磁共振體素內不相干運動成像診斷肝纖維化的初步研究

曾政，陸普選，黃華

我國是慢性肝病高發地區，尤其以病毒性肝炎發病率較高，僅慢性乙型肝炎的患者大約就有3000萬人，部分患者最終發展為肝纖維化、肝硬化［1］。因此，對肝纖維化的早期診斷并且進行適當的干預和逆轉，終止或者延緩其向肝硬化發展相當重要。常用的上腹部CT及常規磁共振成像檢查技術對早期肝纖維化的檢測能力有限，目前診斷肝纖維化的金標準仍是經皮下肝穿刺活檢病理分期，但因其有創性、取樣誤差、成本高、病理分析結果主觀差異導致的不準確性以及活檢帶來的一些并發癥等等，難以成為診斷肝纖維化的常規方法。磁共振體素內不相干運動（intravoexl incoherent motion，IVIM）擴散成像可以定量評估人體內體素規模的運動，采用包含低b值（＜200s／mm2）及高b值（＞200s／mm2）的多個b值磁共振IVIM擴散成像序列掃描，建立合適的雙指數衰減模型，可以區分人體組織的擴散、灌注參數及灌注分數，使磁共振IVIM擴散成像運用于肝纖維化患者的診斷成為可能［2－3］。本文將磁共振IVIM擴散成像與病理結果進行對照研究，旨在探討其診斷肝纖維化的價值。

材料與方法

1.研究對象

肝纖維化組：選擇2013年8月－2014年9月在本院經肝穿刺活檢病理確診肝纖維化的乙肝病毒攜帶者，除外肝臟占位性病變，共搜集肝纖維化組病例39例，其中男24例，女15例，年齡22～57歲，平均年齡36.9歲；肝活檢病理分級顯示肝纖維化1級15例，2級10例，3級和4級共14例。

正常肝組：選取無急（慢）性肝病史、肝功能正常、肝炎病毒指標陰性和影像學檢查未發現肝臟異常的19例健康志愿者作為對照組。其中男12例，女7例，年齡21～79歲，平均年齡35.7歲。

2.檢查方法

病理評分標準：病理結果由兩位具有10年以上工作經驗的病理科醫師討論得出。按照中國S2000肝纖維化分期標準：S1包括匯管區和匯管區周圍肝纖維化及竇周纖維化或小葉內小纖維瘢痕，以上纖維化形式范圍小，不足以影響小葉結構的完整性或微循環（圖1）；S2小葉內有纖維間隔形成，可見到多條纖維間隔，但小葉結構大致保留（圖2）；S3大量纖維間隔，分隔并破壞肝小葉，致小葉結構紊亂，但尚無肝硬化。此期一部分患者可出現門脈高壓，食管靜脈曲張（圖3）；S4為早期肝硬化，與經典的肝硬化的區別點是后者纖維間隔包繞于假小葉周圍，間隔內膠原及彈力纖維經改建，多環繞假小葉成平行排列（圖4）。

MRI檢查方法：采用philips Achieva 1.5TMR掃描儀，掃描序列包括橫軸面T1WI梯度回波（GRE）、T2WI快速自旋回波（SE）以及IVIM擴散成像。T1WI掃描參數：TR 11ms，TE 6.9ms，矩陣252×151，視野375mm× 304mm，層厚7mm，層間距1mm，24層掃描覆蓋全肝，激勵次數為1。T2WI掃描參數：TR 421ms，TE 80ms，矩陣268× 184，視野375mm×297mm，層厚7mm，層間距1mm，24層掃描覆蓋全肝，激勵次數為1。IVIM擴散成像包含10個b值（10，20，40，60，80，100，150，200，400，800s／mm2）。各自添加預飽和反轉恢復技術用于脂肪抑制，使用一個充氣壓力感受器作為呼吸門控設備，置于腹部上方呼吸運動最強點，觀察以及監控門控屏幕上的呼吸波形，擴散圖像的獲得僅僅限于呼氣相，吸氣相不采集圖像，平均TR 1500ms，TE 63ms，層厚7mm，矩陣124×97，視野375mm×302mm，激勵次數為2，圖像采集圍繞肝臟的中央，6層掃描覆蓋全肝。掃描結束后，將掃描數據傳輸到后處理工作站。

磁共振圖像分析：掃描圖像傳輸到后處理工作站后，選取T1WI、T2WI和IVIM三個序列的MRI圖像為標準分析圖（圖5a～c）。首先在b值為0的IVIM擴散圖像上手動定位興趣區（ROI），包括大部分的肝實質，避開大的血管、膽管及偽影等（圖5d），選取6層IVIM圖像的中間3層定位興趣區，后處理軟件自動復制興趣區至其他b值不為0的圖像。IVIM擴散成像中，在運用足夠多的b值進行擴散信號的采樣、以及應用雙指數擬合分析，可以分開組織的擴散和微循環相關的擴散，從而得到可測量的微循環的效應。信號的衰減依據公式SI（b）＝SI0［（1－f）·exp（－b·D）＋f·exp（－b·D＊）］得出，其中SI是平均信號強度，f是和微循環有關的擴散分數，D是代表純分子擴散的參數，D＊代表體素內不連貫運動的微循環的擴散參數?？紤]到D＊值顯著高于D值，當b值大于200s／mm2時，其作用于信號衰減的影響可以忽略不計，上述方程可以簡化為SI（b）＝SI0·exp（－b·D），IVIM參數值基于3層圖像興趣區的平均信號強度計算得出。

3.統計學分析

圖1 女，52歲，S1期肝纖維化（×200，HE）。

圖2 女，32歲，S2期肝纖維化（× 200，HE）。

圖3 男，30歲，S3期肝纖維化（×200，HE）。

圖4 女，25歲，S4期肝纖維化（×200，HE）。

使用軟件SPSS 17.0對MRI檢查數據進行統計學分析。采用曼－惠特尼U檢驗比較健康志愿者組與肝纖維化患者組間IVIM參數值間的差別，采用單因素方差分析和Bonferroni校正對不同纖維化組別的患者IVIM參數進行比較。肝纖維化S3期以及S4期的病例數較少，本研究中合并在一起統計分析。以P＜0.05認為差異有統計學意義。

結 果

1.對照組與肝纖維化組的多b值IVIM參數比較

通過對肝纖維化組39例，正常對照組19例MRI T1WI序列、T2WI及IVIM擴散成像序列掃描，使用SI（b）＝SI0·exp（－b·D）公式，IVIM參數值基于3層圖像感興趣區的平均信號強度計算得出。結果發現隨著b值的增加，相應IVIM擴散信號值也隨之衰減。

肝纖維化患者組和健康志愿者組的肝臟磁共振體素內不連貫運動成像掃描參數D、f、D＊值分別是0.940±0.129和1.089±0.127（×10－3mm2／s，P＜0.001），0.126±0.026和0.163±0.018（P＜0.001），9.616±1.747和12.715±2.335（×10－3mm2／s，P＜0.001），兩組間差異均有統計學意義（P＜0.001）。磁共振IVIM掃描中肝纖維化患者的D、f、D＊值均較健康組降低。

2.肝纖維化不同病理分期間多b值IVIM參數比較

隨著患者病理分期的增加、肝纖維化程度的進展，肝纖維化患者磁共振IVIM擴散成像掃描參數f、D＊值逐漸降低，差異具有統計學意義（P≤0.001，表1），不同程度肝纖維化患者的D值差異無統計學意義（P＞0.05）。

表1 不同病理分期組肝纖維化患者IVIM掃描參數方差分析情況

討 論

1.磁共振DWI在肝纖維化診斷中的作用

圖5 女，32歲，乙型病毒性肝炎，肝穿刺活檢病理提示肝纖維化分期為G1S4。a）T1WI；b）T2WI；c）IVIM；d）b＝0的IVIM擴散圖像上手工繪制興趣區，覆蓋整個肝臟，避開大血管和偽影。

目前，大量的新的磁共振掃描技術已經被用于評價肝纖維化，包括T1rho成像［4］，雙重對比增強（釓噻酸二鈉）磁共振掃描，計算機輔助分析肝輪廓，磁共振彈性成像等等。這些肝纖維化相關的診斷技術多處于研究、探索階段，距離臨床上的應用還有不同程度的距離。

磁共振DWI對人體組織內的水分子擴散高度敏感，可以利用相應的擴散掃描序列檢測組織內水分子的擴散狀態從而監測人體組織結構的變化特點。磁共振IVIM擴散成像是上述DWI的一種，它不需要血管內注射對比劑或者使用額外的硬件（比如彈性成像技術使用的外部的機械驅動）。Le Bihan等［5］在上個世紀八十年代最早提出并使用了磁共振IVIM擴散成像技術，最開始該技術被用于神經功能障礙患者腦組織擴散及灌注的評估。在相關的試驗中，IVIM技術被用于測量生物組織中灌注參數在表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）中所占比例，同時也獲取呈現灌注以及擴散因素的圖像。試驗結果證實了IVIM序列區分生物組織中灌注與擴散成分的能力。隨后該技術被廣泛用于腦與骨腫瘤、腦缺血診斷方面，并且表現出在生理以及病理條件下評價微循環的良好適應性。

Yamada等［6］在上個世紀末最先將磁共振IVIM擴散成像用于對腹部器官和肝臟病灶的研究，在試驗中他們僅僅使用了少量的b值參數（30，300，900，1100s／mm2），計算出了純分子擴散參數D值以及灌注分數f值，但沒有計算出微循環灌注參數值D＊值。他們發現實體器官和組織的ADCs值顯著高于它們的D值，提示灌注成分在ADCs值中占據了較高的比例，顯示了D值與f值在表現肝臟病變特征方面的作用。在進一步的研究中，Luciani等［7］使用多達10個b值（0，10，20，30，50，80，100，200，400，800s／mm2）的呼吸門控磁共振IVIM掃描技術，對12例纖維化肝臟以及25例健康肝臟對照組進行了對比研究，報告了纖維化肝臟的D＊值顯著低于正常肝臟，提示纖維化肝臟灌注減低，但是在正常肝臟與纖維化肝臟間，D值與f值沒有顯著差別。在Patel等［8］對纖維化肝臟進行的磁共振IVIM序列以及動態增強掃描的對比研究中，其報告了f、D、D＊值在纖維化肝臟中顯著高于健康肝臟。然而，在他們的病例中，沒有病理分期資料，14個患者中僅有3個有病理資料。這方面的不足使得結果的意義受到限制。

2.磁共振IVIM擴散成像診斷肝纖維化的機制及意義

在本研究所使用的IVIM模型中，筆者假設肝組織中每個成像體素包含不相互溝通的血管內和血管外成分。血管內成分擴散可以由血流灌注D＊值描述，血管外成分可以由純分子擴散D值描述。在擴散梯度條件下，較低b值時，血流灌注引起的體素內自旋移位對信號衰減影響相對較大，在信號衰減曲線的較后部分，由于血流信號更多的被較大的擴散梯度所限制，信號衰減往往主要是純分子水擴散的結果。在低b值條件下，由于其血流體積分數相對較高，擴散與灌注所共同作用導致的信號衰減更快。

本研究證明了肝擴散含有純分子擴散（慢擴散成分）和血管灌注（快擴散成分）兩種方式，本研究結果也證明了這一點，39例慢性乙肝患者經皮肝穿刺活檢病理證實為肝纖維化1～4期，磁共振IVIM掃描顯示D值，f值和D＊值降低明顯，差異有統計學意義。而且隨著肝纖維化程度加重，f值和D＊值也逐漸降低。導致纖維化肝臟磁共振IVIM掃描參數降低的機制可能包括以下幾個方面：①肝纖維化伴隨著結締組織的增加，其中膠原纖維成分的增加損害到纖維化肝臟組織的水分子布朗運動，這導致了ADCs值的減低。試驗表明D值明顯低于ADCs值，提示之前研究報告的肝纖維化患者與健康人之間ADCs值的差別主要與肝擴散的灌注成分相關。②肝纖維化伴隨著肝細胞變性，造成肝組織竇腔狹窄、變形而變小，使血流灌注減少，門脈高壓所導致的動脈血流增加不足以補償門靜脈血流的減少。Moreno等［9－10］報告了健康個體肝臟的門靜脈血流量是（20.9±4.1）mL／（min·kg），而肝纖維化患者的門靜脈血流量是（6.5±5.6）mL／（min·kg）。在其他的無創性檢測手段，比如CT中也得到了同樣的發現。這可以在一定程度上解釋研究中觀察到的肝纖維化患者灌注參數D＊值減低。③降低的血流灌注伴隨著組織微環境的改變，包括不同程度的膠原纖維沉積，脂肪浸潤，肝炎，細胞壞死或凋亡，炎癥細胞浸潤，成纖維細胞增殖，假小葉形成等，肝內分子的擴散和灌注都受到影響。

相對于Yamada等［6］的研究，本研究進行了完善，首先本研究采用了更短的回波時間（63ms），這個改進有利于減少掃描的偽影。此外回波時間的減少可以增加掃描圖像的信噪比。然后，本研究中較多b值的使用使對純分子擴散參數D值變化的評估成為可能。最后，詳實的病理資料作為參考標準為研究增加了可靠性。

總之，磁共振IVIM擴散成像研究發現纖維化肝臟純分子擴散值、灌注分數以及灌注相關擴散值降低。通過應用多b值參數，IVIM序列分析有鑒別肝臟中擴散與灌注參數、診斷與監測肝纖維化程度的能力，使得f值和D＊值作為評價肝纖維化的程度成為可能。當然，肝纖維化1～4期f值和D＊值的各標準下降值的確定還有待于大樣本研究進一步證實。

［1］ 梁擴寰，李紹白.肝臟病學［M］.北京：人民衛生出版社，2003：796.

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［7］ Luciani A，Vignaud A，Cavel M，et al.Liver cirrhosis：intravoxel incoherent motion diffusion－weighted imaging in nonalcoholic fatty liver disease：a 3.0TMR study［J］.Radiology，2012，265（1）：96－103.

［8］ Patel J，Sigmund EE，Rusinek H，et al.Diagnosis of cirrhosis with intravoxel incoherent motion diffusion MRI and dynamic contrastenhanced MRI alone and in combination：preliminary experience［J］.Magn Reson Imaging，2010，31（3）：589－600.

［9］ Moreno AH，Burchell AR，Rousselot LM，et al.Portal blood flow in cirrhosis of the liver［J］.Clin Invest，1967，46（3）：436－445.

［10］ Moreno AH，Rousselot LM，Panke WF，et al.The rate of hepatic blood flow in normal subjects and in patients with portal hypertension［J］.Surg Gynecol Obstet，1960，111：443－450.