潘曉華，郭順林，藺莉莉，馬晚俊，盧冠文，崔毛毛

肝纖維化是各種急性或慢性肝損傷所致的愈合反應(yīng)，肝實質(zhì)損傷時引起炎癥反應(yīng)從而使肝星狀細(xì)胞激活而產(chǎn)生膠原纖維，細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積，導(dǎo)致不同程度的肝纖維化病變[1]。如果潛在的損傷因素持續(xù)存在，肝纖維化最終發(fā)展為肝硬化，即為肝細(xì)胞癌的高危因素[2]。研究表明在肝纖維化早期階段，經(jīng)過干預(yù)治療，其進(jìn)程可以減慢甚至逆轉(zhuǎn)[3]。所以早期診斷并且準(zhǔn)確評價肝纖維化，幫助臨床醫(yī)生選擇合適的治療決策及干預(yù)措施是非常重要的。肝臟活組織病理檢查是肝纖維化診斷和分級的金標(biāo)準(zhǔn)，但是，由于肝臟活檢是一種侵入性檢查，取樣變異性高，閱片者間偏倚等，患者的接受程度很低[4]。因此，評價早期階段肝纖維化的非侵入性檢查方法至關(guān)重要。近年來，許多成像技術(shù)，例如在超聲、CT、MRI基礎(chǔ)上的幾種檢查技術(shù)用于肝纖維化的定量評估，基于超聲的彈性成像技術(shù)臨床應(yīng)用比較廣泛。最近在MR成像方面取得的進(jìn)展使人們越來越關(guān)注MRI評價肝臟彌漫性疾病的優(yōu)點，新的多參數(shù)MR成像技術(shù)的出現(xiàn)使得肝纖維化的非侵入性評估成為現(xiàn)實。本文主要歸納基于MR成像的彌散加權(quán)成像、擴散張量成像、擴散峰度成像、增強T1 mapping、彈性成像等幾種磁共振成像技術(shù)的成像原理及評價肝纖維化的研究現(xiàn)狀。

1 彌散加權(quán)成像

彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是一種主要反映生物組織中水分子微觀熱運動的物理過程的成像技術(shù)[5]。水分子流動性的差異產(chǎn)生圖像對比度，主要受水分子與細(xì)胞膜的相互作用、大分子物質(zhì)、細(xì)胞密集程度和細(xì)胞外空間大小的影響[5-6]。在常規(guī)MRI序列(例如自旋回波序列)上添加彌散梯度序列獲得彌散加權(quán)圖像即DWI[7]。臨床上，通過改變彌散梯度的強度與量級(b值)，可獲得多幅DWI圖像；b值越高，彌散效應(yīng)越明顯。ADC即表觀彌散系數(shù)，是組織內(nèi)水分子運動的指標(biāo)，提供了水分子移動的流量和距離的平均值[8]，可經(jīng)過單指數(shù)模型及雙指數(shù)模型兩種方法計算獲得。單指數(shù)模型[8]：Sb/S0=exp (-b?ADC)，S0，Sb分別為未使用彌散梯度(b=0 s/mm2)及使用彌散梯度圖像上同一像素的信號強度。體素內(nèi)不相干運動(intra-voxel incoherent motion，IVIM)成像用于定量評估MR圖像上體素內(nèi)的微觀運動[9]；基于MR彌散加權(quán)圖像上體素內(nèi)的水分子可以被分成兩部分的理論基礎(chǔ)[10]。三個參數(shù)即單純擴散系數(shù)(D)、假性擴散系數(shù)(D*)及灌注分?jǐn)?shù)(f)可經(jīng)過多b值雙指數(shù)模型[10-11]公式計算得出：Sb/S0=(1-f) exp (-b?D)+f?exp (-b?D*)。IVIM參數(shù)較ADC更好地顯示組織的特點[9]，可以分離和量化快速擴散成分和慢速擴散成分[12]。

Tokgoz等[13]發(fā)現(xiàn)慢性肝臟病變患者的肝臟ADC值較正常對照組低，并且隨著肝纖維化程度的增加，ADC值逐漸減低。在纖維化發(fā)展過程中，大量膠原纖維聚集于細(xì)胞外基質(zhì)中，減少了細(xì)胞外間隙，降低了水分含量，從而限制了水分子運動，導(dǎo)致肝臟ADC值下降[14]。Gurcan等[15]通過研究表明肝硬化患者的ADC值較正常對照組顯著減低，認(rèn)為ADC值可用于肝纖維化存在的檢測，但不能用于肝纖維化的分期。Kovac等[16]通過b=800 s/mm2時DWI圖像上肝S6段信號強度計算得出ADC值，其在肝纖維化1級與3、4級之間以及2級與4級之間存在顯著差異，但在肝纖維化2級與3級之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義；并認(rèn)為MR DWI可用于肝纖維化的定量評價。Besheer等[17]通過研究表明ADC值隨著肝纖維化進(jìn)展明顯降低，而且ADC值在早期與晚期肝纖維化之間有著顯著差異，但是肝臟脂肪變性會使ADC值減低，從而影響其對肝纖維化的評價。而Harada等[18]和Gurcan等[15]一樣，認(rèn)為ADC值不能用于評級肝纖維化的分期，與一些研究結(jié)果不一致[13，16-17]，但Harada等[18]認(rèn)為這可能與脂肪、鐵沉積對ADC值的影響以及與該研究所采用的直接比較方法不同有關(guān)。Zhan等[19]建立大鼠肝纖維化模型發(fā)現(xiàn)大鼠肝臟ADC值可以一定程度定量評價肝纖維化，與Zhang等[20]研究結(jié)果相似；此研究還表明鼠肝臟ADC值與基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1 (TIMP-1) mRNA的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，從而為臨床從基因水平治療肝纖維化提供準(zhǔn)確的功能影像學(xué)信息和實驗依據(jù)。ADC值減低的原因是膠原纖維的存在限制了水分子的擴散，這一假設(shè)已經(jīng)在體內(nèi)不相干運動研究中進(jìn)一步檢驗。Ichikawa等[21]設(shè)計11個b值(0、10、20、30、40、50、80、100、200、500和1000 s/mm2)計算出IVIM成像的三個參數(shù)即單純擴散系數(shù)(D)、假性擴散系數(shù)(D*)、灌注分?jǐn)?shù)(f)以及ADC值，并發(fā)現(xiàn)D*，f和ADC值與肝纖維化分期呈負(fù)相關(guān)，且D*值與肝纖維化程度相關(guān)性最高。但是，Dyvorne等[22]卻發(fā)現(xiàn)D值與ADC值表現(xiàn)出類似的性能，與肝纖維化分期有更好的相關(guān)性，而D*，f與肝纖維化程度無關(guān)，與Ichikawa等[21]的研究結(jié)果相反，需要進(jìn)一步研究探討，但是可以明確IVIM成像可用于肝纖維化分期的評價。

2 DTI

擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種揭示生物組織微觀結(jié)構(gòu)特征的成像技術(shù)。與常規(guī)DWI相比，DTI額外提供各向異性擴散和總的擴散方向等信息，可以更精確地計算ADC值；此外，DTI除計算出ADC值外，還可以獲得各向異性分?jǐn)?shù)(FA)值，用于評估細(xì)胞外水分子擴散的標(biāo)量特性[23]。研究表明b值較小時，ADC值主要反映組織血流灌注情況，所以建議肝臟DTI采用b值為300～600 s/mm2較合適[24]。肝纖維化是由于膠原纖維過度沉積于細(xì)胞外基質(zhì)，從而限制肝組織水分子的擴散，因此DTI可以用于肝纖維化定量評價。

Cheung等[25]通過建立大鼠肝纖維化模型研究表明ADC值在肝纖維化過程中隨著細(xì)胞外膠原纖維沉積和細(xì)胞內(nèi)脂肪的增加而逐漸降低；FA值在CCl4注射2周后顯著下降，這可能是由于肝細(xì)胞壞死或凋亡擾亂了沿著肝板細(xì)胞結(jié)構(gòu)的徑向水分子擴散，而在CCl4注射4周后FA值反而升高，這可能是由于肝細(xì)胞外膠原纖維顯著沉積使更多同向細(xì)胞外間隔中水分子的擴散性降低；該研究還表明在CCl4注射2周后FA值的變化高于ADC值，認(rèn)為FA值在檢測早期肝纖維化方面的敏感性高于ADC值。Tosun等[26]通過臨床研究表明隨著肝纖維化分期的增加ADC值呈降低趨勢，F(xiàn)A值呈增高趨勢，但是兩者與肝纖維化分期之間并沒有顯著的統(tǒng)計學(xué)相關(guān)性；而且將常規(guī)DWI與DTI所得ADC值進(jìn)行比較，認(rèn)為常規(guī)DWI在診斷肝纖維化及炎性改變方面優(yōu)于DTI，這與Taouli等[27]研究結(jié)果一致，這可能與該研究中使用的更高的磁場強度(b=1000 s/mm2)有關(guān)；并認(rèn)為ADC值可能有助于檢測肝纖維化。Lee等[28]通過建立大鼠肝纖維化模型，采用0、500 s/mm2的b值研究表明FA值與肝纖維化程度呈負(fù)相關(guān)，與脂肪分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，而且評價輕-中度纖維化的靈敏度高于ADC值；但是ADC、FA值同樣對肝臟脂肪含量敏感，因此在肝臟脂肪變性存在的情況下，應(yīng)注意其對DTI評價肝纖維化的影響。而前兩種人類肝臟DTI研究中[26-27]認(rèn)為肝纖維化的嚴(yán)重程度與ADC和FA值無統(tǒng)計學(xué)相關(guān)性，由于在該研究中，沒有評估患者肝臟脂肪變性的嚴(yán)重程度，這可能解釋FA值與纖維化嚴(yán)重程度之間缺乏相關(guān)性。因此，DTI在檢測和描述肝纖維化早期階段的特征以及以非侵入的方式監(jiān)測其進(jìn)展具有潛在的價值。

3 DKI

擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是DWI模型的發(fā)展延伸，用于量化非高斯擴散行為并提供校正的ADC值以及組織的過度峰度，是一種衡量組織擴散偏離高斯模型程度的指標(biāo)[29]。通過下列方程式將擴散加權(quán)信號強度擬合為b值的函數(shù)：S=S0×exp (-b×D+b2×D2×K/6)，b代表b值，D代表校正的非高斯擴散行為的ADC，K代表擴散峰度的度量；該程序還使用單指數(shù)擬合方程：S=S0×exp (-b×ADC)，計算輸出ADC值[30]。DKI可以比傳統(tǒng)的DWI更準(zhǔn)確地評估微結(jié)構(gòu)環(huán)境的復(fù)雜性[31]。所以，DKI可以獲得更多肝臟彌散狀態(tài)及組織微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的信息[30]。

Sheng等[29]通過建立大鼠肝纖維化模型，研究發(fā)現(xiàn)MD和ADC值與肝纖維化程度強烈負(fù)相關(guān)(r=-0.840，P＜0.0001和r=-0.760，P＜0.0001)，但是MK的相關(guān)性較弱(r=0.405,P=0.032)。Hu等[32]同樣建立大鼠肝纖維化模型研究發(fā)現(xiàn)ADC值具有定量評價肝纖維化的價值，但在鑒別輕度及重期肝纖維化方面，D值優(yōu)于ADC值，這可能是由于D值不僅能更好地反映組織在超高b值下的水分子擴散性，還包含關(guān)于非高斯擴散行為的特定信息以及水分子的組織內(nèi)擴散；此研究還表明K值隨著纖維化水平的增加而增加，這與Sheng等[29]研究結(jié)果一致，可能部分解釋了肝纖維化微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。Yang等[33]發(fā)現(xiàn)雖然肝臟炎癥活動與DKI參數(shù)MD、MK和ADC值顯著相關(guān)，但是經(jīng)過多元回歸分析顯示肝纖維化是唯一與MD、MK和ADC值相關(guān)的變量，并且表明MD、MK與肝纖維化程度顯著相關(guān)，可用于評價肝纖維化分期，但是MD、MK與單指數(shù)模型的ADC值定量評價肝纖維化的效能相似。Yoshimaru等[34]用DKI技術(shù)對67名有病理結(jié)果的患者進(jìn)行研究，表明DKI可以區(qū)分早期肝纖維化(New Inuyama分類系統(tǒng)，F(xiàn)0-F1)和肝纖維化實質(zhì)性階段(F2～F3)或者肝纖維化晚期階段(F4)；另外MK與肝纖維化分期顯著相關(guān)。

4 磁共振彈性成像

磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography，MRE)是一種通過獲取由外部運動源產(chǎn)生的剪切波在組織內(nèi)傳播的圖像來測量組織的機械性質(zhì)(例如硬度，彈性和黏度)的技術(shù)[35]。通過給腹部施加周期性剪切波，用有運動編碼梯度的相位對比脈沖序列編碼肝組織位移，經(jīng)過后處理及數(shù)學(xué)算法創(chuàng)建組織硬度的定量圖像，也稱為彈性圖[35-36]。正常肝組織的硬度取決于肝組織的組成成分、組織結(jié)構(gòu)及血管成分[36]。任何導(dǎo)致肝組織成分、實質(zhì)組織結(jié)構(gòu)、血管成分和間質(zhì)間隙改變的病理情況以及壓迫肝臟或?qū)Ω闻K造成壓力的外部因素都會改變肝臟硬度。自2007年首次臨床應(yīng)用以來，MRE已被用于臨床評估肝纖維化十余年[37]。

慢性肝病是導(dǎo)致肝纖維化及肝硬化最常見原因，肝細(xì)胞壞死、細(xì)胞外膠原纖維的沉積、小葉結(jié)構(gòu)的紊亂及血流的改變等病理過程會顯著增加肝臟硬度。許多研究發(fā)現(xiàn)肝臟硬度值隨著肝纖維化程度的增加而升高[38-42]，MRE已經(jīng)被證明是檢測和定量評價肝纖維化的一種準(zhǔn)確的、可重復(fù)的、可靠的非侵入性技術(shù)[40，43]。MRE的序列有多種，例如標(biāo)準(zhǔn)2D梯度回波(gradientrecalled echo，GRE)序列和四種不同的自旋回波(spin-echo sequence，SE)序列，2D GRE序列是評價肝纖維化最常用的序列，并且被認(rèn)為具有高度準(zhǔn)確性和成功率；但是，GRE MRE在中至重度肝臟鐵沉積的患者中因為信號衰減不能使用[44]。不過，Wang等[45]通過研究表明，這五種序列在評價肝纖維化分級時都具有良好的診斷性能，但在臨床3.0 T肝臟成像中，SE序列比GRE序列有更高的成功率和更好的圖像質(zhì)量。慢性肝病患者由于整個肝臟中膠原蛋白沉積不均一，使肝實質(zhì)硬度不均勻，采樣較少的檢查可能無法較準(zhǔn)確地反映纖維化的總體水平。但是與基于超聲的彈性成像技術(shù)不同，MRE提供了可顯示腹部大面積組織硬度的彈性圖。用單層MRE評估的肝實質(zhì)體積約為250 cm3，明顯高于剪切波彈性成像(20 cm3)、點剪切波彈性成像(0.5～1.0 cm3)、瞬時彈性成像(4 cm3)等的體積，并且接近500次肝臟活檢的體積[46]。因此，MRE為觀察整個肝實質(zhì)內(nèi)硬度分布特征提供了機會，可能為診斷特定肝臟彌漫性疾病或指向病灶病理提供線索；也可用于引導(dǎo)活檢，面向肝臟的大多數(shù)病灶區(qū)域而降低采樣誤差[36]。

5 增強T1 mapping

釓劑(Gd-EOB-DTPA )是肝臟磁共振成像常用的特異性對比劑，初始表現(xiàn)為細(xì)胞外對比劑，然后被正常肝細(xì)胞攝取并部分經(jīng)膽道系統(tǒng)排泄。釓劑的肝細(xì)胞攝取率約40%～50%，通過肝臟與腎臟排泄的比例大致相同[47]。釓劑可縮短組織T1和T2，其濃度較低即臨床劑量時對機體組織的T1影響較大。研究表明[48]肝細(xì)胞攝取釓劑與膜轉(zhuǎn)運蛋白、有機陰離子轉(zhuǎn)運多肽(Oatps)、多耐藥相關(guān)蛋白(Mrps)的表達(dá)有關(guān)，而肝纖維化可以改變有機陰離子轉(zhuǎn)運多肽、多耐藥相關(guān)蛋白等的表達(dá)水平。用T1 mapping序列測量肝實質(zhì)增強前后T1及計算T1的變化率可以定量評估肝細(xì)胞釓劑的攝取情況，從而反映肝纖維化程度及肝細(xì)胞功能。T1變化率的計算公式：△T1%=(T1pre-T1post)/T1pre×100%，T1pre，T1post分別為增強前及增強20 min后的T1。

Haimerl等[49]觀察到在對比劑注射20 min后，肝臟信號達(dá)到峰值；在肝臟功能正常與肝硬化的患者之間，增強前T1未見明顯差異，增強后，肝功能正常患者T1最短，這與Besa等[50]的研究結(jié)果一致；并且該研究還認(rèn)為增強前后T1的變化率隨肝纖維化嚴(yán)重程度逐漸減低。Ding等[51]發(fā)現(xiàn)肝膽期T1、△%T1與肝纖維化分級及非炎性活動分級顯著相關(guān)，并且認(rèn)為增強 T1 mapping可用于鑒別輕度與重度肝纖維化，是肝纖維化分期的潛在影像生物標(biāo)志物；該研究還經(jīng)過與DWI對比，認(rèn)為在定量評價肝纖維化方面肝膽期T1馳豫時間較ADC值更準(zhǔn)確。Haimerl等[52]研究結(jié)果與Ding等[51]一致，認(rèn)為增強T1 mapping是診斷肝纖維化與分級的潛在重要手段，并且表明△T1%隨著肝纖維化程度的增加持續(xù)降低。Ding等[53]經(jīng)過研究表明將肝臟特異性增強MR圖像上整個肝右葉作為單個感興趣區(qū)測量T1獲得結(jié)果的可重復(fù)性更高。Yang等[54]發(fā)現(xiàn)增強前后T1變化率△T1%、△R1%和對比劑攝取率KHep與肝纖維化程度負(fù)相關(guān)，其中△R1%的相關(guān)性最強，并且表明△R1%鑒別重度肝纖維化和肝硬化的價值高于△T1%、KHep、APRI和FIB-4；該研究還認(rèn)為特異性增強T1相關(guān)的參數(shù)檢測肝纖維化優(yōu)于APRI and FIB-4，三者結(jié)合可以更可靠地定量評價肝纖維化并且長期指導(dǎo)纖維化的治療。增強T1 mapping也是評價肝臟功能的有效方法。Besa等[50]發(fā)現(xiàn)肝硬化患者肝膽期T1顯著延長，△%T1較低，并且發(fā)現(xiàn)肝功能損害的患者(例如Child-Pugh B和C以及MELD評分較低的患者)增強后T1明顯延長，△%T1較低；所以增強T1 mapping可以很好地評價肝硬化的存在以及評估肝臟功能。

此外，重度T2*加權(quán)三維梯度回波成像(enhanced T2 star weight angiography，ESWAN)、Gd-EOBDTPA增強MR成像、直方圖分析及MRI氧氣吸入(oxygen inhalation)等技術(shù)也可以用于肝纖維化及肝硬化的評價。肝纖維化過程中，鐵及去氧血紅蛋白等順磁性物質(zhì)增加，從而使ESWAN成像。通過Gd-EOB-DTPA增強獲取肝臟灌注參數(shù)、增強前后肝實質(zhì)信號比及特異期肝臟與脾臟、豎脊肌等周圍組織信號強度的比值可以評價肝纖維化過程中的血流動力學(xué)及肝細(xì)胞功能的改變，從而反映肝纖維化程度。氧氣分子是弱的順磁性物質(zhì)，100%氧氣與釓劑一樣具有縮短組織T1的效應(yīng)，而肝纖維化及肝硬化改變了肝臟的血流動力學(xué)，所以通過T1 mapping測量吸氧前后T1的變化情況可以間接診斷及評價肝硬化。而肝纖維化及肝硬化所致的肝臟結(jié)構(gòu)、功能及血流動力學(xué)改變均可用直方圖來分析。

綜上所述，以上幾種磁共振成像技術(shù)在定量評價肝纖維化方面均有一定的研究價值，但各有優(yōu)缺點。擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)被認(rèn)為是一種評價肝纖維化很有價值的方法。然而，由于在組織的復(fù)雜細(xì)胞結(jié)構(gòu)中存在各種擴散屏障(例如細(xì)胞膜)，體內(nèi)組織中水分子擴散行為比高斯擴散更復(fù)雜，因此，DKI等非高斯擴散模型可以提供更準(zhǔn)確的體內(nèi)水分子實際運動的信息[32]。但是，DKI參數(shù)(D、K)的精度和準(zhǔn)確度取決于所應(yīng)用b值的數(shù)量與水平，在肝臟DKI檢查中使用高b值卻受低信噪比的限制[31]，并且增加b值數(shù)量及使用高b值會使掃描時間延長。DTI的參數(shù)各向異性分?jǐn)?shù)值FA不僅提供肝臟功能信息，同時也提供肝臟的微結(jié)構(gòu)信息；然而肝臟DTI檢查時b值的選擇尚無定論。MRE已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，且比超聲彈性成像方法具有更高的診斷性能；在肥胖患者或者具有腹水的患者中也具有技術(shù)上可行的優(yōu)勢[44]。但是MRE受多種生物混雜因素的影響[55]，這可能導(dǎo)致纖維化階段的錯誤評估。增強T1 mapping檢查中T1是一個絕對的數(shù)值，具有較低的主觀性；但是其需要的信息需要在注射特異性造影劑20 min后方可獲得，這同樣增加了掃描時間。另外，DKI、T1 mapping在對臨床肝纖維化分期及預(yù)后的研究中相對較少，這可以成為以后研究的方向之一。