影像学功能成像在肝脏病变中的应用进展.doc

综 述影像学功能成像在肝脏病变中的应用进展谢卫东 综述 刘文亚 审校医学影像技术的飞速发展带来影像医学的巨大变革。由于CT 、MR 成像速度不断加快，图像的时间分辨率和空间分辨率不断提高，影像医学正在从传统的以大体病理解剖为基础的单纯形态学检查向以形态学和反映细胞分子水平生理生化改变的功能学检查相结合的方面发展。以CT 灌注成像、MR扩散加权成像、MR 灌注成像、MR 波谱分析为代表的功能性成像技术正成为研究热点。 其中尤其在肝脏病变，特别是肝脏肿瘤的早期诊断和鉴别诊断、疗效评价、预后分析等方面显示出巨大的优越性，具有远大的发展前景。1 传统影像学和影像功能成像的特点和比较11 传统影像学的特点传统CT/MR图像可以在一定程度上反映出肝脏病变的病理变化，如弥漫性脂肪肝导致的肝脏弥漫性的密度减低，如占位性病变生长增殖形成低密度的病灶实质和周围更低密度的浸润水肿带，如病变退变并沉积钙盐，形成高密度的钙化，病灶中心因营养障碍而坏死液化形成不规则的“液化腔”。传统影像学有以下不足之处：没有一个可以统一的，可准确定量分析的指标，对治疗前后的病变活力的评价。能在形态学上表现出来的明显形态学特征的变化如钙化，液化等往往在病变发展的终末阶段出现，往往信息滞后。在对于病变诊断和治疗最有意义的病灶生长早期阶段，这些形态学改变的临床意义有限。目前随着临床新技术的发展应用，临床治疗倾向于无创或微创。如何准确判断病灶的增值活力，从而制定治疗方案？如何对介入或射频治疗后的病灶进行早期，及时，准确，可定量的病灶增殖活性的分析？新兴的影像学功能成像技术的出现，有望解决这一问题。1.2 影像学功能成像的特点影像学功能成像主要包括CT灌注成像、MR灌注成像、MR 波谱分析、MR扩散加权成像。CT灌注成像扫描范围局限，且放射线吸收量大，且容易受介入术后的碘油干扰。MR灌注成像不受碘油的影响，但仍需注入造影剂，对人体有一定创伤、MR 波谱分析的图像不直观。本文主要对磁共振扩散加权成像技术作以下综述。2 磁共振扩散加权成像基本原理磁共振扩散加权成像(Diffusion Weighted Imaging，DWI)作为MRI功能成像新技术，是唯一能在活体检测组织内水分子扩散运动的无创影像检查技术，能在宏观成像中反映活体组织中水分子微观扩散运动。以往DWI主要集中应用于神经放射学领域并且显示出巨大的临床应用价值1,2。随着快速成像技术的迅速发展，DWI已逐步应用到全身其它系统和器官，特别是应用于腹部器官的检查，早期诊断和鉴别诊断 3, 4，和肿瘤治疗的效果的评价5。MR扩散成像技术（DWI）是以突出水分子的弥散效应作为图像对比的一种成像方法。通过施加弥散敏感梯度脉冲，使运动的水分子产生相位离散、信号降低，而静止的水分子信号强度不受影响，因而，水分子运动越自由的组织，信号强度降低越明显，从而将MR信号与组织内氢质子或水分子不连贯的微观运动联系起来，从而反映组织的结构特点。DWI信号与弥散系数负相关。在活体内，DWI信号除受弥散的影响外，还可能对一些生理活动，（如心脏搏动、呼吸、灌注、肢体移动等）敏感，所测得的弥散系数并不仅仅反映水分子的弥散状况。因此，表观弥散系数(Apparent Diffusion Coefficient，ADC)作为一个定量指标用来描述活体DWI中的弥散状况。ADC值的大小反映了组织水分子运动的快慢，即弥散速度快的组织具有较高的ADC值。对于液性组织，ADC值的差异受水成分的影响；在实性组织中，细胞内外水平衡和细胞结构的改变导致了ADC值的差异6,7,。ADC值可以转化为直观的ADC图，ADC值由高至低，在ADC图上表现为由红至黄至绿至蓝色的区域。DWI中的信号改变与ADC值的关系表示如下8：ADCln（S2/S1）/（b1b2）。S1、S2是不同弥散敏感系数（b1、 b2）条件下DWI的信号强度。ADC值增大，代表水分子弥散增加，而DWI信号降低，反之亦然。总之，DWI图像信号高低和ADC值的大小综合反映了水分子的弥散情况。3 肝脏DWI技术和参数3.1 扫描技术DWI技术最早应用于头部,已广泛应用于缺血性脑病的早期诊断。常规SEDWI序列成像时间长，体部脏器的呼吸、心跳、及蠕动等生理活动影响了肝脏成像质量，使DWI在肝脏的应用受到了限制。随着快速成像技术的发展和平面回波成像(echo-planar imaging)的出现，以其成像速度快、减低生理运动伪影、成像信噪比高，使DWI在肝脏中应用成为可能9.单次激发自旋回波平面回波成像(Single-shot Spin-echo Echo-planar Imaging，SS-SE-EPI)是肝脏DWI最常用的序列。SS-SE-EPI序列通常需加入脂肪抑制序列如短时间翻转恢复(Short Time Inversion Recovery，STIR)、化学位移法(Chemical Shift Selection，CHESS)来提高成像的信噪比。此外平行采集成像技术(parallel imaging)以减少回波时间(ehco time，TE)时间，明显减少了生理运动伪影，可以获得高质量的DWI图像，并行采集空间敏感编码技术(Array Spatial Sensitivity Encoding Technique，ASSET)是其具体应用。高场强磁共振的应用和体部多通道线圈开发、呼吸门控技术、心电门控技术的应用拓展了DWI的应用。3.2 DWI检查中，b值的选择b值为扩散敏感系数，即梯度因子，代表弥散成像中弥散梯度作用的效力，b值的选择对DWI图像质量及ADC值的测量极为重要。在生物组织体内内，扩散加权图像上的信号衰减一方面取决水分子的扩散效应，另外一方面还取决于毛细血管微循环灌注的作用10，b值的改变主要是改变了DWI技术对探测组织中水分子运动的敏感性.低b值成像，比较适合肝脏的TE值，具有良好的信噪比, ADC值在很大程度上受肝脏血流灌注的影响，而对水分子微观的扩散运动不敏感；高 b值和高b值差成像，则DWI对水分子的微观扩散运动较为敏感,可以将体内毛细血管血流灌注和其他生理活动的干扰降低，所得ADC值接近真正的弥散系数。有鉴于此，组织及病灶的血流灌注对小b值时DWI测得的ADC值影响较大，因此应该利用大的b值和大的b值差来反映病变水分子真实的弥散情况11。但在一定运动敏感梯度场场强的情况下，大b值导致DWI的TE值提高，然而TE时间延长不适合肝脏扩散成像，理想的TE时间应该接近肝脏实质本身的TZ时间(46ms)。对b值与DWI图信号强度、信噪比、ADC值的相关分析结果也印证了这一规律，b值越大，图像信号强度及信噪比越差，ADC值减低。对于b值的选取，尚没有准确定论。但大多数研究认为合适腹部DWI检查的b值为500-800s/mm2。12-14,4 DWI肝脏疾病评价中的应用DWI技术有两个指标：DWI图像和表观弥散系数(Apparent Diffusion Coefficient，ADC)。二者从形态学和定量分析两方面反映了病灶的物质结构变化。DWI信号与弥散系数负相关。ADC值可以转化为直观的ADC图，ADC值由高至低，在ADC图上表现为由红至黄至绿至蓝色的区域。ADC值增大，代表水分子弥散增加，而DWI信号降低，反之亦然。这不仅提供了形态学方面的诊断信息。其更人的优势在于功能判断与定性诊断。活体组织的水分子扩散快慢、组织ADC值受细胞内外水黏滞度、比例、膜通透性、方向和温度的影响，扩散快的组织信号衰减大，DWI上呈暗色；ADC图上呈亮色，表示ADC值大；扩散慢的组织信号衰减小，DWI图上呈亮色，ADC图上呈暗色，表示ADC值小。尽管各种MR扫描仪所测得的纯水ADC值比较相近，但由于在活体中ADC值受诸多因素的影响，每台MR扫描仪所用的序列和成像参数又各不相同，因而所测的正常脏器的ADC值有较大的差异15-18。 4.1 DWI在肝脏弥漫性病变中的应用弥散加权成像是一种对分子布朗运动非常敏感、唯一无创性反映活体组织功能状态的检查技术 19.Namimoto等20发现硬化的肝脏组织的ADC值略低于正常肝组织。Amano等21对10例正常志愿者和10例肝硬化病人进行DWI对照研究，结果是肝硬化的ADC值明显小于正常肝组织，均认为肝硬化组织ADC值下降与肝内纤维增生造成水分子活动受限有关。相关肝纤维化的DWI研究认为：肝纤维化时，肝脏的ADC值减低，肝纤维化时肝组织的ADC值与Child-Pugh分级和纤维化分期存在显著相关性，ADC值随着纤维化病变程度加重呈进行性下降，ADC与肝纤维化四项指标之间存在明显的负相关, ADC值与肝纤维化的严重程度呈负相关，尤其是当b=800s/mm2时相关性最佳(r=-0.697,P=0.000)， DWI检查可用于肝纤维化程度的判定22-25。肝硬化组织ADC值降低原因根据b值不同分为两种情况：采用大b值获得肝硬化ADC值显著低于正常肝脏，其原因可能在于肝组织内纤维增生限制了水分子的活动所致；而采用小b值时，肝硬化ADC值下降的原因则可能是肝实质内血流灌注减少。有动物实验26，表明同时阻断肝动脉和门静脉，左右半肝的ADC值均明显降低，说明小b值DWI时，血流灌注明显影响肝脏组织的ADC值；而所有动物单独阻断肝动脉或门静脉血流，ADC值均无明显降低，可见肝动脉与门静脉的血流可以相互补偿，证实了ADC值的减低与肝脏血流灌注变化相关。灌注减少会影响肝ADC值的测量。国外相关研究27发现中门静脉的血栓造成其所支配区域的供血减少，但其ADC值仍高于正常肝实质。可能原因为肝动脉血流对缺血区域代偿性增多。如何准确测量ADC值，直接关系到对病灶性质的解释和判定。总之，若ADC值能准确反映肝纤维化程度，与肝脏穿刺活检比较，无疑是一种简便无创的新方法，较传统的形态学影像能更早反映肝纤维化的情况，ADC值的测量可作为肝纤维化的辅助诊断指标，有助于肝纤维化的进展情况和治疗效果的动态观察。由于体部各正常器官组织与病变ADC值，多来源于不同b值及较少病例的总结，结论还存在相互矛盾，因此，如何规范ADC值测量，还有待于临床大量病例的经验总结，另外肝脏的ADC值还受很多因素影响，如肝内铁沉积28、肝脏脂肪浸润29等，需要综合考虑。4.2 DWI在肝脏局灶病变诊断中的价值4.2.1 DWI在肝内占位性病变中的应用在纯水中，水分子的扩散运动充分自由，而在活体组织中，生物膜及体液中的大分子将限制水分子的运动，不同的组织结构和分子环境对水分子运动的限制程度则不同，DWI通过检测组织内水分子的运动状态来反映组织的结构特点。不同的肝脏病变有不同的组织结构特点，因而DWI能从微观水平为病变的鉴别诊断提供信息。单纯肝囊肿内自由水分子丰富，运动相对自由；而肝血管瘤为大小不等的血管腔。内衬血管上皮，其内充满了血液，血管腔隙间填充有纤维间隔及基质，并且存在着瘢痕及出血。海绵状血管瘤和囊肿主要由液体成分构成，其ADC值高于肝内实质性肿瘤。肝脓肿的脓腔内含有粘蛋白、细菌、炎性细胞、细胞碎组织的粘稠酸性液体，这些成分均限制了水分子的扩散。同时水与大分子的结合也限制了其扩散。肝癌组织血供丰富，主要成分为肝细胞和血管，细胞密度高，水分子扩散较良性病变受限。转移瘤乏血供，主要由肝细胞组成更加限制了水分子的扩散运动。因此结合DWI信号和ADC值有助于肝脏局灶性病变的准确诊断。肝脏局灶性病变的诊断与鉴别诊断一直是研究的重点。大量研究表明肝脏局灶性病变的良、恶性之间存在统计学差异，良性病变的ADC值大于恶性病变的ADC值，ADC值由大小的顺序是肝囊肿、肝血管瘤、肝脓肿、肝癌、肝转移。由于研究者所用机型、参数不同也各不相同，对良、恶性病变的分界值没有定论。Lim等30研究认为当b值取为846 s/mm2时，ADC值为1.63103mm2/s，可作为鉴别肝脏良恶性肿瘤的分界点，其敏感度达98%。特异度达80。Taouli等31报道，所有病灶中ADC值210 3mm2/s者为良性。l10-3mm2/s者为恶性，将ADC为1.5 10-3mm2/s定为良、恶性肿瘤的分界点其敏感性为84%，特异度为89%。Namimoto等32报道利用DWI及ADC值的测量可以鉴别94%的肝脏囊性良性病变与实质性恶性病变。4.2.2 肝内各种常见病变的ADC值有研究18对67例119个肝脏局灶病变作了DWI所用的为SEEPI DWI序列，b低=30s/mm2、b高=1l00s/mm2，测得的肝细胞癌、肝脏转移瘤、海绵状血管瘤、肝囊肿的平均ADC值分别为0.970.1910-3mm2/s、1.190.2510-3mm2/s、1.870.2910-3mm2/s及3.040.3410-3mm2/s。以血管瘤ADC值的上下界为标准，囊肿与海绵状血管瘤之间无重叠，肝细胞癌与血管瘤及肝囊肿也无重叠。根据DWI图像分析及ADC值，常规MRI鉴别困难的37个病灶，有24个病灶可得以鉴别。5例9个转移瘤病灶，中央有明显坏死，其ADC值与血管瘤重叠。肝转移瘤的平均ADC值高于肝癌，但两类病变间多有重叠，鉴别困难。4.2.3 DWl对肿瘤治疗疗效的评价目前肿瘤学中放辽，化疗和射频消融等方法应用广泛。因此需要一种方法能在治疗后早期及时准确的评价病变的变化，同时对治疗的副反应做出评估，从而对治疗方案合理调整。DWI序列是一项能无创检测活体生物体内水分子运动状态的改变而反映组织结构和细胞密度等信息的MRI新技术，目前已经广泛应用于神经系统和肝脏恶性肿瘤的诊断.DWI技术有DWI图像和ADC值这两个评价指标，属于形态和功能双重成像技术33，ADC值可以对治疗后的生理、病理变化变化进行准确量化。有关DWI技术的相关研究指出：DWI序列和ADC值可以动态观察肝癌介入治疗后癌细胞是否坏死、存活和复发，可及时有效的定量评估介入治疗疗效，和鉴别射频消融治疗肝癌后坏死组织与复发或残留肿瘤组织 34-36。Provenzale等37研究表明，恶性肿瘤增殖迅速，细胞密度高、间隙小，同时由于细胞生物膜的限制和大分子物质对水分子的吸附作用增强，限制了肿瘤水分子扩散受限，导致其ADC值降低。DWI 在评价肿瘤疗效中的价值已经在动物实验中得到了证实38,39，5总结人体器官的功能和解剖结构是相互依存的。人体器官的功能活动是以其解剖结构为基础，而解剖结构的存在又必须依赖其正常的功能活动（血供和代谢）。解剖结构的变化必然伴有功能的改变，而持久的功能活动异常也终将导致解剖结构的损伤，这就决定了功能性和解剖性显像两者之间的关系只能是相辅相成、互为补充、互为一体。因此传统影像形态学检查和影像学功能成像应该相结合用于病变的诊断和鉴别诊断和疗效评价以及副反应的评估。肝脏DWI技术前景广阔。 参考文献1 Yoshikawa K, Nakata Y, 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