功能磁共振成像技术在肝脏的应用现状

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功能磁共振成像技术在肝脏的应用现状

马文玲郭顺林魏柯香厍映霞

马文玲,郭顺林,魏柯香,等.功能磁共振成像技术在肝脏的应用现状.磁共振成像, 2017, 8(11): 866-870. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2017.11.013.

摘要

[摘要] 近年来各种功能磁共振成像技术不断涌现，其中部分技术已经在临床中应用比较成熟，还有许多技术的应用潜能尚未被发现。目前功能磁共振成像技术在人体许多部位都有研究，如脑、乳腺、肾脏、前列腺等，并且有些显示出了重要的临床价值。作者就目前常见的几种功能磁共振成像技术在肝脏中的应用现状予以归纳报告。

[Abstract] In recent years, various functional magnetic resonance imaging technologies have been emerging. Some of them have been applied maturely in clinical practice. However, the potential of many technologies has not yet been discovered. At present, functional magnetic resonance imaging has been studied in many parts of the human body, such as brain, breast, kidney, prostate and so on, and some have shown important clinical value. This paper proposed to summary the application status of common functional magnetic resonance imaging technologies in the liver.

[关键词] 肝；磁共振成像，功能；磁共振波谱成像；磁敏感加权成像；动脉自旋标记；血氧水平依赖；磁共振弹性成像

[Keywords] Liver；Magnetic resonance imaging, functional；Magnetic resonance spectroscopy；Susceptibility weighted imaging；Arterial spin labeling；Blood oxygenation level dependent；Magnetic resonance elastography

作者信息

马文玲 兰州大学第一临床医学院，兰州　730000

郭顺林^* 兰州大学第一医院放射科，兰州　730000

魏柯香 兰州大学第一临床医学院，兰州　730000

厍映霞 兰州大学第一临床医学院，兰州　730000

通讯作者：郭顺林，E-mail：guoshunlin@msn.com

出版信息

收稿日期：2017-02-20

接受日期：2017-08-26

中图分类号：R445.2; R575

文献标识码：A

DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2017.11.013

马文玲,郭顺林,魏柯香,等.功能磁共振成像技术在肝脏的应用现状.磁共振成像, 2017, 8(11): 866-870. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2017.11.013.

正文

1　体素内不相干运动成像

体素内不相干运动成像(intravoxel incoherent motion imaging，IVIM)利用双指数模型将组织中水分子的真实扩散与血液微灌注区分开来，使其能更准确地反映在体组织内水分子的活动情况。主要参数包括真实扩散系数(D)、灌注相关扩散系数(D^*)和灌注分数(f)。其中D反映了相对真实的水分子扩散，D^*代表微循环灌注引起的水分子扩散，f则代表微循环所引起的灌注效应占整个扩散效应的比例。目前，IVIM-DWI关于肝脏疾病的研究处于起始阶段。Patel等^[¹^]研究发现肝纤维化患者的IVIM相关参数值均低于正常肝脏，后来有人通过动物实验模型进一步得出肝纤维化水平越高，D^*、f及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值越低，D值在不同组间变化存在差异，并且D^*值可能有助于早期肝纤维化的诊断^[²^]。另外，有学者分析了169例肝脏局灶性病变的IVIM参数值，发现恶性病变的D和ADC值较良性病变明显下降^[³^]，提示D和ADC值有助于区分肝脏局灶性病变的良恶性，且D值较ADC值的诊断效能更大(0.971和0.933，P<0.0005)，在鉴别富血供肝脏局灶性病变的良恶性时，D值的诊断效能同样也要优于ADC值(0.961和0.919，P<0.0005)。Watanabe等^[⁴^]和Ichikawa等^[⁵^]的研究也得出相似结论。但对于鉴别肝脏良恶性病变的准确度上D值优于ADC值这一结论目前还存在争议^[⁶^]。李玉博等^[⁷^]发现IVIM-DWI可用于术前评估HCC的病理分级，并且有研究表明D值在肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)分级上的诊断效能优于ADC值，f值与动脉期增强分数两者之间相关性良好^[⁸^]。另有学者通过对结肠癌肝转移病人行IVIM检查，发现D、ADC值与转移瘤坏死程度存在相关性^[⁹^]。但Andreou等^[¹⁰^]发现测量肝脏灌注相关参数的可重复性较差，尤其是转移瘤。

2　磁共振波谱成像

磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)属于分子水平成像，通过显示局部组织某些化学物质及其相对含量，从而提示病变的性质。目前其已经成熟应用于前列腺癌的诊断中，在肝脏疾病方面仍处于研究探索阶段。氢(¹H)和磷(³¹P)是肝脏波谱分析的主要原子核。胆碱(Cho)和脂质(Lip)是肝脏在¹H谱中的主要代谢产物，而磷酸单脂(PME)和磷酸二脂(PDE)是肝脏在³¹P谱中的主要代谢产物。有学者认为³¹P-MRS中的磷酸单脂/磷酸二脂(PME/PDE)在区分轻中度肝纤维化与肝硬化方面与利用对比增强超声所得的肝静脉转运时间(hepatic vein transit time，HVTT)具有同样的敏感性和有效性^[¹¹^]。Cho等^[¹²^]对75例慢性肝病患者的氢谱观察总结，发现代谢物和脂质的比值变化与肝纤维化程度呈正相关，提示¹H-MRS有望成为对肝脏纤维化进行诊断和分级的另一无创性检查手段。赵黎明等^[¹³^]对22名经肝脏活检的患者行¹H-MRS检查，同时测量水峰峰值(PW)、脂峰峰值(PL)、水峰峰下面积(AW)、脂峰下面积(AL)及肝细胞相对脂肪含量，结果发现不同病理学分级之间的PL、AL及肝细胞相对脂质含量均存在统计学差异(P<0.05)，表明¹H-MRS结果可以较精确地量化脂肪含量从而反映出脂肪肝的发展阶段。陈麦林等^[¹⁴^]对非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)患者和健康志愿者行¹H-MRS检查也得出类似结论。此外，许多试验发现多数HCC的Cho含量、Cho/Lip值均高于相对正常的肝组织，并且恶性肿瘤的Cho/Lip值高于良性肿瘤，提示¹H-MRS不仅有助于HCC诊断，而且能为鉴别肝脏肿瘤性质提供参考信息^[¹⁵^,¹⁶^]。刘帅等^[¹⁷^]对肝脏肿瘤患者1.5 T ¹H-MRS波峰形态特征进行分析，发现大多数HCC病灶出现Ⅱ型波型和(或) Cho峰升高，提示¹H-MRS波形对诊断HCC具有一定参考价值。还有研究通过测量¹H-MRS中的胆碱浓度来评估肝癌患者肝动脉化疗栓塞术(transcatheter arterial chemoembolization，TACE)术后疗效^[¹⁸^]。Chu等^[¹⁹^]发现部分肝移植受者的³¹P-MRS与血生化和肝活检结果相关，提示³¹P-MRS可作为一项无创性检查手段来监测肝移植受者的肝功能情况。

3　动脉自旋标记

动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)通过改变动脉血的自旋状态使其成为内源性示踪剂，进而显示组织血流灌注情况。目前ASL主要有脉冲式和连续式两种标记方式，主要应用于脑部疾病的临床诊断及功能研究，在体部已有应用于肺、肾及前列腺等器官的研究报道^[²⁰^,²¹^,²²^]。ASL在肝脏方面的研究较少，仅有少数文献报道ASL在显示肝内门静脉的结构及血流灌注情况方面存在较大价值，并且发现ASL门静脉血流灌注成像与门静脉造影CT灌注成像之间存在良好的相关性^[²³^]。李勇等^[²⁴^]利用3D-ASL技术对经手术病理证实的脑肿瘤患者进行研究，发现3D-ASL能定量反映肿瘤微循环的灌注情况，可作为常规MRI序列的重要补充，有助于脑肿瘤的定性以及胶质瘤的术前分级。基于肿瘤存在相似的病理改变，并且其具有无创、无需注射对比剂、可重复性强且简单易行等优点，未来在肝脏肿瘤的研究中应该有较大的应用价值。

4　血氧水平依赖

血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent，BOLD)以脱氧血红蛋白为天然对比剂，通过观察T2WI信号变化了解局部组织血氧含量的变化，而血氧含量又可以反映组织的血流动力学、结构及功能变化。自旋-自旋弛豫时间(spin-spin relaxation time，T2^*)和表观自旋-自旋弛豫率(apparent spin-spin relaxation ratio，R2^*)是其主要参数。由于脱氧血红蛋白具有顺磁性，可使质子自旋发生去相位，从而缩短横向弛豫时间，表现为T2^*加权像上信号减低。而R2^*值(1/T2^*)与脱氧血红蛋白浓度呈正比，当其升高时也就意味着局部组织氧分压的减低。目前有关BOLD在肝脏方面的研究以动物实验居多。有研究发现，在不同条件的氧气刺激下，通过观察BOLD信号强度的变化可以了解肝脏的血流灌注和血液动力学情况，在肝纤维化模型中，BOLD信号强度的变化随着肝纤维化的进展逐渐减弱^[²⁵^]，暗示了此时肝脏血管结构和功能的变化。同时，有学者通过计算分析100名肝脏肿瘤患者(其中43例HCC，36例转移瘤，17例胆管癌和23例血管瘤)的T2^*值发现血管瘤的平均T2^*值最高(97.3±20.2)，其次为HCC (48.4±12.7)，转移瘤(37.1±10.5)和胆管癌(36.6±11.1)，其中血管瘤和其他肿瘤、HCC和转移瘤以及HCC和胆管癌之间差异有统计学意义^[²⁶^]，提示BOLD有预测肝脏肿瘤血供模式的潜能。Choi等^[²⁷^]利用大鼠肝癌模型发现化疗栓塞术前和术后肿瘤的ΔR2^*值存在统计学差异(P=0.013)，说明BOLD可能成为一种新的评估肝脏肿瘤化疗栓塞早期疗效的无创性手段。

5　磁共振弹性成像

磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography，MRE)是目前众多测量软组织弹性技术中的一种，并日渐凸显出重要地位。目前MRE的研究领域已涉及人体多个部位，如乳腺、脑、肌肉及软骨等，针对肝脏的研究也在不断开展。大量研究已经表明肝脏纤维化与HCC发病之间存在密切关系，Huwart等^[²⁸^]对88例经肝脏活检的慢性肝病患者行MRE和天冬氨酸转氨酶/血小板比值(APRI)检测，认为MRE在中重度肝纤维化分期方面是更准确的，并且优于APRI这一生化检查方法。邹立秋等^[²⁹^]利用兔肝纤维化模型来比较MRE和DWI在肝纤维化分期中的价值，结果得出MRE的肝实质硬度(LS)与肝纤维化分期的相关性要高于DWI中的ADC值(0.838和-0.527)，并且前者预测各期肝纤维化的特异性也要高于后者。除此之外，有研究者通过测量44个肝脏实性肿瘤的硬度值发现恶性肿瘤的平均剪切硬度明显大于良性肿瘤(10.1 Kpa和2.7 Kpa，P<0.01)，提示利用肝脏不同组织的硬度差异可以帮助鉴别良、恶性肿瘤^[³⁰^]，而且Hennedige等^[³¹^]对79例含有124个肝脏局灶性病变(44例良性和80例恶性)的患者行MRE和DWI检查，ROC分析显示MRE鉴别肝脏局灶性病变良恶性比DWI更准确(0.986和0.82)。Li等^[³²^]利用MRE测量32例肝癌患者非肿瘤实质平均硬度值，然后对患者进行吲哚氰绿(ICG)排泄试验，并且记录15 min ICG保留率(ICGR-15)和ICG血浆清除率(ICG-K)，通过分析上述参数的相关性发现非肿瘤实质平均硬度值与ICGR-15呈明显正相关(r=0.746，P<0.01)，与ICG-K呈明显负相关(r=-0.599，P<0.01)，得出MRE可无创评估肝癌患者的肝脏储备功能，有助于临床治疗方案的选择。

6　磁敏感加权成像

磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)以不同组织间磁敏感性的差异为加权因子进行成像，是对传统磁共振成像方法的补充。因SWI对能够引起磁场变化的一些物质特别敏感，已被广泛运用于许多中枢系统疾病，而许多肝脏疾病与中枢系统疾病有着相似的病理过程，因此近年来在肝脏疾病中的应用也越来越广泛。肿瘤内血管和出血的显示在很大程度上影响着肿瘤恶性程度和预后的判断^[³³^]，而Tao等^[³⁴^]通过对43例经病理学证实的肝癌患者术前行肝脏常规MRI、SWI和增强CT扫描，并由2名经验丰富的放射科医师共同评估T1WI、T2WI和SWI图像，结果发现SWI检出肝脏肿瘤引流小静脉和微出血以及肿瘤边缘信息的能力明显优于常规MRI。在SWI图像上肝脏良性肿瘤及肿瘤样病变(如肝海绵状血管瘤，肝囊肿合并感染)的信号通常表现均一，而恶性肿瘤由于富血管和存在微出血灶会表现出点线状低信号，该特点为肝脏不同病变的鉴别诊断提供了新思路^[³⁵^]。陶冉等^[³⁶^]对128例肝硬化患者行常规T1WI、T2WI、T2^*WI和SWI检查，分别计算比较上述4种图像上肝硬化铁沉积结节的检出率，发现SWI的检出率最高(62.50%)。云永兴等^[³⁷^]应用SWI对肝硬化结节内部铁含量的变化进行动态追踪发现肝硬化结节内部铁含量的减少或者部分减少，SWI呈均匀或不均匀斑点结节状高信号的特征改变对提示早期肝癌的诊断有一定的临床价值。陶冉等^[³⁸^]测量肝硬化患者的SWI相位像值，并分析其与血清铁蛋白含量的相关性，发现两者呈负相关(r=-0.712，P<0.01)，说明了利用SWI相位像值可以对活体肝脏铁沉积程度进行无创性评估。亦有学者尝试应用DWI中的ADC值、SWI中的信号强度和钆对比剂增强后的T1WI像对肝纤维化分期进行一种多参数诊断^[³⁹^]。王淑艳等^[⁴⁰^]对17例肝硬化患者及20例正常对照者行SWI及相位校正的多回波Dixon序列扫描，通过测量对比肝脏信号强度值(signal intensity，SI)、噪声比(contrast-to-noiseratio，CNR)、相位值(phase value，Pha值)及R2^*值，发现肝硬化组CNR和R2^*值明显大于对照组(P<0.05)，Pha值和SI却明显小于对照组(P<0.05)，说明SWI及相位校正的多回波Dixon序列对诊断肝硬化有一定的临床价值。此外，有学者在对肝硬化门静脉高压患者行SWI检查时发现，与常规MRI序列相比，SWI更容易检测出脾脏Gamna-Gandy小体，又由于Gamna-Gandy小体的数量与门静脉高压程度相关，提示SWI有可能成为评价肝硬化门静脉高压严重程度的新方法^[⁴¹^]。

综上所述，以上几种常见的功能磁共振成像技术在肝脏弥漫性病变、良恶性肿瘤鉴别及肝癌辅助诊断等方面均有一定的研究价值，但是由于研究数量有限，研究质量也存在一定的差异，所以仍需大量高质量的研究来进一步证实其在肝脏疾病诊断中的确切地位。同时，上述各项技术在肝脏的研究中还存在许多限制因素：IVIM目前尚未得出一致的扫描参数方案，研究者所采用的的扫描方式不同，影响了参数的稳定性和可重复性，使得其在肝脏中的研究结果存在差异；MRS敏感性较低，对设备要求较高，在肝脏的研究中易受呼吸、胃肠蠕动等因素的影响；ASL成像范围小、图像信噪比低，运动伪影的影响也是其在肝脏研究中的一大限制因素；BOLD技术存在的主要问题也是易受运动伪影的干扰；MRE数据处理复杂，不适用于肝脏铁负荷过多的患者，并且与超声弹性成像相比，其费用昂贵；SWI采集时间较长，对局部磁场不均匀性特别敏感，容易产生空气-组织伪影，而且容易夸大病灶。随着磁共振技术的不断进步和新技术的出现，相信这些问题都有可能得到解决，并且其在肝脏疾病诊断中的价值也会越来越大。

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