磁共振擴散峰度成像對肝移植術后急性排斥反應的診斷價值

李暢 黃麗 楊廣奇 孫燦輝

原位肝移植（orthotopic liver transplantation，OLT）作為終末期肝病的有效治療手段，近年來在手術技術的改進和術后并發癥的控制不斷取得新進展。作為移植手術的常見并發癥，急性排斥反應（acute cellular rejection，ACR）在肝移植患者中的發病率相對較低（10%～40%）［1］，然而如不能及時發現、治療，病人進展為移植肝失功或慢性排斥反應的幾率將大大提高，嚴重影響肝移植患者的預后［2］。目前，臨床上對于急性排斥反應的診斷金標準仍為肝穿刺活檢［3］，但是由于穿刺點選擇有取樣誤差，且穿刺術本身為有創性操作，有發生感染、出血等并發癥的風險，且診斷所需要的時間相對較長，因此目前仍有一部分病人被漏診或延誤診斷。磁共振擴散峰度加權成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是今年來逐漸開展的一項新的擴散成像技術，其相較于傳統的單指數模型磁共振擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）而言，不僅能反應體內水分子的高斯分布運動，而且能同時反應水分子的非高斯分布運動［4,5］。在人體組織內，由于生物膜、大分子物質以及血流灌注等影響，水分子運動往往呈非高斯分布，因此DKI 對于活體生物組織內的水分子運動情況的反映更為接近真實［6，7］。近年來研究也表明，DKI 對于肝腫瘤及纖維化的診斷價值由于DWI［8-10］。由于移植肝急性排斥反應主要體現在門脈周圍淋巴細胞浸潤、膽管上皮損傷和血管內皮淋巴細胞浸潤，肝組織的微觀結構更加紊亂，假設DKI 對于急性排斥反應的病理改變更加敏感，為此筆者通過設計回顧性研究初步驗證該假設。

資料與方法

1.一般資料

回顧性連續收集2014 年10 月～2018 年4 月肝移植術后于我院行磁共振檢查的患者112 例，其中剔除13 例未發現明確病變、9 例腫瘤復發、3 例圖像質量不佳的患者，剩余87例患者中，18 例于MR 檢查后1 周之內行肝穿刺病理確診 為ACR，56例經ERC 或MRC 確診為膽道并發癥，11例經DSA 或手術證實為血管并發癥，2 例經穿刺活檢確診為藥物性肝損傷（drug induced liver injury，DILI），最終將所有入組病人分為ACR 組（18 例）和對照組（87例）。兩組間年齡、性別、原發病、實驗室檢查均無統計學差異。

2.磁共振成像

采用3.0 T 磁共振儀（Siemens，Magnetom Trio）進行掃描，采用軸向單次激發自旋回波-平面回波自由呼吸下進行肝臟DKI 掃描。掃描參數如下：TR 3300 ms，TE 88 ms，矩陣168×105，層厚5.0 mm，層間距1.0 mm，視野380 mm×420 mm，FA 90°，NEX 5，b 值取0、200、500、1000、1500、2000 s/mm2，每個b 值均施加15 個方向的擴散敏感梯度場。

3.圖像分析

DKI 圖像后處理軟件由Siemens 提供（Body Diffusion Toolbox）。所需MR 圖像以DICOM 格式存儲，根據擴散峰度模型原理：

[注：公式中S（b）為相應b 值擴散梯度場下的信號強度，S（0）為擴散梯度場為0 時的信號強度]

可得到K 值代表峰度（excess kurtosis），反應真實水分子擴散位移偏離高斯分布的程度，D 值代表擴散系數（diffusivity），代表經非高斯分布矯正后的表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）值。根據單指數模型：

圖1 a)原始DKI 圖；b)后處理軟件得到的K 值圖、c)D 值圖和d)擬合曲線

得到ADC 值。將DKI 序列掃描所得DKI 圖像導入后處理軟件，生成代表擴散信息的D、K、ADC參數圖像，經軟件分析后得到的擬合曲線所示，DKI 模型得到的擬合曲線相較于單指數模型的擬合線與實際測量得到的曲線更加接近（圖1）。在呼吸運動偽影最小的參數圖像上劃取興趣區（region of interest，ROI），軟件自動將ROI 放置在參數圖同一層面、同一位置（圖2、3）。ROI 選取避開偽影、鄰近血管及膽管，每個ROI 大小約0.55～2.00 cm2。為減少誤差，所有ROI 選取分別由兩名放射科醫師（未告知病理結果）獨立操作，每例各放置三次不同位置ROI，同一患者范圍選取盡量保持一致。測量并記錄三次平均D、K、ADC 值。

4.統計學分析

所有數據采用SPSS 軟件包進行分析。采用組間相關系數（interclass correlation coefficient，ICC）檢驗兩名醫師擴散參數測量結果的一致性。采用Kolmogorov-Smirnov 檢驗評估計量資料是否符合正態分布，采用t 檢驗（正態分布）或Mann-Whitney U 檢驗（偏態分布）比較兩組間各參數的差異，P＜0.05 為差異具有統計學意義。采用受試者工作面積特征曲線（receiver operating characteristic，ROC）評估各參數對于診斷ACR 的效能。

結果

1.兩名醫師各測量參數的組間一致性

兩名醫師測量各DKI 參數間的ICC 結果見表1，由表中可見，D 值、K 值及ADC 值的ICC 結果均＞0.75，提示一致性良好。

2.ACR 組與對照組的D 值、K 值與ADC 值比較

t 檢驗或Mann-Whitney U 檢驗結果顯示，兩組間的D 值與K 值有明顯統計學差異，ACR 組的D 值低于對照組（P=0.012），ACR 組的K 值高于對照組（P=0.003），而兩組間的ADC 值則無統計學差異（P=0.560）（表2）。

3.D 值與K 值在對于ACR 的診斷效能比較

D 值的ROC 曲線下面積為0.867（95%可信區間0.717～0.955），K 值的ROC 曲線下面積為0.925（95%可信區間0.792～0.985），后者在最大優登指數的診斷敏感度、特異度和準確度分別為0.947、0.789、0.737（圖4）。

討論

肝移植術后急性排斥反應的早期診斷和治療對于改善患者預后至關重要，可以有效避免疾病進展為慢性排斥或移植肝失功［1］。與傳統DWI 相比，DKI 可以反映水分子的非高斯運動特性，對于擴散的不均質性更加敏感，能夠提供組織微觀結構及病理生理改變更加全面的信息。既往研究顯示，DKI 可以有效反映肝臟彌漫性病變（如肝纖維化、非酒精性脂肪性肝炎等）的病變進程［11,12］。

表1 兩名醫師測量各DKI 參數的組間一致性結果

表2 ACR 組與對照組的磁共振擴散參數

圖2 ACR 組擴散參數圖。a)～c)分別為D、K 和ADC 圖，其數值分別為1.261×10-3 mm2/s、1.143 和0.967×10-3 mm2/s 圖3 對照組擴散參數圖。a)～c)分別為D、K 和ADC 圖，其數值分別為2.498×10-3 mm2/s、1.091 和1.455×10-3 mm2/s

圖4 D 值與K 值對ACR 診斷的ROC 曲線

本研究結果顯示，DKI 可有效區分肝移植術后ACR 與其他病變。ACR 患者D 值相對更低，K 值相對更高，而ADC 值則與對照組患者無統計學差異。發生急性排斥反應時，肝組織內的微觀結構改變，匯管區炎癥細胞浸潤導致細胞外間隙減少［13］，水分子擴散運動受限，從而表現為D 值下降；而膽管上皮損傷變性和血管內皮的炎癥浸潤導致肝臟組織微觀結構復雜性增高，水分子非高斯分布的特征更加明顯［14］，表現為K 值升高。由于ADC值反應的是水分子高斯分布特性，因此對于體內微觀結構復雜性的反映并不全面。進一步對于D值和K 值進行ROC 曲線分析得到，K 值對于ACR的診斷效能高于D 值。

既往有學者研究發現，某些CT 圖像特征（如球狀腫脹、非吻合口區肝靜脈狹窄以及門脈期不均勻強化）可提示急性排斥反應［15］，但是筆者在臨床閱片過程中發現，這些征象在ACR 患者中出現的概率很低，尤其是早期ACR，因此對于診斷的敏感性并不高，盡管出現上述征象可提示ACR 的發生，但是往往已經錯過最佳治療時期，對于患者的預后改善并不多。另外有學者也曾報道運用超聲聲脈沖輻射力成像技術（acoustic radiation force impulse，ARFI）輔助診斷兒童急性排斥反應［16］，但是敏感性和可重復性仍有待商榷。因此臨床需要更敏感、準確的無創性檢查手段來早于穿刺活檢之前指導下一步治療。鑒于DKI 優于其他常規序列對于組織微觀結構的反映更加準確，研究也證明DKI 的非高斯特征參數對于ACR 的診斷更加準確。

本研究尚存在以下不足：（1）由于本研究設計為回顧性分析，且樣本量較少，不可避免存在入組偏倚，后續將繼續開展前瞻性隊列研究及擴大樣本量；（2）本研究為隨機選取ROI，盡管取平均值后可以一定程度上減少人為原因造成的偏倚，卻無法避免抽樣誤差，且較為耗費人力，未來設想可以通過開發智能軟件自動識別并勾畫全肝ROI 并進一步嘗試影像組學分析，減少放射科醫生的工作量，同時提高診斷符合率。