MR-T1rho成像原理及在肝纖維化中的研究進展

李清， 謝雙雙， 程悅， 沈文

MR-T1rho成像原理及在肝纖維化中的研究進展

李清， 謝雙雙， 程悅， 沈文

T1rho弛豫時間是旋轉坐標中的自旋-晶格弛豫時間，決定了自旋鎖定脈沖場中橫向磁化的衰減，對低頻運動敏感，可以探查軟組織中蛋白質等大分子的含量。肝纖維化是各種病因持續刺激導致膠原、蛋白聚糖等在細胞外基質中過量沉積的過程，早期階段可以逆轉，如不能給予有效的藥物干預，最終將發展為肝硬化甚至肝癌。因此肝纖維化的早期診斷及準確分級具有重要意義。本文就MR-T1rho的基本原理及其在肝纖維化中的研究進展予以綜述。

磁共振成像； 肝纖維化； 肝硬化； 診斷

肝纖維化是各種病因持續刺激下肝臟損傷修復的結果，是各種慢性肝臟疾病的共同病理改變過程[1]。進展期肝纖維化可發展為肝硬化甚至肝癌，因而肝纖維化早期診斷及準確分期具有重要意義。目前肝穿刺活檢仍被認為是診斷肝纖維化的“金標準”[2]，但肝穿為有創性操作，樣本采集誤差大[3-4]、可重復性差、病理評估存在主觀性[5-6]，而且可能發生并發癥[7]，不利于動態觀察病情變化。目前研究報道中可用于無創評估肝纖維化的方法包括超聲彈性成像、CT灌注成像、MR彈性成像、擴散加權成像(DWI)、磁共振波譜成像、雙對比MR動態增強成像和核醫學檢查等，但上述方法均存在一定的局限性和不足，準確性及特異性有待進一步提高[8-13]。

肝纖維化的病理基礎是膠原、蛋白聚糖等大分子物質在細胞外基質中過量沉積[1]?？紤]到T1rho是旋轉坐標中的自旋-晶格弛豫時間，對低頻運動敏感，可以直接探查緩慢運動過程中大分子物質與水分子之間相互作用，從而間接探查軟組織中蛋白聚糖、蛋白質等大分子的含量[14]，因此其有望在病理水平對肝纖維化進行評估。隨著MRI技術的發展，MR-T1rho已廣泛應用于神經系統、骨關節系統等領域，近年來在肝纖維化研究中的應用也逐漸增多，本文就其成像原理及在肝纖維化中的研究進展予以綜述。

T1rho的基本原理及成像過程

1.T1rho的基本原理

在旋轉坐標系中，向橫向平面施加自旋鎖定脈沖后得到的自旋-晶格弛豫稱為T1rho弛豫。在形成T1rho弛豫過程中，首先同經典T1弛豫或者T2弛豫一樣施加B1將縱向磁化矢量翻轉至橫向平面，緊接著施加自旋鎖定脈沖與該橫向磁化矢量方向保持一致，在自旋鎖定持續時間(time of spin lock length,TSL)內，橫向磁化矢量不能再以指數形式自由衰減，而是被強制保持在該方向上弛豫，此時橫向磁化矢量不再依賴T2弛豫而是依賴T1rho弛豫[15]。實現這種現象的自旋鎖定脈沖是一種諧振而且連續的射頻脈沖，具有較長持續時間和較低能量。自旋鎖定脈沖停止后再施加一個90°脈沖，將橫向磁化矢量翻轉回縱向平面。然后施加一個梯度場毀壞殘存的橫向磁化矢量。最后利用2D/3D FSE[16]、2D/3D GRE[17]、平衡穩態自由進動[18]、及超短TE(UTE)[19]等序列讀取所積累的縱向矢量。

傳統T1弛豫中，縱向磁化矢量通過與周圍晶格中達到或者接近拉莫爾頻率的進動進行能量交換，在自旋鎖定脈沖條件下，橫向磁化矢量能夠與周圍晶格中達到或者接近自旋鎖定脈沖頻率(spin lock frequency，FSL)的進動進行能量交換[15]。T1rho對自旋鎖定脈沖頻率的依賴與T1對拉莫爾頻率的依賴是一致的，由于FSL=γ·BSL(其中γ為氫質子的旋磁比(42.58 MHz/T)，BSL為自旋鎖定脈沖的幅度)，與BSL呈正比，通常為幾百赫茲至幾千赫茲的低頻，因此T1rho對低頻運動敏感，而晶格中的低頻運動與大分子的存在有關，從而T1rho可以提供緩慢運動過程中大分子相互作用的信息，用于探查細胞外基質中大分子的組成及組織中的質子交換。簡言之，自旋鎖定技術能提供極低磁場強度，增加水與大分子間相互作用的弛豫效能，從而T1rho加權像具有良好的軟組織對比度，可以應用于臨床間接探查軟組織中蛋白聚糖、蛋白質等大分子的含量。

T1rho代表了組織在自旋鎖定脈沖條件下的自旋-晶格弛豫特性，其信號衰減模型如下：STSL=S0*exp(-TSL/T1rho)，其中S0為初始磁化強度，STSL為一定TSL時的磁化強度，TSL為自旋鎖定脈沖持續時間。

2.T1rho成像技術的改進

由于B0、B1磁場不均勻性的存在會影響自旋鎖定脈沖場的有效方向和磁場強度，最終產生條帶狀偽影。Sridhar等[20]為補償B1磁場不均勻性帶來的偽影，提出了旋轉回波式自旋鎖定脈沖，這種自旋鎖定脈沖分為兩個持續時間相同、相位相反的部分，可以矯正章動角度，從而減小圖像偽影。此外，自旋鎖定脈沖持續時間長、翻轉角較大等還會導致較大的SAR值。Wheaton等[21，22]采用部分K空間采集方式降低SAR值，并采用鎖眼采集方法縮短采集時間，提高時間分辨力。Mark等[23]采用平行采集技術，通過減少相位編碼數，也達到了減少采集時間的目的。

T1rho在肝纖維化中的研究

1.動物實驗

早期，Wang等[24]對8只膽管結扎術后小鼠肝臟的T1rho值進行觀察，發現隨著肝纖維化的進展，T1rho值逐漸增加，且T1rho值的增加與肝臟內膠原的沉積水平相一致，推測T1rho值的增加可能與肝纖維化過程中膠原的沉積量有關。隨后Zhao等[25]對腹膜內連續注射四氯化碳制作的小鼠肝纖維化模型進行研究，發現在注射的6周內T1rho值隨著四氯化碳注射次數的增加而不斷升高，且在注射停止后第1周、第4周對實驗鼠進行復查觀察到T1rho值又有所降低，證實了T1rho在肝纖維化嚴重程度及逆轉情況評估中的潛能。另外，該研究還發現T1rho值會受到細胞水腫及急性炎癥的輕微影響。Hu等[26]同樣對四氯化碳中毒肝纖維化模型小鼠進行了T1rho掃描研究，并獲取肝纖維化病理分級，發現除了F1與F2，其余肝纖維化分級F0～F4兩兩組合間T1rho值差異均具有統計學意義，且T1rho值與肝纖維化級別呈正相關(r=0.863,P<0.001,CI:0.779～0.911)，同時發現T1rho的診斷效能較理想(AUC:F0 vs.F1～F4=0.976,F0～F1 vs F2～F4=0.920,F0～F2 vs F3～F4=0.938,F0～F3 vs F4=0.931)。因此認為T1rho成像能夠用于肝纖維化的檢測，并在肝纖維化的分級診斷中具有重要價值。

2.T1rho在人體肝臟的研究

Deng等[27]通過對15名正常志愿者重復掃描研究，發現兩次重復掃描具有良好的相關性，組內相關系數為0.764，并且T1rho值不受空腹及餐后狀態的影響。同樣Singh等[28]通過5名正常志愿者T1rho重復掃描實驗，發現正常志愿者同一天間隔5min重復掃描的變異系數為(0.83±0.8)%，不同天重復掃描的變異系數為(5.4±2.7)%，提示正常人肝臟T1rho成像具有很好的穩定性。以上研究表明T1rho成像技術在正常人肝臟中具有較佳的可行性及可重復性。然而，不同研究得到的正常人肝臟T1rho值存在著一定差異，Deng等[27]在3.0T MR掃描下測得正常人肝臟T1rho值為38.6～48.3ms，而Singh等[28]、Rauscher等[29]及Allkemper等[30]利用1.5T MR進行掃描得到正常人肝臟T1rho值分別為(51.04±3.06)ms、(47.8±4.2)ms及(40.9±2.9)ms，推測這些差異可能與掃描設備不同有關；并且在圖像采集時Singh等[28]選取了4個TSL，分別為0、10、20及30 ms，Rauscher等[29]選取了5個TSL，分別為4、8、16、32及48 ms，Allkemper等[30]選取10、20、40及80ms 4個TSL，因此推測這些差異可能為圖像采集時使用的TSL不同所致。在TSL選擇上，肝臟T1rho掃描的最佳TSL組合尚未見文獻探討，因此優化T1rho掃描參數尚需進一步探索。

在肝硬化或肝纖維化患者T1rho研究中，Rauscher等[29]比較10名正常人與21名肝硬化患者在1.5T MR掃描下的肝臟T1rho值，發現肝硬化患者的平均T1rho值(57.4±7.4 ms)明顯高于正常志愿者(47.8±4.2 ms，P=0.0007)。Allkemper等[30]通過25名正常志愿者及34名肝硬化患者全肝T1rho成像，同樣發現肝硬化患者的平均T1rho值明顯高于正常志愿者，且肝硬化Child-pugh分級越高，T1rho值越高，Child-pugh A與B(P<0.002)、B與C(P<0.009)、A與C(P<0.001)間差異均具有統計學意義。Singh等[28]通過對比健康志愿者與肝纖維化患者肝臟T1rho值，發現T1rho值與肝纖維化等級間存在相關性。以上研究表明T1rho可以用于肝硬化及肝纖維化的診斷，并且有望用于肝硬化的分級中。此外，Allkemper等[30]還發現T1rho值不受年齡因素的影響，且與組織的炎癥活動、脂肪變性及鐵沉積無關，這與Zhao等[25]的動物實驗結果有輕度偏差，結果有待更多研究來證實。然而，Takayama等[31]通過對慢性肝病患者進行T1rho掃描研究，發現肝臟T1rho值與血清總膽紅素、直接膽紅素及吲哚菁綠保留率呈正相關，與血清蛋白及γ-谷氨酰轉肽酶呈負相關，提示T1rho可以用來評估肝臟功能，但T1rho值與肝纖維化及肝臟炎癥壞死程度并無相關性，推測其不能反映肝纖維化的嚴重程度。

目前研究發現T1rho成像在正常人肝臟掃描中具有較佳的穩定性，并與空腹及餐后狀態無關。但掃描技術上還存在著一些不足，掃描時長和序列的穩定性需要進一步優化。基于成像原理，T1rho成像對評估肝纖維化及肝硬化存在巨大潛能，動物實驗及臨床研究已對此進行了證實，但仍有少數研究持相反態度。并且T1rho值是否會受到肝臟組織的炎癥活動、脂肪變性及鐵沉積等的影響還有待進一步探索。綜上，T1rho成像在肝纖維化診斷及分級中的價值，仍需要更多的研究來進一步證實。

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300192 天津，天津醫科大學一中心臨床學院(李清)；300192 天津，天津市第一中心醫院放射科(謝雙雙、程悅、沈文)

李清(1990-)，女，河北邢臺人，碩士研究生，主要從事腹部診斷與研究工作。

沈文，E-mail：shenwen66happy@163.com

國家自然科學基金(81671657)

R445.2; R575.2

A

1000-0313(2017)07-0758-03

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.07.021

2016-07-25)