能谱CT、MRI定性和定量诊断脂肪肝及研究进展

吴瑶媛　董江宁*

腹部放射学

能谱CT、MRI定性和定量诊断脂肪肝及研究进展

吴瑶媛董江宁*

以往脂肪肝无创性诊断依赖B超、常规CT及MRI，但诊断准确性受限。随着能谱CT和3.0 T MRI的发展，出现了多种定性及定量诊断方法。能谱CT物质分离及能谱曲线等多参数成像能够测量肝脏的脂肪含量并评估其严重程度。3.0 T MRI新的化学位移水脂分离包括迭代最小二乘法非对称采集水脂分离（IDEAL）梯度回波和六回波成像技术，为脂肪肝的定量诊断提供新的途径。本文就能谱CT和MRI对脂肪肝的定性及定量诊断进展予以概述。

脂肪肝；体层摄影术，X线计算机；能谱成像；磁共振成像

Int J Med Radiol，2016，39（1）：39-43

由于居民生活水平的提高、生活习惯及饮食的变化，脂肪肝的发病率呈逐年上升的趋势。单纯性脂肪肝可进展为脂肪性肝炎、肝纤维化和肝硬化，最终可导致肝细胞肝癌、肝功能衰竭［1］。脂肪肝的早期发现、早期治疗，可阻断疾病的进展。因此，对脂肪肝进行定性及定量诊断，尤其是定量诊断，在脂肪肝的早期诊断、严重程度评估、疗效评估、动态监测及肝移植供体的选择中，起着至关重要的作用。

1　脂肪肝的定义、分类及危害

1.1脂肪肝的定义及分类脂肪肝是病理学概念，系指肝内脂肪含量超过肝湿质量的5%，或肝活检30%以上肝细胞有脂肪变且弥漫分布于全肝［2］。临床上根据是否有过量乙醇摄入，可将脂肪肝分为酒精性肝病和非酒精性脂肪性肝病。临床上脂肪肝的疾病谱包括两个不同预后的体系，一个是单纯性脂肪肝，它预后良好，大部分可逆，没有进展性。另一个是脂肪性肝炎，有数据显示，30%～40%的脂肪性肝炎的病人，进展为肝纤维化，并且将最终发展为肝硬化和肝癌［3］。

1.2脂肪肝演变过程及其危害肝脏是脂类代谢的重要器官，任何原因引起脂类在肝细胞内的异常聚积都会引发肝细胞的脂肪变性［4］，即早期脂肪肝。此时及时治疗干预，脂肪变性是可逆的，若进一步发展，在肝细胞发生气球样变和点状坏死同时，炎性细胞趋化至肝小叶内，便进展为脂肪性肝炎。在肝脂质过氧化反应和Kupffer细胞释放炎性介质的双重作用下，诱发脂肪性肝纤维化，严重者进展为

*审校者肝硬化，最终导致肝癌的发生，危及生命。

2　传统脂肪肝的影像诊断方法及不足

脂肪肝的发生和严重程度与血脂水平不成正比，因此血脂检查不能对脂肪肝进行早期诊断及分级。肝穿刺活检虽然是定性和定量诊断脂肪肝的金标准，但为有创性，并且存在抽样误差，不能反映不同区域肝脏的脂肪浸润程度。超声对中重度脂肪肝诊断精确度较高，但是对轻度脂肪肝精确度不高，并在受操作者影响因素较大、可重复性差，特异性较低，也缺乏量化标准［5］，不宜作为定量诊断的方法。

传统的螺旋CT诊断脂肪肝主要有以下两种方法：一是直接测量肝脏CT值，二是选择参照物对照测量，包括肝/脾CT比值及肝-血管相对密度测量。贺等［6］对28例脂肪肝病人研究发现，肝-血管相对密度定量诊断准确度 （93.1%）明显高于肝CT值（65.9%），但这种方法受个体差异，以及脾的血供、血吸虫性肝脾纤维化、铁沉积及炎症等因素的影响，且脾的CT值变化较大，对定量分析脂肪肝的准确性较低。这两种方法对中重度脂肪肝的定性和定量诊断脂肪肝精确度较高。有研究［5］认为CT值为48 HU，或肝/脾比值为-2，可以作为中重度脂肪肝的临界值，此时特异度为100%，但是对轻度脂肪肝，存在明显的局限性，很难判断肝脏是否存在轻度脂肪变性，并且均不能直接测量肝脏的脂肪含量。国内研究者也有采用校正CT测试管技术定量测量，高等［7］应用三丁基乙醇（Terbutylalcohol）溶液和18.5%葡萄糖制成的校正CT测试管评估肝脏脂肪含量，发现校正CT测定的肝脏脂肪含量和肝组织活检测定的肝脏脂肪含量呈明显正相关（P＜0.001），说明校正CT值能精确地测定肝脏脂肪含量。它能够排除参照物的影响，增加了诊断的准确性，但此方法仍处于研究阶段，尚未推广应用。

3　宝石能谱CT对脂肪肝定性及定量诊断进展

宝石能谱CT采用单个球管，在一个旋转周期内进行X线高低两种能量（80 kV、140 kV）的高速瞬时切换，获得物质分离图像、单能量图像、能谱曲线、有效原子序数等多参数成像信息，这是与单一参数成像的螺旋CT不同的显著特征。

脂肪肝主要是甘油三酯在肝细胞内聚集，以水和脂作为基物质对，能够获得对应于水和脂密度的两组物质密度投影数据，从而间接反映脂肪肝中脂肪浓度变化。施等［8］在不同程度脂肪肝的小鼠肝脏模型研究中采用能谱基物质图分析测定其脂肪含量，发现脂/碘、脂/钙、脂/水基物质中，以脂/水配对脂含量与实际甘油三脂含量具有最高的相关性 （r= 0.915，P＜0.001）。Sun等［9］采用能谱CT多参数成像、T1双回波化学位移、MRS测定大鼠脂肪肝的脂肪浓度，发现能谱CT 40 keV单能量CT值、有效原子序数及基物质对中脂浓度与病理学大鼠肝脏脂肪浓度均有很强的相关性，其中脂浓度与病理学肝脂肪含量相关性最大 （r=0.910，P＜0.001），准确度最高（66.7%）。该研究表明采用能谱CT诊断脂肪肝的脂肪浓度临界值为2.7 mg/mL，其敏感度和特异度均达90%；回归分析显示肝脏脂肪含量每增加10%，能谱CT测得的脂肪含量增加71.5 mg/mL。

能谱曲线是依据某种物质的X线衰减系数，得到该物质在不同单能量（40～140 keV）下的CT值的衰减曲线，它随物质的衰减系数变化而变化［10］。不同程度的脂肪肝，其内脂肪成分及含量不同，能谱曲线的走向和斜率都有一定特征性。施等［8］采用能谱CT对不同程度脂肪肝的小鼠肝脏模型的研究发现，随着脂肪肝程度的不断加重，能谱曲线的形态发生变化。Li等［11］对猪肝的体外模型试验证明，能谱曲线与真实脂肪浓度值有很高的相关性 （R2＞0.99，P＜0.005），并且能够区分不同猪肝脏的脂肪含量。

但是Artz等［12］认为，能谱CT定量诊断的准确度与传统螺旋CT相比并没有明显提高，由于研究大部分局限在体外及动物模型的研究，大样本人体肝脏的研究较少，其准确度还有待进一步研究和临床验证。

4　MRI新技术对脂肪肝的定性及定量诊断进展

MRI和MRS是目前较为常用的定量诊断脂肪肝的方法，不同于超声和传统螺旋CT，它们可以直接测量出肝脏的质子密度脂肪分数 （proton density fat fraction，PDFF），即脂质的质子数量除以肝脏所有的质子的总量。

MRI诊断脂肪肝的方法包括化学位移成像（chemical-shift imaging，CSI）和脂肪饱和成像。由于化学位移成像简单适用、测量准确度高，故应用最为广泛。以往的化学位移成像多为经典的T1双回波同反相位成像。随着3.0 T的广泛应用，近几年涌现了多种新兴的化学位移水脂分离技术，包括迭代最小二乘法非对称采集水脂分离（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation，IDEAL）梯度回波成像和六回波梯度回波成像技术，这些新技术为定量诊断脂肪肝提供了新的方法和途径。

4.1抑脂成像肝脏的脂肪抑制成像序列主要包括短T1反转恢复序列 （short T1inversion recovery，STIR）和频率饱和反转恢复序列（spectral saturation inversion recovery，SPIR）两类。它们通过肝脏中脂肪信号强度的衰减诊断脂肪肝，并计算出肝脏脂肪百分比：多次测量出兴趣区脂肪抑制前后的肝脏信号强度，求其平均数，分别用SI前和SI后表示抑制前后肝脏的信号强度，计算两者信号强度差（SI前-SI后），计算出的信号衰减率（SI前-SI后）/SI前×100%［13］来表示肝脏脂肪百分比。Cotler等［14］对10例非酒精性脂肪肝的病人采用T1WI频率选择脂肪抑制技术进行定量分析，结果显示所得肝脏脂肪百分比与病理百分含量呈显著相关（r=0.93，P＜0.001），并且信号衰减率与组织学病理对脂肪肝的严重程度之间有显著相关性。

4.2化学位移成像经典的T1双回波化学位移成像（classic T1dual-echo CSI）是利用水和脂质子在磁场中的进动频率不同 （水比脂质子快3.4ppm，ppm表示10-6），在施加梯度场后，其质子横向磁矢量的相位变化不一致，两者相位在不断的变化中会周期性地出现同相位和反相位。水和脂肪质子的信号在同相位上相互叠加，反相位上则相互抵消，达到脂肪抑制的效果；同反相位上肝脏信号强度下降的程度反映了肝脏脂肪含量的多少。

经典的T1双回波化学位移成像，通过测量同一层面肝实质的同反相位的信号强度 （记为SIip和SIop），根据公式（SIip-SIop）/2SIip［15］，计算出肝脏脂肪变指数（fat index，FI）来评估肝脏脂肪含量，FI值＞9%可作为脂肪肝的诊断标准［16］。Sun等［9］对大鼠肝脏脂肪含量的研究得出，肝脏FI与组织学中肝脏含量呈显著相关性（r=0.882，P＜0.001），诊断的准确度为64.7%。有研究表明，同反相位测量肝脏脂肪含量的临界值为11.8%，敏感度和特异度各为85.7% 和78.3%［17］。

经典的T1双回波化学位移成像诊断脂肪肝的局限性：①反相位上肝脏信号的降低必须达到一定的程度才能为肉眼所见，所以诊断轻度脂肪肝时受限。②受主磁场不均匀性、T1和T2*衰减效应的影响较大［18］，T2*衰减导致后采集的回波信号小于先采集的回波信号，致使最终结果偏小，甚至出现错误的负值。③CSI成像仅仅反映信号强度的变化，并不存在相位的变化，因此不能区分水和脂肪的含量，当脂肪含量＞50%，同反相位就无法区分某一像素内的水和脂肪，所以CSI只能检测脂肪含量在0～50%的脂肪肝［5］。

T1衰减效应通过小的翻转角度校正，T2*效应可以通过3个或多个回波来校正。Kang等［19］采用T2*校正，T1非依赖性CSI成像方法测得脂肪含量的准确度明显高于经典双回波CSI。Kühn等［20］的研究表明，当使用T2*校正时，MRI测得的脂肪含量与MRS测得的脂肪肝PDFF值有较高的相关性（R2= 0.96），而当T2*、T1和脂肪波谱建模应用时，MRI测得的脂肪含量与MRS-PDFF是等效的。

4.3MRSMRS能够直接定量测量肝细胞中脂肪的含量，更精细地分析肝内脂肪的组成成分及脂质代谢的生化特性，并且不受肝硬化、铁沉积的影响，是目前唯一活体定量测量的方法，多采用单体素1H-MRS。

MRS由不同共振频率、不同化学位移及不同波峰下面积的多种吸收峰组成，不同的吸收峰代表不同物质中的氢质子。1H-MRS中每一种化合物都有自己特有的特征峰的化学位移。脂肪肝的病理变化主要以三酰甘油聚集为主，显示三酰甘油的（-CH2）n 在1.25ppm时波峰下面积随病变程度相应明显增加，这表示脂肪肝主要是三酰甘油（-CH2）n脂类的积聚导致，同时也说明测定该处波峰面积可以反映脂肪浸润的程度。

测量水和三酰甘油（Lip）的波峰下面积，可根据公式计算出PDFF=Lip/（Lip+水）×100%［21］来表示肝脏的脂肪含量。有研究得出，脂肪肝的诊断阈值为5.56%［5］。Wu等［17］的研究表明，采用单体素1H-MRS得到的质子密度脂肪分数的临界值为4.73%，此时敏感度和特异度各为92.9%、82.6%。一项新的大鼠早期脂肪肝的动物模型实验表明［22］，在PDFF为5%的临界值时，MRS的诊断效能（0.841）高于组织病理学（0.641），且其敏感度（92.9%）也显著高于组织病理学（50.0%），但特异度（55.6%）低于组织病理学（72.2%）。Noureddin等［23］对非酒精性脂肪性肝病病人研究发现，当在脂肪肝的含量增加＞1%或减少＜1%时，MRS的PDFF比组织病理学发现脂肪含量的微小变化更为敏感。

据统计，MRS检测脂肪含量≥5%的脂肪肝的敏感度和特异度各为 80.0%～91.0%和 80.2%～87.0%，与MRI的敏感度（76.7%～90.0%）和特异度（87.1%～91%）相差不大［12］。有研究显示，能谱CT、T1双回波同反相位、1H-MRS均能够对脂肪肝程度进行分级，但是只有1H-MRS能够从正常的肝脏中区分出轻度脂肪变性者［9］，其他两者仅能区分中度和重度脂肪变性（P均＜0.05），不能区分轻度及中度脂肪变性。当肝脏脂肪含量以5%为临界值时，能谱CT脂肪含量、同反相位成像、1H-MRS的诊断效能各为0.951、0.968、0.979，可见1H-MRS的最高［9］。

MRS也有其局限性。首先，MRS精确定量测量脂肪肝的前提是MR的信号强度完全只来自氢和水质子，没有其他任何成分的干扰，但实际上T1、T2、T2*的差异不可避免地会影响MRI上水和氢质子的信号强度［5］，势必影响结果的准确性。单体素波谱定量测量脂肪浓度，只能对肝脏内的某个点或一个区域进行代谢分析，不能得到整个肝脏的代谢信息，虽然这一缺点可以采用多体素波谱来完善，但大大延长了扫描时间，且MR检查硬件设备对操作者要求较高，费用昂贵，数据处理也较复杂，限制了它的推广。

4.4IDEAL梯度回波和六回波成像IDEAL梯度回波是基于改良3点Dixon技术最新使用的化学位移水脂分离成像，其不同于以往的化学位移成像，因采用了相位和信号强度的变化，故能够区分水和脂质子，并且建立脂肪模型，可以测量脂肪变化范围为0～100%肝脏脂肪含量［24］。通过重复计算扫描野内的图像并且运用不对称相位位移将信噪比最大化，明显提高了水-脂分离的能力。在进行影像采集时，根据不同脂质化学位移不同来设定不同的同反相位时间，不仅仅是三酰甘油，还有其他脂类，使测量更精确化。采用区域增长技术，去除铁沉积及主磁场不均匀性对图像的干扰，弥补了双回波化学位移成像的不足，并且一次屏气成像可以得到4幅影像，即水像、脂肪像、同相位和反相位像。

分别在水像和脂肪像上测量兴趣区肝实质的信号强度（分别记为水+脂肪），根据公式可以计算出肝脏脂肪百分比（hepatic fat fraction，HFF）：HFF=脂肪/（水+脂肪）×100%［21］。说明肝脏HFF与肝穿刺活检呈正相关（r=0.820）。

新的研究数据表明，与MRS相比，IDEAL和MRS都能够定量测量肝脏脂肪含量，其结果与组织学检测脂肪变性百分比有很强的相关性，并且当组织学检测肝细胞脂肪变的百分比为5%时，IDEAL 比MRS有更高的诊断效能［4］。

六回波成像序列通过采集6个回波信号并通过迭代最小二乘法估测复数域映射区分水与脂肪，六回波成像利用复数域重建来得到动态0～100%的脂肪比，一次屏气扫描可以得到水像、脂像以及脂肪比图像，并且消除了T2*对脂肪定量评估的影响。脂肪分布图不仅可以直接定量测量PDFF，而且也反映了肝脏的脂肪分布情况［19］。

Ma等［25］采用IDEAL六回波技术与单体素波谱测定脂肪肝病人肝脏和Ⅱ型糖尿病病人胰腺的PDFF后发现，PDFF值与正常对照组之间的差异有统计学意义，并且这两种方法有很好的一致性。刘等［26］采用3.0 T MRI在体外模型脂肪定量分析测量的研究中发现，化学位移水脂分离IDEAL梯度回波和六回波梯度回波成像较脂肪抑制成像更能精确测量脂肪含量，并且六回波成像评估值最接近脂肪含量。Idilman等［27］研究显示IDEAL六回波梯度回波测得的PDFF，与肝穿刺活检的组织学脂肪含量有显著相关性（r=0.82），并且能够区分中重度脂肪肝和轻度脂肪肝，弥补了以往成像技术的不足。

5　展望

随着功能成像和分子成像技术的不断发展，宝石能谱CT物质分离技术和3.0 T MRI的新的水脂分离方法，尤其是IDEAL梯度回波成像及六回波梯度回波成像的出现，为早期定量诊断脂肪肝和追踪随访提供了新的途径，使得脂肪肝的影像诊断趋向多元化。各种影像检查方法的优势互补，为脂肪肝病人的早期精准定量诊断创造有利条件。能谱CT 和3.0 T MRI新技术的应用也将会取代病理学穿刺这个“金标准”而成为无创性定量诊断的新标准。

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（收稿2015-06-04）

Progress of qualitative and quantitative diagnosis of fatty liver disease with energy spectral CT and MRI

WUYaoyuan，DONG Jiangning.Department of Radiology，Anhui Provincial Tumor Hospital，Hefei 230031，China

【Abstract】In the past，noninvasive diagnosis of fatty liver disease mainly depended on ultrasonography，conventional computed tomography（CT），and magnetic resonance imaging（MRI），but the diagnosis accuracy was limited.Varied qualitative and quantitative diagnosis methods are exploited with technical developments in dual-energy spectral CT and MRI at 3.0 T. By adopting multi-parameters，such as material decomposition and energy spectral curve，the dual-energy spectral CT imaging can measure the fat content and then estimate the severity of fatty liver.The newly chemical shift imaging technique at 3.0 T MRI，including iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation（IDEAL）gradient-echo imaging and IDEAL quant imaging，provides a new approach to quantitatively assess fatty liver disease.Here，we reviewed the advances of dual-energy spectral CT and MRI on the qualitative and quantitative diagnosis in fatty liver disease.

Fatty liver disease；Tomography，X-ray computed；Spectral imaging；Magnetic resonance imaging

10.3874/j.issn.1674-1897.2016.01.Z3636

安徽省肿瘤医院（安徽省立医院西区）影像科，合肥230031

董江宁，E-mail：dongjn@163.com