基于磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的虛擬彈性成像在肝臟局灶性病變中的應(yīng)用價值

王矜涵，李香，李晨霞，崔婷，景彥博，儲春闈，劉帥，劉晨越，張月浪

0 前言

肝臟局灶性病變（focal liver lesion, FLL）在臨床中非常常見，如肝細(xì)胞癌、轉(zhuǎn)移瘤、血管瘤、肝囊腫等，較早發(fā)現(xiàn)惡性病變是臨床中及時治療患者，改善患者預(yù)后的關(guān)鍵所在[1]。各種類型的FLL硬度值存在差異[2]，腫瘤硬度與癌細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移相關(guān)，并影響治療結(jié)果[3]。目前，肝臟活檢仍然是被認(rèn)為是檢測FLL 的金標(biāo)準(zhǔn)，但這是一種有創(chuàng)檢查，具有疼痛、出血、感染，甚至死亡等風(fēng)險，使其臨床應(yīng)用受到限制，因此需要不斷的探索鑒別FLL的無創(chuàng)性檢查方法。硬度為腫瘤四大物理特征之一，從物理學(xué)的角度講，硬度是物體受到機(jī)械作用時抵抗塑性形變能力的量化表示方式，是一個與軟組織的病理狀態(tài)密切相關(guān)的參數(shù)。肝臟硬度與FLL 之間有著緊密聯(lián)系，與肝臟組織的增殖、分化、代謝密不可分[4]并影響患者預(yù)后[5]。臨床上常用超聲彈性成像、磁共振彈性成像（magnetic resonance elastography, MRE）測量病變的硬度值，但是超聲彈性成像受人為因素影響較大，MRE 需要專用的硬件和軟件，成本高昂，在臨床應(yīng)用中均受限[6]。

2017年LE BIHAN等[7]首次提出了基于磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging, DWI）的虛擬MRE（virtual MRE, vMRE）的概念，這是一種新的彈性驅(qū)動的體素內(nèi)不相干運動（intravoxel incoherent motion, IVIM），這種技術(shù)無需引用外部機(jī)械波，基于DWI，通過校準(zhǔn)步驟將表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient, ADC）轉(zhuǎn)換為纖維化肝組織的剪切模量，對組織纖維化敏感[8]。DWI 對組織的微觀結(jié)構(gòu)很敏感，特別是在較高的b 值時，由于水的隨機(jī)運動受到組織結(jié)構(gòu)不同程度的阻礙，使得vMRE 通過非高斯擴(kuò)散反映更多的組織微觀結(jié)構(gòu)[9]。

JUNG 等[10]通過回顧性分析同時接受MRE 檢查以及DWI檢查患者的影像資料，發(fā)現(xiàn)MRE和vMRE在肝纖維化分期評估中，顯示出高度的一致性，指出vMRE具有穩(wěn)定性和有效性，具有代替MRE 的潛力。但是，作為一種能夠反映組織硬度的無創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)和新型的定量功能磁共振影像學(xué)技術(shù)[11]，vMRE的參量在FLL中的應(yīng)用價值尚屬未知。因此，本研究擬探究vMRE在FLL中的應(yīng)用價值，從而提供一種新型的定量MRI方法。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究遵守《赫爾辛基宣言》，并獲得西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，豁免患者知情同意，批準(zhǔn)文號：2022 倫審科字第（115）號?；仡櫺苑治?021 年11 月至2022 年6 月于西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院行上腹部MRI檢查的224例FLL患者的病例資料。所有患者的上腹部MRI 檢查序列包括常規(guī)抑脂T2WI（fat saturation T2WI, FS-T2WI）和多b值DWI。

1.2 納排標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）參照《原發(fā)性肝癌診療指南（2022 版）》[12]以及《EASL 良性肝腫瘤管理臨床實踐指南》[13]，經(jīng)手術(shù)標(biāo)本病理檢查確診或經(jīng)臨床資料、隨訪及影像學(xué)檢查診斷的FLL；（2）目標(biāo)病灶沒有做過治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）MRI 檢查中的DWI 序列不全（未包含b 值為200、1500 s/mm2）；（2）圖像質(zhì)量不佳，偽影嚴(yán)重，病變顯示不清；（3）病灶直徑＜10 mm 或靠近包膜無法在vMRE上準(zhǔn)確識別；（4）肝臟彌漫性病變。

1.3 數(shù)據(jù)采集及處理

應(yīng)用GE Discover MR750 3.0 T MRI 儀，專用8通道相控陣表面線圈。上腹部掃描前禁食禁水6～8 h。受檢者取仰臥位，足先進(jìn)，外加呼吸門控。線圈中心置于劍突水平，以確保肝臟位于線圈中心，掃描范圍覆蓋膈肌至肝臟下緣。掃描序列主要為常規(guī)T1WI、T2WI 脂肪抑制序列及多b 值DWI。常規(guī)T1WI 平掃及增強(qiáng)掃描采用肝臟快速容積采集成像序列，掃描參數(shù)：TR 2.8 ms，TE 1.3 ms，F(xiàn)A 11°，F(xiàn)OV 400 mm×420 mm，層厚5 mm。常規(guī)T2WI 平掃采用脂肪抑制的快速自旋回波序列，掃描參數(shù)：TR 6315.7 ms，TE 85.3 ms，F(xiàn)A 90°，F(xiàn)OV 400 mm×420 mm，層厚5 mm。DWI采用單次激發(fā)自旋回波平面成像序列，b值采用0、200、1500 s/mm2，TE 77.4 ms，F(xiàn)A 90°，F(xiàn)OV 75 mm×100 mm，層厚5 mm。

1.4 vMRE后處理及硬度值的獲取

使 用 MATLAB R2021a（Mathworks, Natick,Massachusetts, USA）離線進(jìn)行vMRE 硬度值的量化。既往研究指出[14]，只需2 個b 值序列即可獲得vMRE 圖像，通常選擇校準(zhǔn)的具有200和1500 s/mm2兩個關(guān)鍵b值的移位ADC（shift ADC, sADC），sADC=In（S200/S1500）/（200-1500），其中，sADC 單位為mm2/s，S200是b 值為200 s/mm2時的圖像信號，S1500是b 值為1500 s/mm2時的圖像信號。通過公式μDiff=αsADC+β計算硬度值，其中μDiff是基于擴(kuò)散的剪切模量，反映組織硬度，單位為kPa，sADC 是移位ADC，α和β的值分別為-9.8±0.8和14.0±0.9[15]。

由2 名分別具有8 年工作經(jīng)驗的影像診斷主治醫(yī)師和3 年工作經(jīng)驗的影像診斷住院醫(yī)師采用雙盲法、通過視覺判斷成像結(jié)果，意見不一致時，可共同閱片協(xié)商達(dá)成一致，若意見仍不一致，則邀請第3 位具有26年放射診斷工作經(jīng)驗的影像科主任醫(yī)師共同判讀，獲得一致性意見。利用Image J（Java 1.8.0, National Institutes of Health, USA）對每一個FLL 進(jìn)行感興趣區(qū)（region of interest,ROI）繪制，對于實性病變，將ROI 放置在病變的實性部分，避開病變邊緣、偽影及壞死囊變區(qū)域；對于囊性病變，將ROI放置在病變邊緣的3～5 mm以內(nèi)，盡可能大地包含整個病變，在每個病變的上中下三個層面分別繪制ROI，面積為100～200 mm2，得到虛擬彈性硬度值，計算平均值并記錄。各種病變的vMRE 示意圖如圖1所示。

圖1 肝臟局灶性病變的虛擬彈性成像（vMRE）圖像。肝細(xì)胞癌在T2WI 上呈稍高信號，擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）上呈高信號，vMRE 偽彩圖腫瘤色度偏紅，提示硬度值高（箭）；轉(zhuǎn)移瘤在T2WI上呈中等信號，典型表現(xiàn)為“牛眼征”，DWI上呈高信號，vMRE 偽彩圖腫瘤實性成分色度稍低于肝細(xì)胞癌，壞死部分色度偏深，提示實性成分硬度值偏高（箭）；膽管細(xì)胞癌在T2WI 上呈高信號，DWI 上呈高信號，vMRE 偽彩圖腫瘤實性成分色度稍低于轉(zhuǎn)移瘤，但高于肝細(xì)胞癌，壞死部分色度偏深，提示實性成分硬度值高（箭）；血管瘤在T2WI 上呈明顯高信號，DWI 上呈高信號，偽彩圖顏色偏深，提示硬度值較低（箭）；肝囊腫在T2WI上呈光滑均勻稍高信號，DWI上呈低信號，偽彩圖顏色偏深，提示硬度值低（箭）。Fig.1 Virtual magnetic resonance elastography (vMRE) images of focal liver lesions.Hepatocellular carcinoma shows slightly high signal intensity on T2WI, high signal intensity on diffusion weighted imaging (DWI), and red color on the pseudocolor image of vMRE, indicating a high stiffness value (arrow); Metastatic tumors exhibit moderate signal intensity on T2WI, typically manifested as the ＂bull eye sign＂, high signal intensity on DWI, and slightly lower chromaticity of solid components on vMRE pseudocolor images compared to hepatocellular carcinoma, the necrotic part has a darker chromaticity, indicating a higher stiffness value of solid components (arrow); Cholangiocellular carcinoma shows high signal on T2WI and high signal on DWI, the pseudocolor image of vMRE shows a slightly lower chromaticity of the solid components of the tumor than that of metastatic tumors, but higher than that of hepatocellular carcinoma, the necrotic part has a darker chromaticity, indicating a higher stiffness value of the solid components (arrow); Hepatic hemangioma shows significant high signal on T2WI, high signal on DWI, and dark color on pseudo color images, indicating a lower stiffness value (arrow); Hepatic cysts exhibit smooth and uniform slightly high signal intensity on T2WI, low signal intensity on DWI, and dark color on pseudo color images, indicating low stiffness values (arrow).

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 26.0（SPSS Inc, USA）對本研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本研究的數(shù)據(jù)為硬度值，屬于計量資料，采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）進(jìn)行統(tǒng)計描述，正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用t檢驗比較，非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用Mann-WhitneyU檢驗進(jìn)行比較。對兩名診斷醫(yī)生所測得的數(shù)據(jù)采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intra-class correlation coefficient, ICC）進(jìn)行一致性檢驗，ICC＞0.75則認(rèn)為可信度高。采用MedCalc（v19.7.4，MedCalc 有限公司，Ostend，Belgium，https://www.medcalc.org）軟件獲得受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic, ROC）曲線及其曲線下面積（area under the curve, AUC），分析vMRE所得出的硬度值在FLL 良惡性病變之間的鑒別診斷效能。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

根據(jù)納排標(biāo)準(zhǔn)共納入病例224例，其中男128名，女96名，年齡25～85（58.68±11.76）歲。224例患者中惡性病變128 例，良性病變96 例。128 例惡性患者中，30例通過病理結(jié)果確診，96例良性患者中，4例通過病理學(xué)確診，其余病例通過臨床與影像學(xué)隨訪確診?；颊叩幕咎卣髟斠姳?。對兩名醫(yī)師測得的vMRE 硬度值進(jìn)行一致性檢驗，ICC=0.915（95%CI:0.888-0.936），可信度高。

表1 局灶性肝臟病變患者研究隊列的基本特征Tab.1 Baseline characteristics of the study cohort of patients with focal liver lesions

2.2 各分組硬度值的測量以及肝臟惡性病變硬度值之間的差異

各類局灶性病變vMRE 測量硬度值對比圖如圖2 所示。肝細(xì)胞癌的硬度均值為（3.09±3.00）kPa，轉(zhuǎn)移瘤的硬度均值為（2.26±3.26）kPa，膽管細(xì)胞癌的硬度均值為（5.69±3.22）kPa，血管瘤的硬度均值為（-4.51±3.41）kPa，肝囊腫的硬度均值為（-21.41±3.41）kPa。本研究中，128例惡性病變中包括53例肝細(xì)胞癌患者，66例肝轉(zhuǎn)移瘤患者以及9例膽管細(xì)胞癌患者，統(tǒng)計分析顯示，肝癌組與轉(zhuǎn)移瘤組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（K=1.231,P＞0.05）；轉(zhuǎn)移瘤組與膽管細(xì)胞癌組間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（K=-2.062,P＜0.05）；肝癌組與膽管細(xì)胞癌組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（K=-1.403,P＞0.05）。

圖2 肝臟局灶性病變的虛擬彈性成像硬度值箱圖。Fig.2 Virtual magnetic resonance elastography stiffness box diagram of focal liver lesions.

2.3 肝臟局灶性良惡性病變硬度值的差異

本研究中，128 例惡性病變患者的硬度值為（2.85±3.19）kPa，96 例 良 性 患 者 的 硬 度 值 為（-17.01±8.35）kPa（圖3A），考慮到肝囊腫可能對病變結(jié)果造成一定影響，剔除肝囊腫病變后，25 例血管瘤患者與肝臟惡性病變的硬度值對比圖如圖3B。在鑒別FLL 良惡性（良性病變包括血管瘤以及肝囊腫）中vMRE 硬度值差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-12.309,P＜0.01）。ROC 曲線分析顯示硬度值在鑒別良惡性FLL的AUC 為0.981，P＜0.01（圖4A），敏感度為92.2%，特異度為96.7%，剔除肝囊腫病變后，惡性病變與血管瘤兩組間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-6.733,P＜0.01）；硬度值在鑒別惡性病變與血管瘤的AUC 為0.926，P＜0.01（圖4B），敏感度為92.2%，特異度為88.0%，血管瘤與肝細(xì)胞癌（Z=-6.232,P＜0.01）、轉(zhuǎn)移瘤（Z=-5.975,P＜0.01）、膽管細(xì)胞癌（Z=-4.313,P＜0.01）三組之間差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖3 肝臟良惡性病變（3A）及血管瘤與肝臟惡性病變（3B）虛擬彈性成像（vMRE）硬度值箱圖。 圖4 虛擬彈性成像（vMRE）硬度值鑒別肝臟良惡性病變和鑒別肝血管瘤與惡性病變的受試者工作特征曲線。Fig.3 Virtual magnetic resonance elastography (vMRE) stiffness box diagram of benign and malignant liver lesions (3A) and hemangiomas and malignant liver lesions (3B).Fig.4 Receiver operating characteristic curve of virtual magnetic resonance elastography stiffness values in distinguishing benign and malignant liver lesions and hepatic hemangioma and malignant liver lesions.

3 討論

本研究將vMRE 應(yīng)用于FLL，利用vMRE 所測量的病變硬度值來鑒別良惡性FLL。結(jié)果表明，惡性病變的硬度值明顯高于良性病變，另外，惡性病變中，膽管細(xì)胞癌的硬度值最高，肝細(xì)胞癌硬度值略高于轉(zhuǎn)移瘤，但是惡性病變之間的鑒別診斷，vMRE 尚不能完全區(qū)分。目前vMRE 是一種新興的技術(shù)，這種技術(shù)可以直接通過DWI獲得組織剪切剛度，無需使用任何機(jī)械振動裝置，這種新的彈性驅(qū)動可以模擬任何范圍的虛擬振動頻率和振幅，而不受MRE 或MRI 硬件容量的限制[7]，為臨床鑒別FLL提供了一個新方法新思路。

3.1 vMRE的機(jī)制

vMRE與MRE不同，無需專門硬件和序列，基于多b值DWI，通過校準(zhǔn)sADC（200-1500 s/mm2），將剪切模量轉(zhuǎn)換為振動，從而提供組織硬度信息。這些特定的b值是根據(jù)理論和試驗的聯(lián)合考慮選擇的，以提供對高斯和非高斯擴(kuò)散的優(yōu)化靈敏度[7]。已有研究表明DWI 可預(yù)測肝臟硬度的變化[16]，理論上，水分子通過肝臟組織的運動阻抗反映纖維化程度，運動阻抗主要受細(xì)胞外間隙成分、壓力等因素影響[17]。硬度值和組織的力學(xué)特性相關(guān)，主要包括細(xì)胞密集程度、細(xì)胞數(shù)量及間質(zhì)液壓力等[18-19]。說明惡性腫瘤的硬度值與ADC 值間存在較強(qiáng)的相關(guān)性[20]。一項回顧性研究通過分析慢性肝病患者的數(shù)據(jù)，表明vMRE 在檢測肝纖維化分級方面的潛在用途[10]。

3.2 vMRE在良惡性FLL中的鑒別意義

良惡性FLL的硬度值存在差異[2]。本研究結(jié)果顯示vMRE 測得的惡性病變的硬度值（2.85±3.19）kPa顯著高于良性病變的（-17.01±8.35）kPa，vMRE 鑒別良惡性FLL 的AUC 值為0.981，與以往研究結(jié)果相似[21-22]，且準(zhǔn)確度更高。本研究納入的惡性病變包括肝細(xì)胞癌、膽管細(xì)胞癌及轉(zhuǎn)移瘤，良性病變主要包括血管瘤和囊腫。惡性病變多由排列緊密的癌細(xì)胞構(gòu)成，其內(nèi)含有大量的蛋白成分及新生微血管，均可增加組織的硬度[23-24]。血管瘤由海綿狀血管間隙組成，可伴有一定程度的纖維化、鈣化和血栓形成[15]，而肝囊腫內(nèi)部主要由可自由擴(kuò)散的水分子囊性液體成分構(gòu)成[25]，故兩者的力學(xué)性質(zhì)均弱于惡性病變。肝轉(zhuǎn)移瘤、膽管細(xì)胞癌的壞死囊變較常見，在這些病變中，ROI均選取在腫瘤實性成分畫取，盡可能消除了壞死成分對硬度值的影響。本研究肝囊腫病例數(shù)約占本研究總病例數(shù)的1/3，為避免數(shù)據(jù)結(jié)果偏倚，在去除了肝囊腫病例后惡性病變與血管瘤的硬度值差異也具有統(tǒng)計學(xué)意義，惡性病變的硬度值顯著高于血管瘤，血管瘤與各惡性病變之間硬度值差異也具有統(tǒng)計學(xué)意義，這與以往超聲剪切波彈性成像的研究結(jié)果一致[26]。

3.3 vMRE在惡性病變之間的鑒別意義

在惡性病變之間的鑒別診斷中，vMRE 也具有一定價值，本研究結(jié)果顯示膽管細(xì)胞癌的硬度值最高，肝細(xì)胞癌硬度值略高于轉(zhuǎn)移瘤，這與以往的二維剪切波彈性成像研究結(jié)果相似[27]。其原因可能與膽管細(xì)胞癌內(nèi)纖維成分含量較高有關(guān)[28]，大量的膠原蛋白可增加組織的硬度[29]。vMRE 均不能很好地區(qū)分肝癌與轉(zhuǎn)移瘤、肝癌與膽管細(xì)胞癌，與以往MRE 研究結(jié)果一致[20]。轉(zhuǎn)移瘤組與膽管細(xì)胞癌組可以通過vMRE 區(qū)分，可能是因為本研究膽管細(xì)胞癌的病例數(shù)過少，轉(zhuǎn)移瘤內(nèi)部壞死囊變出血等成分在vMRE的圖像質(zhì)量偽影較大。然而，其他的一些超聲剪切波彈性成像研究得出了相反的結(jié)果，他們認(rèn)為肝臟轉(zhuǎn)移瘤的硬度值明顯高于肝臟原發(fā)性腫瘤，這可能與轉(zhuǎn)移瘤患者原發(fā)腫瘤的惡性程度以及原發(fā)腫瘤的病理類型有關(guān)[30]。另有研究顯示膽管細(xì)胞癌硬度最低，肝細(xì)胞癌硬度最高[31]，與我們的研究結(jié)果相反，原因可能是本研究的膽管細(xì)胞癌樣本量較小，準(zhǔn)確度會隨著兩者之間樣本量比例變化而變化[32]有關(guān)，也可能是因為病變內(nèi)部出現(xiàn)硬化、血管內(nèi)血栓形成或者腫瘤內(nèi)部鈣化導(dǎo)致硬度值增加[33]。雖然，vMRE 能夠通過在腫瘤內(nèi)特定實性成分畫取ROI并測量其硬度值，但腫塊存在異質(zhì)成分，如腫塊出血或脂肪變[34]等形態(tài)特征，因此，還需要進(jìn)一步研究以降低這種潛在偏倚。

3.4 局限性

本研究還存在一些不足之處：首先，膽管細(xì)胞癌的病例的樣本量不足，良性病變中病種較少，容易引起偏倚；其次，我們的研究中沒有考慮病變的形狀，未來應(yīng)進(jìn)一步研究如何使用vMRE評估形態(tài)變化的肝臟腫塊及其對肝腫塊硬度值的影響[35]。

4 結(jié)論

綜上所述，基于DWI的vMRE能夠有效鑒別FLL的良惡性，作為一種新型的無創(chuàng)反映腫瘤硬度的定量功能MRI 技術(shù)，其能夠成為FLL 良惡性鑒別的一種有效方法，并且有望成為不典型血管瘤與惡性病變的鑒別的新型指標(biāo)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：張月浪設(shè)計本研究的方案，對稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；王矜涵、李香起草、撰寫、修改稿件，獲取、分析或解釋本研究的數(shù)據(jù)，其中李香獲得了陜西省重點研發(fā)計劃一般項目及西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院臨床研究課題面上項目資助；李晨霞、崔婷、景彥博、儲春闈、劉帥、劉晨越統(tǒng)計分析、分析或解釋數(shù)據(jù)，對文章的知識性內(nèi)容進(jìn)行了批評性審閱；全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負(fù)責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠信。