磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)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(fā)地區(qū)，尤其以病毒性肝炎發(fā)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(fā)展為肝纖維化、肝硬化［1］。因此，對(duì)肝纖維化的早期診斷并且進(jìn)行適當(dāng)?shù)母深A(yù)和逆轉(zhuǎn)，終止或者延緩其向肝硬化發(fā)展相當(dāng)重要。常用的上腹部CT及常規(guī)磁共振成像檢查技術(shù)對(duì)早期肝纖維化的檢測能力有限，目前診斷肝纖維化的金標(biāo)準(zhǔn)仍是經(jīng)皮下肝穿刺活檢病理分期，但因其有創(chuàng)性、取樣誤差、成本高、病理分析結(jié)果主觀差異導(dǎo)致的不準(zhǔn)確性以及活檢帶來的一些并發(fā)癥等等，難以成為診斷肝纖維化的常規(guī)方法。磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)（intravoexl incoherent motion，IVIM）擴(kuò)散成像可以定量評(píng)估人體內(nèi)體素規(guī)模的運(yùn)動(dòng)，采用包含低b值（＜200s／mm2）及高b值（＞200s／mm2）的多個(gè)b值磁共振IVIM擴(kuò)散成像序列掃描，建立合適的雙指數(shù)衰減模型，可以區(qū)分人體組織的擴(kuò)散、灌注參數(shù)及灌注分?jǐn)?shù)，使磁共振IVIM擴(kuò)散成像運(yùn)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(kuò)散成像與病理結(jié)果進(jìn)行對(duì)照研究，旨在探討其診斷肝纖維化的價(jià)值。

材料與方法

1.研究對(duì)象

肝纖維化組：選擇2013年8月－2014年9月在本院經(jīng)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(jí)顯示肝纖維化1級(jí)15例，2級(jí)10例，3級(jí)和4級(jí)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(biāo)陰性和影像學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)肝臟異常的19例健康志愿者作為對(duì)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(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：病理結(jié)果由兩位具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的病理科醫(yī)師討論得出。按照中國S2000肝纖維化分期標(biāo)準(zhǔn)：S1包括匯管區(qū)和匯管區(qū)周圍肝纖維化及竇周纖維化或小葉內(nèi)小纖維瘢痕，以上纖維化形式范圍小，不足以影響小葉結(jié)構(gòu)的完整性或微循環(huán)（圖1）；S2小葉內(nèi)有纖維間隔形成，可見到多條纖維間隔，但小葉結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)紊亂，但尚無肝硬化。此期一部分患者可出現(xiàn)門脈高壓，食管靜脈曲張（圖3）；S4為早期肝硬化，與經(jīng)典的肝硬化的區(qū)別點(diǎn)是后者纖維間隔包繞于假小葉周圍，間隔內(nèi)膠原及彈力纖維經(jīng)改建，多環(huán)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(kuò)散成像。T1WI掃描參數(shù)：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(lì)次數(shù)為1。T2WI掃描參數(shù)：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(lì)次數(shù)為1。IVIM擴(kuò)散成像包含10個(gè)b值（10，20，40，60，80，100，150，200，400，800s／mm2）。各自添加預(yù)飽和反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)用于脂肪抑制，使用一個(gè)充氣壓力感受器作為呼吸門控設(shè)備，置于腹部上方呼吸運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)點(diǎn)，觀察以及監(jiān)控門控屏幕上的呼吸波形，擴(kuò)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(lì)次數(shù)為2，圖像采集圍繞肝臟的中央，6層掃描覆蓋全肝。掃描結(jié)束后，將掃描數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶筇幚砉ぷ髡尽?/p>

磁共振圖像分析：掃描圖像傳輸?shù)胶筇幚砉ぷ髡竞?，選取T1WI、T2WI和IVIM三個(gè)序列的MRI圖像為標(biāo)準(zhǔn)分析圖（圖5a～c）。首先在b值為0的IVIM擴(kuò)散圖像上手動(dòng)定位興趣區(qū)（ROI），包括大部分的肝實(shí)質(zhì)，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(qū)，后處理軟件自動(dòng)復(fù)制興趣區(qū)至其他b值不為0的圖像。IVIM擴(kuò)散成像中，在運(yùn)用足夠多的b值進(jìn)行擴(kuò)散信號(hào)的采樣、以及應(yīng)用雙指數(shù)擬合分析，可以分開組織的擴(kuò)散和微循環(huán)相關(guān)的擴(kuò)散，從而得到可測量的微循環(huán)的效應(yīng)。信號(hào)的衰減依據(jù)公式SI（b）＝SI0［（1－f）·exp（－b·D）＋f·exp（－b·D＊）］得出，其中SI是平均信號(hào)強(qiáng)度，f是和微循環(huán)有關(guān)的擴(kuò)散分?jǐn)?shù)，D是代表純分子擴(kuò)散的參數(shù)，D＊代表體素內(nèi)不連貫運(yùn)動(dòng)的微循環(huán)的擴(kuò)散參數(shù)。考慮到D＊值顯著高于D值，當(dāng)b值大于200s／mm2時(shí)，其作用于信號(hào)衰減的影響可以忽略不計(jì)，上述方程可以簡化為SI（b）＝SI0·exp（－b·D），IVIM參數(shù)值基于3層圖像興趣區(qū)的平均信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算得出。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)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(duì)MRI檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用曼－惠特尼U檢驗(yàn)比較健康志愿者組與肝纖維化患者組間IVIM參數(shù)值間的差別，采用單因素方差分析和Bonferroni校正對(duì)不同纖維化組別的患者IVIM參數(shù)進(jìn)行比較。肝纖維化S3期以及S4期的病例數(shù)較少，本研究中合并在一起統(tǒng)計(jì)分析。以P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.對(duì)照組與肝纖維化組的多b值IVIM參數(shù)比較

通過對(duì)肝纖維化組39例，正常對(duì)照組19例MRI T1WI序列、T2WI及IVIM擴(kuò)散成像序列掃描，使用SI（b）＝SI0·exp（－b·D）公式，IVIM參數(shù)值基于3層圖像感興趣區(qū)的平均信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算得出。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著b值的增加，相應(yīng)IVIM擴(kuò)散信號(hào)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(nèi)不連貫運(yùn)動(dòng)成像掃描參數(shù)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(tǒng)計(jì)學(xué)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(shù)比較

隨著患者病理分期的增加、肝纖維化程度的進(jìn)展，肝纖維化患者磁共振IVIM擴(kuò)散成像掃描參數(shù)f、D＊值逐漸降低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P≤0.001，表1），不同程度肝纖維化患者的D值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)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(shù)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(kuò)散圖像上手工繪制興趣區(qū)，覆蓋整個(gè)肝臟，避開大血管和偽影。

目前，大量的新的磁共振掃描技術(shù)已經(jīng)被用于評(píng)價(jià)肝纖維化，包括T1rho成像［4］，雙重對(duì)比增強(qiáng)（釓噻酸二鈉）磁共振掃描，計(jì)算機(jī)輔助分析肝輪廓，磁共振彈性成像等等。這些肝纖維化相關(guān)的診斷技術(shù)多處于研究、探索階段，距離臨床上的應(yīng)用還有不同程度的距離。

磁共振DWI對(duì)人體組織內(nèi)的水分子擴(kuò)散高度敏感，可以利用相應(yīng)的擴(kuò)散掃描序列檢測組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散狀態(tài)從而監(jiān)測人體組織結(jié)構(gòu)的變化特點(diǎn)。磁共振IVIM擴(kuò)散成像是上述DWI的一種，它不需要血管內(nèi)注射對(duì)比劑或者使用額外的硬件（比如彈性成像技術(shù)使用的外部的機(jī)械驅(qū)動(dòng)）。Le Bihan等［5］在上個(gè)世紀(jì)八十年代最早提出并使用了磁共振IVIM擴(kuò)散成像技術(shù)，最開始該技術(shù)被用于神經(jīng)功能障礙患者腦組織擴(kuò)散及灌注的評(píng)估。在相關(guān)的試驗(yàn)中，IVIM技術(shù)被用于測量生物組織中灌注參數(shù)在表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）中所占比例，同時(shí)也獲取呈現(xiàn)灌注以及擴(kuò)散因素的圖像。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了IVIM序列區(qū)分生物組織中灌注與擴(kuò)散成分的能力。隨后該技術(shù)被廣泛用于腦與骨腫瘤、腦缺血診斷方面，并且表現(xiàn)出在生理以及病理?xiàng)l件下評(píng)價(jià)微循環(huán)的良好適應(yīng)性。

Yamada等［6］在上個(gè)世紀(jì)末最先將磁共振IVIM擴(kuò)散成像用于對(duì)腹部器官和肝臟病灶的研究，在試驗(yàn)中他們僅僅使用了少量的b值參數(shù)（30，300，900，1100s／mm2），計(jì)算出了純分子擴(kuò)散參數(shù)D值以及灌注分?jǐn)?shù)f值，但沒有計(jì)算出微循環(huán)灌注參數(shù)值D＊值。他們發(fā)現(xiàn)實(shí)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(jù)了較高的比例，顯示了D值與f值在表現(xiàn)肝臟病變特征方面的作用。在進(jìn)一步的研究中，Luciani等［7］使用多達(dá)10個(gè)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(shù)，對(duì)12例纖維化肝臟以及25例健康肝臟對(duì)照組進(jìn)行了對(duì)比研究，報(bào)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(duì)纖維化肝臟進(jìn)行的磁共振IVIM序列以及動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描的對(duì)比研究中，其報(bào)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(gè)患者中僅有3個(gè)有病理資料。這方面的不足使得結(jié)果的意義受到限制。

2.磁共振IVIM擴(kuò)散成像診斷肝纖維化的機(jī)制及意義

在本研究所使用的IVIM模型中，筆者假設(shè)肝組織中每個(gè)成像體素包含不相互溝通的血管內(nèi)和血管外成分。血管內(nèi)成分?jǐn)U散可以由血流灌注D＊值描述，血管外成分可以由純分子擴(kuò)散D值描述。在擴(kuò)散梯度條件下，較低b值時(shí)，血流灌注引起的體素內(nèi)自旋移位對(duì)信號(hào)衰減影響相對(duì)較大，在信號(hào)衰減曲線的較后部分，由于血流信號(hào)更多的被較大的擴(kuò)散梯度所限制，信號(hào)衰減往往主要是純分子水?dāng)U散的結(jié)果。在低b值條件下，由于其血流體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，擴(kuò)散與灌注所共同作用導(dǎo)致的信號(hào)衰減更快。

本研究證明了肝擴(kuò)散含有純分子擴(kuò)散（慢擴(kuò)散成分）和血管灌注（快擴(kuò)散成分）兩種方式，本研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，39例慢性乙肝患者經(jīng)皮肝穿刺活檢病理證實(shí)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(tǒng)計(jì)學(xué)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(dǎo)致纖維化肝臟磁共振IVIM掃描參數(shù)降低的機(jī)制可能包括以下幾個(gè)方面：①肝纖維化伴隨著結(jié)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(yùn)動(dòng)，這導(dǎo)致了ADCs值的減低。試驗(yàn)表明D值明顯低于ADCs值，提示之前研究報(bào)告的肝纖維化患者與健康人之間ADCs值的差別主要與肝擴(kuò)散的灌注成分相關(guān)。②肝纖維化伴隨著肝細(xì)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(dǎo)致的動(dòng)脈血流增加不足以補(bǔ)償門靜脈血流的減少。Moreno等［9－10］報(bào)告了健康個(gè)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(chuàng)性檢測手段，比如CT中也得到了同樣的發(fā)現(xiàn)。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(shù)D＊值減低。③降低的血流灌注伴隨著組織微環(huán)境的改變，包括不同程度的膠原纖維沉積，脂肪浸潤，肝炎，細(xì)胞壞死或凋亡，炎癥細(xì)胞浸潤，成纖維細(xì)胞增殖，假小葉形成等，肝內(nèi)分子的擴(kuò)散和灌注都受到影響。

相對(duì)于Yamada等［6］的研究，本研究進(jìn)行了完善，首先本研究采用了更短的回波時(shí)間（63ms），這個(gè)改進(jìn)有利于減少掃描的偽影。此外回波時(shí)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(duì)純分子擴(kuò)散參數(shù)D值變化的評(píng)估成為可能。最后，詳實(shí)的病理資料作為參考標(biāo)準(zhǔn)為研究增加了可靠性。

總之，磁共振IVIM擴(kuò)散成像研究發(fā)現(xiàn)纖維化肝臟純分子擴(kuò)散值、灌注分?jǐn)?shù)以及灌注相關(guān)擴(kuò)散值降低。通過應(yīng)用多b值參數(shù)，IVIM序列分析有鑒別肝臟中擴(kuò)散與灌注參數(shù)、診斷與監(jiān)測肝纖維化程度的能力，使得f值和D＊值作為評(píng)價(jià)肝纖維化的程度成為可能。當(dāng)然，肝纖維化1～4期f值和D＊值的各標(biāo)準(zhǔn)下降值的確定還有待于大樣本研究進(jìn)一步證實(shí)。

［1］ 梁擴(kuò)寰，李紹白.肝臟病學(xué)［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2003：796.

［2］ Le Bihan D.Intravoxel incoherent motion perfusion MR imaging：a wake－up call［J］.Radiology，2008，249（3）：748－752.

［3］ Lu PX，Huang H，Yuan J，et al.Decreases in molecular diffusion，perfusion fraction and perfusion－related diffusion in fibrotic livers：aprospective clinical intravoxel incoherent motion MR imaging study［J］.Plos one，2014，9（12）：e113846.

［4］ Wang YX，Yuan J，Chu ES，et al.T1rho MR imaging is sensitive to evaluate liver fibrosis：an experimental study in a rat biliary duct ligation model［J］.Radiology，2011，259（3）：712－719.

［5］ Le Bihan D，Breton E，Lallemand D，et al.Separation of diffusion and perfusion in intra voxel incoherent motion MR imaging［J］.Radiology，1988，168（2）：497－505.

［6］ Yamada I，Aung W，Himeno Y，et al.Diffusion coefficients in abdominal organs and hepatic lesions：evaluation with intravoxel incoherent motion echo－planar MR imaging［J］.Radiology，1999，210（3）：617－623.

［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.