非酒精性脂肪肝病相關(guān)MRI診斷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

任浩 綜述 楊正漢 審校

非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指除外酒精和其他明確的肝損傷因素，主要以肝細(xì)胞內(nèi)脂肪過度沉積為特征的臨床病理綜合征，NAFLD患者通常有肥胖、糖尿病和血脂異常的代謝疾病。NAFLD包括非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver，NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)、肝硬化和肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)[1]。NAFLD目前是21世紀(jì)全球最重要的公共健康問題之一。亞洲地區(qū)NAFLD的總合并患病率為31%，中國的患病率為31%，其中患病率最低的是日本為24%，患病率最高的是伊朗為36%[2]。中國NAFLD的男性發(fā)病率高于女性，城市比例高于農(nóng)村，NAFLD的患病率已經(jīng)達(dá)到了流行的比例，而且它的發(fā)病率正在增加，需要引起人們的重視[3-4]。

NAFLD發(fā)病機(jī)制簡述

1958年Waster[5]首次提出脂肪肝和脂肪性肝炎這一概念。在1980年Ludwig等[6]提出NASH這一疾病。1998年Day等[7]提出NAFLD發(fā)病機(jī)制的二次打擊學(xué)說，久坐的生活方式、高脂肪飲食、肥胖和胰島素抵抗導(dǎo)致肝臟的脂肪堆積為第一次打擊，第二次打擊為脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的形成，進(jìn)而激活炎癥級(jí)聯(lián)和纖維生成[7-8]。然而NAFLD發(fā)病機(jī)制是復(fù)雜的，后期出現(xiàn)多重打擊學(xué)說替代了二次打擊學(xué)說[9]。多重打擊涉及脂毒性、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、慢性炎癥狀態(tài)和線粒體功能障礙等機(jī)制。因此NAFLD的形成，包括了遺傳、外部環(huán)境及細(xì)胞內(nèi)外因素的改變。目前關(guān)于NAFLD有兩種觀點(diǎn)，第一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為NAFLD是一種組織學(xué)疾病譜，從NAFL進(jìn)展到NASH，繼而肝臟纖維化及硬化，最終形成HCC。第二個(gè)觀點(diǎn)NAFL、NASH認(rèn)為是兩種疾病[10]。第一個(gè)觀點(diǎn)為主流觀點(diǎn)，本文按照主流觀點(diǎn)進(jìn)行闡述分析。

NAFLD是進(jìn)展性的疾病，MRI診斷NAFLD不同階段對(duì)于臨床有著重要意義。NAFLD的評(píng)估包括定量肝脂肪變及纖維化程度、有無代謝和心血管危險(xiǎn)因素及并發(fā)癥、有無肝臟炎癥損傷以及是否合并其他原因的肝病[11]。以下就MRI對(duì)肝脂肪變、炎癥程度評(píng)估及NAFLD相關(guān)纖維化的評(píng)估三方面來描述其進(jìn)展。

相關(guān)MRI診斷進(jìn)展

1.肝臟脂變的MRI診斷

NAFL早期階段是可逆的，晚期可以進(jìn)展為NASH相關(guān)纖維化及肝硬化，甚至演變?yōu)镠CC[12]，所以早期定量診斷十分重要。最近一項(xiàng)研究中，沒有肝纖維化的NAFLD患者，脂肪含量越高，其纖維化進(jìn)展的幾率越高[13]。目前MRI是定量檢測肝臟脂肪含量的最佳無創(chuàng)檢查方法。定量診斷肝臟脂變MRI技術(shù)主要有磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)和化學(xué)位移成像技術(shù)，兩者都是利用脂肪組織中的氫質(zhì)子和水分子的氫質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率差異來進(jìn)行定量分析，通過選擇不同的水-脂分離技術(shù)測定脂肪含量。

MRS根據(jù)水和脂肪組織共振頻率差異，在MRS譜線上兩者將位于不同位置，進(jìn)行譜線分析，計(jì)算出脂肪含量比例。目前MRS多采用單體素掃描，體素大小一般為邊界2cm的正方體。但是肝臟脂肪變性大多是非均型分布，單體素塊測量放置的區(qū)域不同將會(huì)造成很大的結(jié)果差異，往往多次選定區(qū)域掃描[14]。多體素MRS雖然掃描范圍變大，但是體素之間信號(hào)干擾較單體素MRS嚴(yán)重。有研究發(fā)現(xiàn)肝臟V段脂肪含量可以較好反應(yīng)肝臟整體的脂肪含量。故用單次MRS掃描測量肝臟脂肪含量盡量采用肝V段[15]。MRS雖然可以較為客觀的測定脂肪含量，但由于掃描時(shí)間長、操作及后處理較為復(fù)雜，與非對(duì)稱回波的最小二程估算法迭代水脂分離技術(shù)(IDEAL-IQ)相比掃描成功率較低[16]。Datz等[17]研究發(fā)現(xiàn)約1/3的NAFLD患者鐵穩(wěn)態(tài)紊亂，而MRS對(duì)主磁場的均勻性要求較高，鐵異常沉積對(duì)其也會(huì)產(chǎn)生影響。

目前在臨床較常用的脂肪含量測量方法是質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)(proton-density fat fraction，PDFF)，Dixon[18]于1984年首次提出。該方法以不同速率處理水和脂肪分子，因此在正反相位交替中可以發(fā)現(xiàn)水和脂肪分子，從而量化脂肪。為了更準(zhǔn)確量化脂肪測量，一種多點(diǎn)迭代重建算法被提出，稱為水和脂肪迭代分解伴不對(duì)稱回波和最小平方評(píng)估法(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation，IDEAL 估計(jì)法)，采集數(shù)據(jù)超過3個(gè)回波進(jìn)行分析[19]。此后改進(jìn)的IDEAL-IQ序列掃描同時(shí)進(jìn)行T2*矯正減少鐵沉積的影響。IDEAL-IQ序列掃描時(shí)間短，操作簡便，很少受NASH炎癥及纖維化的影響[20]，有研究表明對(duì)比劑可以影響R2*值，但有些研究表明注射SPIO及釓對(duì)比劑后IDEAL-IQ仍可以準(zhǔn)確測量脂肪含量[21-22]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)Dixon技術(shù)對(duì)脂肪含量定量結(jié)果與病理結(jié)果高度相關(guān)[23-24]。

在肝臟NAFLD脂肪變中，MRS和PDFF技術(shù)測得脂肪含量與病理具有很高的一致性。有研究表明在兒童和成人NAFLD脂肪變中MRS和PDFF技術(shù)對(duì)脂肪的測量差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但PDFF技術(shù)對(duì)全肝臟的脂肪定量更有優(yōu)勢[25-26]。MRS由于各種影響因素限制，常應(yīng)用于科學(xué)研究，仍未廣泛應(yīng)用于臨床。PDFF操作簡單、掃描時(shí)間短，很少受其他因素影響，是目前臨床理想無創(chuàng)性肝臟脂肪定量手段。

2.肝臟炎癥的MRI診斷

NASH是NAFL進(jìn)展至肝硬化和HCC的中間階段，難以自愈，在NAFLD中診斷出NASH具有臨床意義。NASH定義為5%以上的肝細(xì)胞脂肪變合并小葉內(nèi)炎癥和肝細(xì)胞氣球樣變性[27]。用相應(yīng)MRI技術(shù)檢測炎癥損傷對(duì)NAFL和NASH鑒別非常重要。

磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography，MRE)的原理是在普通MR設(shè)備增加剪切波裝置對(duì)成像部位施加剪切波，在垂直波的傳播途徑上質(zhì)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生周期移位，位移的幅度與質(zhì)點(diǎn)的彈性相關(guān)，其質(zhì)點(diǎn)位移幅度在運(yùn)動(dòng)敏感梯度的作用下獲得MR相位圖，進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)彈性值。目前2D-MRE測得橫向傳播的機(jī)械波，3D-MRE可計(jì)算獲得軸向傳播機(jī)械波[28]。3D-MRE基礎(chǔ)上又衍生了多頻率3D-MRE(multifrequency 3D-MRE，mf3D-MRE)可以獲得儲(chǔ)能模量、損耗模量、剪切剛度和阻尼系數(shù)的參數(shù)。阻尼系數(shù)可以用來評(píng)估小葉內(nèi)炎癥和肝細(xì)胞氣球樣變性。mf3D-MRE對(duì)于NASH的統(tǒng)計(jì)-交叉模型中達(dá)到了0.73，相對(duì)2D-MRE的0.61有著明顯提高[29]。mf3D-MRE在臨床無創(chuàng)評(píng)估NASH方面非常具有前景。

Traussnigg等[30]用7T高場強(qiáng)MRI對(duì)31P分析，通過飽和轉(zhuǎn)移技術(shù)揭示了NASH中能量代謝的變化，包括炎癥和纖維化過程中ATP的動(dòng)態(tài)通量，計(jì)算無機(jī)磷酸鹽(inorganic phosphate，Pi)和三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)反應(yīng)的化學(xué)匯率常數(shù)k和單向正向交換通量(FATP)，NASH患者的k值和FATP值均低于NAFL患者，k值和FATP值和小葉炎癥呈強(qiáng)相關(guān)性，然而并不能檢測細(xì)胞氣球樣變。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)與總磷(total phosphorus，TP)比值與氣球樣相關(guān)。

半定量磁共振成像(quantitative MRI，QMRI)的多組分弛豫法(multi-component relaxometry，MCR)技術(shù)可以獲得細(xì)胞外水分?jǐn)?shù)(extracellular water fraction，ECWF)和和細(xì)胞內(nèi)外水的橫向弛豫率比值(the ratio of the transverse relaxation rate between intra and extra-cellular water，R2I/E)之間的橫向弛豫率(R2)的比值，R2I/E評(píng)估對(duì)炎癥，區(qū)分正常實(shí)質(zhì)和輕度小葉炎癥，然而對(duì)于纖維化程度嚴(yán)重的NASH識(shí)別能力減弱[31]。

在Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)MRI中，雖然研究發(fā)現(xiàn)NASH增強(qiáng)比例低于NAFL，但是對(duì)于炎癥并不能很好地進(jìn)行識(shí)別[32-33]。Smits等[34]用USPIO增強(qiáng)MRI鑒別NASH和NAFL，發(fā)現(xiàn)NASH的炎癥會(huì)影響R2*值改變，具有較高的敏感度，特異度較差，但是可以反應(yīng)肝臟的生物學(xué)功能，這是很多MRI技術(shù)所不具有的。

NASH早期炎癥是局灶的，這會(huì)導(dǎo)致組織學(xué)診斷不準(zhǔn)確。病理學(xué)專家在判別小葉內(nèi)炎癥和肝細(xì)胞氣球樣變性時(shí)一致性并不高，說明病理學(xué)家對(duì)NAS分級(jí)疾病嚴(yán)重程度的共識(shí)同樣不完善。由于金標(biāo)準(zhǔn)的不完善可能導(dǎo)致目前MRI技術(shù)對(duì)NASH炎癥診斷減弱。MRI技術(shù)在診斷NASH炎癥方面mf3D-MRE具有較高的特異性，USPIO增強(qiáng)MRI具有較高的敏感性，兩者相結(jié)合或許對(duì)NASH炎癥具有更好的診斷效能。

3.肝臟NASH相關(guān)纖維化的MRI診斷

肝臟NASH相關(guān)纖維化分級(jí)通常可采用Metavir分級(jí)：F0，未發(fā)生纖維化；F1，肝門束擴(kuò)大但無纖維間隔形成；F2，肝門束擴(kuò)大并伴少量纖維間隔形成；F3，產(chǎn)生大量纖維間隔，匯管區(qū)與中央靜脈間形成橋接；F4，已形成肝硬化。級(jí)別越高，表示肝纖維化程度越高，患者預(yù)后越差[35]。NASH分級(jí)為早期 NASH為無肝纖維化或有輕度纖維化，等級(jí)為F0～F1，纖維化性 NASH有顯著肝纖維化或間隔纖維化，等級(jí)為F2～F3，NASH 肝硬化，肝臟合并肝硬化，等級(jí)為F4[27]。NASH的F3纖維化也稱為橋接纖維化。對(duì)于NASH早期纖維化(F1和F2期)，臨床經(jīng)過治療可以逆轉(zhuǎn)，F(xiàn)3期經(jīng)過治療可以延緩疾病的發(fā)展為肝硬化的過程。所以識(shí)別早期的NASH纖維化十分重要。

在AASLD指南的肝臟纖維化無創(chuàng)評(píng)估中，MRE非常適合于識(shí)別NAFLD患者不同程度的纖維化[36-37]。Loomba等[37]發(fā)現(xiàn)MRE區(qū)分早晚期NASH相關(guān)纖維化準(zhǔn)確度較高[38]。MRE測量NAFLD患者準(zhǔn)確值較高[39]。在早期研究中炎癥因素是否影響MRE測量肝臟的硬度值具有爭議。最近發(fā)現(xiàn)NASH炎癥也可以提高M(jìn)RE硬度值[40]。隨著mf3D-MRE應(yīng)用，40Hz可以識(shí)別炎癥，60Hz可以較好的識(shí)別NASH相關(guān)性纖維化。

T1rho技術(shù)亦稱為T1ρ，T1rho是在持續(xù)自旋鎖射頻脈沖下的橫向弛豫，主要用于研究大分子物質(zhì)與水質(zhì)子間的低頻相互交換作用[41]。因?yàn)楦卫w維化過程中，可有膠原、蛋白多糖等多種大分子物質(zhì)在肝臟內(nèi)的沉積，所以此項(xiàng)技術(shù)用于檢測肝臟的纖維化有無。T1rho不受炎癥和脂肪的影響[42]。有研究表明T1rho技術(shù)對(duì)纖維化程度的分級(jí)并不敏感[43]。所以T1rho技術(shù)往往用在肝硬化患者纖維化的診斷上。最近的NASH動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，在T1rho基礎(chǔ)上應(yīng)用了Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)，稱之為T1ρ-HBP，在此基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn)T1ρ-HBP可以對(duì)早期的NASH相關(guān)性纖維化進(jìn)行識(shí)別，但是本次動(dòng)物模型設(shè)計(jì)限制缺乏高級(jí)別NASH相關(guān)纖維化[44]。

擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)通過梯度自旋回波技術(shù)，反應(yīng)活體生物組織內(nèi)水分子的布朗運(yùn)動(dòng)，測量水分子運(yùn)動(dòng)過程受限的程度和方向。IVIM理論旨在將水分子布朗運(yùn)動(dòng)與非布朗運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散區(qū)分開來，采用多b值DWI分析，對(duì)組織內(nèi)水分子運(yùn)動(dòng)和血液在毛細(xì)血管流動(dòng)測量，可以獲得兩者信息。IVIM的雙指數(shù)模型函數(shù)為S(b)=S(0)[(1-f)·e-bD+f·e-b(D+D*)]，D反映的是體素內(nèi)真性水分子擴(kuò)散情況；D*反映的是體素內(nèi)微循環(huán)灌注效應(yīng)；f是D*占總體擴(kuò)散效應(yīng)的容積率，稱為灌注分?jǐn)?shù)。Braz等[45]研究發(fā)現(xiàn)D值及D*值在識(shí)別NASH相關(guān)性纖維化(F1、F2)有顯著差異，f值無顯著差異但是具有相應(yīng)趨勢，這項(xiàng)研究受限于F3、F4患者較少，只是部分進(jìn)行了驗(yàn)證。Murphy等[46]研究也是具有同樣缺陷，并且沒有D*值計(jì)算，D值和f值與NASH纖維化具有顯著差異。之后有研究發(fā)現(xiàn)f值在不同纖維化患者確實(shí)有差異，但是在識(shí)別纖維化分期能力不夠精確，D值和D*值可能受到炎癥及脂肪變的影響[47]。Hu等[48]在IVIM研究中，將大鼠肝纖維化模型按病理為F0～F4五組，發(fā)現(xiàn)D值在F0～F2逐漸減低，在F2～F4間高低不定，D*值、f值及ADC值隨肝纖維化程度的進(jìn)展呈降低趨勢，各組間的參數(shù)均有顯著差異，其中f值及D*值的診斷效能優(yōu)于ADC值。最近一項(xiàng)兒童NASH相關(guān)纖維化的研究發(fā)現(xiàn)D值對(duì)識(shí)別纖維化并無價(jià)值，NASH相關(guān)纖維化組的D*值和f值與無纖維化組具有顯著差異[49]。

Cassinotto等[50]研究T1-mapping、T2-mapping及DWI的診斷效能，發(fā)現(xiàn)T2-mapping不是可靠的指標(biāo)，T1-mapping診斷效能優(yōu)于DWI，T1-mapping有望成為新的技術(shù)手段。最近也有相應(yīng)研究在T1-mapping基礎(chǔ)上加入Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)[51]，增強(qiáng)前后T1弛豫時(shí)間改變在NASH不同纖維化分組上有顯著差異，可以對(duì)不同NASH相關(guān)纖維化進(jìn)行識(shí)別。31P MRS在不同纖維程度分級(jí)時(shí)候檢測磷酸單脂和磷酸二酯中的含P成分比例發(fā)生變化[34]，本研究局限在MRS所測范圍不能和肝臟穿刺區(qū)域相一致，而且高場強(qiáng)研究比較少，結(jié)果需要進(jìn)一步大規(guī)模驗(yàn)證。MCR技術(shù)測量ECWF可以進(jìn)行F1纖維化判別[33]，在F3～F4間無法判別，具有局限性。

在NASH相關(guān)性纖維化識(shí)別，還有一些技術(shù)比如磁敏感加權(quán)成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)，但是這項(xiàng)技術(shù)只能檢測中度和晚期肝纖維化，缺乏大量臨床實(shí)踐證明[52]。T1-mapping可能受到炎癥和鐵的影響[53]。T1rho技術(shù)受限于其對(duì)磁場不均勻的高敏感和能量沉積過高，需要更多臨床實(shí)驗(yàn)來確定穩(wěn)定性和應(yīng)用性。還有Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)識(shí)別肝臟纖維化，有研究發(fā)現(xiàn)MRE準(zhǔn)確度要高于此項(xiàng)技術(shù)[54]。IVIM技術(shù)目前可能對(duì)NASH相關(guān)纖維化精確識(shí)別能力欠佳。和其他技術(shù)相比，MRE目前是最精確評(píng)估肝臟纖維化的無創(chuàng)成像技術(shù)[55]。

多參數(shù)MRI技術(shù)對(duì)NAFLD聯(lián)合診斷

NAFLD病變是一個(gè)連續(xù)進(jìn)展的病變，包含了脂肪變、炎癥及纖維化等復(fù)雜因素形成，單一的MRI技術(shù)很難將其區(qū)分出來，需要多參數(shù)的MRI技術(shù)聯(lián)合診斷。目前MRI的PDFF技術(shù)對(duì)脂肪的定量測量已經(jīng)廣泛應(yīng)用臨床，對(duì)脂肪變的診斷與病理一致性較高，如果對(duì)飽和及不飽和脂肪的比率識(shí)別則需要聯(lián)合MRS技術(shù)，兩者聯(lián)合可能會(huì)有更好的臨床意義。對(duì)NASH炎癥的MRI識(shí)別，目前病理取樣的誤差及病理專家的診斷一致性并不是很高，導(dǎo)致MRI在炎癥識(shí)別的上限存在，MRE聯(lián)合USPIO等技術(shù)可能提高現(xiàn)有的診斷水平。NASH相關(guān)纖維化可以用MRE技術(shù)進(jìn)行量化，目前3D-MRE對(duì)纖維化識(shí)別準(zhǔn)確率較高，隨著T1rho及MRS等技術(shù)不斷提升及臨床實(shí)踐應(yīng)用，多參數(shù)結(jié)合將對(duì)NAFLD纖維化分期更加精確。

總結(jié)和展望

目前，NAFLD發(fā)病機(jī)制仍未明確，還有很多地方值得探討。在MRS研究中發(fā)現(xiàn)脂肪變性與基因型CC呈負(fù)相關(guān)，肥胖人群多元不飽和脂肪與單一不飽和脂肪比率明顯高于正常人群，PNPLA3基因型GG人群會(huì)有更高的多元不飽和脂肪，目前文獻(xiàn)中對(duì)基因易感性分類的影像學(xué)統(tǒng)計(jì)分類較少，不同基因易感性的影像診斷臨界值有變化尚不可知。兒童NAFLD與成人NAFLD的病理變化并不完全一致，目前研究多關(guān)注于成人NAFLD，對(duì)兒童NAFLD的研究較少，而且影像在此方面的對(duì)比研究較少，目前兒童NAFLD的發(fā)病率不斷提升，兒童NAFLD也值得進(jìn)一步研究。隨著醫(yī)學(xué)水平提高，不斷完善NAFLD疾病的發(fā)病機(jī)制，MRI原有技術(shù)的改進(jìn)與新技術(shù)的開發(fā)將會(huì)提高NAFLD準(zhǔn)確分期。多參數(shù)MRI聯(lián)合診斷有望實(shí)現(xiàn)一站式評(píng)估NAFLD的脂肪變性、炎癥及纖維化程度，進(jìn)而更有效的指導(dǎo)臨床的精確治療。