肝脏核磁共振弹性成像技术

(一）工作原理

核磁共振弹性成像技术只需要在进行常规的肝脏核磁共振扫描时再多花费几分 钟即可。肝脏的核磁共振弹性成像包括三个步骤：（1)激发肝脏产生机械剪切波；（2) 使用运动编码梯度的特殊核磁共振序列来记录剪切波在肝脏里的横向传播；（3)将获 取的这些剪切波信息进行反向运算得到我们所需的机械特性定量图。

进行弹性测定除了 MRI外，还需要一些额外的设备：（1) 一个有效的振动发生 器（2) —个7.6米长的塑料管（由聚氯乙烯高分子材料制成），用来将振动发生器产

生的声辐射传递至一个被动气压装置，并将两者相连。（3)这个被动气压装置与患者 相接触并且传递振动机械波。这个被动气压装置是一个覆有鼓膜的直径19cm塑料圆 盘，被放置在右胸下缘和腹壁上缘，中心位于剑突水平。这样可以使得这个被动气压 装置可以尽可能多地接触到最大面积的肝脏。这个被动装置使用一个弹性伸缩带固定 在患者身上，确保与患者身体有充分的接触，并防止它发生移位。这个被动装置的使 用十分便捷。按照设定的程序振动发生器与MRE序列扫描同步进行^[46]。

肝脏的MRE通常使用60Hz的连续振动源。MRE使用的振动源产生的能量非常 低，所以一般患者对其的耐受性非常好。振动源频率符合欧盟安全技术标准^[139]。接 收到的剪切波信息通过中央处理器进行反向运算^[140]并将结果显示在显示屏上。截面 中组织的硬度通过反向运算得到相应的弹性值或者硬度值。反向运算基于一个合理的 多项式相关系数运算并得到一个可信的结论，剪切波数据以0.95为临界值来界定可 信区间。

通常一个典型的MRE序列影像包括一张原始图像，一张强化对比图像，一张数 值可测的灰阶表示硬度图，一个用不同色彩表示的硬度图，硬度值由0至8kPa，在 测量区域内必须有有效的位移来确保可以获得可靠的测量数据，和彩色的波形图。硬 度图的剪切波弹性值单位是千帕/kPa。感兴趣区（ROI)被放置在硬度图中以获得相 应的硬度值。感兴趣区可以是椭圆形，圆形或者地图的形状，应该避免选取接近肝脏 边缘的位置，及包含内径超过3mm的血管，裂隙和管道通过的区域和发生波干涉现 象的区域。一般情况下，要避免选择肝左叶，因为它会受到心脏搏动的影响而发生被 动运动。为了确保尽可能多的肝组织被取样，地图形的感兴趣区是最佳选择。就目前 而言，三维MRE可以获得更多的肝脏取样。使用一个自动的分段算法可以计算得到 肝脏的平均硬度值^[141]。

各项研究表明肝脏的MRE结果具有高度的再现性^[142-144]和可重复性^[145-147]，和高 度的不同组间观察者一致性^[148]。

(二）肝脏MRE检查

肝脏MRE检查采用仰卧位。为了保证切片的连续性，MRE检查要求患者呼气后 屏气；但是对于不能在呼气后很好屏气的患者，也可以让他们吸气后屏气。大多数的 患者都可以进行MRE的检查，禁忌症同MRI检查，即除了装有心脏起搏器和严重的 幽闭恐惧症患者。MRE检查对于儿科患者也同样适用^[149]，肥胖患者，有腹水和解剖 变异的患者，肝移植的患者^[150]。肝脏的MRE检查通常要求禁食，因为慢性肝病的 患者在进食后会得到更高的肝脏硬度值^[151]。保证在近似的条件下进行MRI检查，可 以确保在后续的随访中获得的检查结果具有可比性^[151]。

瞬时弹性成像评价肝纤维化的价值

正常的肝脏是比较柔软的器官，据文献报道它的平均硬度值在2.05-2.44kPa，正 常肝脏的硬度值范围在1.54-2.87 kPa之间^[152-155]。肝脏硬度值的范围还没有得到很合 理的解释，可能和年龄、性别、身高体重指数、饮食和种族相关。正常健康的自愿者 人群的数据研究没有报道相关的年龄，性别，身高体重指数等信息^[143，^144]。还需要进 行大样本量的研究才能确定种族和肝脏硬度值的关系。使用MRE测量所得到的肝脏 硬度值并非只受到脂肪量的影响。对于正常的肝脏而言，餐后的硬度值变化并不具有 显著性^[146，^150]，然而，是否进食这一因素对于肝纤维化的肝脏却是具有显著的影响。

(三）MRE在临床工作中的作用

(1)发现肝纤维化

慢性肝脏疾病的早期病理变化主要归结为门管区的炎症和炎症的反复发作，随着 炎症的自我修复，随后出现肝纤维化。在绝大多数的慢性肝脏疾病中，炎症和肝纤维 化的发展围绕着门脉汇管区发展，以穿过门管区和/或者中心静脉的隔膜桥接的形式。 在晚期肝纤维化时，再生的肝细胞岛被各种带状的厚纤维包绕，即形成了我们常说的 肝硬化结节。不同病因引起的慢性肝脏疾病的肝纤维化程度是不一样的^[84, ^156-158]。肝 脏的病理学诊断是肝纤维化分级的金标准。

目前通用的肝纤维化病理分级标准有好些个，其中最应用最广泛的是METAVIR 系统^[159]。METAVIR系统最初由研究丙型肝炎的分级发展而来，随后扩展为其他病因 引起的慢性感染性肝病的分级。这个病理学的分级系统根据形态机构的改变来进行评 分，从而用一种半定量的方法来对肝纤维化进行分级。简单地说，肝纤维化分级如下： F0,没有肝纤维化的发生；F1,门脉区有纤维化的改变，但是没有形成小叶间隔； F2,门脉区有纤维化的改变，并有少量小叶间隔形成；F3,很多小叶间隔的形成， 但是没有肝硬化；F4,肝硬化。肝纤维化的分级系统受限于取样的误差及不同观察者 间的差异^[12,^160]。病理学的分级并非很精准的对肝纤维化进行分级和计量，对于临床 疗效的监测也不是十分适用的^[161]。

当还没有出现肝纤维化或者肝硬化的形态学改变或者解剖学特征时，MRE就能 很便捷地检测评价肝脏的硬度^[162]。MRE的一个优点在于，当超声，CT,和MRI检 查均提示为正常时，它却可以检测出轻度至中度纤维化。使用MRE进行肝纤维化的 检测，可以在慢性肝脏疾病治疗的早期就能够对临床有所帮助。

很多研究证实MRE可以准确的诊断肝纤维化，并且从正常肝脏中辨认出有纤维 化的肝脏^{[152, 153]}。MRE能够辨别纤维化的肝脏（2F1)和/或者F0级的肝脏，敏感度 80%-98%，特异度90%-100%，准确度0.89-0.99^{[152, 153, 163, 164]}。慢性肝炎的肝脏比正 常肝脏的硬度要高，这部分的肝脏和中度纤维化的硬度值有部分重叠的现象。同样的，

慢性病毒性肝炎急性发作时也会得到一个更高的肝脏硬度值。当使用MRE确认肝纤 维化是，肝血清酶学水平的检测也是十分必要的。

对鉴别正常和/或者F0级肝脏与肝纤维化的分级从2.4kPa-2.93kPa作为肝脏硬度 的取值己经发表在公共的刊物上^[152，¹⁵³，¹⁶³，¹⁶⁴]。患者的病因不同，和正常与:F0级的患 者是同一分组可能是造成这个值是一个可变值的原因。前瞻性的单病因研究，例如乙 型病毒性肝炎，丙型病毒性肝炎^[165]，非酒精性脂肪肝（NASH) ^[166]，酒精肝^[167]和高 雪病^[168](Gaucher，肝糖原积累病）现在都是可行的，对于这些特殊的病因，报道的 取值也许在临床应用中更有价值。

还有一些可能引起肝脏硬度增加的情况还没有和肝纤维化联系起来。包括任何原 因引起的急性肝炎，急性的胆道梗阻，和充血性心力衰竭或者中心静脉的升高引起的 淤血肝。这些通常根据临床表现和实验室检查来确诊，很少需要用MRE来进行判断。 然而，当急性期过去并且怀疑有潜在的慢性肝脏疾病时，肝脏的MRE检查是有必要 的。当患者没有任何慢性肝脏疾病史时，了解各种复杂情况的存在，有助于帮助我们 确定是否需要选择MRE检查。

(2)    肝纤维化分级

肝纤维化分级影响着慢性肝脏疾病治疗方案的选择。筛选出2F2级的肝纤维化患 者具有重要意义，因为这是确定患者是否需要进行抗纤维化治疗的一个独立指标 ^[169-171]。绝大部分的慢性肝病患者，如果在需要时，没有进行抗纤维化的治疗，就意 味着他们将承受更多风险，有可能会患上一些并发症，例如门静脉高压症和肝细胞肝 癌^[172]。

使用MRE得到的肝脏硬度值随着肝纤维化级别的增加有着可循地系统性地递 增。^{[144, 152, 163-165, 173]}MRE鉴别晚期肝纤维化（冴2)与F0-F1级的敏感性，特异性， 以及准确性分别是 86%-100%，85%-10%，94%-99%^{[144, 152, 163-165, 173]}。阳性预测值是 97°%-100°%。这些研究采用的取值范围从2.5kPa-4.9kPa，大于3kPa的占绝大多数。鉴 别肝硬化与低一级别的肝纤维化具有100°%敏感度，86°%-100°%特异度，和98°%-100°/_〇 准确度^{[144, 152, 163-165, 173]}。取值大于4.13kPa。总的而言，MRE主要对于典型的肝纤维 化具有很高的阳性预测值，同时对于排除肝硬化具有很高的阴性预测值，这对确定临 床治疗方案是十分有用的。

对于较低级别的肝纤维化，比如F0和:F1，F1-F2, MRE时常会发生混淆^[144, ^163]。 当研究的对象为单病种时，这种错误分级的可能性会最小化。偶尔当MRE硬度值与 临床表现和实验室检查结论不符时，进行肝活检对于决定临床对策是必要的。

(3)    非酒精性脂肪肝

非酒精性脂肪肝疾病包括局部的脂肪病变或者只是单纯的脂肪肝（IFL)，脂肪性

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瞬时弹性成像评价肝纤维化的价值

肝炎，和伴有肝纤维化的脂肪性肝炎。单存性脂肪肝不会影响肝脏的硬度^[144，^152]。只 有脂肪性肝炎和肝纤维化的存在才会引起肝脏硬度的增加，这对于帮助临床鉴别IFL 与上述情况的存在，并制定有效的治疗策略是十分重要的。在一个研究中，Chen等^[166] 发现了 IFL可以和脂肪性肝炎伴有或不伴有肝纤维化的的患者相鉴别开，当取值为 2.74kPa时，敏感度为94%，特异度为73%，准确度为0.93。其他一些近期的研究^[174] 也表明MRE对于发现非酒精性脂肪肝疾病患者的中重度肝纤维化（F3-F4)是有效 的，当取值为4.15kPa时，敏感度为85%，特异度为93%，准确度我0.954。鉴别IFL 和NASH的患者是否伴有或者不伴有肝纤维化，对于临床而言具有重要意义。因为 NASH的患者有肝纤维化程度加剧和发展为肝硬化的危险性。MRE对特定的肝脏慢 性疾病患者而言将具有举足轻重的地位，例如在西方国家，肥胖相关慢性疾病是一个 主要的医疗负担，在发展中国家这也是一个紧迫的健康医疗问题。

(4)    门静脉髙压

脾脏硬度值和肝脏硬度值具有相关性，有肝纤维化的患者，脾脏的硬度随着肝脏 的硬度增加而增加^[175-177]。脾脏硬度值与脾脏的大小，血小板计数，和食管静脉曲张 相关。当脾脏硬度值大于10.5kPa时，通常己经出现了食管静脉曲张，脾脏硬度值的 测量可以作为非侵入性的方法来评价门静脉高压。在一个动物模型中，Nedredal等^[178] 发现了脾脏硬度与直接肝静脉压力梯度之间具有密切相关性（Y²=0.86, P<0.01)。这 些初步的研究预示了在将来使用MRE测量脾脏硬度值研究肝脏慢性疾病和门静脉高 压的前景。

(5)    肝脏占位性病变

肝脏占位性病变由其自身的组织成分来决定其硬度。恶性肿瘤与良性肿瘤及正常 组织相比，通常具有更高的硬度值。初步研究显示恶性肝脏肿瘤比良性肝脏肿瘤和正 常肝脏组织硬度更高^[179, ^180]。硬度值是否大于5kPa可以用来鉴别良性和恶性肝脏肿 瘤^[97]。MRE是一项有潜力鉴别肝脏占位性病变的技术，其对于评价肝脏占位性病变 的性质在未来还有很多可以值得探索的地方。

(6)    评估肝纤维化的治疗效果

当慢性肝脏疾病的病因明确并正确治疗时，肝纤维化是可逆的^[181，^182]。MRE测 得的肝脏硬度值与肝脏纤维化程度是相关的^[183]。因此MRE能够通过监测肝脏硬度 值的变化来了解肝纤维化程度的变化。临床经验告诉我们，如果MRE提示患者肝脏 硬度值发生改变，意味着治疗有效，同理可以告诉我们病情是否在进一步发展。同时， 我们也期待能有更大规模的研究来评估MRE对于治疗效果的用途。

(7)    其他用途

肝脏的MRE也应用与监测肝毒性药物可能引起的肝纤维化，例如治疗牛皮癣的

甲氨蝶呤^[184]。其他新兴的临床应用还包括对先天性心脏病的患者进行Fontan手术后 的肝脏硬度的监测^[185]。

(四）MRE的局限性和发展方向

肝脏的MRE，就像普通的腹部MRI检查，是一个需要屏气进行的检查，同样也 受到呼吸的影响。信号在铁过量时会被消弱，导致检查失败。特殊的MRE序列有低 回声序列，是为了在铁过量的患者使用时，可以增加肝脏的信号，^[59]它可以帮助大 多数铁过量的患者。MRE可以进一步优化图像质量和提高分辨率。对于肝占位性病 变的特征描述和评价总体肝纤维化的负担，三维成像很有发展前景。应用详细的力学 模型对剪切波信息进行进行后处理也许可以区别感染，水肿，淤血和肝纤维化这些不 同病因引起的肝硬度值增加。MRE是一项可以发现和对肝纤维化进行分级，对临床 治疗进行疗效评估，随访慢性肝脏疾病患者有效的技术。潜在的临床应用包括评价肝 脏占位性病变，以及评价抗纤维化治疗的疗效。