盤中賢,文武成,孟凡琦,郝連濤,李主鏡,袁景,楊曉燕,呂涵青,胡元明,陳玥瑤
磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography,MRE)是一種通過檢測組織在外加剪切波下的質點相位位移評估組織硬度的成像技術。其中肝臟MRE 常用于評估肝纖維化,其機制是肝纖維化的膠原增生、游離膠原支鏈交聯等病理變化會導致肝組織的硬度增高[1-3]。肝纖維化的臨床管理需要長期動態監測,而動態監測需要無創、準確且高可重復性的檢查方法。眾多無創性肝纖維化檢查方法中,肝臟MRE是公認最準確的[4-6],其測值的可重復性也高于超聲彈性成像、肝活檢、磁共振擴散加權成像等肝纖維化檢查技術[7-8]。已有研究表明慢性肝病(chronic liver disease, CLD)患者的肝鐵過載、脂肪變性、高體質量指數(body mass index, BMI)等常見并發癥會影響肝臟MRE 的圖像質量或肝臟硬度值(liver stiffness,LS)[9-12],而這些干擾因素背景下的肝臟MRE-LS 值可重復性及穩定性尚無深入研究。此外,既往研究大部分采用基于梯度回波(gradient recalled echo,GRE)序列的MRE,容易因肝鐵過載而降低信噪比,影響圖像質量,導致檢查失敗[9,12]。這會剔除肝鐵過載嚴重的患者,不利于探討肝鐵過載與肝臟MRE 的關系。Wang等[12]研究發現,即使在CLD的肝鐵過載患者中,基于自旋回波(spin echo, SE)序列的肝臟MRE檢查成功率也高達93.8%,明顯優于基于GRE 序列的檢查成功率(0.0%)。Serai 等[13]在肝鐵過載更嚴重的人群中(47%鐮狀細胞性貧血、26%β-地中海貧血),也證實了基于SE 序列的MRE 在嚴重肝鐵過載患者中的可行性。本研究擬采用基于SE 序列的肝臟MRE,評估MRE-LS 值在CLD 患者常見干擾因素背景下的可重復性及穩定性。
該研究獲得深圳市中醫院醫學倫理委員會批準,免除受試者知情同意,批準文號:K2022-042-01。回顧性分析2019 年4 月至2020 年6 月在深圳市中醫院進行肝臟MRE 檢查的CLD 患者病例。納入標準:(1)臨床診斷為CLD,包括非酒精性脂肪肝、酒精性脂肪肝、各種病毒性肝炎及自身免疫性肝炎等;(2)完成2 次肝臟MRE 檢查,間隔10 min。排除標準:(1)MRE檢查失敗,波形圖上無有效的振動波;(2)合并大量腹水或直徑>3 cm 的肝臟占位性病變。根據以上標準共納入60 例患者,包括非酒精性脂肪肝18 例、慢性乙型肝炎38例、甲型肝炎2例和不明原因的CLD患者2 例。納入病例的MRE 波形圖上均具有有效的振動波,提示檢查成功。
記錄患者性別、年齡、體質量、身高,計算BMI(體質量/身高2,單位kg/m2)。以BMI是否≥25 kg/m2將患者劃分為高BMI 組與非高BMI 組[14]。在MRE 檢查前后2 周內行血常規和肝功能檢查的患者,記錄血小板(platelet, PLT)、天門冬氨酸氨基轉移酶(aspartate aminotransferase, AST)和丙氨酸氨基轉移酶(alanine aminotransferase, ALT)。根據以下公式計算天門冬氨酸氨基轉移酶和血小板比率指數(aspartate aminotransferase-to-platelet ratio index, APRI):APRI=[(AST/AST 正常上限)×100]/PLT。在肝活檢受限時,APRI是目前WHO推薦的肝纖維化的替代標準[15-16]。
1.3.1 檢查方法
采用西門子3.0 T 超導磁共振儀(MAGNETOM,Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany),使用16 通道體部相控陣線圈行肝臟MRI 檢查。為避免餐后肝血流量和肝硬度增加,患者禁食至少4 h;取舒適仰臥位,雙手放于頭部以減少偽影,在腹部呼吸運動幅度最大處綁腹帶以限制腹部運動,并放置呼吸傳感器監測患者呼吸。主要檢查序列包括軸位多回波Dixon 序列和基于SE 序列的多頻率MRE。掃描參數如下:(1)多回波Dixon 序列為T1WI 容積內插體部檢查(volume interpolated body examination,VIBE),重復時間9 ms,回波時間1.1、2.46、3.69、4.92、6.15、7.38 ms,視野380 mm×380 mm,層厚3 mm,平均次數1,翻轉角4°;(2)MRE序列,重復時間1200 ms,回波時間36 ms,視野420 mm×325 mm,體素2.5 mm×2.5 mm×5.0 mm,層厚5 mm,層數13,層間隔0,激勵次數2,time steps 8,運動敏感梯度(motion sensitizing gradients, MSG)振幅70 mT/m,掃描時間4 min 15 s。MRE 掃描使用定制的壓力驅動器,4 個振動單元,獲得30、40、50、60 Hz 的驅動頻率,進行快速單次激發三維波場的采集[1]。4個振動單元分別放置在劍突水平的兩側鎖骨中線及肩胛線處,使有效振動波更好地覆蓋全肝。為評估MRE 檢查的短期可重復性,完成第1 次MRE 后,退出檢查床,休息10 min后再進行第2次MRE掃描。
1.3.2 圖像后處理及分析
多頻率MRE 的圖像后處理:將肝臟MRE 原始圖像上傳到德國洪堡大學彈性成像后處理官方網站(https://bioqic-apps.charite.de),采用Reiter 等[1]推薦的k-MDEV 反演算法,獲得肝臟幅度圖、波形圖及彈性圖(剪切波速度圖,C-map)。本研究中在彈性圖上測量的LS值為C值,有別于常用的傳統MRE測量的G*值(單位為kPa),C值=波長×頻率,單位為m/s,與G*值的換算關系為G*=C2[1]。
圖像測量由2 名腹部MRI 診斷經驗豐富的觀測者應用ImageJ 1.52a 軟件獨立進行,且事先未知臨床情況。如圖1所示,以T1WI及MRE的幅度圖像為解剖參考,在彈性圖的門脈右支層面畫取1個包括盡量多肝實質的感興趣區(region of interest, ROI)[17],盡量避開較大的血管及膽管、遠離偽影及肝包膜(距離>1 cm),測量及記錄LS 值并評估LS 值的可重復性及穩定性。(1)觀察者內:同1 名觀測者對第1 次MRE 檢查、間隔1 周第2 次MRE 檢查的LS 測值;(2)觀察者間:2名觀測者分別對第1次MRE檢查的LS測值;(3)短期復查:同1 名觀測者對2 次MRE 檢查的LS 測值。其中2 名觀測者對第1 次MRE 檢查的LS 測值,取均值用于相關性及回歸分析。
多回波Dixon技術是通過檢測橫向弛豫率(R2*)值和質子密度脂肪分數(proton density fat fraction,PDFF),無創性評估肝鐵過載和脂肪變性的可靠方法[18-20],檢查結束后可自動生成肝R2*圖、PDFF 圖。采用與測量LS值基本一致的ROI,分別在R2*圖、PDFF圖測量R2*值和PDFF 值,計算及記錄2 名觀測者測量的均值。參考既往相同場強及序列、相似研究人群的研究結果[18-19],以R2*≥58.7 s-1診斷肝鐵過載,將患者分為肝鐵過載組與非肝鐵過載組;以PDFF≥5.04%診斷脂肪變性,將患者分為脂肪變性組與非脂肪變性組。參考既往研究結果[21-22],根據PDFF進行脂肪變性分級:0 級,PDFF<6.4%;1 級,6.4%≤PDFF<17.4%;2級,17.4%≤PDFF<22.1%;3級,PDFF≥22.1%。
應用SPSS 17.0 及MedCalc11.5.0 軟件進行統計學分析。采用Kolmogorov-Smirnov 檢驗評價計量資料是否符合正態分布。計量資料以(±s)表示。根據有/無肝鐵過載、脂肪變性或高BMI 進行分組,采用組內相關系數(intraclass correlation coefficient,ICC)及Bland-Altman法評估各組LS值的觀察者內、觀察者間及短期復查的可重復性及穩定性。ICC>0.75 認為一致性好。采用Spearman 線性相關分析LS 值與R2*值、PDFF 值、BMI、AST、ALT、APRI、年齡及性別的相關性,P<0.05 的變量進一步納入多元線性回歸分析,明確LS 值的獨立影響因素。LS 值符合正態分布時采用單因素方差分析比較各脂肪變性分級的LS 值,并進行事后兩兩比較及Bonferroni 校正(P<0.05/比較次數)。P<0.05為差異有統計學意義。
本研究共納入60 例患者病例,其中在MRE 檢查前后2 周內具有血常規及肝功能檢查結果的患者病例共48例,患者的基本特征見表1。
表1 納入患者的特征Tab.1 Characteristics of the included patients
本研究納入的CLD患者48.33%(29/60)診斷為肝鐵過載,肝鐵過載組的R2*值為(81.95±26.44)s-1。肝鐵過載組與非肝鐵過載組的LS值差異無統計學意義[(1.71±0.37)vs.(1.89±0.53),P=0.125)]。在肝鐵過載組的MRE檢查中,觀察者內、觀察者間及短期復查的LS 值之間ICC 分別為0.987、0.981、0.982,與非肝鐵過載組的ICC 相仿(0.994、0.994、0.978)(表2)。Bland-Altman圖顯示在肝鐵過載組MRE檢查中,觀察者內、觀察者間及短期復查的LS 值之間的差值大部分在95%一致性界限內,差值的均值(上限,下限)分別為0.02(-0.10,0.13)、0.00(-0.14,0.15)、0.04(-0.09,0.16)(圖2)。為避免潛在混雜因素的干擾,剔除脂肪變性及高BMI患者后,肝鐵過載組(n=6)vs.非肝鐵過載組(n=14)的觀察者內、觀察者間及短期復查的LS 值之間ICC 分別為0.978、0.984、0.918 vs.0.995、0.994、0.974(P均<0.05)。
本研究納入的CLD 患者56.67%(34/60)診斷為脂肪變性,脂肪變性組的PDFF 值為15.82%±9.51%。脂肪變性組與非脂肪變性組的LS值差異無統計學意義[(1.73±0.47)vs.(1.89±0.46),P=0.191]。在脂肪變性組的MRE 檢查中,觀察者內、觀察者間及短期復查的LS 值之間ICC 分別為0.994、0.990、0.987,與非脂肪變性組的ICC 相仿(0.989、0.990、0.969)(表2)。Bland-Altman 圖顯示在脂肪變性組MRE 檢查中,觀察者內、觀察者間及短期復查的LS值之間的差值大部分在95%一致性界限內,差值的均值(上限,下 限)分 別 為0.01(-0.09,0.11)、0.00(-0.13,0.13)、0.04(-0.10,0.17)(圖2)。剔除肝鐵過載及高BMI患者后,脂肪變性組(n=7)vs. 非脂肪變性組(n=14)的觀察者內、觀察者間及短期復查的LS 值之 間ICC 分 別 為0.996、0.996、0.990 vs. 0.995、0.994、0.974(P均<0.05)。
表2 MRE-LS在有/無肝鐵過載、脂肪變性或高BMI背景下的可重復性及穩定性Tab.2 Repeatability and stability of MRE-LS in patients with/without hepatic iron overload,fatty liver,or high BMI
圖2 在肝鐵過載、脂肪變性或高BMI背景下LS值的Bland-Altman圖。Bland-Altman圖顯示在肝鐵過載、脂肪變性或高BMI患者中,觀察者內、觀察者間及短期復查的MRE-LS值的差值大部分在95%一致性界限內。注:BMI:體質量指數;LS:肝臟硬度;MRE:磁共振彈性成像。Fig. 2 Bland-Altman plot of the LS (liver stiffness) values in patients with hepatic iron overload, fatty liver, or high BMI (body mass index). Bland-Altman plots shows that in patients with hepatic iron overload, steatosis, or high BMI, most of the differences in MRE-LS (magnetic resonance elastography liver stiffness)values between intraobservers,interobservers,and short-term reexaminations were within the 95%limits of agreement.
根據PDFF 進行肝臟脂肪變性分級,納入的患者中51.67%(31/60)為0 級,26.67%(16/60)為1 級,5.00%(3/60)為2 級,16.67%(10/60)為3 級。方差分析示脂肪變性0級、1級與2~3級的LS值之間差異具有統計學意義(F=3.37,P=0.041),兩兩比較示脂肪變性2~3級的LS值顯著低于0級的LS值[(1.52±0.13)vs.(1.87±0.44),P=0.001)],2~3 級與1 級、0 級與1 級的LS 值之間差異無統計學意義(P均>0.05)。脂肪變性0 級vs. 1 級vs. 2~3 級患者的觀察者內、觀察者間及短期復查的LS 值之間ICC 分別為0.990、0.991、0.968 vs. 0.995、0.993、0.993 vs. 0.918、0.840、0.757(P均<0.05)。
本研究納入的CLD患者中40.0%(24/60)診斷為高BMI,BMI值為(28.74±3.60)kg/m2。高BMI組與非高BMI 組的LS 值差異無統計學意義[(1.67±0.19)vs.(1.89±0.57),P=0.073]。在高BMI 組的MRE 檢查中,觀察者內、觀察者間及短期復查的LS值之間ICC分別為0.958、0.948、0.926,與非高BMI組的ICC相仿(0.994、0.993、0.983)(表2)。Bland-Altman 圖顯示在高BMI組MRE檢查中,觀察者內、觀察者間及短期復查的LS值之間的差值大部分在95%一致性界限內,差值的均值(上限,下限)分別為0.00(-0.10,0.11)、-0.01(-0.13,0.11)、0.03(-0.09,0.16)(圖2)。剔除肝鐵過載及脂肪變性患者后,高BMI 組(n=4)vs.非高BMI 組(n=14)的觀察者內、觀察者間及短期復查的LS 值之間ICC分別為0.907、0.968、0.957 vs. 0.995、0.994、0.974(P均<0.05)。
Spearman 相關分析顯示,LS 值分別與R2*值(r=-0.271,P=0.036)、PDFF 值(r=-0.366,P=0.004)及ALT(r=0.355,P=0.011)呈弱相關;LS 值分別與AST(r=0.538,P<0.001)、PLT(r=-0.465,P=0.001)及APRI(r=0.584,P<0.001)呈中度相關;LS 值分別與BMI、年齡及性別的相關性無統計學意義(P均>0.05)。APRI 是根據AST 及PLT 計算的肝纖維化評估指標,與AST、PLT 存在共線性,因此回歸分析時將APRI 納入分析,而不納入AST 及PLT。多元線性回歸分析示,APRI 及PDFF 是LS 值的獨立影響因素,其非標準化回歸系數分別為0.246(P=0.015)、-0.012(P=0.047),且納入指標之間無共線性(容差≥0.1,方差膨脹因子≤5)。
MRE 是一種通過檢測組織在外加剪切波下的質點相位位移評估組織硬度的成像技術,其中肝臟MRE常用于評估肝纖維化。肝纖維化的長期動態監測需要無創、準確且高可重復性的檢查方法。已有研究表明肝鐵過載、PDFF、BMI等CLD的常見并發癥會影響肝臟MRE 的圖像質量或LS 值[9-12],而這些干擾因素背景下LS 值的可重復性及穩定性尚無深入研究。因此,本研究評估MRE-LS 值在CLD 患者常見干擾因素背景下的可重復性及穩定性。
對比傳統MRE,多頻率MRE 的C-map 彈性圖在解剖分辨率及掃描層數上顯著提高,有助于準確畫取ROI、擴大觀測范圍,提高LS 值診斷肝纖維化的性能[1]。由于噪聲及邊界條件對彈性成像重建的影響,傳統MRE 的解剖分辨率低、偽影重,臨床應用中需要屏蔽不可靠的肝硬度區域,測量大面積ROI 的LS值[23]。此外,由于平面內噪聲波的干擾,傳統MRE 只能進行少量的逐層掃描(2~4 層)[23]。既往研究提出了多種方法來克服傳統MRE的不足,其中基于k-MDEV反演算法的多頻率MRE 是一種比較有效的方法[1,24]。其通過采集多頻率振動波進行平均,再行k-MDEV 反演算,可將單一頻率中振動傳導弱、信噪比低的區域通過其他頻率進行補償,從而減少振幅零點對彈性成像重建的影響[24],獲得的彈性圖甚至可分辨大腦灰白質、腎皮質等[25]。此外,k-MDEV 反演算采用基于一階導數的平面內波數重建,解決了反演中噪聲波干擾的問題,使MRE 的多層連續掃描成為可能[24]。對于肝臟MRE,可獲得體素為2.5 mm×2.5 mm×5.0 mm、連續13 層的肝臟彈性圖。Reiter 等[1]研究表明,基于k-MDEV 反演算法的多頻率MRE 診斷肝纖維化≥F1、≥F2、≥F3 及F4 的AUC 值 分 別 為0.89(0.81~0.95)、0.94(0.89~0.99)、0.98(0.96~1.00)及0.98(0.96~1.00),對比傳統MRE有所提高[23]。
本研究結果表明,在CLD 患者肝鐵過載背景下,也具有極高的可重復性及穩定性,與無肝鐵過載患者的相當。目前研究認為MRE-LS值診斷肝纖維化的準確性僅次于肝活檢[4-6],而肝鐵過載組與非肝鐵過載組的LS 值差異無統計學意義,提示肝纖維化背景對兩組的影響無顯著差異。MRE 測值可重復性及穩定性的主要影響因素是圖像質量和干擾因素。圖像質量越高,越有助于ROI 的規范畫取,則兩次ROI 畫取的位置及范圍越一致;兩次ROI內測值的干擾因素影響越小,則測值大小差異越小。肝鐵過載會加速肝臟T2*信號衰減,降低圖像信噪比,是MRE 檢查失敗的主要原因之一,尤其對于GRE 序列[9,12]。超聲瞬時彈性成像(transient elastography, TE)不會因為肝鐵過載而檢查失敗。Hamidieh 等[26]在容易導致嚴重肝鐵過載的重型地中海貧血患者中,發現肝鐵過載會導致TE 測量的肝硬度增加。該結果也得到Pipaliya 等[27]的證實,提示肝鐵過載是肝硬度測值的影響因素,尤其對于嚴重肝鐵過載患者。這些研究表明肝鐵過載會影響MRE 圖像質量及LS 值,可能降低MRE的可重復性。然而,本研究及既往基于傳統GRE 序列的研究結果均表明,對于CLD 的研究人群MRE 具有很高的可重復性,其觀察者間及短期復查的ICC分別為0.823~0.963、0.923~0.956[7-8]。主要原因可能是與重型地中海貧血患者不同,CLD 患者的肝鐵過載以輕度為主,對LS 值影響小。一項樣本量達781 例且以CLD 患者為主的研究中[9],R2*的范圍為23.0~212.7 s-1,根據肝鐵過載分級[27]均屬于輕度。另一項納入332例CLD患者的研究[12]及本研究也證實了CLD患者的肝鐵過載以輕度為主。此外,也可能由于肝鐵過載越嚴重,既往基于GRE 序列的傳統MRE 檢查失敗率越高,因而剔除了肝鐵過載嚴重的患者,低估了肝鐵過載的影響。已有研究表明基于SE序列的MRE 在CLD 肝鐵過載患者中檢查成功率也高達93.8%,可以彌補GRE 序列的不足[12]。因此,本研究采用基于SE 序列的MRE,把基于GRE 序列可能檢查失敗的部分納入分析,發現在CLD 的肝鐵過載患者中,MRE-LS值的觀察者內、觀察者間和短期復查ICC均高于0.98;剔除肝鐵過載組的脂肪變性及高BMI 患者后,LS 值的ICC 為0.918~0.984,具有很高的可重復性及穩定性。該結果說明,在CLD 人群中,即使包括因肝鐵過載較重而傳統MRE檢查失敗的患者,肝鐵過載對MRE-LS 值的影響也很小,不足以影響MRE-LS 值的可重復性及穩定性。
本研究中CLD患者脂肪變性背景下,MRE-LS值的觀察者內、觀察者間和短期復查的ICC 均高于0.98,具有很高的可重復性及穩定性。剔除脂肪變性組的肝鐵過載及高BMI 患者后,LS 值的ICC 高于0.99;此外,脂肪變性組與非脂肪變性組的LS 值差異無統計學意義,提示肝纖維化背景對兩組的影響無顯著差異。首先,脂肪變性不影響肝臟MRE圖像質量及檢查成功率[12]。因此,MRE 不會因為脂肪變性而降低圖像質量,影響觀測者準確畫取ROI。其次,CLD患者的脂肪變性以輕-中度為主,其對LS值影響明顯低于肝纖維化的影響。本研究中CLD 患者的脂肪變性也大部分為1~2 級(65.52%),與既往研究結果一致[22]。回歸分析顯示PDFF是LS值的獨立影響因素,但PDFF每增加1%,LS 值僅降低0.012 m/s,與Joshi 等[10]研究結果相仿;PDFF 與LS 值的相關性明顯低于肝纖維化指標APRI與LS值的相關性。該結果說明在CLD患者中,脂肪變性對LS值的影響比較小,明顯低于肝纖維化的影響。這也可能是本研究中脂肪變性組與非脂肪變性組的LS 值差異無統計學意義的原因。然而,比較不同脂肪變性分級的LS 值發現,脂肪變性2~3 級患者的LS 值顯著低于0 級患者的LS 值,其LS 值的ICC 為0.757~0.918,也低于0 級及1 級患者的ICC。這說明隨著脂肪變性加重,其對LS 值的大小、可重復性及穩定性的影響也不容忽視,尤其對于日益嚴重的非酒精性脂肪性肝病[28-29]。為了準確評估肝纖維化,畫取ROI 測量肝硬度時,應該參考PDFF圖,盡量避開嚴重脂肪變性區域。
本研究中CLD 的高BMI 背景下,MRE-LS 值的觀察者內、觀察者間和短期復查的ICC 為0.926~0.958,具有很高的可重復性及穩定性。剔除高BMI 組的肝鐵過載及脂肪變性患者后,LS 值的ICC 為0.907~0.968;此外,高BMI組與非高BMI組的LS值差異無統計學意義,提示肝纖維化背景對兩組的影響無顯著差異。Wagner 等[9]認為高BMI是MRE檢查失敗的影響因素,可能因為高BMI患者的彈性振動效果降低及有效振動范圍縮小。然而,Yin 等[30]結果表明MRE 檢查失敗組與成功組之間的BMI無顯著差異,而且成功組的BMI 范圍更大,即使在高BMI 患者中MRE 也具有良好的穿透性。Wang 等[12]研究也證實BMI 對MRE 檢查失敗率、圖像質量及LS值無顯著影響。與Yin等[30]及Wang等[12]研究結果一致,本研究也發現BMI與LS值無顯著相關,提示CLD患者的高BMI,對MRE-LS值的可重復性及穩定性影響很小。然而,在高BMI(≥25 kg/m2)、脂肪變性患者中,TE 的觀察者間可重復性較低[14]。因此,對于高BMI和脂肪變性患者,MRE可以提供更可靠的LS值,彌補TE的不足。
第一,本研究采用了MRI 的多回波Dixon 序列檢測R2*和PDFF 評估肝鐵過載和脂肪變性,采用了WHO推薦的替代性指標評估肝纖維化[15],而未采用肝活檢。由于肝活檢的有創性、取樣誤差和觀察者的主觀差異等缺點[31],臨床應用受限;此外,本研究評估CLD 的脂肪變性背景下MRE-LS 值的可重復性及穩定性,而脂肪變性在肝纖維化早期發生率更高[32],這些患者對肝活檢接受度較差。第二,由于樣本量有限,未能評估不同程度的肝鐵過載、BMI背景下MRE-LS值的可重復性及穩定性,未來需要擴大樣本量,進行亞組分析。第三,由于研究條件所限,本研究未評估不同品牌的設備之間LS值的可重復性。
綜上所述,在CLD 患者的肝鐵過載、脂肪變性或高BMI背景下,MRE-LS值具有極高的可重復性及穩定性。但隨著脂肪變性加重,其對LS 值的影響也不容忽視,尤其對于日益嚴重的非酒精性脂肪肝病。
作者利益沖突聲明:全體作者均聲明無利益沖突。