磁共振弹性成像与扩散加权成像在肝脏纤维化分期中的对比研究

邹立秋 阮继银 冯 飞 成官迅 江锦赵

2 香港大学深圳医院放射科

肝纤维化（hepatic fibrosis，HF）是指肝细胞外富含胶原、蛋白聚糖和其他大分子的基质异常沉积[1]。引起HF的常见疾病包括病毒感染、酒精和非酒精性脂肪性肝炎、毒性物质的摄入和代谢紊乱等[2]。肝穿刺活检是临床诊断HF的金标准，但是存在采样误差、穿刺后并发症等诸多不足。

磁共振成像（MRI）检查是诊断HF的重要手段，尤其是功能MRI检查技术，如磁共振弹力成像（magnetic resonance elastography，MRE）、扩散成像（diffusion-weighted imaging，DWI）等，对HF的诊断具有重要意义[3-6]。本研究通过动物实验比较MRE及DWI在HF病理分期中的作用，为临床诊断HF提供新的无创检查手段。

方 法

1.材料

纯种健康新西兰大白兔53只，雄性，6月龄，平均体重2.0～2.5kg，由广州中医药大学动物实验中心提供。

2.方法

53只兔随机分2组，正常对照组9只，肝纤维化造模组44只，再将44只模型动物随机分为试验组和预备组，试验组32只用于MRI检查和取病理，预备组12只，如实验过程中试验组造模兔死亡，则由预备组随机补充入试验组。

2.1 动物模型制作方法：通过皮下注射50% CCl4的方法建立兔肝纤维化模型。肝纤维化组实验兔每周注射1次，持续注射10周，并且注射剂量逐渐增加，第1～3周为0.1ml/kg，第4～6周为0.2ml/kg，第7～10周为0.3ml/kg。

2.2 MRI检查：正常对照组及肝纤维化试验组实验兔均行MR扫描，其中肝纤维化试验组在注射CCl4后第4、5、6、10周末分别随机选择8只模型兔进行扫描。实验兔禁食禁水12h，麻醉后仰卧位固定。采用Siemens 3.0T超导磁共振扫描仪，18通道相控阵膝关节线圈。常规序列包括：①轴位T1WI：TR，165ms；TE，2.9ms；FOV，160mm×140mm；矩阵，256×168；层厚，5mm；层间距，1mm；②轴位T2WI：TR，4500ms；TE，82ms；FOV，160mm×120mm；矩阵，256×144；层厚，5mm；层间距，1mm。

实验兔仰卧位接受MRE 2D梯度回波序列检查，TR 50ms，TE 22.7ms，振动频率60Hz，FOV130×160 mm，层厚5mm。每只实验兔获取2幅肝脏的MRE图像。

DWI采用自旋平面回波（SE-EPI）序列，TR3000ms，TE67ms，FOV180mm×136 mm，层厚5mm，b值为50s/mm2和800s/mm2。

2.3 图像分析：所有图像均传送至西门子Syngo工作站，由一位从事腹部影像诊断15年以上的放射科医师在不知道病理结果的前提下独立分析MRE和DWI图像。参照T2WI图像，在MRE及ADC图上手工勾画3个感兴趣区（ROI），避开肝内主要血管、胆管、肝脏边缘及伪影。3个ROI的LS及ADC值取平均值得到每个实验兔肝脏的平均肝实质硬度（liver stiffness，LS）和ADC值。

2.4 病理学检查：实验兔MRI扫描后用空气栓塞法处死，取兔肝脏，10%甲醛固定，制作石蜡切片，于光学显微镜下对肝组织进行纤维化分期。肝脏纤维化程度采用Scheuer分期，即S0：无肝纤维化；S1：汇管区扩大；S2：汇管区周围纤维化或少量间隔形成，小叶结构保留；S3：大量纤维间隔形成，小叶结构紊乱，无明显肝硬化；S4：肝硬化。

3.统计学分析

采用SPSS16.0软件进行统计学分析。使用单因素方差分析比较不同HF病理分期LS和ADC值之间的差异。使用Spearman相关性分析研究LS和ADC值与HF病理分期之间的相关性。运用受试者工作特征曲线（ROC）比较MRE及DWI诊断HF病理分期的价值。为了比较MRE及DWI的诊断价值，将实验兔根据病理结果分为不同的组群：S0:S1-2-3-4[≥S1]，S0-1:S2-3-4[≥S2]，S0-1-2:S3-4[≥S3]和S0-1-2-3:S4[S4]。比较MRE及DWI鉴别不同组群的曲线下面积（AUC）。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.组织病理学结果

Scheuer分期结果显示：S0期实验兔9只；S1期8只；S2期8只；S3期8只；S4期8只。

2.MRE

各级别HF的平均LS值见表1。不同HF病理分期之间LS值存在明显差异（F=14.665，P＜0.005）（图1）。但是S0与S1（P＞0.05）、S1与S2（P＞0.5）以及S3与S4（P＞0.5）之间LS值无明显差异。LS值与HF的级别之间存在明显相关性（r=0.838，P＜0.001；图2）。

3.DWI

图1 不同HF病理分期实验兔的T1WI（A、C）和MRE图（B、D）。A、B为S2期HF，肝脏平均LS值为1.66kPa。C、DS4期HF肝脏的平均LS值明显升高（平均LS值为2.59 kPa）。

图2 肝脏LS值与HF病理分期明显正相关（r=0.838，P＜0.001）。图3 不同HF病理分期实验兔的DWI（A、C）和ADC（B、D）图。A、B为S2期HF，肝脏平均ADC值为1.216×10-3mm2/s。C、DS4期HF肝脏的平均ADC值明显降低（平均ADC值为0.757×10-3mm2/s）。图4 肝脏ADC值与HF病理分期明显负相关（r=-0.527，P＜0.001）。

表1 各级HF的平均LS和ADC值

表2 LS诊断HF的阈值、敏感性、特异性、阳性预测值及阴性预测值

表3 ADC值诊断HF的阈值、敏感性、特异性、阳性预测值及阴性预测值

各级别HF的平均ADC值见表1。不同HF病理分期之间ADC值存在明显差异（F=5.344，P＜0.005）（图3）。但是S0、S1和S2三者之间以及S3和S4之间ADC值无明显差异（P＞0.1）。ADC值与HF病理分期之间存在明显相关性（r=-0.527，P＜0.001；图4）。

4.ROC曲线分析

LS诊断肝纤维化的曲线下面积（AUC）均大于ADC值（≥S1，0.979 vs.0.712；≥S2，0.922 vs.0.699；≥S3，0.949 vs.0.867；S4，0.843 vs.0.795）。但是两者在鉴别≥S3和S4时AUC没有明显差异。LS和ADC值鉴别各组群的阈值、敏感性、特异性、阳性预测值（PPV）及阴性预测值（NPV）见表2和表3。

讨 论

HF是各种病因导致的慢性肝损伤向肝硬化发展的必然病理过程，病理上主要表现为肝窦毛细血管化与肝小叶内以及汇管区纤维化。早期诊断HF，能够为临床阻断HF进展、减轻甚至逆转HF、改善预后提供帮助。肝穿刺活检是HF病理分期的“金标准”，但肝穿属有创检查，会引起疼痛、出血等并发症，且肝穿活检存在一定的取样误差，对HF病理分期存在一定的误判，因此运用无创检查手段对HF进行评价，对病情的监测具有重要价值。

MRE通过一个气胎或电动机械驱动设备在病人肝脏的体表产生低频的机械振动波，频率一般在40～120Hz之间。这种机械波可以传播到肝脏，用一个特殊的相位MR序列对这种机械振动波进行成像。通过一种转换算法产生定量的影像，从而描述其机械特征，如弹性和硬度等。MRE已被用于不同病因引起的HF的研究[4,7,8]。Yin等[9]通过动物实验发现肝脏硬度与肝纤维化的程度存在线性相关。本研究也证实MRE的LS值与HF病理分期存在很好的相关性，表明LS值与HF肝脏结构紊乱的程度密切相关。

DWI通过检测人体组织中水分子扩散运动受限制的方向和程度差异进行成像，间接反映组织微观结构的变化，可从微观分子水平反映肝脏病变水分子运动及血流灌注的特点。Ozkurt等[10]通过研究推荐使用750s/mm2以上b值进行肝纤维化的DWI研究，从而减少微灌注对ADC值的影响。本研究使用b值为800s/mm2，可在保证图像信噪比的前提下，有效减少了微灌注的影响。Annet等[11]研究发现鼠肝的ADC值与肝纤维化的严重程度相关。本研究的结果支持上述观点。肝纤维化时，肝组织ADC值的降低主要与胶原为主的肝内纤维结缔组织异常增生和沉积导致的肝实质水分子活动受限有关。

一项最新的Meta分析结果显示MRE在区分F0～F1与F2～F4，F0～F2与F3～4时的敏感性、特异性及AUC均大于DWI[12]。Wang等[13]同时运用MRE和DWI研究一组慢性肝炎的病例，发现MRE区分≥F2、≥F3和≥F4的肝纤维化的能力明显高于DWI，且具有更高的敏感性和特异性，但未说明ADC值与HF病理分期之间存在相关性。本研究结果证实MRE在区分≥S1和≥S2 HF时，敏感性、特异性及AUC均大于DWI。在区分≥S3和S4的HF时，虽然MRE的特异性高于DWI，但是两者之间AUC没有显著差异。上述研究结果之间的矛盾，可能与以下因素有关：首先，本研究使用CCl4诱导的兔HF模型，与上述研究对象的病理机制上存在一定差异；其次，EPI序列对磁敏感及运动伪影比较敏感，对ADC值测量有一定的影响。

本研究证实了相比DWI，MRE与HF病理分期相关性更密切，且其诊断HF的特异性更高。但尚存在以下不足：①没有对实验兔进行动态研究；②未对肝脂肪变性、铁沉积及组织水肿等病理条件对LS和ADC值的影响进行评价。

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