肝臟T1rho MRI掃描優(yōu)化及對(duì)肝纖維化的診斷價(jià)值初探

謝雙雙， 李清， 程悅， 陳麗華， 張莉， 沈文

T1rho是自旋鎖定脈沖下的橫向弛豫，能夠與達(dá)到或接近自旋鎖定脈沖頻率的晶格進(jìn)行能量交換。由于自旋鎖定脈沖的頻率通常為幾百到幾千赫茲，所以T1rho對(duì)晶格內(nèi)大分子的慢運(yùn)動(dòng)敏感，已廣泛用于腦組織、骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)等疾病評(píng)估[1-5]。近年來，考慮到肝纖維化即細(xì)胞外基質(zhì)中膠原蛋白沉積的過程[6]，基于T1rho的成像原理有望對(duì)肝纖維化者細(xì)胞外基質(zhì)中慢運(yùn)動(dòng)的蛋白分子進(jìn)行定量，從而用于疾病程度的評(píng)估。目前，動(dòng)物及臨床試驗(yàn)均驗(yàn)證了T1rho在肝纖維化或肝硬化評(píng)估中的價(jià)值[7]，然而在T1rho成像過程中，為了確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，通常會(huì)采用多個(gè)自旋鎖定時(shí)間(spin-lock time,SLT)進(jìn)行成像，用于T1rho mapping的生成[8-10]，這對(duì)于肝臟而言，掃描時(shí)需要被檢者的呼吸配合，較難保證多個(gè)SLT成像范圍均一致，且長(zhǎng)時(shí)間檢查會(huì)降低被檢者的耐受性。因此，為了增加檢查效率，筆者將不同大小和數(shù)量的SLT進(jìn)行組合，擬合出正常人及肝纖維化患者的T1rho mapping，將測(cè)量的T1rho值進(jìn)行對(duì)比，旨在進(jìn)一步探討T1rho MRI在肝纖維化診斷中的價(jià)值，簡(jiǎn)化SLT組合對(duì)肝臟T1rho值及對(duì)肝纖維化診斷效能的影響，從而確定最佳簡(jiǎn)化掃描方案。

材料與方法

1.研究對(duì)象

搜集2015年7月-2016年9月符合以下標(biāo)準(zhǔn)的正常志愿者和臨床診斷肝纖維化者納入本研究。正常志愿者納入標(biāo)準(zhǔn)：①無慢性肝病史；②近期(1個(gè)月內(nèi))肝功能相關(guān)化驗(yàn)指標(biāo)正常。臨床診斷肝纖維化者納入標(biāo)準(zhǔn)：①血清學(xué)證實(shí)存在HBV或HCV感染；②超聲彈性成像顯示肝臟硬度>7.2 kPa[11]；③臨床或影像無支持肝硬化的征象，如靜脈曲張、脾大、腹水或肝性腦病。所有入組者排除標(biāo)準(zhǔn)：①存在MRI檢查禁忌證；②呼吸和/或制動(dòng)配合不佳，不能配合完成所有MRI檢查；③圖像偽影重；④肝臟常規(guī)MRI檢查發(fā)現(xiàn)肝內(nèi)病變，影響數(shù)據(jù)測(cè)量。

23例正常志愿者和22例慢性肝病者入組行肝臟MRI檢查，其中2例因患者配合不佳未完成檢查，2例圖像顯示肝臟邊緣出現(xiàn)嚴(yán)重偽影，1例常規(guī)T2WI圖像發(fā)現(xiàn)肝實(shí)質(zhì)內(nèi)多發(fā)囊腫被排除。最終20例正常志愿者和20例臨床診斷肝纖維化者納入本研究，其中正常志愿者組(簡(jiǎn)稱正常組)男14例，女6例，年齡35～74歲，平均(51.8±10.1)歲；臨床診斷肝纖維化組(簡(jiǎn)稱肝纖維化組)男13例，女7例，年齡21～63歲，平均(41.7±13.4)歲。本前瞻性研究通過了本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有受檢者均簽署了知情同意書。

表1 正常及肝纖維化組不同SLT組合所測(cè)肝臟T1rho值比較 (ms)

注：#正常組與肝纖維化組SLTs(1～40ms)生成T1rho mapping所測(cè)肝臟T1rho值與SLTs(1～50ms)生成者均具有明顯差異(P值分別為<0.001、0.002)。

2.檢查方法

40例入組者均行上腹部MRI掃描。MRI檢查采用Philips Healthcare Ingenia 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀，16通道相控陣體線圈。掃描前受檢者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，盡量保持均勻呼吸。受檢者取仰臥位，頭先進(jìn)。先利用容積勻場(chǎng)最小化B0場(chǎng)的不均勻性，采集常規(guī)冠狀面T2WI圖像和T1rho圖像。T1rho成像采用3D穩(wěn)態(tài)快速梯度回波序列(balanced turbo field echo，b-TFE)，掃描范圍以肝門為中心連續(xù)掃描8層，自旋鎖定頻率設(shè)置為500 Hz，SLT分別設(shè)定為1、10、20、30、40和50 ms。b-TFE序列掃描參數(shù)：TR 3.8 ms，TE 1.82 ms，視野300 mm×360 mm，翻轉(zhuǎn)角9°，分辨力2.50 mm×2.81 mm×6.00 mm，層厚6 mm，層間距0.6 mm，激勵(lì)次數(shù)2，B1max 11.5Μt， TFE因子64，成像時(shí)間2 min/SLT。

3.圖像處理

掃描結(jié)束后采用飛利浦科研集成軟件[基于體素，采用單指數(shù)模型：M(SLT)=M0×exp(-SLT/T1rho)]擬合T1rho mapping。為了滿足指數(shù)擬合，簡(jiǎn)化SLT組合的數(shù)量均≥3。輸入6-SLT(1、10、20、30、40和50 ms)、最大SLT為50 ms的3-SLT(1、10、50 ms；1、20、50 ms；1、30、50 ms；1、40、50 ms)和最大SLT為40 ms的5-SLT(1、10、20、30和40 ms)的原始圖生成T1rho mapping。

4.圖像分析

由2位分別具有4年和1年腹部影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師，在同一工作站上采用盲法測(cè)量不同SLT組合生成的T1rho mapping橫斷面中肝實(shí)質(zhì)的T1rho值。測(cè)量過程中遵循如下標(biāo)準(zhǔn)：于肝門附近任意選取偽影較小的3個(gè)層面，避開血管、膽管及病變，將盡量大的ROI放置于肝實(shí)質(zhì)內(nèi)，其中上方兩個(gè)層面分別在左外葉、左內(nèi)葉、右前葉及右后葉各放置1個(gè)ROI，下方一層在右前葉及右后葉各放置1個(gè)ROI，共計(jì)10個(gè)ROI。兩位醫(yī)師測(cè)量的平均值代表肝實(shí)質(zhì)的T1rho值。測(cè)量時(shí)，盡量保證同一受試者不同SLT組合生成的T1rho mapping上放置的ROI大小相同、位置恒定。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.6-SLT與5種簡(jiǎn)化SLT組合生成T1rho mapping所測(cè)肝臟T1rho值比較

正常組和肝纖維化組不同SLT組合生成的T1rho mapping見圖1、2。6-SLT、5-SLT(1～40 ms)、3-SLTs(1、10、50 ms；1、20、50 ms；1、30、50 ms；1、40、50 ms)組合生成的T1rho mapping所測(cè)肝臟T1rho值在正常組與肝纖維化組間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.001)，診斷肝纖維化的曲線下面積(area under curve，AUC)分別為0.910、0.895、0.910、0.933、0.917、0.923，診斷效能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。其中正常組或肝纖維化組6-SLT生成的T1rho mapping所測(cè)肝臟T1rho值與最大SLT為50 ms的3-SLTs(1、10、50 ms；1、20、50 ms；1、30、50 ms；1、40、50 ms)所測(cè)肝臟T1rho值的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)，與最大SLT為40 ms的5-SLTs(1～40 ms)生成的T1rho mapping所測(cè)肝臟T1rho值的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.01，表1、2)。

表2 6-SLT和簡(jiǎn)化SLT組合對(duì)肝纖維化診斷效能比較

注：*簡(jiǎn)化5-SLT或3-SLT與6SLT相比，對(duì)肝纖維化的診斷效能差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

圖1 正常志愿者不同SLT組合生成的T1rho mapping，其中5-SLT擬合肝實(shí)質(zhì)的T1rho值較其它組合減低，以肝左葉為著。a) 6-SLT(1～50ms)圖像； b) 5-SLT(1～40ms)圖像； c) 3-SLT(1、10、50ms)圖像； d) 3-SLT(1、20、50ms)圖像； e) 3-SLT(1、30、50 ms)圖像； f) 3-SLT(1、40、50ms)圖像。 圖2 臨床診斷肝纖維化者不同SLT組合生成的T1rho mapping，其中5-SLT擬合肝實(shí)質(zhì)的T1rho值較其它組合減低，以肝左葉為著。a) 6-SLT(1～50ms)圖像； b) 5-SLT(1～40ms)圖像； c) 3-SLT(1、10、50ms)圖像； d) 3-SLT(1、20、50ms)圖像； e) 3-SLT(1、30、50ms)圖像； f) 3-SLT(1、40、50ms)圖像。

2.簡(jiǎn)化SLT組合所測(cè)肝臟T1rho值與6-SLT所測(cè)肝臟T1rho值的一致性分析

Bland-Altman分析結(jié)果顯示5-SLT(1～40 ms)、3-SLT(1、10、50 ms；1、20、50 ms；1、30、50 ms；1、40、50 ms)組合生成T1rho mapping測(cè)量的T1rho值與6-SLT(1～50 ms)組合測(cè)量的T1rho值差值的均數(shù)和95%一致性范圍在正常組分別為1.8(-0.6～4.2)、-0.37(-2.12～1.37)、-0.7(-2.8～1.4)、-0.2(-2.6～2.2)和-0.4(-2.5～1.8)，在肝纖維化組分別為2.1(-3.0～7.2)、-0.2(-3.7～3.3)、-0.8(-5.3～3.6)、-0.2(-3.9～4.3)和-0.7(-5.8～4.5)。其中最大SLT為50 ms的所有3-SLT組合的散點(diǎn)分布在正常組和肝纖維化組中均較集中，且3-SLT(1、10、50 ms)組的一致性區(qū)間最小，提示簡(jiǎn)化組合中3-SLT組(1、10、50)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性最好(圖3、4)。

討 論

1.肝臟T1rho成像中SLT選擇對(duì)肝臟T1rho值及肝纖維化診斷效能的影響

肝纖維化的早期診斷對(duì)慢性肝病患者治療方案的選擇至關(guān)重要。T1rho由于具有大分子定量的優(yōu)勢(shì)，目前在肝纖維化中的研究逐漸成為熱點(diǎn)[9-10,12-14]。既往肝臟MR T1rho成像中采用的SLT多為1、10、20、30、40、50 ms 6個(gè)時(shí)間點(diǎn)[8-10,12-13]，由于肝臟會(huì)受到呼吸運(yùn)動(dòng)的影響，屏氣的2D或呼吸觸發(fā)3D掃描均需受檢者的呼吸配合[8,10]，因此成像時(shí)間較長(zhǎng)(約12 min)。此外，長(zhǎng)時(shí)間的多個(gè)SLT圖像采集還會(huì)增加可能對(duì)受檢者造成傷害的特定吸收率(specific absorption rate,SAR)值。為了縮短檢查時(shí)間，增加受檢者的耐受性和安全性，可以在確保準(zhǔn)確性和可靠性的基礎(chǔ)上減少SLT的數(shù)目。然而，SLT的選取并非隨意，所選取的SLT必須包含一個(gè)數(shù)值較大者以滿足縱向弛豫的恢復(fù)。由于隨著SLT的增大，采集圖像的信噪比降低，因此較大的SLT最好與所測(cè)組織的T1rho值類似[15-16]。既往研究顯示正常肝臟的T1rho值由于檢查設(shè)備和參數(shù)的不同而存在差異(40.9～50.0 ms)[8,13-14]。Deng等[8]采用3.0T MR研究顯示正常肝臟的T1rho值約為43 ms，因此本研究所有組合中最大SLT均選取與正常肝臟T1rho值相近的40 ms或50 ms。

a) 簡(jiǎn)化組合5-SLT(1～40ms)與6-SLT(1～50 ms)； b) 簡(jiǎn)化組合3-SLT(1、10、50ms)與6-SLT(1～50 ms)； c) 簡(jiǎn)化組合3-SLT(1、20、50ms)與6-SLT(1～50ms)； d) 簡(jiǎn)化組合3-SLT(1、30、50ms)與6-SLT(1～50ms)； e) 簡(jiǎn)化組合3-SLT(1、40、50ms)與6-SLT(1～50ms)。

圖3 正常志愿者不同SLT組合生成的T1rho mapping所測(cè)肝臟T1rho值差值的Bland-Altman散點(diǎn)圖，橫坐標(biāo)代表兩次測(cè)量肝臟T1rho值的平均值，縱坐標(biāo)代表兩次測(cè)量肝臟T1rho值的差值。

a) 簡(jiǎn)化組合5-SLT(1～40ms)與6-SLT(1～50 ms)； b) 簡(jiǎn)化組合3-SLT(1、10、50ms)與6-SLT(1～50ms)； c) 簡(jiǎn)化組合3-SLT(1、20、50ms)與6-SLT(1～50ms)； d) 簡(jiǎn)化組合3-SLT(1、30、50ms)與6-SLT(1～50ms)； e) 簡(jiǎn)化組合3-SLT(1、40、50ms)與6-SLT(1～50ms)。

圖4 臨床診斷肝纖維化者不同SLT組合生成的T1rho mapping所測(cè)肝臟T1rho值差值的Bland-Altman散點(diǎn)圖，橫坐標(biāo)代表兩次測(cè)量肝臟T1rho值的平均值，縱坐標(biāo)代表兩次測(cè)量肝臟T1rho值的差值。

本研究中正常志愿者與臨床診斷肝纖維化者的T1rho值比較顯示，6-SLT、簡(jiǎn)化后最大SLT取40 ms的5-SLT和最大SLT取50 ms的3-SLT所測(cè)肝臟T1rho值在正常組與肝纖維化組間均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且對(duì)肝纖維化的診斷效能類似，均在中度以上，證實(shí)了T1rho用于診斷肝纖維化的價(jià)值，并且提示最大SLT取40 ms或最大SLT取50 ms且僅用3個(gè)SLT時(shí)間點(diǎn)的簡(jiǎn)化組合均能達(dá)到相同的診斷效果，這樣可以使檢查時(shí)間分別縮短至原成像時(shí)間的5/6(約10 min)和1/2(約6 min)。

本研究各簡(jiǎn)化組合測(cè)量T1rho值的準(zhǔn)確性比較結(jié)果顯示，在正常志愿者與臨床診斷肝纖維化者中，最大SLT取50 ms的3-SLT(1、10、50 ms；1、20、50 ms；1、30、50 ms；1、40、50 ms)所測(cè)肝臟T1rho值與6-SLT所測(cè)結(jié)果間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而最大SLT取40 ms的5-SLT(1～40 ms)組合與6-SLT所測(cè)結(jié)果間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示要確保測(cè)量的T1rho值與既往研究結(jié)果類似[8,10,12-13]，能準(zhǔn)確反映肝實(shí)質(zhì)內(nèi)大分子情況，簡(jiǎn)化SLT組合中的最大SLT需取50 ms，即6-SLT可簡(jiǎn)化成3-SLT(1、20、50 ms；1、30、50 ms；1、40、50 ms)用于正常肝臟T1rho值測(cè)量，這與Zhao等[16]簡(jiǎn)化正常人肝臟T1rho成像SLT的數(shù)目，顯示3-SLT(1、20、50 ms)可與6-SLT(1～50 ms)得到相同肝臟T1rho值的研究結(jié)果一致。然而，Yuan等[17]采用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究肝臟T1rho成像簡(jiǎn)化SLT掃描方案，發(fā)現(xiàn)2-SLT(1，50 ms)也可簡(jiǎn)化6-SLT，且差異會(huì)小于3-SLT(1、20、50 ms)，這與Zhao等[16]的研究結(jié)果相反。本研究考慮到T1rho信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算公式為指數(shù)形式，即S(SLT)=S0×exp(-SLT/T1rho)[18]，僅采用2個(gè)SLT時(shí)間點(diǎn)時(shí)，T1rho擬合的準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證，故本研究中所有簡(jiǎn)化SLT均在3個(gè)SLT及以上。此外，本研究一致性分析結(jié)果顯示，在正常志愿者和臨床診斷肝纖維化者中，所有簡(jiǎn)化組合中3-SLT(1、10、50 ms)與6-SLT差值分布最集中，一致性最好，提示其為用于肝臟T1rho成像的最佳簡(jiǎn)化組合，分析原因?yàn)殡S著SLT的增加，圖像的信噪比會(huì)降低，因此選取較大的SLT會(huì)降低擬合的準(zhǔn)確性。

2.本研究的局限性

首先，由于MRI掃描時(shí)間較長(zhǎng)[19]，所有入組者僅進(jìn)行1次T1rho掃描，未涉及同一檢查者多次掃描的重復(fù)性測(cè)定；其次，病例組所有患者均為臨床診斷肝纖維化，無病理結(jié)果證實(shí)。在今后的研究中，筆者將入組有病理結(jié)果證實(shí)且病變程度不一的患者，篩選出對(duì)不同程度肝纖維化診斷效能最佳的SLT組合，并進(jìn)行重復(fù)掃描，以驗(yàn)證序列的穩(wěn)定性。

綜上所述，3-SLT(1、10、50 ms；1、20、50 ms；1、30、50 ms；1、40、50 ms)和5-SLT(1～40 ms)均能簡(jiǎn)化6-SLT(1～50 ms)以測(cè)量肝臟T1rho值，可用于診斷肝纖維化，且最大SLT為50 ms的3-SLT測(cè)量的肝臟T1rho值與6-SLT(1～50 ms)測(cè)量值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中3-SLT(1、10、50 ms)組合的測(cè)量值變異度最小。