MR-T1rho成像原理及在肝纖維化中的研究進(jìn)展

李清， 謝雙雙， 程悅， 沈文

MR-T1rho成像原理及在肝纖維化中的研究進(jìn)展

李清， 謝雙雙， 程悅， 沈文

T1rho弛豫時(shí)間是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中的自旋-晶格弛豫時(shí)間，決定了自旋鎖定脈沖場(chǎng)中橫向磁化的衰減，對(duì)低頻運(yùn)動(dòng)敏感，可以探查軟組織中蛋白質(zhì)等大分子的含量。肝纖維化是各種病因持續(xù)刺激導(dǎo)致膠原、蛋白聚糖等在細(xì)胞外基質(zhì)中過量沉積的過程，早期階段可以逆轉(zhuǎn)，如不能給予有效的藥物干預(yù)，最終將發(fā)展為肝硬化甚至肝癌。因此肝纖維化的早期診斷及準(zhǔn)確分級(jí)具有重要意義。本文就MR-T1rho的基本原理及其在肝纖維化中的研究進(jìn)展予以綜述。

磁共振成像； 肝纖維化； 肝硬化； 診斷

肝纖維化是各種病因持續(xù)刺激下肝臟損傷修復(fù)的結(jié)果，是各種慢性肝臟疾病的共同病理改變過程[1]。進(jìn)展期肝纖維化可發(fā)展為肝硬化甚至肝癌，因而肝纖維化早期診斷及準(zhǔn)確分期具有重要意義。目前肝穿刺活檢仍被認(rèn)為是診斷肝纖維化的“金標(biāo)準(zhǔn)”[2]，但肝穿為有創(chuàng)性操作，樣本采集誤差大[3-4]、可重復(fù)性差、病理評(píng)估存在主觀性[5-6]，而且可能發(fā)生并發(fā)癥[7]，不利于動(dòng)態(tài)觀察病情變化。目前研究報(bào)道中可用于無創(chuàng)評(píng)估肝纖維化的方法包括超聲彈性成像、CT灌注成像、MR彈性成像、擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)、磁共振波譜成像、雙對(duì)比MR動(dòng)態(tài)增強(qiáng)成像和核醫(yī)學(xué)檢查等，但上述方法均存在一定的局限性和不足，準(zhǔn)確性及特異性有待進(jìn)一步提高[8-13]。

肝纖維化的病理基礎(chǔ)是膠原、蛋白聚糖等大分子物質(zhì)在細(xì)胞外基質(zhì)中過量沉積[1]?？紤]到T1rho是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中的自旋-晶格弛豫時(shí)間，對(duì)低頻運(yùn)動(dòng)敏感，可以直接探查緩慢運(yùn)動(dòng)過程中大分子物質(zhì)與水分子之間相互作用，從而間接探查軟組織中蛋白聚糖、蛋白質(zhì)等大分子的含量[14]，因此其有望在病理水平對(duì)肝纖維化進(jìn)行評(píng)估。隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，MR-T1rho已廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)、骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)等領(lǐng)域，近年來在肝纖維化研究中的應(yīng)用也逐漸增多，本文就其成像原理及在肝纖維化中的研究進(jìn)展予以綜述。

T1rho的基本原理及成像過程

1.T1rho的基本原理

在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，向橫向平面施加自旋鎖定脈沖后得到的自旋-晶格弛豫稱為T1rho弛豫。在形成T1rho弛豫過程中，首先同經(jīng)典T1弛豫或者T2弛豫一樣施加B1將縱向磁化矢量翻轉(zhuǎn)至橫向平面，緊接著施加自旋鎖定脈沖與該橫向磁化矢量方向保持一致，在自旋鎖定持續(xù)時(shí)間(time of spin lock length,TSL)內(nèi)，橫向磁化矢量不能再以指數(shù)形式自由衰減，而是被強(qiáng)制保持在該方向上弛豫，此時(shí)橫向磁化矢量不再依賴T2弛豫而是依賴T1rho弛豫[15]。實(shí)現(xiàn)這種現(xiàn)象的自旋鎖定脈沖是一種諧振而且連續(xù)的射頻脈沖，具有較長持續(xù)時(shí)間和較低能量。自旋鎖定脈沖停止后再施加一個(gè)90°脈沖，將橫向磁化矢量翻轉(zhuǎn)回縱向平面。然后施加一個(gè)梯度場(chǎng)毀壞殘存的橫向磁化矢量。最后利用2D/3D FSE[16]、2D/3D GRE[17]、平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)[18]、及超短TE(UTE)[19]等序列讀取所積累的縱向矢量。

傳統(tǒng)T1弛豫中，縱向磁化矢量通過與周圍晶格中達(dá)到或者接近拉莫爾頻率的進(jìn)動(dòng)進(jìn)行能量交換，在自旋鎖定脈沖條件下，橫向磁化矢量能夠與周圍晶格中達(dá)到或者接近自旋鎖定脈沖頻率(spin lock frequency，F(xiàn)SL)的進(jìn)動(dòng)進(jìn)行能量交換[15]。T1rho對(duì)自旋鎖定脈沖頻率的依賴與T1對(duì)拉莫爾頻率的依賴是一致的，由于FSL=γ·BSL(其中γ為氫質(zhì)子的旋磁比(42.58 MHz/T)，BSL為自旋鎖定脈沖的幅度)，與BSL呈正比，通常為幾百赫茲至幾千赫茲的低頻，因此T1rho對(duì)低頻運(yùn)動(dòng)敏感，而晶格中的低頻運(yùn)動(dòng)與大分子的存在有關(guān)，從而T1rho可以提供緩慢運(yùn)動(dòng)過程中大分子相互作用的信息，用于探查細(xì)胞外基質(zhì)中大分子的組成及組織中的質(zhì)子交換。簡(jiǎn)言之，自旋鎖定技術(shù)能提供極低磁場(chǎng)強(qiáng)度，增加水與大分子間相互作用的弛豫效能，從而T1rho加權(quán)像具有良好的軟組織對(duì)比度，可以應(yīng)用于臨床間接探查軟組織中蛋白聚糖、蛋白質(zhì)等大分子的含量。

T1rho代表了組織在自旋鎖定脈沖條件下的自旋-晶格弛豫特性，其信號(hào)衰減模型如下：STSL=S0*exp(-TSL/T1rho)，其中S0為初始磁化強(qiáng)度，STSL為一定TSL時(shí)的磁化強(qiáng)度，TSL為自旋鎖定脈沖持續(xù)時(shí)間。

2.T1rho成像技術(shù)的改進(jìn)

由于B0、B1磁場(chǎng)不均勻性的存在會(huì)影響自旋鎖定脈沖場(chǎng)的有效方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度，最終產(chǎn)生條帶狀偽影。Sridhar等[20]為補(bǔ)償B1磁場(chǎng)不均勻性帶來的偽影，提出了旋轉(zhuǎn)回波式自旋鎖定脈沖，這種自旋鎖定脈沖分為兩個(gè)持續(xù)時(shí)間相同、相位相反的部分，可以矯正章動(dòng)角度，從而減小圖像偽影。此外，自旋鎖定脈沖持續(xù)時(shí)間長、翻轉(zhuǎn)角較大等還會(huì)導(dǎo)致較大的SAR值。Wheaton等[21，22]采用部分K空間采集方式降低SAR值，并采用鎖眼采集方法縮短采集時(shí)間，提高時(shí)間分辨力。Mark等[23]采用平行采集技術(shù)，通過減少相位編碼數(shù)，也達(dá)到了減少采集時(shí)間的目的。

T1rho在肝纖維化中的研究

1.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

早期，Wang等[24]對(duì)8只膽管結(jié)扎術(shù)后小鼠肝臟的T1rho值進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)隨著肝纖維化的進(jìn)展，T1rho值逐漸增加，且T1rho值的增加與肝臟內(nèi)膠原的沉積水平相一致，推測(cè)T1rho值的增加可能與肝纖維化過程中膠原的沉積量有關(guān)。隨后Zhao等[25]對(duì)腹膜內(nèi)連續(xù)注射四氯化碳制作的小鼠肝纖維化模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在注射的6周內(nèi)T1rho值隨著四氯化碳注射次數(shù)的增加而不斷升高，且在注射停止后第1周、第4周對(duì)實(shí)驗(yàn)鼠進(jìn)行復(fù)查觀察到T1rho值又有所降低，證實(shí)了T1rho在肝纖維化嚴(yán)重程度及逆轉(zhuǎn)情況評(píng)估中的潛能。另外，該研究還發(fā)現(xiàn)T1rho值會(huì)受到細(xì)胞水腫及急性炎癥的輕微影響。Hu等[26]同樣對(duì)四氯化碳中毒肝纖維化模型小鼠進(jìn)行了T1rho掃描研究，并獲取肝纖維化病理分級(jí)，發(fā)現(xiàn)除了F1與F2，其余肝纖維化分級(jí)F0～F4兩兩組合間T1rho值差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且T1rho值與肝纖維化級(jí)別呈正相關(guān)(r=0.863,P<0.001,CI:0.779～0.911)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)T1rho的診斷效能較理想(AUC:F0 vs.F1～F4=0.976,F0～F1 vs F2～F4=0.920,F0～F2 vs F3～F4=0.938,F0～F3 vs F4=0.931)。因此認(rèn)為T1rho成像能夠用于肝纖維化的檢測(cè)，并在肝纖維化的分級(jí)診斷中具有重要價(jià)值。

2.T1rho在人體肝臟的研究

Deng等[27]通過對(duì)15名正常志愿者重復(fù)掃描研究，發(fā)現(xiàn)兩次重復(fù)掃描具有良好的相關(guān)性，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.764，并且T1rho值不受空腹及餐后狀態(tài)的影響。同樣Singh等[28]通過5名正常志愿者T1rho重復(fù)掃描實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)正常志愿者同一天間隔5min重復(fù)掃描的變異系數(shù)為(0.83±0.8)%，不同天重復(fù)掃描的變異系數(shù)為(5.4±2.7)%，提示正常人肝臟T1rho成像具有很好的穩(wěn)定性。以上研究表明T1rho成像技術(shù)在正常人肝臟中具有較佳的可行性及可重復(fù)性。然而，不同研究得到的正常人肝臟T1rho值存在著一定差異，Deng等[27]在3.0T MR掃描下測(cè)得正常人肝臟T1rho值為38.6～48.3ms，而Singh等[28]、Rauscher等[29]及Allkemper等[30]利用1.5T MR進(jìn)行掃描得到正常人肝臟T1rho值分別為(51.04±3.06)ms、(47.8±4.2)ms及(40.9±2.9)ms，推測(cè)這些差異可能與掃描設(shè)備不同有關(guān)；并且在圖像采集時(shí)Singh等[28]選取了4個(gè)TSL，分別為0、10、20及30 ms，Rauscher等[29]選取了5個(gè)TSL，分別為4、8、16、32及48 ms，Allkemper等[30]選取10、20、40及80ms 4個(gè)TSL，因此推測(cè)這些差異可能為圖像采集時(shí)使用的TSL不同所致。在TSL選擇上，肝臟T1rho掃描的最佳TSL組合尚未見文獻(xiàn)探討，因此優(yōu)化T1rho掃描參數(shù)尚需進(jìn)一步探索。

在肝硬化或肝纖維化患者T1rho研究中，Rauscher等[29]比較10名正常人與21名肝硬化患者在1.5T MR掃描下的肝臟T1rho值，發(fā)現(xiàn)肝硬化患者的平均T1rho值(57.4±7.4 ms)明顯高于正常志愿者(47.8±4.2 ms，P=0.0007)。Allkemper等[30]通過25名正常志愿者及34名肝硬化患者全肝T1rho成像，同樣發(fā)現(xiàn)肝硬化患者的平均T1rho值明顯高于正常志愿者，且肝硬化Child-pugh分級(jí)越高，T1rho值越高，Child-pugh A與B(P<0.002)、B與C(P<0.009)、A與C(P<0.001)間差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Singh等[28]通過對(duì)比健康志愿者與肝纖維化患者肝臟T1rho值，發(fā)現(xiàn)T1rho值與肝纖維化等級(jí)間存在相關(guān)性。以上研究表明T1rho可以用于肝硬化及肝纖維化的診斷，并且有望用于肝硬化的分級(jí)中。此外，Allkemper等[30]還發(fā)現(xiàn)T1rho值不受年齡因素的影響，且與組織的炎癥活動(dòng)、脂肪變性及鐵沉積無關(guān)，這與Zhao等[25]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果有輕度偏差，結(jié)果有待更多研究來證實(shí)。然而，Takayama等[31]通過對(duì)慢性肝病患者進(jìn)行T1rho掃描研究，發(fā)現(xiàn)肝臟T1rho值與血清總膽紅素、直接膽紅素及吲哚菁綠保留率呈正相關(guān)，與血清蛋白及γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶呈負(fù)相關(guān)，提示T1rho可以用來評(píng)估肝臟功能，但T1rho值與肝纖維化及肝臟炎癥壞死程度并無相關(guān)性，推測(cè)其不能反映肝纖維化的嚴(yán)重程度。

目前研究發(fā)現(xiàn)T1rho成像在正常人肝臟掃描中具有較佳的穩(wěn)定性，并與空腹及餐后狀態(tài)無關(guān)。但掃描技術(shù)上還存在著一些不足，掃描時(shí)長和序列的穩(wěn)定性需要進(jìn)一步優(yōu)化?；诔上裨?，T1rho成像對(duì)評(píng)估肝纖維化及肝硬化存在巨大潛能，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究已對(duì)此進(jìn)行了證實(shí)，但仍有少數(shù)研究持相反態(tài)度。并且T1rho值是否會(huì)受到肝臟組織的炎癥活動(dòng)、脂肪變性及鐵沉積等的影響還有待進(jìn)一步探索。綜上，T1rho成像在肝纖維化診斷及分級(jí)中的價(jià)值，仍需要更多的研究來進(jìn)一步證實(shí)。

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300192 天津，天津醫(yī)科大學(xué)一中心臨床學(xué)院(李清)；300192 天津，天津市第一中心醫(yī)院放射科(謝雙雙、程悅、沈文)

李清(1990-)，女，河北邢臺(tái)人，碩士研究生，主要從事腹部診斷與研究工作。

沈文，E-mail：shenwen66happy@163.com

國家自然科學(xué)基金(81671657)

R445.2; R575.2

A

1000-0313(2017)07-0758-03

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.07.021

2016-07-25)