体模实验与志愿者在体肝脏实验与无创肝纤维化肝硬化早期检测诊断方法

成都华西华科研究所研究是为响应基于临床肝胆外科医生提出来的实现一种可实用、无创、客观、动 态评价肝纤维化程度的磁共振弹性图技术手段而进行的，因此弹性成像实验平台以及实 验参数的有效性等都需要通过体模或实体肝脏弹性成像进行验证.

3.1体模实验

对试制的各种体模，使用位移相位成像序列进行相位图成像实验.通过该实验，验 证3个方面的理论关系：①剪切波传播的波长与弹性的关系；②剪切波传播的波长与激 励频率的关系；③剪切波传播的幅值衰减与弹性的关系.具体实验效果与分析可参见文 献[19,28].剪切波频率和幅值的优化选择对实验效果比较关键.剪切波频率太高衰减 厉害，若太低，一则采集时间长，运动影响严重；二则剪切波波长增大，弹性拟合误差加 大.幅度方面以取得尽可能高但又不至于产生相位卷褶效应为宜.

改变剪切波与MSG之间的初始相位差，可以获取不同初始相位的相位图.按照_ 定步长改变相位差，获取一组相位图，连续播放则可体现出剪切波在组织内的动态传播 过程.实验体模采用150 mmX 150 mmX 150 mm的0. 4%(与肝脏硬度类似）琼脂糖体 模，剪切频率为50 Hz，实验设备为GE 3. 0 MRI Scaner.分别采用初相° 30。，60。， 90°，120°，150° 180°进行半个周期差别的相位图获取，连续播放可以显示出剪切波的传 播过程.本文则以图像形式进行了展示，如图10(a)〜（g)所示.由图可以看出，随着初 始相位的变化，相位图上的相位也在发生变化，最明显是（a)图和（g)图，相位相差180°. 由于体模尺寸相对较小，因此在相位图上明显看到反射波与剪切波的叠加效应.在人体 实验时，由于边缘相对较软，反射效果会弱化.反射效果也可以通过时空定向滤波器

3.2动物离体实验结果

体模实验为进行动物体模和人体肝脏临床研究积累了经验，详细研究参见文献[19, 28] ．

本文应用前期建立的研究平台，并应用弹性拟合算法，进行了动物离体肝脏弹性图 研究实验.猪肝选用超市新鲜整块猪肝（冰冻猪肝即使解冻也会对实验结果产生影响），

厚度约为25 mm，长约120 mm，宽约100 mm.实验参数分别为：100 Hz时了只二40 ms,实验结果如图11所示，从图像可以看出，在 25 mm 的厚度内，剪切波传播了约两 个波长，即波长约为12. 5 mm.根据波长、频率与弹性系数之间的关系• At)², 可粗略估算其弹性系数约为1. 57 kPa，相对于人体正常纤维化程度.但目前未见到猪的 肝脏纤维化标准，故无法判定其肝脏是否正常.

应用弹性拟合算法，对上述图像进行了弹性图拟合.拟合结果如图12所示，横纵坐

标表示像素的空间位置，图12(a)〜（d)四幅图像的颜色标尺分别：像素灰度（|°V)，局

域频率（实为波数，m^-1)，局域波长（m)和局域弹性（Pa).相位图上可以看到严重的剪切 波幅度衰减效应，并且肝脏组织外面的电子学噪声（非背景相位噪声）很严重.

图12离体猪肝弹性图拟合结果.（）原始相位图；（b)局域频率分布；（）局域波长分布；（d)弹性图

从最终的弹性图效果上看，背景的电子学噪声对肝脏弹性图的影响几乎完全被消 除，也再次说明了算法具有对噪声相对不敏感的特点，这也是其他算法不具备的优点. 但由于肝脏的不规则性，剪切波在从上部往下传播时沿着肝脏的走向，往左右外部进行 了弧状传播，导致沿单方向的局域波长出现了差异，因此后续算法还需要对此进行完 善.另外算法会导致边缘模糊效应，对于本来很薄的肝脏而言，边缘模糊后会形成弹性 分布区域小于肝脏大小的情况.这个问题也需要进行算法完善.

3.3志愿者肝脏弹性图实验

与体模或静态离体肝脏弹性成像不同的是，在体肝脏成像涉及运动和衰减影响，本 文对正常志愿者未加呼吸门控或多次屏气扫描技术下获取的肝脏相位图像.志愿者为男

性，24岁，身高170 cm，体重68 kg.

数据采集参数分别为：剪切波频率为50 Hz，Ti? = 40 ms，TE=16. 56 ms，NSA = 1，FZ0 A叹Ze = 30。，MSG=1，_FOV=360 mm.采用头先进，相位编码为A/P方向，横 断位采集.采用胸腹部软体线圈扫描时，剪切波激励容易受到干扰，因此采用了磁体腔 内置的体线圈进行扫描.图13(a)、（b)分别为扫描的幅度图像和相位图像.图14对肝脏 区域相位图伪彩后融合到幅度图像上的效果，色彩表示相位图像素灰度值.

3.4结果与讨论

由于未采用呼吸门控，从幅度图上可以看到有一定程度的呼吸运动伪影.相位图也 受到了呼吸运动的影响.图像截面为在肝右叶下部，可以看到剪切波传播了两个波长. 测距图像上肝脏L/_R长度约为71 mm，则按照弹性系数与波长和频率关系，弹性系数粗 略计算为3.15 kPa，按照文献[2]给出的分级标准，属于F1肝纤维化的下限.从图13看 出，剪切波在肝脏内部传播形成圆弧形传播路径，同时还出现了相位卷褶，弹性拟合时 需要增加相位区卷褶（phaserunwrapping)才能消除假阳性.另外从图13和图14都能看 到，图像视野FOV出现了畸变.通过对比实验得出，这也是因为MSG施加的缘故.后 续还要求设备厂方继续增加开放性和序列修改权限，完善实验研究的需求.

4讨论与展望

在目前国际肝脏MRE研究的背景下，研究了核磁共振弹性成像技术的基本原理， 初步开发搭建了一个可以进行肝脏部位弹性成像的研究平台，主要包括组织生物力学模 型分析与建模，剪切波激励装置的开发，弹性成像序列的设计，弹性拟合算法研究与实 现等4个方面的工作.基于上述工作，进行了相关体模和离体猪肝以及志愿者在体肝脏 实验，实验结果表明，研究平台基本可以满足肝脏弹性成像研究的需要.

本研究是整个肝纤维化分级研究项目的前半部分，主要以物理问题为主，目的是搭 建一个研究平台，解决相关技术细节，积累进行临床研究的经验；后半部分以医学问题 为主，主要是通过对大量的，不同肝纤维化程度的患者进行弹性图实验，通过肝活检比 照，完成肝纤维化的定量分级标准.

本研究平台在体模，离体猪肝和志愿者肝脏上取得了效果，在在体实验方面还有很 多技术细节需要完善.真正进入临床患者的研究，可能会出现诸多问题.比如：尽管剪 切波激励对受检者影响很轻微，但患者对于剪切波激励的配合程度以及适应问题，还是 考虑周全，让病人尽量减少拘束.志愿者作为正常人，可以通过屏气完成扫描，患者是 否能配合多次屏气，也会是一个问题.另外对于严重肝纤维化的患者，在低频激励下， 剪切波传播的波数更少，拟合结果可能会导致偏差增加.

总之要实现后续的研究目标，建立一个符合临床肝纤维化判定标准，还有很多困难 和细节问题需要解决，包括改良剪切波激励装置，弹性拟合算法的不断修正完善，扩大 肝纤维化程度的分布，结合临床医生的经验进行分级标准的制定等等.

成都华西华科研究所

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