位移的大小轉(zhuǎn)化為與胰腺的彈性（或硬度）有關(guān)的定量數(shù)據(jù)（即彈性值）。但鑒于胰腺位置、形態(tài)及毗鄰特征的特殊性，胰腺M(fèi)RE不能全部照搬現(xiàn)有MRE方法，有許多現(xiàn)實(shí)問題需要解決。本文就胰腺M(fèi)RE研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

2 胰腺M(fèi)RE成像原理與方法

胰腺M(fèi)RE的基本原理是利用磁共振技術(shù)檢測胰腺實(shí)質(zhì)在機(jī)械波振動下產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)位移，并通過運(yùn)動敏感梯度而獲得磁共振相位圖。每個像素的信號代表運(yùn)動速度的矢量并可分解為三個空間矢量（X、Y、Z軸）上的位移，它包含了組織結(jié)構(gòu)的彈性信息。以相位圖為基礎(chǔ)進(jìn)行逆行求解，得出胰腺實(shí)質(zhì)各部位彈性系數(shù)的分布圖，即彈性圖，可以以彈性圖為基礎(chǔ)定量檢測胰腺實(shí)質(zhì)的彈性或硬度[7]。

MRE成像設(shè)備主要包括刺激器、MR成像系統(tǒng)，體部線圈及機(jī)械波傳導(dǎo)固定裝置（如塑料連接管、腹帶）等。刺激器由主動刺激器和被動刺激器構(gòu)成。主動刺激器放置于掃描間外部，采用電磁裝置或電壓裝置產(chǎn)生50～500 Hz頻率內(nèi)對人體安全的機(jī)械波，通過塑料連接管道與被動刺激器相連。被動刺激器固定于患者上腹部，將機(jī)械波通過上腹部傳導(dǎo)至胰腺產(chǎn)生振動。MR成像系統(tǒng)通過檢測胰腺質(zhì)點(diǎn)振動的位移信號生成相位圖，之后通過圖像后處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為波形圖。圖像是否達(dá)到影像診斷標(biāo)準(zhǔn)主要是通過這些彈性剪切波傳到體內(nèi)產(chǎn)生的波形圖像來判斷，若波的連續(xù)性好，則認(rèn)為不存在波干擾或波衰減。符合標(biāo)準(zhǔn)的波形圖將通過工作站轉(zhuǎn)換成可以定量測量彈性值的彈性圖，并加入偽彩色，用直觀的“藍(lán)-綠-黃-紅”的顏色變化來表示硬度[8]。

放射科醫(yī)師以彈性圖為基準(zhǔn)測量彈性值。測得的彈性值以千帕（kPa）為單位。在相應(yīng)MRE成像軟件的支持下，將位于彈性圖上的ROI復(fù)制到波形圖及幅度圖上。ROI的選擇應(yīng)十分小心，同時考慮幅度圖、波形圖和彈性圖，避免波的反射和干擾。波在體內(nèi)的實(shí)際傳播是呈發(fā)散狀的，其在近場波的傳播受衍射干擾，因此將掃描定在中心層面，每次掃描均進(jìn)行嚴(yán)格的同層配準(zhǔn)十分必要，以確保成像沿平面波傳播，以避免過高的估計波長[9]。MRE技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)在于圖像的后處理，由于機(jī)械波在非均質(zhì)介質(zhì)中傳播規(guī)律相當(dāng)復(fù)雜，MRE的數(shù)據(jù)處理很難采用同一方法、同一參數(shù)一概而論，要實(shí)現(xiàn)組織彈性的準(zhǔn)確成像必須研究和采用有效的圖像處理方法。胰腺M(fèi)RE一般采用專用彈性成像處理軟件，由獲得的波形圖生成彈性圖，再根據(jù)某一方向上的彈性數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積，獲得中心部分權(quán)重最大的2D MRE圖像。之后通過獲得X、Y、Z軸三個不同方向的二維多層振幅信息反演擬合出三維數(shù)據(jù)[10]，即3D MRE。

經(jīng)典的2D梯度回波（GRE）序列是MRE的常用序列，但掃描時間較長，且因胰腺體積較小的原因，難以準(zhǔn)確覆蓋病變層面。EPI序列可以顯著降低采集區(qū)域MRE的掃描時間，在短短的6次屏氣中就可以完成50層掃描，掃描范圍可覆蓋整個胰腺、雙腎和大部分的肝臟[11]。60 Hz是目前公認(rèn)的肝臟MRE頻率，目前也有許多人在現(xiàn)階段的胰腺M(fèi)RE研究中沿用此頻率。但由于腸氣干擾及胰腺自身位置關(guān)系的原因，60 Hz的機(jī)械振動頻率所得的彈性圖信噪比較高，Yu等通過降低機(jī)械波頻率，即采用40 Hz進(jìn)行掃描以降低信噪比的方法獲得了成功[8]。

雖然健康人群無論是禁食、還是進(jìn)食狀態(tài)，均可提供穩(wěn)定、可靠的組織彈性值，不影響MRE的可重復(fù)性。但考慮到禁食狀態(tài)下的胃腸蠕動少且空腹患者對被動刺激器的振動耐受力更好，目前仍推薦空腹掃描。因此，檢查前一般要求禁食6小時以上，以避免擴(kuò)張的胃部壓迫胰尾及胰體變形[12]。

3 胰腺M(fèi)RE現(xiàn)狀及其相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展

正常人胰腺M(fèi)RE相關(guān)研究目前已有報道。Yu等[8]指出胰腺的不同部位彈性不存在明顯差異，不同個體間因年齡及體質(zhì)量指數(shù)（BMI）導(dǎo)致胰腺纖維化和脂肪浸潤等原因可能對胰腺彈性值產(chǎn)生影響。在1．5T 40 Hz下胰腺平均彈性值為（1．15±0．17）kPa，60 Hz下為（2．09±0．33）kPa。安訸等[13]在3．0T 40 Hz下測得胰腺青年健康志愿者胰腺的平均彈性值為（1．11±0．17）kPa。以上兩者的研究成果均指出40 Hz下胰腺M(fèi)RE有較低的胰肝比，易于和肝臟區(qū)分，成像效果較好，40 Hz較60 Hz更適合胰腺。Yin等[11]在1．5T 60 Hz下測量10例志愿者胰腺組織平均彈性值為2．11kPa；Itoh等[14]在3．0T GE成像系統(tǒng)60Hz下測量胰腺平均彈性值為（2．47±0．11）kPa。以上兩者結(jié)果同Yu在1．5T 60 Hz下測量結(jié)果相近，提示可能并場強(qiáng)非彈性值的影響因素，但目前尚無文獻(xiàn)證實(shí)。沒有相關(guān)物理基礎(chǔ)研究表明場強(qiáng)會對肝臟組織彈性產(chǎn)生影響[15]，且初步研究表明不同廠家的MRI成像系統(tǒng)的彈性成像結(jié)果有很高的一致性[16]。目前國內(nèi)外尚無胰腺疾病MRE表現(xiàn)的相關(guān)報道。

目前超聲在胰腺彈性成像方面的研究相對超前，被稱為超聲彈性（TE）成像。它在微觀上提出了胰腺組織應(yīng)變率的概念，與MRE彈性值的概念相似。慢性胰腺炎（MPF）和胰腺導(dǎo)管腺癌（PC）會導(dǎo)致正常胰腺結(jié)構(gòu)的組織學(xué)變化，包括纖維化、炎癥細(xì)胞浸潤等[6]，相應(yīng)的組織會變得更硬。TE結(jié)果表明，健康的胰腺有中等的應(yīng)變率，而炎性腫塊比正常胰腺的應(yīng)變率較高，但胰腺癌及內(nèi)分泌腫瘤應(yīng)變率則相對較低[17-18]，這提示胰腺癌及內(nèi)分泌腫瘤的彈性值可能也會升高。但TE受到眾多生理因素的制約，如在正常人群中，Mederacke等發(fā)現(xiàn)肝臟血流量上升可導(dǎo)致TE所測門靜脈血流量改變，肝內(nèi)脂肪含量也會對TE所測彈性值產(chǎn)生影響[19]。與TE成像相比，MRE有獨(dú)特的優(yōu)勢。TE成像的信噪比和側(cè)向分辨率較低，而且受到觀察窗限制。相比而言MRE具有更多優(yōu)勢，它無需聲窗，可以同時顯示傳統(tǒng)磁共振圖像，被認(rèn)為是目前敏感度和特異度最高的無創(chuàng)性肝纖維化診斷方法[20]。

磁共振彌散成像（DWI）是目前另一種最為熱點(diǎn)的研究組織硬度的方法，包括傳統(tǒng)DWI、體素內(nèi)非相干運(yùn)動多b值擴(kuò)散加權(quán)成像（IVIM-DWI）、彌散張量成像（DTI）及彌散峰度成像（DKI）等。因胰腺病變導(dǎo)致胰腺纖維化、膠原纖維沉積，致使水分子擴(kuò)散受限。傳統(tǒng)DWI可以反映一個方向的水分子擴(kuò)散情況，而IVIM-DWI不僅可以反映水分子擴(kuò)散情況，還可以從胰腺組織迂曲的微循環(huán)中獲得灌注信息[21]。DTI可以定量檢測水分子在組織中擴(kuò)散的回波信號大小和方向[22]。DKI作為非高斯擴(kuò)散成像技術(shù),在探測組織細(xì)微結(jié)構(gòu)損傷方面優(yōu)于其他彌散成像技術(shù)，反映了除水分子高斯運(yùn)動外的擴(kuò)散狀態(tài)[23]。除以上檢查各自優(yōu)勢之外，胰腺DWI尚存在許多不足：①受呼吸偽影影響較大[24]。②EPI序列可能因梯度渦流而導(dǎo)致磁場不均勻[25]。③b值的選擇對ADC值影響較大，b值較小時對水分子自由運(yùn)動的反映能力較小，反之則基本反映灌注信息，導(dǎo)致b值增高[26]。而高b值時信噪比（SNR）則急劇下降[27]。目前b值的選擇和胰腺ADC值尚無統(tǒng)一結(jié)論。相比而言，MRE因其較高的SNR、敏感性好、彈性值數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠，已受到越來越多的關(guān)注。雖然目前仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，但胰腺M(fèi)RE成像方面的研究及臨床應(yīng)用方興未艾。

4 胰腺M(fèi)RE前景展望

一般來說，良性腫瘤多呈現(xiàn)有序生長，與正常組織彈性相差不大。相反，惡性腫瘤的生長多為無序無組織的方式，利用這一點(diǎn)可以了解腫瘤細(xì)胞的生長、浸潤及惡性程度，根據(jù)整個胰腺占位所呈現(xiàn)彈性的異質(zhì)性來鑒別胰腺占位的良惡性[6]。其次活化的胰腺星狀細(xì)胞（PSC）導(dǎo)致PDAC高度纖維變性的微環(huán)境，通過彈性改變可以了解腫瘤細(xì)胞的生長、浸潤情況，并預(yù)測化療藥物敏感性。另外有文獻(xiàn)報道硬、胰管管徑粗的胰腺比軟、胰管細(xì)的胰腺，術(shù)后胰管漏的發(fā)生率降低25％[28]，故通過了解周圍胰腺組織硬度可以對術(shù)后進(jìn)行有效預(yù)測。綜上三點(diǎn)檢測胰腺彈性有很大的臨床應(yīng)用意義。而MRE具有無輻射、無需外源性對比劑、可重復(fù)好等優(yōu)點(diǎn)，是一種無創(chuàng)的、可靠的檢測組織彈性或硬度的方法。彈性值越大，說明纖維化程度越高，MRE圖像上的信號越接近于紅色，彈性值越大。近年來，諸多MRE研究表明，MRE可以很好地反映肝臟、腦組織、乳腺及前列腺的彈性改變[29-32]，但在胰腺的應(yīng)用尚處于探索階段，目前尚未檢索到有關(guān)胰腺病變的相關(guān)文獻(xiàn)。

有肝臟相關(guān)研究結(jié)果表明當(dāng)在BMI較高的個體上進(jìn)行MRE時結(jié)果同真實(shí)彈性值有一定差異[33]。BMI較高的個體難于行彈性成像的原因可能是機(jī)械振動波對于BMI較高的人可能不能有效地穿透脂肪層到達(dá)胰腺。隨著年齡增長，胰腺萎縮所帶來的彈性改變不可避免，但相關(guān)文獻(xiàn)較少，如何有效解決胰腺萎縮及脂肪浸潤等實(shí)際問題是胰腺M(fèi)RE目前仍然面臨著的重大挑戰(zhàn)。

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Current research status of pancreatic magnetic resonance elastography

AN He,SHI Yu,GUO Qi-yong
(Department of Radiology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Magnetic resonance elastography(MRE)is a functional MR imaging modality that quantitatively evaluates tissue elasticity change through mechanical waves.While pancreatic MRE still needs further study.There are many limitations involved in using MRE to evaluate the pancreas,including its location,shape and adjacent organs.Pancreatic MRE cannot follow existing MRE method blindly,there are many practical problems need to be solved.This article aims to introduce the related knowledge of MRE including imaging method,field strength,frequency of mechanical vibration,the image data post-processing,etc.and briefly describes the research progress and application of the pancreas.

Pancreas;Magnetic resonance imaging

R322.491；R445.2

A

1008－1062（2016）09－0666－04

2016-02-14；

2016-05-10

安訸（1991-），女，遼寧開原人，在讀碩士研究生。E-mail：610779446@qq.com

郭啟勇，中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，110004。E-mail：guoqy@sj-hospital.org