MR彈性成像及其臨床應(yīng)用

王向陽（綜述） 楊正漢 周 誠(chéng)（審校）

觸診是指醫(yī)生通過觸摸感覺組織在外力作用下的變形反應(yīng)來探測(cè)腫瘤或其他異常組織的存在。觸診的應(yīng)用常局限于人體表面的器官，是一種定性、主觀的檢查方法，受醫(yī)生個(gè)體觸覺敏感性的限制，應(yīng)用范圍較局限。彈力成像技術(shù)自1991年由Ophir提出以來，在超聲和MRI領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注并迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)成像的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1]。目前，MR彈性成像（MRE）是在常規(guī)MRI基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，是一種機(jī)械化、定量化的觸診手段，具有客觀、分辨率高、無創(chuàng)、不受診斷部位限制的優(yōu)點(diǎn)，被稱作“影像觸診”。

1 MRE基本原理

MRE是一種無創(chuàng)性測(cè)量組織硬度或彈性的新成像技術(shù)[2]，在常規(guī)MRI設(shè)備中添加一套頻率可調(diào)節(jié)的單頻振動(dòng)機(jī)械裝置，將振動(dòng)施加于人體表面，在受檢組織內(nèi)產(chǎn)生橫向傳播的剪切波及質(zhì)點(diǎn)位移，利用對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感的成像序列掃描獲得反映質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況的圖像，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，獲得反映受檢組織內(nèi)部的彈性系數(shù)空間分布圖（即彈性圖）[2,3]。因此，MRE需要解決三個(gè)主要技術(shù)問題：機(jī)械振動(dòng)裝置及耦合設(shè)備、對(duì)機(jī)械振動(dòng)敏感的脈沖序列、能從原始圖像數(shù)據(jù)計(jì)算彈性性質(zhì)的軟件。

MRE激發(fā)裝置需要精確的機(jī)械設(shè)計(jì)，以產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，并與MR兼容。產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)需要滿足兩個(gè)條件[2,4]：①激發(fā)裝置和掃描的同步性，即在組織內(nèi)的機(jī)械波與掃描序列保持同步相位，在人體組織器官應(yīng)用時(shí)振動(dòng)頻率通常＜200 Hz；②受檢組織接受刺激后有明顯的震動(dòng)幅度（＞200 μm）。目前，外部激發(fā)裝置有電磁裝置、壓電裝置和氣動(dòng)傳導(dǎo)裝置[5,6]。

組織的質(zhì)點(diǎn)位移采用1D、2D、或3D相位對(duì)比MR脈沖序列記錄，其中可以包括梯度回波（GRE）、自旋回波（SE）、平面回波成像（EPI）、平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)（B-SSFP）技術(shù)。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)（剪切波）與脈沖序列同步，脈沖序列經(jīng)修改并施加額外的運(yùn)動(dòng)編碼梯度（類似流動(dòng)編碼梯度）。一次采集產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)編碼梯度方向上的質(zhì)點(diǎn)真實(shí)矢量運(yùn)動(dòng)圖像（通常稱為相位或位移圖像）。振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)編碼梯度之間的相對(duì)時(shí)間（或相位偏置）在一次圖像采集到另一次圖像采集之間進(jìn)行校正，可以獲得一套在不同時(shí)間點(diǎn)上的波場(chǎng)圖，并且運(yùn)動(dòng)編碼梯度的方向在隨后的采集中可以變化，從而能夠記錄組織內(nèi)的全矢量運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)軟件處理、研究波場(chǎng)的時(shí)間和空間的特性，形成反映組織機(jī)械性能的彈性圖像[2]。

2 MRE的臨床應(yīng)用

由于具有靈活性、無創(chuàng)傷性和臨床應(yīng)用的可行性等特點(diǎn)，MRE技術(shù)迅速應(yīng)用于臨床不同領(lǐng)域。

2.1 MRE在乳腺的應(yīng)用 乳腺癌的硬度通常比良性結(jié)節(jié)和正常乳腺組織高。Mcknight等[7]采用MRE證實(shí)了乳腺癌腫瘤區(qū)域平均硬度較周圍組織高4倍。Lorenzen等[8]的研究也證明乳腺惡性浸潤(rùn)性腫瘤的彈性值顯著高于乳腺良性病變，但在少數(shù)患者中兩者的彈性值范圍有一定重疊。Sinkus等[9]發(fā)現(xiàn)用MRE聯(lián)合MRI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描能夠提高對(duì)乳腺癌的診斷，其診斷特異度比單純用MRI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描提高了20%，敏感度提高了100%。

2.2 MRE在肝臟的應(yīng)用 MRE在肝臟部位的應(yīng)用主要集中于肝纖維化和肝臟腫瘤兩個(gè)方面。與傳統(tǒng)影像學(xué)相比，MRE在評(píng)價(jià)肝纖維化和肝硬化方面有著特殊的優(yōu)勢(shì)。Rouvière等[10]于2006年首先發(fā)現(xiàn)肝纖維化時(shí)肝臟的剪切彈性模量和剪切黏性增高。Yin等[11]研究發(fā)現(xiàn)隨著纖維化等級(jí)的增加，肝硬度也逐漸增加，同時(shí)也證明MRE可以區(qū)別中、高級(jí)纖維化和輕度纖維化。利用MRE對(duì)肝纖維化和肝硬化進(jìn)行分期和評(píng)估的研究，發(fā)現(xiàn)MRE剪切彈性模量能夠清楚地分辨出早期肝纖維化的各個(gè)階段[12,13]。

由于MRE能夠準(zhǔn)確地直接測(cè)量肝實(shí)質(zhì)硬度的變化，而形態(tài)學(xué)改變通常是肝纖維化的繼發(fā)性改變，因此MRE的準(zhǔn)確診斷可以避免行穿刺活檢等創(chuàng)傷性檢查。同時(shí)由于MRE檢查的可重復(fù)性，MRE在肝纖維化分期及肝硬化進(jìn)展的評(píng)估方面亦有重要價(jià)值。

此外，Motosugi等[14]將MRE測(cè)量的肝硬度作為肝癌的危險(xiǎn)因素進(jìn)行病例對(duì)照研究，采用Logistic回歸對(duì)性別、MRE測(cè)量的肝硬度、血清ALT和AST、AFP、維生素K或拮抗劑II誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)進(jìn)行危險(xiǎn)因素分析，其多變量分析顯示，只有MRE測(cè)量的肝硬度是肝癌的重要危險(xiǎn)因素。

MRE在肝臟研究的另一個(gè)方向是腫瘤樣病變，Venkatesh等[15]對(duì)肝占位性病變的患者行MRE掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肝惡性腫瘤的硬度分別高于良性腫瘤、纖維化肝組織及正常肝組織，纖維化肝組織的硬度與良、惡性腫瘤有一定的重疊，證明利用MRE測(cè)定組織彈性特征參數(shù)可鑒別肝臟良、惡性腫瘤。

2.3 MRE在腦部的應(yīng)用 常規(guī)MRI在顯示腦內(nèi)結(jié)構(gòu)和病變方面已經(jīng)取得很大成就，但是仍需要在治療前后提供更多的腦實(shí)質(zhì)病變信息[16]。由于腦表面覆蓋顱骨，MRE很難在顱內(nèi)形成有效的剪切波，使用咬合棒經(jīng)過下頜將剪切波偶聯(lián)進(jìn)入大腦，可成功獲得腦實(shí)質(zhì)彈性圖[17-19]。Kruse等[18]發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)硬度高于腦灰質(zhì)。Green等[19]在90 Hz機(jī)械刺激下行MRE掃描，發(fā)現(xiàn)彈性圖與預(yù)期解剖學(xué)之間存在非常高的符合性。徐磊等[20]將其自行研制的激發(fā)裝置固定于被檢者頭部，產(chǎn)生的低頻振動(dòng)波經(jīng)顱骨傳導(dǎo)至顱內(nèi)腦組織，對(duì)14例腦腫瘤患者進(jìn)行MRE腫瘤硬度評(píng)價(jià)，并與術(shù)后獲得的腫瘤硬度相對(duì)照，發(fā)現(xiàn)MRE結(jié)果與術(shù)后評(píng)估腫瘤硬度一致，證明MRE可以在術(shù)前通過顯示腫瘤的彈性評(píng)價(jià)腫瘤硬度。

2.4 MRE在前列腺的應(yīng)用 前列腺經(jīng)直腸觸診是臨床評(píng)估組織硬度的有效方法，但僅應(yīng)用接近于體表的病灶，且缺乏定量指標(biāo)。Kemper等[21]通過將激發(fā)裝置放置于恥骨產(chǎn)生縱向振動(dòng)波的方式對(duì)7例健康志愿者進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示彈性值與前列腺的解剖分區(qū)有相關(guān)性，中央?yún)^(qū)的彈性值[（2.2±0.3）kPa]低于周圍區(qū)[（3.3±0.5） kPa]。Sahebjavaher等[22]和Arani等[23]分別采用經(jīng)會(huì)陰和經(jīng)直腸機(jī)械振動(dòng)的方式探索并實(shí)現(xiàn)了前列腺M(fèi)RE掃描。陳敏等[24]通過測(cè)量剪切波、黏滯度等參數(shù)對(duì)比分析前列腺癌和前列腺炎的差異，發(fā)現(xiàn)MRE有助于前列腺癌的探查和鑒別診斷。Li等[25]利用MRE對(duì)8例患者的12處前列腺癌病灶及10例患者的14處前列腺炎病灶進(jìn)行研究（圖1、2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)前列腺癌病灶的平均彈性和黏滯性均高于前列腺炎性病灶及健康的前列腺周圍帶，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；并且前列腺癌的彈性和黏滯性與格里森評(píng)分之間存在相關(guān)性。前列腺M(fèi)RE能夠可視化地顯示前列腺癌與良性前列腺疾病在彈性和黏滯性方面的差異，是一種新的成像方法和潛在的前列腺癌癥診斷方法。

圖1 患者男，73歲，左側(cè)外周帶前列腺癌。A.前列腺T2WI軸位圖顯示左側(cè)外周帶低信號(hào)；B.相對(duì)應(yīng)彈性圖顯示左側(cè)外周帶前列腺癌灶（紅色），表示病灶中可能存在較硬的組織；C.左側(cè)外周帶感興趣區(qū)平均彈性為6.85 kPa（圖片由北京醫(yī)院李颯英、陳敏教授提供）

圖2 患者男，55歲，前列腺左側(cè)外周帶炎癥。A.前列腺T2WI軸位圖；B.相對(duì)應(yīng)彈性圖顯示左側(cè)外周帶前列腺炎癥（藍(lán)色），表示沒有明顯較硬的組織存在；C.彈性圖顯示左側(cè)外周帶感興趣區(qū)平均彈性為1.85 kPa，明顯低于前列腺癌（圖片由北京醫(yī)院李颯英、陳敏教授提供）

2.5 MRE在骨骼肌肉的應(yīng)用 肌肉組織具有高度的各向異性。Basford等[26]利用MRE研究健康者和神經(jīng)肌肉功能不良的患者，發(fā)現(xiàn)健康肌肉的彈性隨著載荷的增大而增大，并且健康和功能不良的肌肉彈性圖有明顯的差異。Heers等[27]對(duì)人體健康肌肉進(jìn)行MRE，發(fā)現(xiàn)彈性波的波長(zhǎng)與相同載荷下肌電圖測(cè)得的肌肉活力成正比。Klatt等[28]研究發(fā)現(xiàn)MRE可以反映人體骨骼肌肉在不同收縮狀態(tài)下的彈性變化。

2.6 MRE在血管的應(yīng)用 目前，MRE對(duì)血管彈性的探測(cè)還處于實(shí)驗(yàn)研究階段。Woodrum等[29]發(fā)現(xiàn)MRE可以顯示和評(píng)價(jià)機(jī)械波在充滿液體的體模管道中的傳播，并且可以通過測(cè)量管壁的彈性來定量評(píng)價(jià)異常狹窄的病灶。Kolipaka等[30]利用MRE測(cè)量活體內(nèi)主動(dòng)脈的彈性，并對(duì)高血壓[（9.3±1.9）kPa]患者和健康志愿者[（3.7 ±0.8） kPa]進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)高血壓患者的主動(dòng)脈硬度顯著高于健康志愿者。

3 展望

隨著影像技術(shù)的發(fā)展，影像醫(yī)學(xué)越來越多地由傳統(tǒng)的靜態(tài)、形態(tài)學(xué)及組織學(xué)方面的分析向動(dòng)態(tài)、功能學(xué)及生物力學(xué)等方面發(fā)展。作為一種無創(chuàng)的、能準(zhǔn)確反映組織生物力學(xué)的檢查手段，MRE具有良好的研究和應(yīng)用前景。

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