胰腺磁共振彈性成像現狀

安訸，石喻，郭啟勇

（中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧沈陽110004）

胰腺磁共振彈性成像現狀

安訸，石喻，郭啟勇

（中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧沈陽110004）

磁共振彈性成像（MRE）是通過發射脈沖機械波定量測量組織彈性改變的成像方法，已在肝、乳腺、前列腺等器官廣泛應用，但胰腺MRE影像診斷方面的研究亟待補充。鑒于胰腺位置、形態及毗鄰特征的特殊性，胰腺MRE不能全部照搬現有MRE方法，有許多現實問題需要解決。本文旨在介紹胰腺MRE如成像方法、場強、機械振動頻率、圖像數據后處理等MRE的相關知識及其成像方法，并簡述其在胰腺的研究進展與應用。

胰腺；磁共振成像

1 背景

在臨床醫療實踐過程中，觸診是一項基本的檢查手段，即醫生通過觸摸病變部位評價人體組織彈性。然而，這種檢查方式是一種主觀判斷，缺乏客觀量化指標，并且人體深部的病變（例如胰腺）難以觸及。目前已知組織器官早期形態學病變會導致組織器官的彈性改變。彈性成像是通過定量檢測組織器官的彈性值來對組織彈性或硬度進行評估的影像學檢查手段，包括普通超聲彈性成像、超聲內鏡彈性成像及磁共振彈性成像（MRE）等。其中前兩者是應用超聲回波來定量檢測組織彈性，而MRE是利用質子自旋產生的回波信號來檢測在機械波刺激下產生位移的質點信號[1]。MRE是一種新的、非創傷性的成像技術，它將人體的彈性這一感性特征定量化，數據可觀、準確，被稱作“影像觸診”。通過MRE測量組織的彈性值對臨床實踐具有非常大的潛能及重要臨床意義。現階段的MRE利用剪切波在正常組織和病變組織中的傳播差異來量化測量組織的剪切力或彈性值以得到組織的機械性能（彈性或硬度），可實現對組織器官纖維化程度（或硬度）的判斷[2]。

鑒于胰腺位置深、形態不規則及周圍毗鄰組織結構復雜等自身特征，目前臨床早期診斷胰腺疾病的方法尚不完善。現階段使用的傳統CT已被證實在早期診斷胰腺癌及慢性胰腺炎方面缺乏特異性[3]；內鏡逆行胰膽管造影（ERCP）和磁共振胰膽管造影（MRCP）能夠對膽管系統提供具有優良細節的清晰圖像，但對于微小病灶的檢測仍缺乏敏感性[4]，且ERCP在檢查結束后有繼發胰腺炎的風險[5]。內鏡超聲（EUS）對胰腺疾病診斷及分期具有良好的敏感性，但作為有創檢查，在早期診斷時應用尚存在爭議[6]。

為了克服以上檢查手段的缺陷，胰腺MRE提供了一種早期檢測胰腺組織彈性變化的方法。胰腺MRE理論上通過使用外部激發裝置對組織表面施加外力，產生胰腺組織質點在垂直波的傳播路徑上的周期性位移，將位移的大小轉化為與胰腺的彈性（或硬度）有關的定量數據（即彈性值）。但鑒于胰腺位置、形態及毗鄰特征的特殊性，胰腺MRE不能全部照搬現有MRE方法，有許多現實問題需要解決。本文就胰腺MRE研究現狀進行綜述。

2 胰腺MRE成像原理與方法

胰腺MRE的基本原理是利用磁共振技術檢測胰腺實質在機械波振動下產生的質點位移，并通過運動敏感梯度而獲得磁共振相位圖。每個像素的信號代表運動速度的矢量并可分解為三個空間矢量（X、Y、Z軸）上的位移，它包含了組織結構的彈性信息。以相位圖為基礎進行逆行求解，得出胰腺實質各部位彈性系數的分布圖，即彈性圖，可以以彈性圖為基礎定量檢測胰腺實質的彈性或硬度[7]。

MRE成像設備主要包括刺激器、MR成像系統，體部線圈及機械波傳導固定裝置（如塑料連接管、腹帶）等。刺激器由主動刺激器和被動刺激器構成。主動刺激器放置于掃描間外部，采用電磁裝置或電壓裝置產生50～500 Hz頻率內對人體安全的機械波，通過塑料連接管道與被動刺激器相連。被動刺激器固定于患者上腹部，將機械波通過上腹部傳導至胰腺產生振動。MR成像系統通過檢測胰腺質點振動的位移信號生成相位圖，之后通過圖像后處理系統轉換為波形圖。圖像是否達到影像診斷標準主要是通過這些彈性剪切波傳到體內產生的波形圖像來判斷，若波的連續性好，則認為不存在波干擾或波衰減。符合標準的波形圖將通過工作站轉換成可以定量測量彈性值的彈性圖，并加入偽彩色，用直觀的“藍-綠-黃-紅”的顏色變化來表示硬度[8]。

放射科醫師以彈性圖為基準測量彈性值。測得的彈性值以千帕（kPa）為單位。在相應MRE成像軟件的支持下，將位于彈性圖上的ROI復制到波形圖及幅度圖上。ROI的選擇應十分小心，同時考慮幅度圖、波形圖和彈性圖，避免波的反射和干擾。波在體內的實際傳播是呈發散狀的，其在近場波的傳播受衍射干擾，因此將掃描定在中心層面，每次掃描均進行嚴格的同層配準十分必要，以確保成像沿平面波傳播，以避免過高的估計波長[9]。MRE技術最重要的環節在于圖像的后處理，由于機械波在非均質介質中傳播規律相當復雜，MRE的數據處理很難采用同一方法、同一參數一概而論，要實現組織彈性的準確成像必須研究和采用有效的圖像處理方法。胰腺MRE一般采用專用彈性成像處理軟件，由獲得的波形圖生成彈性圖，再根據某一方向上的彈性數據進行卷積，獲得中心部分權重最大的2D MRE圖像。之后通過獲得X、Y、Z軸三個不同方向的二維多層振幅信息反演擬合出三維數據[10]，即3D MRE。

經典的2D梯度回波（GRE）序列是MRE的常用序列，但掃描時間較長，且因胰腺體積較小的原因，難以準確覆蓋病變層面。EPI序列可以顯著降低采集區域MRE的掃描時間，在短短的6次屏氣中就可以完成50層掃描，掃描范圍可覆蓋整個胰腺、雙腎和大部分的肝臟[11]。60 Hz是目前公認的肝臟MRE頻率，目前也有許多人在現階段的胰腺MRE研究中沿用此頻率。但由于腸氣干擾及胰腺自身位置關系的原因，60 Hz的機械振動頻率所得的彈性圖信噪比較高，Yu等通過降低機械波頻率，即采用40 Hz進行掃描以降低信噪比的方法獲得了成功[8]。

雖然健康人群無論是禁食、還是進食狀態，均可提供穩定、可靠的組織彈性值，不影響MRE的可重復性。但考慮到禁食狀態下的胃腸蠕動少且空腹患者對被動刺激器的振動耐受力更好，目前仍推薦空腹掃描。因此，檢查前一般要求禁食6小時以上，以避免擴張的胃部壓迫胰尾及胰體變形[12]。

3 胰腺MRE現狀及其相關領域研究進展

正常人胰腺MRE相關研究目前已有報道。Yu等[8]指出胰腺的不同部位彈性不存在明顯差異，不同個體間因年齡及體質量指數（BMI）導致胰腺纖維化和脂肪浸潤等原因可能對胰腺彈性值產生影響。在1．5T 40 Hz下胰腺平均彈性值為（1．15±0．17）kPa，60 Hz下為（2．09±0．33）kPa。安訸等[13]在3．0T 40 Hz下測得胰腺青年健康志愿者胰腺的平均彈性值為（1．11±0．17）kPa。以上兩者的研究成果均指出40 Hz下胰腺MRE有較低的胰肝比，易于和肝臟區分，成像效果較好，40 Hz較60 Hz更適合胰腺。Yin等[11]在1．5T 60 Hz下測量10例志愿者胰腺組織平均彈性值為2．11kPa；Itoh等[14]在3．0T GE成像系統60Hz下測量胰腺平均彈性值為（2．47±0．11）kPa。以上兩者結果同Yu在1．5T 60 Hz下測量結果相近，提示可能并場強非彈性值的影響因素，但目前尚無文獻證實。沒有相關物理基礎研究表明場強會對肝臟組織彈性產生影響[15]，且初步研究表明不同廠家的MRI成像系統的彈性成像結果有很高的一致性[16]。目前國內外尚無胰腺疾病MRE表現的相關報道。

目前超聲在胰腺彈性成像方面的研究相對超前，被稱為超聲彈性（TE）成像。它在微觀上提出了胰腺組織應變率的概念，與MRE彈性值的概念相似。慢性胰腺炎（MPF）和胰腺導管腺癌（PC）會導致正常胰腺結構的組織學變化，包括纖維化、炎癥細胞浸潤等[6]，相應的組織會變得更硬。TE結果表明，健康的胰腺有中等的應變率，而炎性腫塊比正常胰腺的應變率較高，但胰腺癌及內分泌腫瘤應變率則相對較低[17-18]，這提示胰腺癌及內分泌腫瘤的彈性值可能也會升高。但TE受到眾多生理因素的制約，如在正常人群中，Mederacke等發現肝臟血流量上升可導致TE所測門靜脈血流量改變，肝內脂肪含量也會對TE所測彈性值產生影響[19]。與TE成像相比，MRE有獨特的優勢。TE成像的信噪比和側向分辨率較低，而且受到觀察窗限制。相比而言MRE具有更多優勢，它無需聲窗，可以同時顯示傳統磁共振圖像，被認為是目前敏感度和特異度最高的無創性肝纖維化診斷方法[20]。

磁共振彌散成像（DWI）是目前另一種最為熱點的研究組織硬度的方法，包括傳統DWI、體素內非相干運動多b值擴散加權成像（IVIM-DWI）、彌散張量成像（DTI）及彌散峰度成像（DKI）等。因胰腺病變導致胰腺纖維化、膠原纖維沉積，致使水分子擴散受限。傳統DWI可以反映一個方向的水分子擴散情況，而IVIM-DWI不僅可以反映水分子擴散情況，還可以從胰腺組織迂曲的微循環中獲得灌注信息[21]。DTI可以定量檢測水分子在組織中擴散的回波信號大小和方向[22]。DKI作為非高斯擴散成像技術,在探測組織細微結構損傷方面優于其他彌散成像技術，反映了除水分子高斯運動外的擴散狀態[23]。除以上檢查各自優勢之外，胰腺DWI尚存在許多不足：①受呼吸偽影影響較大[24]。②EPI序列可能因梯度渦流而導致磁場不均勻[25]。③b值的選擇對ADC值影響較大，b值較小時對水分子自由運動的反映能力較小，反之則基本反映灌注信息，導致b值增高[26]。而高b值時信噪比（SNR）則急劇下降[27]。目前b值的選擇和胰腺ADC值尚無統一結論。相比而言，MRE因其較高的SNR、敏感性好、彈性值數據穩定、可靠，已受到越來越多的關注。雖然目前仍面臨著諸多挑戰，但胰腺MRE成像方面的研究及臨床應用方興未艾。

4 胰腺MRE前景展望

一般來說，良性腫瘤多呈現有序生長，與正常組織彈性相差不大。相反，惡性腫瘤的生長多為無序無組織的方式，利用這一點可以了解腫瘤細胞的生長、浸潤及惡性程度，根據整個胰腺占位所呈現彈性的異質性來鑒別胰腺占位的良惡性[6]。其次活化的胰腺星狀細胞（PSC）導致PDAC高度纖維變性的微環境，通過彈性改變可以了解腫瘤細胞的生長、浸潤情況，并預測化療藥物敏感性。另外有文獻報道硬、胰管管徑粗的胰腺比軟、胰管細的胰腺，術后胰管漏的發生率降低25％[28]，故通過了解周圍胰腺組織硬度可以對術后進行有效預測。綜上三點檢測胰腺彈性有很大的臨床應用意義。而MRE具有無輻射、無需外源性對比劑、可重復好等優點，是一種無創的、可靠的檢測組織彈性或硬度的方法。彈性值越大，說明纖維化程度越高，MRE圖像上的信號越接近于紅色，彈性值越大。近年來，諸多MRE研究表明，MRE可以很好地反映肝臟、腦組織、乳腺及前列腺的彈性改變[29-32]，但在胰腺的應用尚處于探索階段，目前尚未檢索到有關胰腺病變的相關文獻。

有肝臟相關研究結果表明當在BMI較高的個體上進行MRE時結果同真實彈性值有一定差異[33]。BMI較高的個體難于行彈性成像的原因可能是機械振動波對于BMI較高的人可能不能有效地穿透脂肪層到達胰腺。隨著年齡增長，胰腺萎縮所帶來的彈性改變不可避免，但相關文獻較少，如何有效解決胰腺萎縮及脂肪浸潤等實際問題是胰腺MRE目前仍然面臨著的重大挑戰。

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Current research status of pancreatic magnetic resonance elastography

AN He,SHI Yu,GUO Qi-yong
(Department of Radiology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Magnetic resonance elastography(MRE)is a functional MR imaging modality that quantitatively evaluates tissue elasticity change through mechanical waves.While pancreatic MRE still needs further study.There are many limitations involved in using MRE to evaluate the pancreas,including its location,shape and adjacent organs.Pancreatic MRE cannot follow existing MRE method blindly,there are many practical problems need to be solved.This article aims to introduce the related knowledge of MRE including imaging method,field strength,frequency of mechanical vibration,the image data post-processing,etc.and briefly describes the research progress and application of the pancreas.

Pancreas;Magnetic resonance imaging

R322.491；R445.2

A

1008－1062（2016）09－0666－04

2016-02-14；

2016-05-10

安訸（1991-），女，遼寧開原人，在讀碩士研究生。E-mail：610779446@qq.com

郭啟勇，中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，110004。E-mail：guoqy@sj-hospital.org