MR 彈性成像在肝、腎纖維化中的應(yīng)用進(jìn)展

李夏銣，詹松華，袁 杰，霍 苗

（上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院放射科，上海 201203）

肝、腎纖維化是大多數(shù)慢性肝病和慢性腎病轉(zhuǎn)歸到肝硬化和終末期腎病的重要過程和必經(jīng)階段。目前的研究認(rèn)為早期纖維化是一個雙向的過程，及早干預(yù)、治療能有效延緩甚至逆轉(zhuǎn)疾病，若發(fā)現(xiàn)不及時，隨病情進(jìn)展，可導(dǎo)致肝腎衰竭及惡性腫瘤的發(fā)生甚至死亡。目前，穿刺活檢仍是臨床上主要評估肝、腎纖維化程度的金標(biāo)準(zhǔn)，但其存在創(chuàng)傷、取樣少、誤差大及并發(fā)癥等特點(diǎn)，限制了臨床應(yīng)用。影像學(xué)檢查無創(chuàng)、廉價(jià)，且可準(zhǔn)確評估肝、腎纖維化，目前仍是臨床研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。其中MR 彈性成像（magnetic resonance elastography，MRE）作為一種基于MRI 技術(shù)的評估組織力學(xué)性能的影像觸診方法，在臟器纖維化程度評估中具有重要作用。本文綜述了MRE在肝纖維化和腎纖維化中的應(yīng)用進(jìn)展。

1 MRE 概述

1.1 原理 彈性（或硬度）是人體組織物理性質(zhì)中一種重要的機(jī)械力學(xué)參數(shù)。彈性成像運(yùn)用病變組織和正常組織彈性模量或硬度上存在一定差異的原理，對組織進(jìn)行特殊的成像處理來獲取組織彈性變化信息，從而區(qū)分病變組織與正常組織。MRE 是一種新型的成像技術(shù)，其原理為組織器官在外力作用下發(fā)生應(yīng)變（表現(xiàn)為質(zhì)點(diǎn)的移動），運(yùn)用MRI 技術(shù)檢測質(zhì)點(diǎn)移動，進(jìn)一步利用運(yùn)動敏感梯度獲得相應(yīng)的相位圖像，并對此進(jìn)行逆向求解，得出組織器官內(nèi)部的彈性系數(shù)分布圖，進(jìn)而分析組織力學(xué)性能的改變［1］。

1.2 成像過程 MRE 一般經(jīng)歷3 個過程：①利用外部驅(qū)動器誘導(dǎo)剪切波在組織中產(chǎn)生；②使用相位對比序列（MRE 序列）可視化剪切波的傳播；③處理波形圖，將其轉(zhuǎn)換成彈性圖像，從而分析組織的彈性狀態(tài)［2］。MRE 通過外部驅(qū)動裝置對感興趣組織或器官施加連續(xù)、動態(tài)的機(jī)械波，其中產(chǎn)生機(jī)械波的驅(qū)動裝置包括氣動、電磁、壓電系統(tǒng)等，每一種都有其獨(dú)特性及局限性。目前，臨床上應(yīng)用的驅(qū)動系統(tǒng)多是氣動執(zhí)行系統(tǒng)，由主動和被動裝置組成，主動驅(qū)動由低頻音頻功放設(shè)備提供聲波，聲波通過空氣傳播振動，需通過密封的塑料軟管將振動傳導(dǎo)到被動驅(qū)動裝置，引起被動驅(qū)動的振動，有很好的MRI 兼容性，多用于腹部；電磁系統(tǒng)是能夠產(chǎn)生穩(wěn)定、多頻率、一致性機(jī)械波的驅(qū)動系統(tǒng)，簡單便攜，舒適度較高，具有很大的臨床潛力，但其輸出功率有限，會產(chǎn)生較大偽影；壓電系統(tǒng)的頻率較高，能夠精準(zhǔn)控制頻率，是最理想的制動器系統(tǒng)，但其輸出功率有限，相對位移較低，多應(yīng)用于動物實(shí)驗(yàn)中。機(jī)械波產(chǎn)生之后通過運(yùn)用相位對比序列對組織中的傳播波進(jìn)行可視化，臨床上最常用的序列是梯度回波序列（GRE）。除基于GRE 的MRE 外，其他一些常規(guī)MRI 成像序列，如SE、EPI 和平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動（bSSFP）等也用于MRE。目前臨床上使用最廣泛的序列是2D GRE-MRE 序列，這些梯度以與聲波振動相同的頻率振動，通過捕捉與分析這種運(yùn)動來獲知剪切波傳播的信息，獲得波形圖，之后，MRI 系統(tǒng)通常會經(jīng)過相位展開、方向?yàn)V波、去除梯度場效應(yīng)及各種后處理等獲取相應(yīng)的彈性圖［3］。其中常見的處理算法有局部空間頻率、相位梯度、波動方程直接反演算法及有限元迭代法。最后采用手動繪制或自動分割的方法確定ROI，勾畫ROI 時注意避免可能存在偽影的位置，如肝臟邊緣、大血管（直徑＞3 mm）、左葉（易受到心臟搏動影響）及多通道波干擾等區(qū)域，從而獲得組織ROI 的彈性信息。

2 MRE在肝纖維化中的應(yīng)用

肝纖維化是各種慢性肝臟損害所致細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積與異常分布，導(dǎo)致肝臟結(jié)構(gòu)或功能異常的病理變化。肝纖維化是肝臟應(yīng)對慢性肝損傷的病理性修復(fù)愈合反應(yīng)。慢性肝病時，肝內(nèi)彌漫性纖維組織增生、肝細(xì)胞結(jié)節(jié)性再生、假小葉形成，即發(fā)展到肝硬化階段。因此，肝纖維化是慢性肝病向肝硬化發(fā)展的必經(jīng)途徑和共有病理改變，是影響慢性肝病預(yù)后的重要環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，肝纖維化病理改變可以逆轉(zhuǎn)，即使較嚴(yán)重的肝纖維化通過有效的治療也可得到緩解［4］，而肝硬化逆轉(zhuǎn)困難。因此，在肝纖維化病變階段，早期診斷、精準(zhǔn)評估并及時干預(yù)對防止進(jìn)一步發(fā)展成肝硬化具有重要意義。

MRE在評估肝臟硬度方面具有重要作用，能夠?qū)Ω卫w維化的分期進(jìn)行準(zhǔn)確評估［5］。Singh 等［6］對非酒精性脂肪肝患者研究發(fā)現(xiàn)，MRE 對F0～F4期纖維化的診斷準(zhǔn)確率分別為33.6%、32.3%、10.8%、12.9%和10.4%，其中F1～F4期ROC 曲線下面積分別為0.86、0.87、0.90 和0.91。Yoon 等［7］一項(xiàng)前瞻性研究表明，MRE在評估肝臟纖維化程度的準(zhǔn)確率為95.35%（123/129），明顯高于超聲彈性成像，且成功率較高。Rohit 等［8］對117例穿刺活檢診斷為非酒精性脂肪性肝炎患者行2D GRE-MRE 與病理對照研究發(fā)現(xiàn)，MRE在鑒別早期（F0～F2）與進(jìn)展期（F3～F4）肝纖維化的特異度為91%，敏感度為86%。Venkatesh 等［9］對乙型肝炎肝纖維化研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1～F4期的肝纖維化患者M(jìn)RE 臨界值分別為2.7、3.2、3.7 和4.3 kPa，且彈性值與肝纖維化分期呈顯著相關(guān)性（r=0.94，P＜0.000 1）。Wang 等［10］研究發(fā)現(xiàn)，肝臟的彈性值與自身免疫性肝炎后肝纖維化分期呈明顯正相關(guān)（r=0.88），診斷進(jìn)展期肝纖維化及肝硬化的AUC分別為0.97、0.98。Sergio 等［11］將MRE 用于肝臟移植后肝臟纖維化檢測發(fā)現(xiàn)，MRE 鑒別≥F3期肝臟纖維化和F0～F2期肝纖維化的臨界值為3.5 kPa，其敏感度和特異度分別為91%和72%。

MRE 的應(yīng)用時間并不長，但其在反映器官硬度方面受到廣泛關(guān)注，尤其是在對肝纖維化無創(chuàng)精準(zhǔn)評估方面具有很大優(yōu)勢。與超聲彈性成像相比，MRE不受患者肥胖、腹水、肋間隙狹窄等影響，可進(jìn)行全肝纖維化程度評估，在肝臟疾病診斷中具有較高的臨床價(jià)值。

3 MRE在腎纖維化中的應(yīng)用

腎纖維化包括腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化，是慢性腎臟疾病導(dǎo)致終末腎功能衰竭的共同通路。腎纖維化導(dǎo)致正常腎單位功能喪失、大量成纖維細(xì)胞及肌纖維細(xì)胞增生、腎實(shí)質(zhì)細(xì)胞損害、炎細(xì)胞浸潤、小管上皮喪失再生能力和間質(zhì)毛細(xì)血管完整性受損，以致腎臟組織結(jié)構(gòu)改建和腎功能喪失、腎臟組織彈性下降、硬度增加。早期發(fā)現(xiàn)腎纖維化并精準(zhǔn)評估纖維化程度對臨床干預(yù)和治療具有重要作用。但目前缺乏可靠、無創(chuàng)、定量評估腎纖維化的方法。超聲彈性成像已開始應(yīng)用于腎臟纖維化的評估，但其受主觀影響大，加之腎臟位置較深，影響剪切波的傳導(dǎo)，因此對腎纖維化的評估具有一定局限性。而MRE不受聲窗限制、檢測結(jié)果穩(wěn)定、對操作者依賴小，具有很好的臨床應(yīng)用價(jià)值。與MRE在肝纖維化中的研究進(jìn)展不同，其在腎纖維化中的應(yīng)用尚屬于起步階段。

一項(xiàng)動物實(shí)驗(yàn)研究表明，MRE 可無創(chuàng)定量評估大鼠腎臟硬度，正常大鼠腎皮質(zhì)平均彈性值約3.87 kPa，而腎鈣質(zhì)沉著癥模型大鼠的彈性值明顯增加，飲用乙二醇溶液2、4 周后腎皮質(zhì)平均彈性值分別為5.02、6.49 kPa［12］。Korsmo 等［13］研究證實(shí)，豬腎動脈狹窄引起的腎髓質(zhì)纖維化可通過MRE 檢測出來，髓質(zhì)硬度與組織學(xué)測定的狹窄性腎臟纖維化程度相關(guān)。Rouviere 等［14］對10 名年輕健康志愿者間隔4～5 周進(jìn)行2 次腎臟MRE 檢查，結(jié)果表明正常志愿者腎實(shí)質(zhì)的平均剪切模量在45、76 Hz 時分別為4.90、9.40 kPa，且2 次檢查結(jié)果無顯著差異，證明MRE 可用于腎臟硬度評估且具有很好的重復(fù)性。Lee 等［15］研究顯示，在移植腎患者中，中度腎纖維化患者的腎臟硬度略高于輕度患者，MRE 測量的腎臟硬度可預(yù)測同種異體移植腎的纖維化的發(fā)展。Kirpalani 等［16］研究表明，MRE在同種異體腎移植中具有良好的重復(fù)性，可有效評估移植腎纖維化程度，預(yù)測腎功能的變化。

因此，MRE 有望成為反映腎臟硬度、評估腎纖維化程度的有效無創(chuàng)檢查方法。但與肝臟相比，MRE在腎臟纖維化中的應(yīng)用面臨以下困難：①肝臟表淺、均質(zhì)且體積較大，而腎臟的位置較深、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較小，對設(shè)備要求更嚴(yán)格（被動激發(fā)器的位置及剪切波的頻率均需相應(yīng)調(diào)整）［17］；②腎臟是一個雙管系統(tǒng)（血管和腎小管系統(tǒng)），對腎臟硬度的影響因素會更加復(fù)雜；③腎臟的血供豐富，儲備能力較強(qiáng)，一般在病變晚期才會出現(xiàn)相應(yīng)力學(xué)等方面的改變，所以在早期診斷及評估敏感度方面仍需進(jìn)一步研究。

4 MRE 的優(yōu)勢及其局限性

彈性成像最早由Ophir 等［18］提出后，首先被用于超聲方面，被稱為剪切波彈性成像（ultrasonographic shear-wave elastography，SWE）。SWE 具有無創(chuàng)、無痛、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，目前仍是肝纖維化程度評估的首選無創(chuàng)檢查工具。但其無統(tǒng)一的操作規(guī)范，受主觀影響較大，對肝臟和腎臟硬度的評估不夠客觀。同時SWE 使用共聚焦的超聲波推動脈沖產(chǎn)生的剪切波更易衰減，從而使測量的器官硬度結(jié)果不可靠，且在肥胖、腹水患者中的操作失敗率明顯增加。亞洲人體型較歐美人小，肋間隙相對狹窄，影響剪切波的傳導(dǎo)，也會增加失敗率。與SWE 相比，MRE 采用驅(qū)動器產(chǎn)生的機(jī)械波，在組織中傳導(dǎo)不易衰減，因此在測定伴腹水的肝纖維化和位置較深的腎纖維化硬度方面準(zhǔn)確率高于SWE。SWE 受聲窗限制最多可測量3 cm×3 cm 的區(qū)域，而MRE 測量面積更大，可覆蓋整個肝臟和腎臟，在反映肝纖維化分布的異質(zhì)性方面具有明顯優(yōu)勢［19］；對于腹水、肥胖和肋間隙狹窄的患者成功率也較高。

但MRE 仍有一定局限性：①需額外裝置輔助，從而導(dǎo)致操作相對復(fù)雜，增加費(fèi)用；②MRE 是對肝、腎纖維化引起的力學(xué)性質(zhì)的改變進(jìn)行成像，是間接成像，炎癥、肝臟充血、門靜脈高壓、膽汁淤積等都會對結(jié)果造成干擾，如鐵沉積患者，由于鐵超負(fù)荷使局部磁場不均勻，質(zhì)子快速去相位，造成信號缺失［20］。

基于以上局限性，目前越來越多的研究對MRE成像方式進(jìn)行改進(jìn)。常用的被動激發(fā)器是一種剛性激發(fā)器，與患者的緊密接觸性較差，舒適度也較差，最近有研究提出了應(yīng)用柔性激發(fā)器進(jìn)行改善［21］；其次MRE 最常用的序列是2D-GRE，該序列得到的是2D 圖像且對磁場的均勻性較敏感，有研究提出3DEPI 能夠很好的解決，相對于GRE 來說，EPI 對磁場的均勻性不太敏感，能夠大大提高肝臟鐵沉積患者的成功率［22］；另外，由于炎癥對肝腎硬度評估具有一定影響，有研究提出MRE 得出的阻尼比和損失模量可在纖維化開始前檢測炎癥，進(jìn)而排除炎癥對早期肝纖維化檢測的影響［20］。另外，在后處理時也提出了一種新的方法來改善觀察者之間的差異性-自動肝彈性計(jì)算（ALEC）［23-24］，該算法能夠在圖像中自動定位肝臟，檢測肝臟邊緣，并在低置信度區(qū)域之外繪制出一個大的ROI。MRE 目前主要用于纖維化程度的評估，對病因的檢測尚在研究中。越來越多的學(xué)者通過對肝、腎纖維化的發(fā)展過程、演變過程及彈性界值進(jìn)行動態(tài)檢測，從而起到臨床提示病因的作用。臨床上纖維化原因仍需通過臨床資料、病史、血清學(xué)檢查和影像檢查等方法綜合判斷。

綜上所述，MRE 作為一種無創(chuàng)檢查方法，在肝腎纖維化的診斷和分期中有很大的發(fā)展?jié)摿Γ磥砣孕柙诤喕O(shè)備、參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、優(yōu)化技術(shù)等方面進(jìn)行改善。