磁共振T1成像的基本原理及在肝纤维化中的应用

来源：功能与分子医学影像学

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沙师弟说

MRIT1ρ成像是反映体内大分子间相互作用的成像技术，可帮助临床及时、准确的诊断，发现肝纤维化、肝硬化等病变，并可依据T1ρ值的变化早于形态学发生改变前诊断早期病变，为临床超早期发现病变及时干预治疗提供可靠的依据。

随着医学影像检查技术不断地提高，MRI设备、扫描序列及新技术也不断地涌出，MRI在腹部病变中的诊断地位日益重要，对肝脏疾病的诊断及鉴别诊断起着至关重要的作用，已成为肝脏病变的常规检查手段。因此，肝纤维化（liver fibrosis）是有多种原因引起的慢性肝损害所致的病理改变，肝脏纤维组织的过度沉积所致。

肝纤维化一般没有特异性的临床表现，最后发展为肝硬化，引起一系列临床症状及体征。肝纤维化早期治疗非常重要且早期治疗效果较好，可逆转或遏制疾病进一步进展恶化。因此，肝纤维化的早期诊断具有非常大的临床价值。目前，临床对肝纤维化的诊断主要依据病史、体格检查、实验室检查及多种影像学检查综合评判，得出的结果并不是非常的准确。虽然肝穿刺活检是诊断肝纤维化的金标准，但其属侵入性的有创检查且存在一定的风险，如出血、感染等，这些因素导致肝穿刺活检不能作为常规检查且不能纵向监测一般人群。目前临床需要可靠的、可重复性好、非侵入性、准确性高且敏感的检查方法来发现肝脏早期病变，监测疾病的进展。而磁共振T1ρ旋转坐标系下的自旋晶格弛豫时间（the spin-lattice relaxation in the rotating frame，T1rho）成像技术能多次重复、无创性的评估肝纤维化，是目前研究的热点之一。现综述该技术的基本原理及其在肝纤维化中的应用。

1.基本原理

T1ρ弛豫，又称旋转坐标系下的自旋晶格弛豫时间，人体中的水分子经常与体内的大分子相互结合发生能量或质子交换等相互作用，这种作用会引发T1ρ弛豫。该弛豫主要反映自由水与结合水的相互作用，反映细胞的密集程度，能够无创、准确地早期监测并诊断疾病。T1ρ成像是基于所谓“绝缘”或“频率清扫”调谐脉冲来实现自旋锁定，选择振幅不同的自旋锁定脉冲后，平行于纵轴的磁矩与有效磁场同步随时间衰减，这种现象称为旋转坐标系下的纵向弛豫，用T1ρ表示。其基本原理是先发射一个90°的射频脉冲，使位于y轴（纵轴）方向的磁化矢量翻转到x轴（横轴）方向，其后在发射两个相位不同的射频脉冲实现自旋锁定，此时，锁定的磁化矢量在自旋锁定期间，在旋转坐标系中进行自旋晶格弛豫。通过不同的自旋锁定时间获得信号数据，自旋锁定时间即为自旋锁定射频脉冲长度。

T1ρ通过锁定横轴方向上的有效磁场，避免横向弛豫在大分子间无序、自发的进行能量转移，使磁化或自旋变得有序，所以机体不同组织有各自恒定的T1ρ弛豫时间。MRIT1ρ成像技术能够评估自由水中氢原子和大分子之间的低频流动，在分子水平上检测含水组织的代谢和生化信息的改变。因此，可以对组织发生形态学改变之前的早期病变以及轻度病损提供筛查和预警信息，为早期发现、早期治疗提供可靠依据。

2.对肝纤维化的诊断应用

2.1肝脏T1ρ成像扫描方案

MRIT1ρ成像使用高场强（1.5T、3.0T）超导型磁共振扫描仪均可完成。采用自旋锁定序列，自旋锁频率多选择500Hz，质子将优先形成T1ρ信号。设定自旋锁时间（time of spin lock,TSL）多选择1ms、10ms、20ms、40ms、50ms、80ms，每个自旋锁定时间收集80~100帧图像。采集各不同自旋锁定时间的T1ρ图像，将原始图像载入特定软件进行图像重建，并利用公式Sy（TSL）=S0（-TSL/T1ρ）重构T1ρ弛豫时间图，用于定量计算T1ρ值。其中Sy（TSL）代表不同自旋锁定时间内获得的信号强度；S0为TSL=0的信号强度；TSL为自旋锁定时间；T1ρ指旋转坐标系下的自旋晶格弛豫时间。有学者针对肝脏T1ρ成像自旋锁时间的选择进行研究，自旋锁频率选500Hz，通常是选择1ms、10ms、20ms、30ms、40ms、50ms6个自旋锁时间。

研究结果表明，1ms、20ms、50ms三个自旋锁时间可以替代6个自旋锁时间进行肝脏T1ρ测量。Zhao等学者对激励次数（NSA）对T1ρ值的影响进行研究，得出减少激励次数，即NSA=1时，屏气时间平均减少2~8s，对于肺功能较差的患者有较大帮助，并有助于减少沉积于患者体内总的射频脉冲能量，减少患者对摄入过多电磁波的担忧。手工绘制感兴趣区（region of interest,ROI），选择ROI的原则：①选择在中心层面，以便有较好的代表性；②ROI为圆形或类圆形，每个ROI大小尽量保持一致，面积为20~30mm2，一般选取多个ROI；③尽量避开靶区边缘，肝实质内的ROI避开血管，小的囊变区。记录每个ROI的面积大小，重复测量3次，取其平均值。有学者认为，由于肝纤维化和肝硬化导致的肝脏病变不均匀的分布于整个肝脏，肝左叶常因肝细胞再生而体积变大，肝右叶的病变多较肝左叶严重，因此ROI多选择在肝右叶。

2.2对肝纤维化及肝硬化的诊断价值

Wang等学者采用四氯化碳诱导大鼠发生肝纤维化模型在3.0T超导型磁共振扫描仪上进行T1ρ成像评估肝纤维化的可行性。研究结果表明，T1ρ成像能检测早期肝纤维化，且通过T1ρ成像能够测定肝纤维化的程度，并对其进行分级，且随着肝纤维化的好转，肝脏T1ρ值也逐渐降低。说明MRIT1ρ成像序列用于肝纤维化的评估是可行的，T1ρ量化对肝纤维化的早期发现及肝纤维化的分级发挥着重要作用。Rauscher等结扎小鼠胆管制作肝纤维化模型，发现正常小鼠肝脏T1ρ值约为38.6~48.3ms。Wang等研究健康受试者肝脏T1ρ值约为41~43ms。Allkemper等在健康受试者利用MRIT1ρ成像技术得到正常肝脏的T1ρ值的大致范围为33.9~46.3ms。

国内外不少学者对健康受试者与肝纤维化患者的肝脏T1ρ值进行对照研究，研究结果表明，肝纤维化患者的T1ρ值显著高于健康志愿者，肝纤维化患者的T1ρ值为47.0~57.7ms，而健康志愿者的平均T1ρ值为38.6~48.3ms。动态观察肝纤维化的分级与T1ρ值之间的关系，结果表明，随着T1ρ值升高，肝纤维化的分级增加。Anup等采用Pearson相关性分析，得出肝脏T1ρ值和肝纤维化分期之间有着很高的相关性（r=0.99），且肝纤维化分级1~4级患者肝脏T1ρ值分别为51ms、59ms、66ms、74ms，说明MRIT1ρ成像对肝纤维化的监测有很高的敏感性，能较客观、准确的发现早期肝纤维化，并对肝纤维化进行分级。

Rauscher等对10个健康受试者与21个临床诊断为肝硬化的患者进行对照研究，表明T1ρ值可作为诊断肝硬化潜在的生物学标记物。肝硬化患者平均T1ρ值明显高于健康受试者，且T1ρ值为50.1ms时预测肝硬化的敏感性及特异性分别为90.5﹪和90﹪。研究中肝硬化Child-Pugh分级A级8例，Child-Pugh分级B级11例，Child-Pugh分级C级2例，A级、B级、C级与正常对照组相比平均T1ρ值差异有统计学意义；但A级与B级间平均T1ρ值差异无统计学意义。Allkemper等也对正常健康受试者与肝硬化患者进行了对照研究，结果显示，健康受试者的平均T1ρ值显著低于肝硬化Child-Pugh A级（45.4±1.6）ms、B级（50.0±3.0）ms、C级（54.0±3.7）ms，且T1ρ值与Child-Pugh分级间呈正相关；同时还证明T1ρ值与坏死性炎症活性、脂肪变性程度或是否存在铁负荷没有明显相关性，而且还表明急性坏死性炎症不会导致肝脏T1ρ值增高，因此说明MRIT1ρ成像能较为客观的评估肝硬化，可作为衡量肝硬化的一项实际有用的指标。

Yuan等研究结果也表明肝硬化患者肝脏T1ρ值升高，说明肝脏T1ρ成像能够评估早期肝硬化。王雪等学者研究了T1ρ成像对早期肝硬化（Child-PughA级）的诊断价值，指出早期肝硬化患者的T1ρ值高于正常对照组，约17.9﹪，差异有统计学意义，同时指出年龄与肝脏T1ρ值没有明显相关性，说明肝脏T1ρ值对诊断早期肝硬化有较高的敏感性及特异性，且重复性好，有较高的临床实用价值。Zhao等对四氯化碳诱导大鼠发生肝纤维化模型进行肝脏T1ρ值监测，研究发现注射药物的次数（2d、2w、4w、6w）的增加，肝脏T1ρ值较注药前逐渐增加，分别为4.4﹪、12.0﹪、16.5﹪、23.0﹪；停止注射药物后，随着时间延长药物逐渐排泄，T1ρ值也相应降低，说明T1ρ值能够反映肝纤维化的严重程度，并监测抗纤维化药物治疗的效果。

有学者采用MRIT1ρ成像对原发性肝癌的诊断价值进行研究，研究表明T1ρ能很好的显示肿瘤的轮廓。由于T1ρ对顺磁性物质的检测比传统T1WI敏感，能很好的显示病灶的边界，肝癌病灶与正常肝组织间的信号对比度优于传统T1WI平扫，也优于T1WI增强扫描，可作为肝脏病变诊断与鉴别诊断一种新的成像方式。

3.对其他疾病的诊断价值

MRIT1ρ成像技术在关节软骨退行性改变及腰椎椎间盘退行性病变中应用较多。研究结果表明，关节软骨发生退行性改变的患者T1ρ值升高。Takayama等研究表明，MRIT1ρ成像在诊断关节软骨退行性改变方面具有较高的准确性及敏感性。腰椎间盘退行性变在临床中是十分常见的疾病，T1ρ值与椎间盘内蛋白多糖量的多少有关，且与椎间盘机械机能有关。有研究表明，T1ρ值与蛋白多糖的含量呈负相关，与患者的年龄、椎间盘内的含水量也有一定的相关性。腰椎间盘退行性改变患者椎间盘髓核及纤维环的T1ρ值与患者的年龄呈负相关，且随着年龄增加而降低，因为年龄增加蛋白多糖的降解速度加快。另有发现椎间盘髓核的平均T1ρ值明显高于纤维环，说明T1ρ值与含水量呈正相关。

MRIT1ρ成像在颅脑中进展性病变阿尔茨海默病及帕金森病的研究颇多。研究发现，阿尔茨海默病及帕金森病患者海马的T1ρ值明显高于健康受试者，认为T1ρ值增高与患者海马内水分子与大分子之间发生质子交换作用有关，同时也说明T1ρ值也可反映脑内神经元的退变。有学者研究发现梗死后心肌细胞T1ρ值比正常心肌明显升高，且随着自旋锁时间的延长，梗死心肌与正常心肌间的信号差别更大。

4.临床应用局限性

MRIT1ρ成像在肝脏的应用中同样也存在一定的缺陷。首先，MRIT1ρ成像对磁场强度及磁场均匀性要求较高，要求扫描前应避免外界干扰；其次，肝脏铁负荷是否影响T1ρ值的测量，需要进一步的研究；肝实质中的部分微血管产生的部分容积效应是否能使T1ρ值升高，影响对肝硬化或肝纤维化程度的评判，尚需要进一步研究解决；再者，肝纤维化患者的确诊依赖于肝穿刺活检，因此肝脏T1ρ值与病理结果的一致性尚有待探讨；最后，T1ρ成像序列扫描时间比传统序列扫描时间较长，还需进一步优化扫描方案。

总之，MRIT1ρ成像无需静脉注射对比剂，可重复性好，且容易设置扫描序列及扫描参数，临床操作简单、易学。MRIT1ρ成像对肝硬化、肝纤维化的诊断有很高的敏感性，能较客观、准确的发现早期肝纤维化及肝硬化，并对其进行分级，评估疾病进展及监测抗纤维化药物治疗的效果。MRIT1ρ成像可作为潜在的重要生物学标志物，是临床监测早期肝纤维化、肝硬化的一种新的成像手段，具有广阔的临床应用前景。

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