磁共振彈性成像與擴散加權(quán)成像在肝臟纖維化分期中的對比研究

鄒立秋 阮繼銀 馮 飛 成官迅 江錦趙

2 香港大學(xué)深圳醫(yī)院放射科

肝纖維化（hepatic fibrosis，HF）是指肝細胞外富含膠原、蛋白聚糖和其他大分子的基質(zhì)異常沉積[1]。引起HF的常見疾病包括病毒感染、酒精和非酒精性脂肪性肝炎、毒性物質(zhì)的攝入和代謝紊亂等[2]。肝穿刺活檢是臨床診斷HF的金標準，但是存在采樣誤差、穿刺后并發(fā)癥等諸多不足。

磁共振成像（MRI）檢查是診斷HF的重要手段，尤其是功能MRI檢查技術(shù)，如磁共振彈力成像（magnetic resonance elastography，MRE）、擴散成像（diffusion-weighted imaging，DWI）等，對HF的診斷具有重要意義[3-6]。本研究通過動物實驗比較MRE及DWI在HF病理分期中的作用，為臨床診斷HF提供新的無創(chuàng)檢查手段。

方 法

1.材料

純種健康新西蘭大白兔53只，雄性，6月齡，平均體重2.0～2.5kg，由廣州中醫(yī)藥大學(xué)動物實驗中心提供。

2.方法

53只兔隨機分2組，正常對照組9只，肝纖維化造模組44只，再將44只模型動物隨機分為試驗組和預(yù)備組，試驗組32只用于MRI檢查和取病理，預(yù)備組12只，如實驗過程中試驗組造模兔死亡，則由預(yù)備組隨機補充入試驗組。

2.1 動物模型制作方法：通過皮下注射50% CCl4的方法建立兔肝纖維化模型。肝纖維化組實驗兔每周注射1次，持續(xù)注射10周，并且注射劑量逐漸增加，第1～3周為0.1ml/kg，第4～6周為0.2ml/kg，第7～10周為0.3ml/kg。

2.2 MRI檢查：正常對照組及肝纖維化試驗組實驗兔均行MR掃描，其中肝纖維化試驗組在注射CCl4后第4、5、6、10周末分別隨機選擇8只模型兔進行掃描。實驗兔禁食禁水12h，麻醉后仰臥位固定。采用Siemens 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀，18通道相控陣膝關(guān)節(jié)線圈。常規(guī)序列包括：①軸位T1WI：TR，165ms；TE，2.9ms；FOV，160mm×140mm；矩陣，256×168；層厚，5mm；層間距，1mm；②軸位T2WI：TR，4500ms；TE，82ms；FOV，160mm×120mm；矩陣，256×144；層厚，5mm；層間距，1mm。

實驗兔仰臥位接受MRE 2D梯度回波序列檢查，TR 50ms，TE 22.7ms，振動頻率60Hz，F(xiàn)OV130×160 mm，層厚5mm。每只實驗兔獲取2幅肝臟的MRE圖像。

DWI采用自旋平面回波（SE-EPI）序列，TR3000ms，TE67ms，F(xiàn)OV180mm×136 mm，層厚5mm，b值為50s/mm2和800s/mm2。

2.3 圖像分析：所有圖像均傳送至西門子Syngo工作站，由一位從事腹部影像診斷15年以上的放射科醫(yī)師在不知道病理結(jié)果的前提下獨立分析MRE和DWI圖像。參照T2WI圖像，在MRE及ADC圖上手工勾畫3個感興趣區(qū)（ROI），避開肝內(nèi)主要血管、膽管、肝臟邊緣及偽影。3個ROI的LS及ADC值取平均值得到每個實驗兔肝臟的平均肝實質(zhì)硬度（liver stiffness，LS）和ADC值。

2.4 病理學(xué)檢查：實驗兔MRI掃描后用空氣栓塞法處死，取兔肝臟，10%甲醛固定，制作石蠟切片，于光學(xué)顯微鏡下對肝組織進行纖維化分期。肝臟纖維化程度采用Scheuer分期，即S0：無肝纖維化；S1：匯管區(qū)擴大；S2：匯管區(qū)周圍纖維化或少量間隔形成，小葉結(jié)構(gòu)保留；S3：大量纖維間隔形成，小葉結(jié)構(gòu)紊亂，無明顯肝硬化；S4：肝硬化。

3.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS16.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。使用單因素方差分析比較不同HF病理分期LS和ADC值之間的差異。使用Spearman相關(guān)性分析研究LS和ADC值與HF病理分期之間的相關(guān)性。運用受試者工作特征曲線（ROC）比較MRE及DWI診斷HF病理分期的價值。為了比較MRE及DWI的診斷價值，將實驗兔根據(jù)病理結(jié)果分為不同的組群：S0:S1-2-3-4[≥S1]，S0-1:S2-3-4[≥S2]，S0-1-2:S3-4[≥S3]和S0-1-2-3:S4[S4]。比較MRE及DWI鑒別不同組群的曲線下面積（AUC）。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.組織病理學(xué)結(jié)果

Scheuer分期結(jié)果顯示：S0期實驗兔9只；S1期8只；S2期8只；S3期8只；S4期8只。

2.MRE

各級別HF的平均LS值見表1。不同HF病理分期之間LS值存在明顯差異（F=14.665，P＜0.005）（圖1）。但是S0與S1（P＞0.05）、S1與S2（P＞0.5）以及S3與S4（P＞0.5）之間LS值無明顯差異。LS值與HF的級別之間存在明顯相關(guān)性（r=0.838，P＜0.001；圖2）。

3.DWI

圖1 不同HF病理分期實驗兔的T1WI（A、C）和MRE圖（B、D）。A、B為S2期HF，肝臟平均LS值為1.66kPa。C、DS4期HF肝臟的平均LS值明顯升高（平均LS值為2.59 kPa）。

圖2 肝臟LS值與HF病理分期明顯正相關(guān)（r=0.838，P＜0.001）。圖3 不同HF病理分期實驗兔的DWI（A、C）和ADC（B、D）圖。A、B為S2期HF，肝臟平均ADC值為1.216×10-3mm2/s。C、DS4期HF肝臟的平均ADC值明顯降低（平均ADC值為0.757×10-3mm2/s）。圖4 肝臟ADC值與HF病理分期明顯負相關(guān)（r=-0.527，P＜0.001）。

表1 各級HF的平均LS和ADC值

表2 LS診斷HF的閾值、敏感性、特異性、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值

表3 ADC值診斷HF的閾值、敏感性、特異性、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值

各級別HF的平均ADC值見表1。不同HF病理分期之間ADC值存在明顯差異（F=5.344，P＜0.005）（圖3）。但是S0、S1和S2三者之間以及S3和S4之間ADC值無明顯差異（P＞0.1）。ADC值與HF病理分期之間存在明顯相關(guān)性（r=-0.527，P＜0.001；圖4）。

4.ROC曲線分析

LS診斷肝纖維化的曲線下面積（AUC）均大于ADC值（≥S1，0.979 vs.0.712；≥S2，0.922 vs.0.699；≥S3，0.949 vs.0.867；S4，0.843 vs.0.795）。但是兩者在鑒別≥S3和S4時AUC沒有明顯差異。LS和ADC值鑒別各組群的閾值、敏感性、特異性、陽性預(yù)測值（PPV）及陰性預(yù)測值（NPV）見表2和表3。

討 論

HF是各種病因?qū)е碌穆愿螕p傷向肝硬化發(fā)展的必然病理過程，病理上主要表現(xiàn)為肝竇毛細血管化與肝小葉內(nèi)以及匯管區(qū)纖維化。早期診斷HF，能夠為臨床阻斷HF進展、減輕甚至逆轉(zhuǎn)HF、改善預(yù)后提供幫助。肝穿刺活檢是HF病理分期的“金標準”，但肝穿屬有創(chuàng)檢查，會引起疼痛、出血等并發(fā)癥，且肝穿活檢存在一定的取樣誤差，對HF病理分期存在一定的誤判，因此運用無創(chuàng)檢查手段對HF進行評價，對病情的監(jiān)測具有重要價值。

MRE通過一個氣胎或電動機械驅(qū)動設(shè)備在病人肝臟的體表產(chǎn)生低頻的機械振動波，頻率一般在40～120Hz之間。這種機械波可以傳播到肝臟，用一個特殊的相位MR序列對這種機械振動波進行成像。通過一種轉(zhuǎn)換算法產(chǎn)生定量的影像，從而描述其機械特征，如彈性和硬度等。MRE已被用于不同病因引起的HF的研究[4,7,8]。Yin等[9]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)肝臟硬度與肝纖維化的程度存在線性相關(guān)。本研究也證實MRE的LS值與HF病理分期存在很好的相關(guān)性，表明LS值與HF肝臟結(jié)構(gòu)紊亂的程度密切相關(guān)。

DWI通過檢測人體組織中水分子擴散運動受限制的方向和程度差異進行成像，間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化，可從微觀分子水平反映肝臟病變水分子運動及血流灌注的特點。Ozkurt等[10]通過研究推薦使用750s/mm2以上b值進行肝纖維化的DWI研究，從而減少微灌注對ADC值的影響。本研究使用b值為800s/mm2，可在保證圖像信噪比的前提下，有效減少了微灌注的影響。Annet等[11]研究發(fā)現(xiàn)鼠肝的ADC值與肝纖維化的嚴重程度相關(guān)。本研究的結(jié)果支持上述觀點。肝纖維化時，肝組織ADC值的降低主要與膠原為主的肝內(nèi)纖維結(jié)締組織異常增生和沉積導(dǎo)致的肝實質(zhì)水分子活動受限有關(guān)。

一項最新的Meta分析結(jié)果顯示MRE在區(qū)分F0～F1與F2～F4，F(xiàn)0～F2與F3～4時的敏感性、特異性及AUC均大于DWI[12]。Wang等[13]同時運用MRE和DWI研究一組慢性肝炎的病例，發(fā)現(xiàn)MRE區(qū)分≥F2、≥F3和≥F4的肝纖維化的能力明顯高于DWI，且具有更高的敏感性和特異性，但未說明ADC值與HF病理分期之間存在相關(guān)性。本研究結(jié)果證實MRE在區(qū)分≥S1和≥S2 HF時，敏感性、特異性及AUC均大于DWI。在區(qū)分≥S3和S4的HF時，雖然MRE的特異性高于DWI，但是兩者之間AUC沒有顯著差異。上述研究結(jié)果之間的矛盾，可能與以下因素有關(guān)：首先，本研究使用CCl4誘導(dǎo)的兔HF模型，與上述研究對象的病理機制上存在一定差異；其次，EPI序列對磁敏感及運動偽影比較敏感，對ADC值測量有一定的影響。

本研究證實了相比DWI，MRE與HF病理分期相關(guān)性更密切，且其診斷HF的特異性更高。但尚存在以下不足：①沒有對實驗兔進行動態(tài)研究；②未對肝脂肪變性、鐵沉積及組織水腫等病理條件對LS和ADC值的影響進行評價。

[1]Friedman SL.Hepatic fibrosis--overview.Toxicology,2008,254:120-129.

[2]Rockey DC.Hepatic fibrosis,stellate cells,and portal hypertension.Clin Liver Dis,2006,10:459-479,vii-viii.

[3]Xanthakos SA,Podberesky DJ,Serai SD,et al.Use of magnetic resonance elastography to assess hepatic fibrosis in children with chronic liver disease.J Pediatr,2014,164:186-188.

[4]Huwart L,Peeters F,Sinkus R,et al.Liver fibrosis:non-invasive assessment with MR elastography.NMR Biomed,2006,19:173-179.

[5]Cece H,Ercan A,Yildiz S,et al.The use of DWI to assess spleen and liver quantitative ADC changes in the detection of liver fibrosis stages in chronic viral hepatitis.Eur J Radiol,2013,82:e307-312.

[6]Chiaradia M,Baranes L,Pigneur F,et al.Liver magnetic resonance diffusion weighted imaging:2011 update.Clin Res HepatolGastroenterol,2011,35:539-548.

[7]Kim BH,Lee JM,Lee YJ,et al.MR elastography for noninvasive assessment of hepatic fibrosis:experience from a tertiary center in Asia.J Magn Reson Imaging,2011,34:1110-1116.

[8]Lee JE,Lee JM,Lee KB,et al.Noninvasive assessment of hepatic fibrosis in patients with chronic hepatitis B viral infection using magnetic resonance elastography.Korean J Radiol,2014,15:210-217.

[9]Yin M,Woollard J,Wang X,et al.Quantitative assessment of hepatic fibrosis in an animal model with magnetic resonance elastography.Magn Reson Med,2007,58:346-353.

[10]Ozkurt H,Keskiner F,Karatag O,et al.Diffusion Weighted MRI for Hepatic Fibrosis:Impact of b-Value.Iran J Radiol,2014,11:e3555.

[11]Annet L,Peeters F,Abarca-Quinones J,et al.Assessment of diffusion-weighted MR imaging in liver fibrosis.J Magn Reson imaging,2007,25:122-128.

[12]Wang QB,Zhu H,Liu HL,et al.Performance of magnetic resonance elastography and diffusion-weighted imaging for the staging of hepatic fibrosis:A meta-analysis.Hepatology,2012,56:239-247.

[13]Wang Y,Ganger DR,Levitsky J,et al.Assessment of chronic hepatitis and fibrosis:comparison of MR elastography and diffusion-weighted imaging.AJR,2011,196:553-561.