克罗恩病多模态磁共振成像

朱建国， 李海歌， 曹鹏

·综述·

克罗恩病多模态磁共振成像

朱建国， 李海歌， 曹鹏

克罗恩病是一种消化道的慢性炎症，多发生于肠道，以往对该病的诊断和随访多依赖于内镜和实验室检查。随着影像技术的发展，诸多的磁共振成像技术被用于克罗恩病的临床研究，这些成像技术丰富了对克罗恩病的研究手段，能够从微结构和微循环的角度讨论克罗恩病，拓宽了研究视野。本文在概括前人研究的基础上，就不同磁共振成像技术的原理、实际应用、问题不足做一综述，并对未来的发展方向提出展望。

Crohn病； 多模态； 磁共振成像

肠道克罗恩病(Crohn's disease,CD)是一种原因不明的慢性、反复发作的消化道炎性病变，多见于青少年，跳跃性分布是该病的特征。以往对CD的诊断和随访主要依赖于内镜、微生物和血清学检查。随着技术的发展，影像学越来越多地被用于监控CD病情、观察并发症、评估疗效。上个世纪九十年代开始，磁共振(magnetic resonance,MR)凭其高组织分辨率、无辐射、非侵入性的优势，逐步应用于CD的研究。在软硬件水平的提高基础上，多种磁共振成像技术被应用于CD的临床研究，其中以磁共振肠道造影(magnetic resonance enterography/enteroclysis,MRE)，磁共振弥散加权(diffusion weighted magnetic resonance,DW-MR)、磁共振动态增强(dynamic contrast enhanced magnetic resonance,DCE-MR)技术相对成熟，使用最为广泛。近年来，磁化传递(magnetization transfer,MT)、超微超顺磁氧化铁粒子增强磁共振[ultrasmall super paramagnetic iron oxide-(USPIO-) enhanced MR]以及正电子发射型计算机断层-磁共振成像(positron emission computed tomography-MR,PET-MR)等成像技术也开始应用临床。上述多模态MR成像技术有助于观察病灶分布、病变形态并能从细胞学、微循环和组织代谢角度分析CD的病理改变，丰富了对CD 的研究手段。本文就多模态MR成像技术在CD中的研究情况做一综述。

MRE的应用研究

根据检查前的准备方式不同，MRE分口服法(enterography)和经导管灌入法(enteroclysis)两种。两者的共同之处都是使用1000～2000 mL对比剂充盈肠道[1]，不同之处在于前者是在MR扫描前60 min分次口服对比剂，后者首先经鼻向十二指肠远端-空肠近端插入小肠导管，经导管以100 mL/min的速度直接向小肠内注入对比剂。两者的目的均为MR扫描前用对比剂充分充盈肠道，既能防止萎陷的肠管掩盖病变、产生误诊，又能减少肠腔气体，避免磁敏感伪影。相对于MR enteroclysis，MR enterography操作简便，但摄入的量有限，扩张肠道的效果不如MR enteroclysis； MR enteroclysis的缺点是需要插入十二指肠导管，对操作者有技术要求，患者需忍受一定的痛苦。对比剂的应用以双相对比剂居多[2]，即在T1WI为低信号，T2WI为高信号，包括甲基纤维素水混合液、聚乙烯醇溶液、等渗甘露醇等。Zhu等[3]研究2.5%甘露醇溶液味微甘易被患者接受，且为等渗溶液，不被肠道吸收，充盈肠道效果最为理想。充盈肠道后的MR检查应选用快速序列屏气扫描，如T1WI二维的快速扰相梯度回波(fast spoiled gradient recalled echo,FSPGR)、三维的肝脏容积快速扫描(liver acceleration volume acquisition,LAVA)、容积式内插法扫描(volumetric interpolated breath-hold examination,VIBE)，T2WI的单次激发快速自旋回波(single shot fast spin echo,SSFSE)或半傅立叶采集单次激发快速自旋回波(half-fourier acquisition single shot turbo spin echo,HASTE)、真实稳态进动快速成像(true fast imaging with steady precession,trueFISP)。达到缩短扫描时间，避免呼吸运动伪影和减少肠蠕动伪影目的。

小肠是结肠镜观察的盲区，继发肠道狭窄和肠瘘则是肠镜检查的禁忌症，MRE可以无创、无侵入性的观察整个肠道情况。Samuel等[4]比较MRE和胶囊肠镜对小肠CD病灶检出情况，发现两种方法敏感性相似，但MRE的特异性要显著高于胶囊肠镜。Maccioni等[5]以胶囊肠镜和结肠镜为标准，评估MRE在全肠道CD病灶的检出情况，认为MRE具有与肠镜相同的检查效果。Oussalah等[6]通过定量分析认为MRE对肠壁溃疡的显示具有89%的特异度，甚至超过肠镜。Maglinte等[7]提出肠道CD分为4个阶段：炎症活动、肠瘘穿孔、纤维性狭窄、修复再生。MRE可以结合肠壁及肠系膜的信号特征，对CD的活动性做出判断。CD的肠壁厚度超过3 mm，且炎症越重，肠壁越厚[8]；T2WI脂肪抑制序列，肠壁信号的强度亦和炎症反应程度相关[9]；肠壁强化的程度和强化方式也能提示炎症活动[10]；肠系膜血管增粗、“梳齿征”(comb sign)和短径>1 cm的肠系膜淋巴结也是提示CD活动的征象[11]。在此基础上先后产生了3项MRE评分标准：克罗恩病活动性评分(Crohn's disease activity score,CDAS)， 急性炎症评分(acute inflammation score,AIS)、磁共振小肠成像全球评分(MRE global score,MEGS)。经过和临床资料、血清标记物的对比分析证实， MR评分能够反应CD的活动程度，具有70%以上的特异度和敏感度[9，12]。肠壁间条状长T2信号和聚集呈“星状”(star shaped)的肠袢是肠瘘形成的典型表现[13]。Schil等[14]研究76例CD患者手术证实， 不同放射科医师对肠瘘诊断一致性达0.895(观察者间一致性分析)。Ordas等[15]研究48例CD患者在药物治疗12周后，采用MRE评估溃疡愈合情况，准确率达90%。Peyrin-Biroulet等[16]的研究认为在药物治疗2周后，MRE就能观察到肠粘膜的恢复情况。

肠管蠕动、呼吸运动会形成移动伪影，空气等肠内容物导致磁敏感伪影。伪影的产生不仅降低图像质量，影响诊断。胰高血糖素和丁基东莨菪碱是目前使用较多的注射药物，可以在一定程度上减轻肠管运动伪影的影响，但不能完全消除[17]。注射药物的种类、剂量，注射途径和时间都没有统一标准，并且有不良反应的风险[18]。口服对比剂充盈肠道可以排除肠气，减轻磁敏感伪影，但对比剂向肠壁的外渗，表现为T2WI信号增高，形成假阳性结果[2]。高场强(3.0T)能缩短扫描时间、提高时间分辨率，减轻运动伪影的影响，但磁敏感伪影的干扰效应更加突出，图像变形、扭曲，质量下降[19]。

DW-MRI的应用研究

DW-MR基于水分子的布朗运动，无需注入对比剂即可得到细胞构成、细胞膜完整性等分子水平的信息。通过测量表观扩散系数(Apparent diffusion coefficient,ADC)，达到定量分析[20]。DW-MR起初广泛应用于神经系统研究，随着软硬件水平的提高，梯度回波序列、多通道线圈和并行成像等技术开发利用，使DW-MR运用于CD的研究成为可能。

炎症越重，肠壁DW-MR信号越高、ADC值越低，其原因是由于炎症导致的灌注增加、炎细胞浸润共同限制了水分子的弥散[21]。根据这一理论，Stanescu-Siegmund[22]认为CD病变段肠壁的ADC值低于正常肠段，以1.56×10-3mm2/s作为截断点，诊断CD的敏感度和特异度分别为97.4%、99.2%。Hordonneau[23]和Zhu等[24]认为ADC能定量评估CD炎症反应程度。Schmid-Tannwald等[25]应用DW-MRI对24例CD患者的144段病变肠管进行研究，发现以1.41×10-3mm2/s作为ADC值截断点可以有效区分肠壁的急性和慢性炎症活动。Li[26]采用多b值DW-MRI对47例CD患者进行研究，认为以1.17×10-3mm2/s为界判别病变静止期和活动期，具有100%敏感度。研究表明，病程10年以上CD患者中1/3都会发生肠道狭窄，早期以炎性狭窄为主，后期向纤维性狭窄转化，因此狭窄性质的判定决定治疗方案[27]。Zhu等[24]研究表明以1.11×10-3mm2/s作为ADC值截断点对狭窄性质的判断有帮助。通过与内镜对照，一项为期3年的随访研究[28]显示DW-MR对疗效评估的敏感度为94.12% ，特异度为73.91%。Buisson等[29]使用肿瘤坏死因子抑制剂治疗CD，观察治疗前后肠壁ADC值的变化，认为治疗前肠壁ADC值<1.96×10-3mm2/s，其疗效更好。

目前，磁场强度和b值是DW-MR应用于CD研究的两个关键因素。相对于1.5T，3.0T场强能够提高疾病诊断的特异性，其不足之处在于受磁敏感伪影影响，图像质量下降[19]。DW-MR扫描参数b值的选取尚无统一标准，ADC值的测量受预设b值大小的影响，b值越大，对检出病灶特异性强，但信号噪声比和对比噪声比同时下降[30]。Oto等[31]早期选用b=600 s/mm2。目前多数学者[11,32]还是采用b=800 s/mm2，认为在此条件下图像质量和检出病灶的敏感性都相对较高。Feng等[30]通过分析对比噪声和信号噪声比，建议采用b=1500 s/mm2，认为对CD病灶检出率90.32%，诊断敏感度81.18%、特异度95.10%，但这只是一组31例患者的小样本研究，有待继续讨论。

DCE-MRI的应用研究

DCE-MRI是一种基于对比剂药物代谢动力学的MRI成像方法，其采用快速T1加权序列追踪经静脉注射、随后通过组织的低分子量对比剂，依据每个体素的信号改变提取反映组织血流动力学的信息，非侵入性观察、分析组织微循环功能状态[33]。炎症刺激会导致微血管生成和血管通透性增加，注入对比剂后，对比剂分子通过高通透性的不成熟新生血管向血管外细胞外间隙(extravascular extracellular space,EES)扩散[34-35]。DCE-MR在对比剂注入血管前、中、后连续采集图像，分析对比剂分子在血管内和EES间隙分布信息，获取药物代谢动力学参数[36]。为了拟合出对比剂分子时间变化浓度曲线，真实反映药物代谢情况，时间分辨率是DCE-MR成像的关键。Ziech等[37]认为相对低场强，3.0T MR能将时间分辨率降低到0.82s，既保证了定量参数的可靠性，又能一定程度克服运动伪影对图像的影响。DCE-MR获得的功能参数包括半定量和定量参数，半定量参数如增强率(rate of enhancement)、初始上升斜率(Initial slope of increase,ISI)；定量参数包括容积转运常数(volume transfer coefficient reflecting vascular permeability,Ktrans)、返流常数(flux rate constant,Kep)、血管外细胞外间隙容积分数(extracellular volume ratio reflecting vascular permeability,Ve)、血浆容量(plasma volume fractions,Vp)。相对而言，半定量参数的可靠性和稳定性不如定量参数，和实验室及病理学标记物的相关性也更差，不能直接反应生理病理改变[38]；而定量参数反应血管内皮、毛细血管床容积等定量信息更准确，临床使用更广[39-42]。

Zhu等[3]的研究发现DCE-MR定量参数Ktrans、Kep和Ve与炎症反应的血清学标记物C反应蛋白浓度呈线性相关，对此解释为炎症刺激高通透性的不成熟血管生成，对比剂分子易于扩散到EES间隙。Jeroen等[43]以20例患者手术切除的50个肠段的病理为基础，认为DCE-MR的参数[最大强化(maximum enhancement,ME)]和ISI有助于鉴别狭窄的性质。

动脉输入函数(arterial input function,AIF)是获取DCE-MRI定量参数(Ktrans、Kep、Ve和Vp)的前提，并决定定量参数的稳定性和可靠性。受年龄、性别、身体机能等多因素影响，加之对时间分辨率的高要求，AIF的稳定性不够理想。学者[44]提出以其他模型取代AIF，但这仅是通过7.0T MR动物实验得出的结论；还有学者[38]提出个体化AIF的概念，并在胶质瘤的临床分级研究中得以实施，类似研究是否能应用于肠道CD有待检验。

前景和展望

多模态MR成像技术相互融合、新技术推广和研究领域拓展将是未来肠道CD研究的方向。

各种成像模式各有优劣，相互结合能提高对CD的诊断效能，综合不同的定量参数，能从更全面的角度解释CD的病理改变。Schmid-Tannwald等[45]对25例CD的研究表明DW-MR结合T2WI能提高对肠瘘、窦道的检出率。Hordonneau等[23]在MR评分中增加了ADC的评价系数，提高了对CD活动性的评估能力。Zhu等[3]将DCE-MR和DW-MR结合，对CD进行研究，发现Ktrans和ADC对CD都有较高的诊断价值，同时Ktrans和ADC之间也具备统计相关性，据此认为可以从微循环和微结构的角度解释CD的病理变化过程。

新兴的MR成像技术也具备CD研究的潜能，受限于设备条件和经济因素，这些新技术处于实验阶段，尚未临床普及。MT基于自由水分子和结合水分子之间的差异，产生图像对比，并能测算结合大分子的浓度。MT脉冲序列施加前、后需要加入2D或3D的梯度平面回波序列，目的是饱和结合性水分子的信号，致使含有高浓度的大分子的组织具有高的MT比[46-47]。胶原沉积被视为肠壁纤维化的标志，因MT具有检测大分子胶原的能力，借以判断肠壁纤维化的程度，此结论已得到动物实验研究[46]和临床研究证实[47]。USPIO粒子是一组能够使血管和免疫细胞双重现象的MRI对比剂。由于粒子表面涂有葡聚糖涂层，当静脉内给药后，血管首先显影，随后炎症部位浸润的巨噬细胞吞噬USPIO颗粒，导致USPIO积聚于巨噬细胞活跃的区域，显示炎症和感染病灶[48-49]。在炎症部位积聚的USPIO粒子能降低T2*弛豫时间，从而使得信号发生改变[50]，因此USPIO粒子对于细微的炎症活动都有较高的敏感性，并能定量评估炎症活动程度[51]，该观点已被实验[52]和临床研究[53]证实。此外，相对于钆对比剂，USPIO粒子肾毒性更小、使用更安全[54]。氟-18易于积聚在高葡萄糖摄取和利用的炎细胞内，因此被视为炎症反应的标记物。PET-MR可以先后或者同时采集PET、MR图像，是对单纯MRE图像的有益补充，其次PET-MR能够通过氟-18摄取配准，改善肠道MR的结构图像[55]。

CD具有病程长、易反复、难治愈的临床特点，影响全身代谢功能，属于系统性疾病[56-57]。部分患者会出现抑郁、情绪反复、大脑反应异常、癫痫发作等症状[58]。最新研究表明可以通过慢性迷走神经刺激治疗CD，5例患者(5/7)经过6个月治疗，出现不同程度临床症状减轻、生物学和内镜指证缓解[59]。Stovicek等[60]发现治疗前后部分CD患者脑结构发生改变。研究[61]认为可以通过脑功能成像评估CD患者治疗后腹痛症状改善情况。据此，我们认为CD患者的脑功能研究具有理论基础和临床意义，研究尚未深入，值得进一步探讨。

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R574; R05; R445.2

A

1000-0313(2017)10-1070-05

2016-09-09

2017-01-23)

210011 南京，南京医科大学第二附属医院医学放射科(朱建国、李海歌)；201203 上海，通用电气药业(上海)有限公司(曹鹏)

朱建国(1978-)，男，江苏镇江人，博士，副主任医师，主要从事神经系统及消化系统影像诊断工作。

南京医科大学科技发展基金重点项目支持(2015NJMUZD035)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.10.017