虛擬彈性成像評估慢性乙型肝炎肝纖維化的研究

王敏燕 袁杰 楊辰瑤 嚴華美 劉坤 王嬌燕 詹松華

早期診斷和準確評估肝纖維化的病變階段，防止肝纖維化進一步發(fā)展為肝硬化，有十分重要的意義。臨床診斷肝纖維化的主要方法是穿刺活檢，然而侵入性穿刺活檢可能導(dǎo)致并發(fā)癥及存在采樣誤差。磁共振彈性成像（magnetic resonance elastography，MRE）作為一種非侵入性評估肝纖維化的方法，被用來測量組織的力學(xué)性能，以取代穿刺活檢［1］。然而，MRE 需要外部驅(qū)動器和復(fù)雜的處理程序限制了其臨床應(yīng)用。2018 年，Le Bihan 等［2］提出了基于擴散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）的虛擬彈性成像（virtual MRE，vMRE）概念。本研究擬在前期研究基礎(chǔ)上建立基于DWI 的vMRE 用于評估慢性乙型肝炎肝纖維化，并評估其對纖維化分期的可靠性和診斷性能。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2022 年1 月—12 月，前瞻性將本院慢性乙型肝炎患者納入研究。納入標準：年齡不小于18 歲，有慢性乙型肝炎病史，肝功能異常6 個月以上，需要通過肝穿刺活檢結(jié)果決定是否給予抗病毒治療。肝活檢前行MRI 檢查，MRI 和活檢間隔小于2個月，肝活檢標本長度不小于10 mm。排除標準：合并其他急慢性肝病、曾進行肝臟手術(shù)、妊娠、磁共振檢查禁忌證。最終納入患者25 例，其中男15 例，女10 例，年齡24～56 歲，平均年齡（39.48±7.83）歲。所有本次研究對象均簽署了知情同意書。本研究經(jīng)上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院倫理委員會批準通過（2020-822-29-01）。

1.2 MRI 檢查方法

掃描設(shè)備為聯(lián)影uMR790 3.0 T 磁共振成像儀。MRI 掃描：受檢者采取仰臥位，掃描前禁食至少8 h。掃描范圍覆蓋全部肝臟，線圈采用32 通道體部相控陣表面線圈。先行常規(guī)T2WI 冠狀位，T2WI 和T1WI 軸位掃描，后進行DWI 和MRE 掃描。

DWI 掃描采用單次回波平面成像序列（single short echo planar imaging，ss-EPI），具體掃描參數(shù)如下：TR/TE 3000/67.5 ms，層厚7 mm，視野380 mm×280 mm，b 值分別為：0、50、100、150、200、800、1000、1200、1500 s/mm2，平均次數(shù)分別為：1、1、1、1、1、2、3、3、3。掃描時間為6 分21 秒。利用聯(lián)影后處理 軟件生成20 組b 值組合（0 和800 s/mm2、0 和1000 s/mm2、0 和1200 s/mm2、0 和1500 s/mm2、50和800 s/mm2、50 和1000 s/mm2、50 和1200 s/mm2、50和1500 s/mm2，100 和800 s/mm2、100 和1000 s/mm2、100和1200 s/mm2、100 和1500 s/mm2、150 和800 s/mm2、150 和1000 s/mm2、150 和1200 s/mm2、150 和1500 s/mm2、200 和800 s/mm2、200 和1000 s/mm2、200 和1200 s/mm2、200 和1500 s/mm2）的表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）圖。

2D MRE 掃描所使用的控制器及驅(qū)動器均由Resoundant 公司提供（Resoundant Inc.Rochester，MN，USA），將驅(qū)動器置于右上腹部，用腹帶加以固定以確保驅(qū)動器與身體很好地貼合?？刂破魑挥趻呙枋彝饷?，通過塑料管引入掃描室，剪切波由氣動控制器產(chǎn)生，頻率為60 Hz。采用自旋回波序列（spin echo EPI，SE-EPI）進行掃描，參數(shù)如下：TR/TE 1000.2/44.6 ms，層厚10 mm，層數(shù)4，視野420 mm×420 mm。掃描完成后自動生成橫斷位肝臟波形圖和彈性圖。

1.3 圖像分析

從事腹部MRI 診斷13 年的高年資放射科醫(yī)生負責(zé)ADC 圖和MRE 彈性圖讀片和勾畫興趣區(qū)（region of interest，ROI），盡量避開肝緣、大血管和左葉受心臟搏動影響的位置。MRE 和ADC 圖的ROI 盡量選擇在肝臟同一水平。

1.4 肝組織活檢

經(jīng)皮超聲引導(dǎo)下肝臟穿刺活檢后，對組織進行HE 染色和Masson 染色。由一名從事肝穿刺病理診斷具有15 年經(jīng)驗的病理科醫(yī)生進行閱片。肝纖維化分期采用METAVIR 評分系統(tǒng)：F0 為無纖維化；F1 為匯管區(qū)纖維性擴大，但無纖維間隔形成；F2 為匯管區(qū)纖維性擴大，少數(shù)纖維間隔形成；F3 為多數(shù)纖維間隔形成，無硬化結(jié)節(jié)；F4 為肝硬化。

1.5 統(tǒng)計分析

應(yīng)用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。統(tǒng)計變量使用平均值±標準差表示。利用Spearman相關(guān)系數(shù)評估不同b 值組合下ADC 值與MRE 彈性值之間的相關(guān)性。確定用于虛擬彈性成像的關(guān)鍵b 值組合。應(yīng)用回歸分析，生成vMRE 計算公式。應(yīng)用單因素方差分析和獨立樣本t 檢驗對不同纖維分期進行統(tǒng)計分析。采用受試者操作特征（receiver operator characteristic，ROC）曲線對vMRE和MRE 在不同階段肝纖維化的診斷效能進行評估和比較。P<0.05 為差異具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

ADC0-1200、ADC50-1200、ADC100-1500、ADC150-800、ADC150-1200、ADC200-800、ADC200-1000、ADC200-1200與MRE 彈性值有顯著相關(guān)性（r=-0.445，P=0.026；r=-0.435，P=0.034；r=-0.421，P=0.036；r=-0.573，P=0.003；r=-0.545，P=0.006；r=-0.399，P=0.048；r=-0.530，P=0.006；r=-0.625，P=0.001），其中ADC200-1200值與MRE 彈性值相關(guān)性見圖1。在所有b 值組合中，200 和1200 組合計算的ADC 值與MRE 彈性值相關(guān)性最高。ADC0-800、ADC0-1000、ADC0-1500、ADC50-800、ADC50-1000、ADC50-1500、ADC100-800、ADC100-1000、ADC100-1200、ADC150-1000、ADC150-1500、ADC200-1500與MRE 彈性值無顯著相關(guān)性（r=-0.153，P=0.464；r=-0.247，P=0.235；r=-0.187，P=0.371；r=-0.344，P=0.099；r=-0.271，P=0.200；r=-0.167，P=0.437；r=-0.185，P=0.376；r=-0.235，P=0.258；r=-0.341，P=0.095；r=-0.118，P=0.583；r=-0.221，P=0.299；r=-0.371，P=0.068）。

圖1 ADC200-1200 值與標準MRE 剪切模量之間的相關(guān)性。

本研究病理結(jié)果示F1 期病例8 例，F(xiàn)2 期病例7 例，F(xiàn)3 期病例7 例，F(xiàn)4 期病例3 例。各期患者ADC200-1200值和MRE 彈性值均具有顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P<0.05）（表1，圖2～5）。F1～2 期人數(shù)為15 例，平均ADC200-1200為（1.083±0.078）×10-6mm2/s，平均MRE 彈性為2.69 kPa；F3～4 期人數(shù)為10 例，平均ADC200-1200為（0.959±0.089）×10-6mm2/s，平均MRE彈性為4.44 kPa。F1～2 期和F3～4 期患者ADC200-1200值（t=0.693，P<0.05）和MRE 彈性值（t=-4.211，P<0.05）均具有顯著統(tǒng)計學(xué)差異。

圖2 女，34 歲。a）橫斷位抑脂T2WI；b）肝臟MRE，彈性值為2.48 kPa；c）肝臟ADC200-1200 圖，ADC 值為1.151×10-6 mm2/s；d）HE 染色：METAVIR F1（×4 倍）。圖3 男，34 歲。a）橫斷位抑脂T2WI；b）肝臟MRE，彈性值為2.89 kPa；c）肝臟ADC200-1200 圖，ADC 值為1.085×10-6mm2/s；d）HE 染色：METAVIR F2（×4 倍）。 圖4 男，41 歲。a）橫斷位抑脂T2WI；b）肝臟MRE，彈性值為3.54 kPa；c）肝臟ADC200-1200 圖，ADC 值為0.959×10-6 mm2/s；d）HE 染色：METAVIR F3（×4 倍）。 圖5 男，48歲。a）橫斷位抑脂T2WI；b）肝臟MRE，彈性值為5.71 kPa；c）肝臟ADC200-1200 圖，ADC 值為0.924×10-6 mm2/s；d）HE 染色：METAVIR F4（×4 倍）。

表1 慢性乙型肝炎不同肝纖維化分期ADC 值及MRE 彈性值均值及比較

應(yīng)用回歸分析，得到基于DWI 的vMRE 計算公式為：vMRE=-6.2723×ADC+9.8542，并計算慢性乙型肝炎患者的vMRE 值。肝纖維化AUC 在F1～2期和F3～4 期分別為0.867（95%CI：0.725～1.000）和0.960（95%CI：1.000～1.000）（圖6）；兩種方法ROC曲線下面積之差為-0.133，Z 統(tǒng)計量為-1.828，P=0.068，兩種檢驗診斷價值的差異在統(tǒng)計學(xué)上無顯著性差異。

圖6 vMRE 與MRE 在鑒別肝纖維化F1～2 期與F3～4 期的ROC曲線。

3 討論

本研究通過與病理、MRE 對比，探索了一種基于DWI 的vMRE 技術(shù)用于慢性乙型肝炎肝纖維化程度評估新方法。筆者發(fā)現(xiàn)，b 值為200 和1200 計算的ADC 值與MRE 剪切模量具有很好的相關(guān)性（r=-0.625，P=0.001）。應(yīng)用ADC 值計算的vMRE 剪切模量對于區(qū)分不同程度慢性乙型肝炎肝纖維化具有很好的診斷效能。

肝纖維化主要表現(xiàn)為膠原為主的細胞外基質(zhì)過量沉積，肝臟硬度增加［3］。MRE 是對組織的硬度進行評價的一種“影像觸診”方法［4］。MRE 在早期診斷纖維化及纖維化分期、評估治療效果等方面發(fā)揮了重要作用，具有無創(chuàng)、良好的重復(fù)性、穩(wěn)定的檢測結(jié)果以及能提供肝臟的全貌等優(yōu)點［5,6］。但是它仍然具有一些局限性，如對于鐵質(zhì)沉積的患者，由于鐵負荷過大，使局部磁場不均勻，質(zhì)子很快去相位，從而造成信號缺失的現(xiàn)象；且MRI 需要專用的激發(fā)器、專用的成像序列和后處理軟件［7］。臨床上常用的肝纖維化無創(chuàng)評估方法，還包括超聲剪切波彈性成像（ultrasonographic shear-wave elastography，SWE）和基于增強CT 或MRI 的細胞外容積成像（extracellular volume，ECV）［8,9］。SWE 具有無創(chuàng)、無痛、操作便捷等優(yōu)點，可以無創(chuàng)評估肝纖維化［10］。SWE 使用共聚焦的超聲波推動脈沖產(chǎn)生的剪切波更容易衰減，從而使測量的肝臟硬度結(jié)果不可靠，且在肥胖、腹腔積液患者中操作的失敗率會明顯增加。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?；贑T 或MRI 增強計算的ECV 也被用于評估肝纖維化［11,12］。但是有研究認為ECV 對于評估肝纖維化診斷效能較低［13］。其次ECV 需要患者注射對比劑檢查，且注射對比劑延遲掃描時間目前沒有統(tǒng)一的標準。另外ECV 的計算需要紅細胞比容，因此需要進行血液學(xué)檢查。

肝纖維化時，肝臟結(jié)締組織中膠原蛋白沉積增加，導(dǎo)致水分子擴散運動受限，這是應(yīng)用DWI評估肝纖維化的基礎(chǔ)［14］。隨著肝纖維化的進展，使細胞外水分子的擴散運動受到限制同時，細胞內(nèi)水分子的擴散運動亦會受到限制，從而引起ADC值的降低［15,16］。兔肝纖維化模型研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用ADC 值定量肝纖維化時，隨著肝纖維化階段的進展，ADC 值逐漸降低［17］。一項回顧性分析發(fā)現(xiàn)，肝臟ADC 值與肝纖維化分期呈負相關(guān)，研究認為ADC 值具有預(yù)測肝纖維化的能力，具有可接受的診斷準確性［18］。MRE 是一種無創(chuàng)評估肝臟硬度的成熟方法，被認為是評估肝纖維化的生物標記物［19］。本研究發(fā)現(xiàn)ADC 值與MRE 彈性值具有很強的相關(guān)性，基于DWI 計算的vMRE 可為標準MRE 提供替代手段。由于肝組織內(nèi)的水分子擴散的變化，在肝纖維化發(fā)生形態(tài)學(xué)改變之前，基于DWI 的肝纖維化非侵入性診斷為肝纖維化評估提供了一種新的手段，且其敏感性可能更高［2］。

DWI 僅需要兩個b 值，小b 值主要反映組織灌注情況，較大的b 值主要反映水分子的離散狀態(tài)，增加對非高斯擴散的敏感性，從而增加了對組織微觀結(jié)構(gòu)的影響［20］。本研究證實了b 值組合（200 和1200 s/mm2）與肝臟硬度MRE 彈性值具有顯著的相關(guān)性（P<0.05），這些結(jié)果支持本文的假設(shè)，即肝纖維化時肝臟組織的彈性（硬度）特征可以直接可靠地從DWI 的ADC 值中獲得。與MRE相比，基于DWI 的vMRE 不需要外接設(shè)備和對比劑，可以在較短的時間內(nèi)獲得多個部位的圖像直接評估肝纖維化程度。Kromrey 等［21］研究認為b 值為200 和1500 時獲得的vMRE 與肝臟纖維化相關(guān)性更好，這可能是因為本研究中僅僅納入了慢性乙型肝炎患者，先前的研究中納入了包括乙型肝炎、丙型肝炎、非乙型和丙型肝炎、非酒精性脂肪性肝炎和酒精性脂肪性肝炎等慢性肝病，兩個研究納入病種存在差異。

隨著肝臟硬度的增加，肝臟ADC 值降低，且肝臟硬度與ADC 值呈線性相關(guān)。盡管在區(qū)分肝纖維化分期方面，有文獻認為ADC 技術(shù)不如MRE［22,23］。而本研究發(fā)現(xiàn)，在慢性乙型肝炎中雖然標準的MRE 技術(shù)在肝纖維化分期中的表現(xiàn)出更好的診斷效能，但與vMRE 技術(shù)相比并沒有顯著統(tǒng)計學(xué)差異。這可能因為相比于先前的研究，筆者使用了更高的b 值增加了非高斯擴散的敏感性，從而增加了組織微觀結(jié)構(gòu)的影響。本研究表明，在沒有MRE 驅(qū)動裝置及后處理軟件的情況下，應(yīng)用基于DWI 的vMRE 技術(shù)仍可對慢性乙型肝炎肝纖維化進行很好地診斷和分期。

本研究的局限性：首先這是一項單中心的研究且樣本量不夠大，纖維化分組中F4 組僅有3 例，未來需要更多中心和更大樣本量的研究；其次，在進行MRE 和ADC 圖選擇ROI 時，盡可能選擇相近的位置，但是仍未做到點對點的精準匹配；第三，在高b 值時DWI 圖信噪比降低，運動偽影增加，需要進一步優(yōu)化掃描參數(shù)。

綜上，使用高b 值組合DWI 計算的ADC 值與MRE 計算的剪切模量具有很好的一致性，基于此形成的vMRE 技術(shù)可以實現(xiàn)無需使用外接機械振動設(shè)備進行慢性乙型肝炎肝纖維化分期。