磁共振功能成像定量評估肝纖維化的研究進展

郭林琳 ，舒健

肝纖維化(liver fibrosis，LF)是各種致病因素導(dǎo)致的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的過度積累、結(jié)締組織異常增生，是各種慢性肝病發(fā)展成為肝硬化的共同病理基礎(chǔ)。早期LF可通過臨床治療實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，晚期LF不可逆轉(zhuǎn)，肝移植是唯一有效療法，因此LF的評估對于監(jiān)測慢性肝病的進展、確定預(yù)后以及確定最佳治療時機至關(guān)重要[1]。目前肝穿刺活檢是LF診斷和分期的金標(biāo)準(zhǔn)，肝穿刺活檢作為一種侵入性檢查方法，取材較少、診斷存在潛在誤差，且患者耐受性、依從性較差，并存在潛在的出血、膽漏、感染和死亡的風(fēng)險，限制了肝活檢用于疾病進展的連續(xù)監(jiān)測、治療反應(yīng)評估和縱向隨訪研究。因此，臨床上需要一種侵入性較小且可再現(xiàn)、準(zhǔn)確的方法來評估慢性肝病患者的纖維化。隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，定量成像在臨床實踐中變得越來越普遍。筆者就MR成像技術(shù)在LF定量診斷領(lǐng)域的研究進展進行綜述。

1 擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)

DWI是一種利用水分子布朗運動的功能成像技術(shù)，反映出LF進程中細(xì)胞外間隙的水分子擴散信息變化及毛細(xì)血管灌注情況，表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值是組織內(nèi)水分子的運動指標(biāo)。在肝臟纖維化進程中，細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維增加，使細(xì)胞外間隙減小，水分含量降低，從而限制了肝細(xì)胞外水分子擴散，導(dǎo)致ADC值降低[2]。

Jiang等[3]在一項薈萃分析中提示對于LF≥F1、≥F2、≥F3和 F4，DWI的曲線下面積(area under the curve，AUC)分別為0.8554、0.8770、0.8836 和 0.8596；并認(rèn)為最大b值(bmax)≥800 s/mm2的性能明顯優(yōu)于 bmax＜800 s/mm2。Charatcharoenwitthaya等[4]研究測得LF分期≥2、≥3和肝硬化，AUC分別為0.603、0.704和0.847。Park等[5]在一組回顧性研究中表示，拉伸指數(shù)模型的分布擴散系數(shù)(distributed diffusion coefficient，DDC)是用于LF分期的最準(zhǔn)確的DWI參數(shù)，且沒有脂肪變性的混雜影響，在評估LF方面具有與瞬時彈性成像相似的良好診斷性能。

DWI應(yīng)用于LF診斷非常成熟，大多研究肯定了DWI在檢測顯著LF的作用，但其診斷準(zhǔn)確性較低，常用于其他序列對比。

2 體素內(nèi)不相干運動(intra-voxel incoherent motion，IVIM)成像

在1986年，Le Bihan等[6]提出IVIM模型，認(rèn)為活體生物組織中共同存在單純水分子擴散運動和血液灌注運動，而IVIM能夠同時提供病變的擴散和灌注信息。IVIM是基于雙指數(shù)模型、選擇多個b值掃描得到的特殊DWI，通過灌注相關(guān)擴散系數(shù)(D*，假性擴散系數(shù))、單純水分子擴散系數(shù)(D，真性擴散系數(shù))及灌注分?jǐn)?shù)(f值)反映單純水分子擴散運動和微循環(huán)血液灌注運動，并對擴散信息和組織灌注進行定量分析。相對于ADC值在各分期間的分布存在大量重疊，IVIM參數(shù)能更好地顯示組織的特點，可以分離和量化真性擴散成分和假性擴散成分。

Huang等[7]研究得出，當(dāng)閾值 b值=60 s/mm2時，f(f＜6.49%)可以區(qū)分健康肝臟和所有纖維化肝臟，敏感度和特異度達(dá)100%。Ye等[8]一項薈萃分析顯示：IVIM檢測LF分期≥F1的敏感度和特異度分別為0.78和0.81；≥F2敏感度和特異度分別為0.82和0.80；≥F3敏感度和特異度分別為0.85和0.83；=F4的敏感度和特異度分別為0.90和0.75。LF分期≥F1、F2、F3、F4檢測的 AUC分別為 0.862、0.883、0.886和0.899，提示IVIM在LF檢測和分期方面具有良好的診斷性能。Ren等[9]研究顯示，D*、DDC值、ADC和f值與LF嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)，D*和DDC在評估慢性乙型肝炎LF嚴(yán)重程度方面具有更好的價值。而Dyvorne等[10]卻發(fā)現(xiàn)D值與ADC值與LF嚴(yán)重程度相關(guān)性更高，D*，f與LF程度無關(guān)，與Huang等[7]和Ichikawa等[11]的研究結(jié)果相反。Tosun等[12]發(fā)現(xiàn)LF等級與D和D*值顯著負(fù)相關(guān)，炎癥等級與f值呈負(fù)相關(guān)。

IVIM掃描快、無需額外注射對比劑，但對運動及灌注偽影十分敏感，掃描重復(fù)性欠佳、成像依賴參數(shù)和場強、b值、脂肪變性、鐵沉積等因素都會影響測量結(jié)果，從而影響IVIM的診斷效能。IVIM成像的診斷效能需要臨床進一步研究驗證，但可以明確其在LF分期的評估價值。

3 擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)

在1994年，Basser等[13]提出DTI技術(shù)理論，是一種基于DWI發(fā)展的能在三維立體空間定量分析生物組織內(nèi)水分子擴散特性，揭示組織微觀結(jié)構(gòu)特征的成像技術(shù)。DTI可以精確描述水分子在三維空間中的擴散方向，并從量和方向上反映LF水分子擴散運動的受限情況。在早期，DTI主要用于診斷中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病[14]，現(xiàn)在逐步應(yīng)用于腹部臟器的研究。DTI的定量參數(shù)包括平均擴散系數(shù)(average diffusion coefficient，ADC，D)、平均擴散度(mean diffusion，MD)、各向異性分 數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)。FA值及ADC值分別反映活體組織內(nèi)水分子的運動方向和運動能力。

Huang等[15]研究后認(rèn)為，ADC值與LF和炎癥呈負(fù)相關(guān)，但缺乏區(qū)分LF級別的能力；FA值與纖維化呈正相關(guān)，可以區(qū)分早期肝硬化與正常、輕度和中度LF；FA和ADC值均無法區(qū)分壞死性炎癥活動和脂肪變性的階段。而Lee等[16]的動物實驗研究顯示，實驗組小鼠ADC值與對照組沒有差異，ADC值與肝脂肪分?jǐn)?shù)和LF程度無相關(guān)性；實驗組FA值低于對照組，F(xiàn)A值與LF呈負(fù)相關(guān)，而與肝脂肪分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，說明FA值易受脂肪影響。

ADC值與LF程度呈負(fù)相關(guān)，而LF嚴(yán)重程度與FA值的相關(guān)性尚有爭議?？赡苁且驗镕A值受纖維化和脂肪變性共同影響，導(dǎo)致FA值在LF進程中出現(xiàn)混合效應(yīng)。因此，DTI成像的診斷效能需要進一步實驗來驗證。

4 擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)

在2005年，Jensen等[17]提出DKI。DKI基于非高斯分布模型，通過量化真實水分子與理想的高斯分布水分子的擴散位移偏離程度，表示水分子擴散運動的受限程度以及擴散運動的不均質(zhì)性，進而對組織結(jié)構(gòu)進行評價。DKI是DTI的擴展，需要較高的b值(一般b＞1000 s/mm2)和較多的擴散梯度方向[18]。DKI參數(shù)不僅包括 DTI的定量參數(shù)：MD、FA、垂直擴散張量(radial diffusivity，RD)、軸向擴散張量(axial diffusivity，AD)，還包括平均擴散峰度(mean kurtosis，MK)，徑向峰度(radial kurtosis，RK)、軸向峰度(axial kurtosis，AK)、峰度各向異性(kurtosis janisotropy，KA)等。

Li等[19]研究發(fā)現(xiàn)，MD值與LF呈負(fù)相關(guān)，MK值與LF呈正相關(guān)，ADC值與LF呈負(fù)相關(guān)，ADC值與MK呈強負(fù)相關(guān)(r=-0.968；P＜0.001)；盡管DKI可用于預(yù)測慢性肝病患者的LF，但MD和MK的診斷性能與ADC值相似。Yoshimaru等[20]對67例病理診斷的LF患者進行研究，發(fā)現(xiàn)非肝硬化和肝硬化組之間的ADC、MD和MK存在顯著差異；MK和MD值與LF分期的程度存在顯著相關(guān)性(Spearman等級相關(guān)系數(shù)，P=0.851和-0.672；P＜0.01)，但是，ADC值未顯示與LF分期的相關(guān)性(P=-0.227；P=0.078)；根據(jù)ROC分析，無纖維化(F0)、纖維化(≥F1)、顯著纖維化(≥F2)和肝硬化，DKI截止值分別為0.923、0.955和1.11。胡家瑋等[21]在動物實驗中表明，F(xiàn)A、MK值與LF分期呈正相關(guān)；MD值與LF分期呈負(fù)相關(guān)；其中，MD值在鑒別F0/F1～F2及F0/F3～F4診斷效能最高(AUC=0.886、0.975，P＜0.01)；MK 值在 F1～F2/F3～F4鑒別診斷效能最高(AUC=0.751，P＜0.01)；說明 DKI參數(shù)MD、MK值在兔LF分期診斷中具有較好的應(yīng)用價值。

DKI在評估LF程度上具有一定的敏感度，能反映水分子在不同方向上的擴散特性，相對于傳統(tǒng)的DWI能更準(zhǔn)確地評估組織微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對LF有更高的診斷效能，這使得DKI在定量診斷LF的研究上具有較大的前景。

5 磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography，MRE)

MRE通過外部施加周期剪切應(yīng)力，獲取剪切波在組織內(nèi)傳播的圖像，測量組織的彈性、硬度，定量評估LF，是安全、無創(chuàng)、穩(wěn)定、定量準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好的評價肝臟硬度的診斷技術(shù)，并在診斷中具有良好的重復(fù)性。因其在LF的診斷優(yōu)勢明顯，被稱為“影像觸診”。正常肝組織的硬度取決于肝組織的實質(zhì)結(jié)構(gòu)、間質(zhì)血管等成分[22]。慢性肝病患者肝細(xì)胞壞死、細(xì)胞外膠原蛋白沉積、肝小葉結(jié)構(gòu)紊亂，肝臟硬度隨著纖維化進程而增大。

Zou等[23]通過一組動物實驗顯示肝組織彈性值與LF分期呈正相關(guān)。Liang等[24]研究得出，MRE診斷LF分期≥F1的敏感度0.77，特異度0.90；≥F2的敏感度0.87，特異度0.86；F≥3的敏感度0.89，特異度0.84；F≥4敏感度0.94，特異度0.75；匯總受試者工作特征曲線下的面積分別為0.89、0.93、0.93和0.95。Imajo等[25]研究表明MRE無創(chuàng)評估LF是臨床實踐中肝穿刺活檢的潛在替代方法。

Lee等[26]研究測得MER診斷LF≥F1、≥F2、≥F3和F4的肝硬度(liver stiffness，LS)的截斷值分別為2.45 kPa、2.69 kPa、3.0 kPa和3.94 kPa；診斷LF的LS最優(yōu)截斷值為5.53 kPa[27]；預(yù)測肝臟失代償?shù)腖S最優(yōu)截斷值為4.30 kPa[28]；區(qū)分肝硬化與非肝硬化的最佳閾值為4.39 kPa(AUC=0.92)、與代償性肝硬化的最佳閾值為6.48 kPa(AUC=0.71)[29]。診斷LF合并腹水的最佳截斷LS值為6.0 kPa(AUC=0.87)[30]。

Lefebvre等[31]認(rèn)為MRE在LF早期分期方面的診斷性能優(yōu)于彈性成像(transient elasography，TE)和超聲剪切波彈性成像(shear wave elastrography，SWE)，并且MRE可提供更可靠的肝硬度測量結(jié)果，較SWE有更高的可重復(fù)性。Ichikawa等[11]對129例病理證實LF患者研究發(fā)現(xiàn)在所有纖維化階段，MRE的AUC值均顯著高于D*，提示MRE比IVIM成像能夠更好地區(qū)分LF分期，MRE具有更高的診斷效能。Dyvorne等[10]研究發(fā)現(xiàn)，對晚期纖維化(F3～F4)MRE、TE、DCE-MRI、DWI和血清標(biāo)志物(aspartateaminotransferase-to-platelet ratio index，APRI)的AUC分別為0.94、0.77、0.79、0.79和0.70；五項檢查中，MRE與組織病理學(xué)標(biāo)志物的相關(guān)性最高，即MRE對晚期LF和肝硬化鑒別診斷效能優(yōu)于DWI、DCE-MRI、TE和 APRI，與Osman等[28]研究結(jié)果一致。

MRE在LF無創(chuàng)檢測和分期上具有極大的優(yōu)勢，基本不受患者年齡、性別、肥胖、感興趣區(qū)的選取等方面的影響，但受中重度脂肪變性、鐵沉積、門靜脈血流變化的影響[32]，并且需要較昂貴的額外的硬件與軟件設(shè)備。MRE可以對整個肝臟進行檢測，降低采樣誤差，在一定程度上可以替代肝臟穿刺活檢，為臨床長期隨訪及療效監(jiān)測提供良好方法。

6 磁共振動態(tài)增強成像(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)

DCE-MRI是使用外源性示蹤劑的對比劑首過灌注成像法，可以計算局部組織微血管灌注、反映血流動力學(xué)情況。肝臟具有雙重血供的特點，由肝動脈與門靜脈同時供血。因肝動脈與門靜脈具有代償血流機制，在LF進程中，肝血竇內(nèi)膠原纖維沉積，竇腔狹窄，肝小葉結(jié)構(gòu)破壞逐漸形成假小葉，擠壓肝靜脈，導(dǎo)致門脈入肝血流下降，肝動脈灌注量一定程度代償性增加，形成了復(fù)雜的血流灌注變化。這些組織學(xué)一系列的改變?yōu)镈CE-MRI在LF的定量診斷與分期提供了病理學(xué)基礎(chǔ)[33]。

釓塞酸二鈉(Gadolinium ethoxybenzyl diethylenet riaminepentaacetic acid，Gd-EOB-DTPA)是肝臟MRI常用的組織特異性對比劑，初始分布在細(xì)胞外間隙，可被正常肝細(xì)胞攝取并經(jīng)腎臟、膽道系統(tǒng)排泄。肝細(xì)胞攝取特異性對比劑與膜轉(zhuǎn)運蛋白、有機陰離子轉(zhuǎn)運多肽1(organic transportingpolypeptide，OATP1)、多耐藥抵抗蛋白(multidrug resistanceassociated proteins，MRPs)的表達(dá)有關(guān)[34]。LF使細(xì)胞OATP1、MRPs等表達(dá)水平降低，以及正常肝細(xì)胞數(shù)量減少，導(dǎo)致肝細(xì)胞攝取Gd-EOB-DTPA減少，從而影響組織信號強度。測量肝實質(zhì)增強前后T1值并計算其變化率(△T1%)可以反映LF信號改變。計算公式：△T1%=(T1pre-T1post)/T1pre×100%，T1pre、T1post分別為增強前、后的T1值。Haimerl等[35]研究結(jié)果顯示，肝膽特異期(Hepatobiliary phase，HBP)△T1%與LF分期顯著負(fù)相關(guān)，診斷LF的敏感度≥78%、特異度≥94%。Lai等[36]薈萃分析得出診斷LF≥F1、≥F2、≥F3或F4的SROC曲線下面積分別為0.8669、0.8399、0.8481和0.8858；并認(rèn)為Gd-EOB-DTPA增強MRI對LF分期，尤其是F4具有良好的診斷性能。

Hako等[37]研究表明，DCE-MRI能可靠區(qū)分輕度LF(F1～F2)與重度LF(F3～F4)。Liu等[38]動物實驗顯示，對比劑容積轉(zhuǎn)運常數(shù)(transfer constant，Ktrans)與LF程度呈正相關(guān)，血液回流常數(shù)(outflow rate constant，Kep)和肝實質(zhì)相對強化值(Re)纖維化分期呈負(fù)相關(guān)，而細(xì)胞外間隙對比容積分?jǐn)?shù)(Ve)、血漿內(nèi)對比容積分?jǐn)?shù)(Vp)則沒有顯著相關(guān)性；并認(rèn)為在Gd-EOB-DTPA DCE-MRI定量參數(shù)中，Ktrans是定量區(qū)分早期LF的最佳預(yù)測指標(biāo)。Ding等[39]研究發(fā)現(xiàn)肝動脈灌注指數(shù)(hepatic perfusion index，HPI)、達(dá)到峰值的時間(time to peak，TTP)與LF分級呈正相關(guān)，認(rèn)為TTP在診斷LF的半定量參數(shù)中效能最高。

韓秉艷等[40]認(rèn)為結(jié)合峰值時間(time of peak，TP)和信號最大上升斜率(maximum slope of increase，MSI)能夠反映LF各期灌注變化，且對S2期以上的LF的診斷效能最佳。Zhou等[41]研究認(rèn)為TTP和MSI可以區(qū)分正常與中晚期LF；最大下降斜率(maximum slope of decrease，MSD)可以區(qū)分早中、晚期LF。Hagiwara等[42]認(rèn)為分布容積(volume of distribution，DV)是診斷晚期LF最佳的指標(biāo)。Chen等[43]認(rèn)為肝動脈灌注量(Fa)是評估輕度LF的最佳指標(biāo)。

DCE-MRI在LF分期及定量診斷中的應(yīng)用具有較大的價值，但也有許多不足。目前DCE-MRI存在著標(biāo)準(zhǔn)化的問題：(1)對比劑使用濃度與用量；(2)血流動力學(xué)模型；(3)掃描時間點。為獲得肝膽期影像，注入Gd-EOB-DTPA 15～20 min后進行T1WI，導(dǎo)致了掃描時間延長。另外，含釓對比劑有腎毒性，對合并急慢性腎功能損傷的患者慎用。

7 三維自旋晶格弛豫成像(longitudinal relaxation time in the rotating frame，T1ρ)

T1ρ成像是一種反映體內(nèi)大分子間相互作用的成像技術(shù)。T1ρ，即旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的自旋-晶格弛豫時間，通過反映組織中的大分子(主要為蛋白質(zhì))與水分子之間的能量或質(zhì)子交換，評估組織中大分子及質(zhì)子成分的改變[44-45]。

Hu等[46]在一組動物實驗中發(fā)現(xiàn)T1ρ值與LF分級呈正相關(guān)；診斷LF≥F1、≥F2、≥F3和F4的AUC分別為0.976、0.920、0.938和0.931。Zhao等[47]研究結(jié)果提示肝臟膠原蛋白含量與肝臟T1ρ之間存在顯著正相關(guān)；活體中的膠原沉積強烈促進肝臟T1ρ延長，而脂肪沉積則促進T1ρ縮短。Li等[48]研究發(fā)現(xiàn)炎癥活動與T1ρ值呈中度正相關(guān)；而Allkemper等[49]研究并認(rèn)為T1ρ值與炎癥活動、脂肪變性程度和鐵沉積無顯著相關(guān)性，與Li等[48]研究結(jié)果相反，與Wang等[50]研究結(jié)果一致。Takayama等[51]研究顯示肝臟T1ρ值與LF分期及肝臟壞死性炎癥無顯著相關(guān)性，但與肝功能具有相關(guān)性。Xie等[52]研究發(fā)現(xiàn)炎癥活動對肝臟T1ρ值的影響大于纖維化。

T1ρ成像無需對比劑和額外成像設(shè)備，不受餐后狀態(tài)、脂肪的干擾[53]，主要受磁場強度及均勻性的影響。從理論上講，肝鐵負(fù)荷可能會增加T2*效應(yīng)并導(dǎo)致T1ρ值增加，需進一步研究證實。T1ρ成像在LF中的應(yīng)用尚處于初步階段，其變化機制目前尚不明確，還需進一步臨床試驗。

8 磁共振波譜成像(magnetic resonance spectrum，MRS)

MRS基于核磁基本理論、化學(xué)位移及質(zhì)子自旋耦合現(xiàn)象無創(chuàng)檢測活體器官和組織物質(zhì)代謝變化、定量分析化合物的技術(shù)。目前肝臟MRS常用1H-MRS和31P-MRS。MRS可通過檢測LF損傷修復(fù)過程肝細(xì)胞化學(xué)成分變化來評價纖維化及其程度。

Ooi等[54]研究發(fā)現(xiàn)1H-MRS診斷與NAFLD相關(guān)的脂肪變性和LF具有最高的準(zhǔn)確性。Moon等[55]認(rèn)為MRS可以區(qū)分輕度和重度LF。Puustinen等[56]研究顯示磷酸單酯(PME)//磷酸二酯(PDE)和磷酸乙醇胺(PE)//甘油磷酸乙醇胺(GPE)可用于LF的診斷。Hakkarainen等[57]PME、PME/PDE、PE/GPE與炎癥活動呈正相關(guān)，而PDE與炎癥活動呈負(fù)相關(guān)；PE、磷酸膽堿(PC)和PME與肝功能檢查呈正相關(guān)。Traussnigg等[58]研究發(fā)現(xiàn)相比于無/輕度(F0～2)LF，PE/總磷(TP)比率隨著LF程度進展(F3/4)而增加，而甘油磷酸膽堿(GPC)/PME+PDE下降；γ-ATP/TP在晚期LF中較低，而磷酸肌酸(PCr)/TP增加。Ding等[59]研究發(fā)現(xiàn)1H-MRS的Cho隨著LF程度的加重而增大，且Cho/lipid比值是LF分期最有診斷價值的指標(biāo)(P=0.98；P＜0.01)，Cho/lipid比值診斷LF和早期肝硬化的閾值分別為：≥0.028、≥0.131(P＜0.01)。Zhang等[60]認(rèn)為1H-MRS可以有效替代傳統(tǒng)組織學(xué)進行LF分期。

MRS技術(shù)對磁場均勻性和梯度場強要求較高，檢查結(jié)果容易受到患者呼吸運動的影響且需要復(fù)雜的后處理方法。此外，1H的化學(xué)位移較窄，導(dǎo)致波峰重疊；而31P在機體的含量較低。因此，MRS技術(shù)的臨床試驗應(yīng)用還需進一步研究。

除了上述MRI定量技術(shù)，還有血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent，BOLD)、T1 mapping成像、磁敏感成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)等。

9 小結(jié)與展望

磁共振功能成像技術(shù)具有無輻射、無創(chuàng)性和可重復(fù)性好的優(yōu)點，在LF的分期診斷、鑒別診斷、指導(dǎo)治療、評估預(yù)后以及隨訪監(jiān)測等方面具有重要價值。目前，部分磁共振功能成像技術(shù)在輕度LF分期診斷的敏感度和特異度較低，需要進一步的設(shè)備技術(shù)開發(fā)與實驗研究。隨著成像技術(shù)的研究進展，MRE技術(shù)有望代替肝穿刺活檢。MRI在LF定量診斷領(lǐng)域有廣闊的研究應(yīng)用前景。相信未來磁共振功能成像技術(shù)能更準(zhǔn)確客觀地診斷LF。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。