虚拟弹性成像评估慢性乙型肝炎肝纤维化的研究

王敏燕 袁杰 杨辰瑶 严华美 刘坤 王娇燕 詹松华

早期诊断和准确评估肝纤维化的病变阶段，防止肝纤维化进一步发展为肝硬化，有十分重要的意义。临床诊断肝纤维化的主要方法是穿刺活检，然而侵入性穿刺活检可能导致并发症及存在采样误差。磁共振弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）作为一种非侵入性评估肝纤维化的方法，被用来测量组织的力学性能，以取代穿刺活检［1］。然而，MRE 需要外部驱动器和复杂的处理程序限制了其临床应用。2018 年，Le Bihan 等［2］提出了基于扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）的虚拟弹性成像（virtual MRE，vMRE）概念。本研究拟在前期研究基础上建立基于DWI 的vMRE 用于评估慢性乙型肝炎肝纤维化，并评估其对纤维化分期的可靠性和诊断性能。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2022 年1 月—12 月，前瞻性将本院慢性乙型肝炎患者纳入研究。纳入标准：年龄不小于18 岁，有慢性乙型肝炎病史，肝功能异常6 个月以上，需要通过肝穿刺活检结果决定是否给予抗病毒治疗。肝活检前行MRI 检查，MRI 和活检间隔小于2个月，肝活检标本长度不小于10 mm。排除标准：合并其他急慢性肝病、曾进行肝脏手术、妊娠、磁共振检查禁忌证。最终纳入患者25 例，其中男15 例，女10 例，年龄24～56 岁，平均年龄（39.48±7.83）岁。所有本次研究对象均签署了知情同意书。本研究经上海中医药大学附属曙光医院伦理委员会批准通过（2020-822-29-01）。

1.2 MRI 检查方法

扫描设备为联影uMR790 3.0 T 磁共振成像仪。MRI 扫描：受检者采取仰卧位，扫描前禁食至少8 h。扫描范围覆盖全部肝脏，线圈采用32 通道体部相控阵表面线圈。先行常规T2WI 冠状位，T2WI 和T1WI 轴位扫描，后进行DWI 和MRE 扫描。

DWI 扫描采用单次回波平面成像序列（single short echo planar imaging，ss-EPI），具体扫描参数如下：TR/TE 3000/67.5 ms，层厚7 mm，视野380 mm×280 mm，b 值分别为：0、50、100、150、200、800、1000、1200、1500 s/mm2，平均次数分别为：1、1、1、1、1、2、3、3、3。扫描时间为6 分21 秒。利用联影后处理 软件生成20 组b 值组合（0 和800 s/mm2、0 和1000 s/mm2、0 和1200 s/mm2、0 和1500 s/mm2、50和800 s/mm2、50 和1000 s/mm2、50 和1200 s/mm2、50和1500 s/mm2，100 和800 s/mm2、100 和1000 s/mm2、100和1200 s/mm2、100 和1500 s/mm2、150 和800 s/mm2、150 和1000 s/mm2、150 和1200 s/mm2、150 和1500 s/mm2、200 和800 s/mm2、200 和1000 s/mm2、200 和1200 s/mm2、200 和1500 s/mm2）的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）图。

2D MRE 扫描所使用的控制器及驱动器均由Resoundant 公司提供（Resoundant Inc.Rochester，MN，USA），将驱动器置于右上腹部，用腹带加以固定以确保驱动器与身体很好地贴合。控制器位于扫描室外面，通过塑料管引入扫描室，剪切波由气动控制器产生，频率为60 Hz。采用自旋回波序列（spin echo EPI，SE-EPI）进行扫描，参数如下：TR/TE 1000.2/44.6 ms，层厚10 mm，层数4，视野420 mm×420 mm。扫描完成后自动生成横断位肝脏波形图和弹性图。

1.3 图像分析

从事腹部MRI 诊断13 年的高年资放射科医生负责ADC 图和MRE 弹性图读片和勾画兴趣区（region of interest，ROI），尽量避开肝缘、大血管和左叶受心脏搏动影响的位置。MRE 和ADC 图的ROI 尽量选择在肝脏同一水平。

1.4 肝组织活检

经皮超声引导下肝脏穿刺活检后，对组织进行HE 染色和Masson 染色。由一名从事肝穿刺病理诊断具有15 年经验的病理科医生进行阅片。肝纤维化分期采用METAVIR 评分系统：F0 为无纤维化；F1 为汇管区纤维性扩大，但无纤维间隔形成；F2 为汇管区纤维性扩大，少数纤维间隔形成；F3 为多数纤维间隔形成，无硬化结节；F4 为肝硬化。

1.5 统计分析

应用SPSS 19.0 统计软件进行数据统计分析。统计变量使用平均值±标准差表示。利用Spearman相关系数评估不同b 值组合下ADC 值与MRE 弹性值之间的相关性。确定用于虚拟弹性成像的关键b 值组合。应用回归分析，生成vMRE 计算公式。应用单因素方差分析和独立样本t 检验对不同纤维分期进行统计分析。采用受试者操作特征（receiver operator characteristic，ROC）曲线对vMRE和MRE 在不同阶段肝纤维化的诊断效能进行评估和比较。P<0.05 为差异具有显著统计学意义。

2 结果

ADC0-1200、ADC50-1200、ADC100-1500、ADC150-800、ADC150-1200、ADC200-800、ADC200-1000、ADC200-1200与MRE 弹性值有显著相关性（r=-0.445，P=0.026；r=-0.435，P=0.034；r=-0.421，P=0.036；r=-0.573，P=0.003；r=-0.545，P=0.006；r=-0.399，P=0.048；r=-0.530，P=0.006；r=-0.625，P=0.001），其中ADC200-1200值与MRE 弹性值相关性见图1。在所有b 值组合中，200 和1200 组合计算的ADC 值与MRE 弹性值相关性最高。ADC0-800、ADC0-1000、ADC0-1500、ADC50-800、ADC50-1000、ADC50-1500、ADC100-800、ADC100-1000、ADC100-1200、ADC150-1000、ADC150-1500、ADC200-1500与MRE 弹性值无显著相关性（r=-0.153，P=0.464；r=-0.247，P=0.235；r=-0.187，P=0.371；r=-0.344，P=0.099；r=-0.271，P=0.200；r=-0.167，P=0.437；r=-0.185，P=0.376；r=-0.235，P=0.258；r=-0.341，P=0.095；r=-0.118，P=0.583；r=-0.221，P=0.299；r=-0.371，P=0.068）。

图1 ADC200-1200 值与标准MRE 剪切模量之间的相关性。

本研究病理结果示F1 期病例8 例，F2 期病例7 例，F3 期病例7 例，F4 期病例3 例。各期患者ADC200-1200值和MRE 弹性值均具有显著统计学差异（P<0.05）（表1，图2～5）。F1～2 期人数为15 例，平均ADC200-1200为（1.083±0.078）×10-6mm2/s，平均MRE 弹性为2.69 kPa；F3～4 期人数为10 例，平均ADC200-1200为（0.959±0.089）×10-6mm2/s，平均MRE弹性为4.44 kPa。F1～2 期和F3～4 期患者ADC200-1200值（t=0.693，P<0.05）和MRE 弹性值（t=-4.211，P<0.05）均具有显著统计学差异。

图2 女，34 岁。a）横断位抑脂T2WI；b）肝脏MRE，弹性值为2.48 kPa；c）肝脏ADC200-1200 图，ADC 值为1.151×10-6 mm2/s；d）HE 染色：METAVIR F1（×4 倍）。图3 男，34 岁。a）横断位抑脂T2WI；b）肝脏MRE，弹性值为2.89 kPa；c）肝脏ADC200-1200 图，ADC 值为1.085×10-6mm2/s；d）HE 染色：METAVIR F2（×4 倍）。 图4 男，41 岁。a）横断位抑脂T2WI；b）肝脏MRE，弹性值为3.54 kPa；c）肝脏ADC200-1200 图，ADC 值为0.959×10-6 mm2/s；d）HE 染色：METAVIR F3（×4 倍）。 图5 男，48岁。a）横断位抑脂T2WI；b）肝脏MRE，弹性值为5.71 kPa；c）肝脏ADC200-1200 图，ADC 值为0.924×10-6 mm2/s；d）HE 染色：METAVIR F4（×4 倍）。

表1 慢性乙型肝炎不同肝纤维化分期ADC 值及MRE 弹性值均值及比较

应用回归分析，得到基于DWI 的vMRE 计算公式为：vMRE=-6.2723×ADC+9.8542，并计算慢性乙型肝炎患者的vMRE 值。肝纤维化AUC 在F1～2期和F3～4 期分别为0.867（95%CI：0.725～1.000）和0.960（95%CI：1.000～1.000）（图6）；两种方法ROC曲线下面积之差为-0.133，Z 统计量为-1.828，P=0.068，两种检验诊断价值的差异在统计学上无显著性差异。

图6 vMRE 与MRE 在鉴别肝纤维化F1～2 期与F3～4 期的ROC曲线。

3 讨论

本研究通过与病理、MRE 对比，探索了一种基于DWI 的vMRE 技术用于慢性乙型肝炎肝纤维化程度评估新方法。笔者发现，b 值为200 和1200 计算的ADC 值与MRE 剪切模量具有很好的相关性（r=-0.625，P=0.001）。应用ADC 值计算的vMRE 剪切模量对于区分不同程度慢性乙型肝炎肝纤维化具有很好的诊断效能。

肝纤维化主要表现为胶原为主的细胞外基质过量沉积，肝脏硬度增加［3］。MRE 是对组织的硬度进行评价的一种“影像触诊”方法［4］。MRE 在早期诊断纤维化及纤维化分期、评估治疗效果等方面发挥了重要作用，具有无创、良好的重复性、稳定的检测结果以及能提供肝脏的全貌等优点［5,6］。但是它仍然具有一些局限性，如对于铁质沉积的患者，由于铁负荷过大，使局部磁场不均匀，质子很快去相位，从而造成信号缺失的现象；且MRI 需要专用的激发器、专用的成像序列和后处理软件［7］。临床上常用的肝纤维化无创评估方法，还包括超声剪切波弹性成像（ultrasonographic shear-wave elastography，SWE）和基于增强CT 或MRI 的细胞外容积成像（extracellular volume，ECV）［8,9］。SWE 具有无创、无痛、操作便捷等优点，可以无创评估肝纤维化［10］。SWE 使用共聚焦的超声波推动脉冲产生的剪切波更容易衰减，从而使测量的肝脏硬度结果不可靠，且在肥胖、腹腔积液患者中操作的失败率会明显增加。亚洲人体型较欧美人小肋间隙相对狭窄影响剪切波的传导，也会增加失败率。基于CT 或MRI 增强计算的ECV 也被用于评估肝纤维化［11,12］。但是有研究认为ECV 对于评估肝纤维化诊断效能较低［13］。其次ECV 需要患者注射对比剂检查，且注射对比剂延迟扫描时间目前没有统一的标准。另外ECV 的计算需要红细胞比容，因此需要进行血液学检查。

肝纤维化时，肝脏结缔组织中胶原蛋白沉积增加，导致水分子扩散运动受限，这是应用DWI评估肝纤维化的基础［14］。随着肝纤维化的进展，使细胞外水分子的扩散运动受到限制同时，细胞内水分子的扩散运动亦会受到限制，从而引起ADC值的降低［15,16］。兔肝纤维化模型研究发现，在应用ADC 值定量肝纤维化时，随着肝纤维化阶段的进展，ADC 值逐渐降低［17］。一项回顾性分析发现，肝脏ADC 值与肝纤维化分期呈负相关，研究认为ADC 值具有预测肝纤维化的能力，具有可接受的诊断准确性［18］。MRE 是一种无创评估肝脏硬度的成熟方法，被认为是评估肝纤维化的生物标记物［19］。本研究发现ADC 值与MRE 弹性值具有很强的相关性，基于DWI 计算的vMRE 可为标准MRE 提供替代手段。由于肝组织内的水分子扩散的变化，在肝纤维化发生形态学改变之前，基于DWI 的肝纤维化非侵入性诊断为肝纤维化评估提供了一种新的手段，且其敏感性可能更高［2］。

DWI 仅需要两个b 值，小b 值主要反映组织灌注情况，较大的b 值主要反映水分子的离散状态，增加对非高斯扩散的敏感性，从而增加了对组织微观结构的影响［20］。本研究证实了b 值组合（200 和1200 s/mm2）与肝脏硬度MRE 弹性值具有显著的相关性（P<0.05），这些结果支持本文的假设，即肝纤维化时肝脏组织的弹性（硬度）特征可以直接可靠地从DWI 的ADC 值中获得。与MRE相比，基于DWI 的vMRE 不需要外接设备和对比剂，可以在较短的时间内获得多个部位的图像直接评估肝纤维化程度。Kromrey 等［21］研究认为b 值为200 和1500 时获得的vMRE 与肝脏纤维化相关性更好，这可能是因为本研究中仅仅纳入了慢性乙型肝炎患者，先前的研究中纳入了包括乙型肝炎、丙型肝炎、非乙型和丙型肝炎、非酒精性脂肪性肝炎和酒精性脂肪性肝炎等慢性肝病，两个研究纳入病种存在差异。

随着肝脏硬度的增加，肝脏ADC 值降低，且肝脏硬度与ADC 值呈线性相关。尽管在区分肝纤维化分期方面，有文献认为ADC 技术不如MRE［22,23］。而本研究发现，在慢性乙型肝炎中虽然标准的MRE 技术在肝纤维化分期中的表现出更好的诊断效能，但与vMRE 技术相比并没有显著统计学差异。这可能因为相比于先前的研究，笔者使用了更高的b 值增加了非高斯扩散的敏感性，从而增加了组织微观结构的影响。本研究表明，在没有MRE 驱动装置及后处理软件的情况下，应用基于DWI 的vMRE 技术仍可对慢性乙型肝炎肝纤维化进行很好地诊断和分期。

本研究的局限性：首先这是一项单中心的研究且样本量不够大，纤维化分组中F4 组仅有3 例，未来需要更多中心和更大样本量的研究；其次，在进行MRE 和ADC 图选择ROI 时，尽可能选择相近的位置，但是仍未做到点对点的精准匹配；第三，在高b 值时DWI 图信噪比降低，运动伪影增加，需要进一步优化扫描参数。

综上，使用高b 值组合DWI 计算的ADC 值与MRE 计算的剪切模量具有很好的一致性，基于此形成的vMRE 技术可以实现无需使用外接机械振动设备进行慢性乙型肝炎肝纤维化分期。