朱扣云 陆伦根
上海交通大学附属第一人民医院消化科(200080)
非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)是慢性肝病最常见的病因,在美国,成人NAFLD的患病率约为24.13%[1];在亚洲,NAFLD的患病率约为27.4%[2],中国约为20.9%[3]。预计到2030年,NAFLD将成为肝移植最常见的病因。NAFLD是一种与肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病、高血压、高脂血症和代谢综合征密切相关的肝病[4]。随着NAFLD的患病率日益增加,临床医师面临严峻挑战,若不加干预,NAFLD可进展为终末期肝病,因此迫切需要寻找NAFLD的有效治疗方法。目前肝组织学活检仍是评价药物临床试验终点的关键,然而其为有创操作,存在许多局限性,因此,努力发展精确、敏感的非侵入性诊断方法至关重要,临床诊疗亦迫切需要有效的无创诊断方式,以跟踪疾病过程并监测治疗效果[5]。肝脏脂肪变性程度与炎症损伤和纤维化程度密切相关,同时可据此进一步预测肝外疾病(如2型糖尿病、代谢综合征等)的发病风险[6]。本文就临床上肝脏脂肪变性的定量检测技术作一综述。
目前肝脏脂肪变性的血清学检测主要包括SteatoTest、脂肪肝指数、肝脂肪变性指数、脂质蓄积指数、NASH指数、NAFLD肝脂肪评分等[7],但各研究的参考标准不一(包括肝活检、超声检查或磁共振波谱等),因此其诊断敏感性和准确性仍难以进行比较,故尚未在临床上广泛普及。Munteanu等[8]的一项研究指出SteatoTest是半定量检测,不能区分严重脂肪变性(>66%)与显著脂肪变性(33%~66%)。改良后的SteatoTest-2去除了BMI和胆红素这两个指标,较第一代SteatoTest更简洁,且检测效率相当[9]。因此,血清学检测还需经更多的临床实践进行验证。
1.超声检查:传统超声检查是一种经济、方便快捷、对人体损伤最小的诊断方式,是协助诊断肝脏疾病的强有力的一线工具。超声检查依赖于检查者的技术水平,检查结果在不同观察者之间存在一定的偏差[10]。Zhang等[11]应用129例脂肪肝患者评估新型定量超声模型(肝/肾比和肝回声强度衰减率组合)的实用性,结果显示其敏感性和特异性明显高于常规超声,提示进一步优化定量超声模型可为诊断轻度脂肪变性提供新的选择。定量超声通过使用具有已知超声特性的校准参考模型来评估组织固有的超声特性,由此降低机器和操作者依赖性对结果的影响。Lin等[12]的研究显示,定量超声可准确诊断肝脏脂肪变性程度并进行量化。Paige等[13]对61例NAFLD患者进行传统超声和定量超声检查,以组织学检查作为参考标准并进行ROC曲线分析,结果显示加入校准参数后的定量超声的准确性明显提高且观察者间的一致性较高。
2.超声弹性成像技术:目前瞬时弹性超声(transient elastography, TE)是运用最广泛的超声弹性成像技术,主要依靠受控衰减参数(controlled attenuation parameter, CAP)来评估患者肝脏脂肪变性程度。已有多项对照研究评估了CAP与组织学脂肪变性的相关性。Eddowes等[14]的研究对404例NAFLD患者行TE检查,结果显示CAP诊断脂肪变性等级S≥1者的AUROC为0.87(95% CI: 0.82~0.92);诊断S≥2者的AUROC为0.77(95% CI: 0.71~0.82),诊断≥S3者的AUROC为0.70(95% CI: 0.64~0.75);约登值诊断S≥1、S≥2、S≥3的界值分别为302 dB/m、331 dB/m和337 dB/m。该研究为临床运用CAP进行肝脂肪变性分级提供了较为全面的临界值。但由于不同研究得出的最佳临界值不同以及操作中不同变量造成的检测值偏差,目前CAP未成为常规的检测手段。Karlas等[15]认为病因、BMI、糖尿病等协变量会导致CAP与组织学结果的一致性降低,表明CAP不仅可反映肝脏脂肪变性,而且可在一定程度上反映代谢综合征的严重程度。如在保留原有临界值的同时,人为地对CAP进行相应增减,可进一步优化检测结果,但仍需要更多的纵向数据来分析不同协变量对CAP的影响。
不同供应商的CT扫描仪以及不同的重建算法会影响肝实质在CT扫描中的绝对衰减值,目前肝脏脂肪含量评估的定量标准尚未统一。此外,CT对脂肪变性<33%的检测不敏感,也无法准确定量肝脏脂肪含量。CT检查过程中,许多因素均会影响肝实质的衰减值,如并发血色素沉着症时,肝实质中存在过量铁会增加肝实质衰减值[16];摄入含有碘的药物(如胺碘酮)也会增加肝实质衰减值。CT亦不能准确检测轻度肝脏脂肪变性,同时会有潜在的辐射危害,目前多用于检测肝脏占位性病变。
MRI被认为是定量评估肝脏脂肪变性最精确的成像技术,可多次重复检测,方便观察者纵向观察患者肝脏脂肪变性的变化[17]。MRI成像需应用脂肪抑制技术,目前运用较广泛的技术为化学位移法,其原理为同一原子核由于其所处分子环境不同,所受的电子屏蔽也不同,导致在同一外环境中水与脂肪的MR信号之间存在光谱差异。目前基于化学位移原理的技术主要包括化学位移脂肪抑制(CHESS)技术和Dixon技术,同时在此原理上改进算法序列,研发出MRS、PDFF等成熟的脂肪含量定量检测技术。
1.CHESS技术:CHESS技术的原理是通过调整MR窄频脉冲覆盖水峰和脂肪峰,选择性地仅激发水质子或脂质子并破坏其磁化来抑制信号,使用相同的扫描参数获得两个图像,一个具有脂肪抑制,另一个则缺乏脂肪抑制,并通过相关公式计算出脂肪信号比[18]。CHESS的优点是具有高信噪比(SNR)和相对快速的检查时间,CHESS对主磁场(B0)和B1有较高的敏感性,这一特征可能会导致不均质的脂肪抑制。在B0、B1均匀一致的情况下,基于化学位移脂肪选择的脂肪抑制技术倾向于在更高的磁场强度下更好地工作。B0异质性可能使水和主要脂肪的峰值发生偏移,使脂肪饱和度射频脉冲落在脂肪频率范围外[19]。
2.Dixon技术:目前基于Dixon的技术使用幅度和相位信息来推断水信号(S-Water)和脂肪信号(S-Fat),动态范围为0~100%。此外,该技术在整个周期中对三个点或更多点进行采样,可在一定程度上校正B0的不均匀性[20]。具有较高SNR的Dixon技术可弥补并行成像造成的SNR降低,在临床上可同时获得高SNR和均匀的脂肪抑制。Dixon技术的另一个重要优势是可绝对量化每个体素的脂肪百分比,并可区分细胞内和细胞外脂质[21]。但Dixon技术仍存在一些混杂因素,如脂肪和水信号的T1加权不同、T2衰变以及由多峰频谱导致的脂肪复杂衰减,这在一定程度上限制了MRI中脂肪含量的准确定量[22]。
3.磁共振波谱(MRS):MRS在MRI形态学诊断的基础上,从代谢方面评估肝脏脂肪变性程度,并定量分析肝脏脂肪含量。MRS成像的基本原理是化学位移和J-耦合[23]。1H-MR使用回声序列进行检测,可直接通过肝细胞中累积的三酰甘油酰基精确测量质子信号,并定量分析肝脏脂肪分数。与传统MRI相比,MRS不可覆盖整个肝脏区域,仅可检测操作者所感兴趣的区域,这对疾病的整体评估造成一定的影响[24]。1H-MRS诊断方法昂贵且程序复杂,每台MRI机器亦不会常规配备MRS功能。此外,复杂的采集参数、分析方法和评估体积的位置均会影响评估准确性[18]。
4.质子密度脂肪分数(PDFF):MRS和MRI可利用水与脂肪质子信号之间的共振频率差异来定量检测PDFF。PDFF是指肝脏脂肪的活动质子分数,能将肝脏信号分解成水和脂肪成分,较超声或CT可更直接评估肝脏脂肪变性。PDFF测定与仪器场强、扫描仪平台、特定的扫描参数等因素无关,仅与肝组织三酰甘油浓度相关,因此,PDFF可作为一种精确衡量肝脏脂肪变性程度的标准标志物[25]。
Middleton等[21]的随机、双盲、有安慰剂对照试验纳入了113例NASH成人患者,结果显示PDFF区分0~1级与2~3级脂肪变性的AUROC为0.95(95% CI: 0.91~0.98),区分0~2级与3级脂肪变性的AUROC为0.96(95% CI: 0.93~0.99)。PDFF的临界值为90%时,判断2~3级脂肪变性的特异性为16.3%,判断3级脂肪变性的特异性为21.7%,敏感性分别为83%和84%。说明PDFF可准确诊断NAFLD,并可随访药物干预下肝脏脂肪含量的变化。另一项研究[25]表明,对于MRS和MRI,重复测量PDFF的标准偏差<1%。在1.5和3.0T扫描仪上,进行多次MRI-PDFF检测时,其数值偏倚的95%的一致性界限为±2.9%[26]。通过显微镜图像或生化脂质检测的计算机分析评估肝脏脂肪含量的研究[27]发现,MRI或MRS确定的PDFF较病理学家评估肝脏脂肪变性的相关性更好。这是因为通过视觉确定含有脂肪空泡的肝细胞百分比或被脂肪组织取代的肝实质面积百分比时,会存在观察者间的误差[28],可能无法准确反映肝脏脂肪的物理量。这些数据均体现了MR技术的高精度和可重复性,表明基于MRS和MRI的PDFF可替代肝活检作为检测肝脏脂肪含量的新的参考标准[29]。
越来越多的研究发现依据组织学对肝脏脂肪变性程度进行分类的方法可能过于单一,特别是在纵向随访中,不能灵活反映患者肝脏含量变化。同时组织学活检具有侵袭性且获得的样本组织较小,不能反映整体病情,这些局限性使MRS和MRI越来越常用于纵向随访患者肝脏脂肪变性程度[30]。Yokoo等[31]选择了30余项研究进行线性和偏倚分析。结果显示MRI-PDFF与MRS-PDFF的检测值呈线性相关(R2=0.96),回归斜率为0.97(P<0.001),平均Bland-Altman偏倚值为-0.13%(95% CI:-3.95%~3.40%)。MRI的重复性和再现性系数分别为2.99%和4.12%,且不同的场强、成像器制造商、重建方法等对再现性的影响极小。说明MRI-PDFF具有出色的检测性能,可广泛应用于临床试验。Patel等[32]对两项高质量随机试验的MRI-PDFF和肝脏组织学数据进行比较,结果显示肝脏脂肪的MRI-PDFF相对减少29%与NASH的组织学反应相关(即为NAFLD活动评分改善2分)。进一步验证了基于MRI的PDFF可作为量化肝脏脂肪含量的生物学标志物,可纵向评估患者肝脏脂肪含量的变化。但MRI-PDFF无法评估肝脏炎症、气球样变性或纤维化逆转等其他附带指标,因此未来需研发更完善的评估模型来全面评估NAFLD的药物治疗反应。
在现有的无创诊断技术中,仍缺乏一项可有效评估NAFLD患者肝脏炎症反应的技术,导致临床控制NAFLD疾病进展存在一定的困难。超声检查是一种成熟且经济的成像技术,适用于筛查具有NAFLD风险的受试者,但检测轻度肝脏脂肪变性的准确性有限。CT检测轻度肝脏脂肪变性尚不能满足临床需求,同时会有潜在的辐射危害,不适合应用于监测脂肪肝患者的病情变化。MRS是目前最精确的诊断肝脏脂肪变性的成像方法,基于MRI的PDFF技术可取代肝脏活检作为肝脏脂肪含量定量测定的参考标准。超声弹性成像和MR弹性成像可诊断与NAFLD相关的肝纤维化,并可能在识别进展性肝病风险较高的NASH患者中发挥重要作用。无创、定量、精确和可重复的MRI-PDFF正成为评估早期临床试验中NASH治疗反应的有效生物学标志物,但不能评估NASH的纤维化、炎症程度或其他潜在终点,因此未来需进一步探索多模态评估体系来检查NAFLD患者的临床治疗反应[21]。若能在不久的未来建立一套多参数综合评估模型,结合每种方式的优势,将会为临床诊疗和药物研发提供更多的帮助。