胰腺磁共振弹性成像现状

安訸，石喻，郭启勇

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁沈阳110004）

胰腺磁共振弹性成像现状

安訸，石喻，郭启勇

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁沈阳110004）

磁共振弹性成像（MRE）是通过发射脉冲机械波定量测量组织弹性改变的成像方法，已在肝、乳腺、前列腺等器官广泛应用，但胰腺MRE影像诊断方面的研究亟待补充。鉴于胰腺位置、形态及毗邻特征的特殊性，胰腺MRE不能全部照搬现有MRE方法，有许多现实问题需要解决。本文旨在介绍胰腺MRE如成像方法、场强、机械振动频率、图像数据后处理等MRE的相关知识及其成像方法，并简述其在胰腺的研究进展与应用。

胰腺；磁共振成像

1 背景

在临床医疗实践过程中，触诊是一项基本的检查手段，即医生通过触摸病变部位评价人体组织弹性。然而，这种检查方式是一种主观判断，缺乏客观量化指标，并且人体深部的病变（例如胰腺）难以触及。目前已知组织器官早期形态学病变会导致组织器官的弹性改变。弹性成像是通过定量检测组织器官的弹性值来对组织弹性或硬度进行评估的影像学检查手段，包括普通超声弹性成像、超声内镜弹性成像及磁共振弹性成像（MRE）等。其中前两者是应用超声回波来定量检测组织弹性，而MRE是利用质子自旋产生的回波信号来检测在机械波刺激下产生位移的质点信号[1]。MRE是一种新的、非创伤性的成像技术，它将人体的弹性这一感性特征定量化，数据可观、准确，被称作“影像触诊”。通过MRE测量组织的弹性值对临床实践具有非常大的潜能及重要临床意义。现阶段的MRE利用剪切波在正常组织和病变组织中的传播差异来量化测量组织的剪切力或弹性值以得到组织的机械性能（弹性或硬度），可实现对组织器官纤维化程度（或硬度）的判断[2]。

鉴于胰腺位置深、形态不规则及周围毗邻组织结构复杂等自身特征，目前临床早期诊断胰腺疾病的方法尚不完善。现阶段使用的传统CT已被证实在早期诊断胰腺癌及慢性胰腺炎方面缺乏特异性[3]；内镜逆行胰胆管造影（ERCP）和磁共振胰胆管造影（MRCP）能够对胆管系统提供具有优良细节的清晰图像，但对于微小病灶的检测仍缺乏敏感性[4]，且ERCP在检查结束后有继发胰腺炎的风险[5]。内镜超声（EUS）对胰腺疾病诊断及分期具有良好的敏感性，但作为有创检查，在早期诊断时应用尚存在争议[6]。

为了克服以上检查手段的缺陷，胰腺MRE提供了一种早期检测胰腺组织弹性变化的方法。胰腺MRE理论上通过使用外部激发装置对组织表面施加外力，产生胰腺组织质点在垂直波的传播路径上的周期性位移，将位移的大小转化为与胰腺的弹性（或硬度）有关的定量数据（即弹性值）。但鉴于胰腺位置、形态及毗邻特征的特殊性，胰腺MRE不能全部照搬现有MRE方法，有许多现实问题需要解决。本文就胰腺MRE研究现状进行综述。

2 胰腺MRE成像原理与方法

胰腺MRE的基本原理是利用磁共振技术检测胰腺实质在机械波振动下产生的质点位移，并通过运动敏感梯度而获得磁共振相位图。每个像素的信号代表运动速度的矢量并可分解为三个空间矢量（X、Y、Z轴）上的位移，它包含了组织结构的弹性信息。以相位图为基础进行逆行求解，得出胰腺实质各部位弹性系数的分布图，即弹性图，可以以弹性图为基础定量检测胰腺实质的弹性或硬度[7]。

MRE成像设备主要包括刺激器、MR成像系统，体部线圈及机械波传导固定装置（如塑料连接管、腹带）等。刺激器由主动刺激器和被动刺激器构成。主动刺激器放置于扫描间外部，采用电磁装置或电压装置产生50～500 Hz频率内对人体安全的机械波，通过塑料连接管道与被动刺激器相连。被动刺激器固定于患者上腹部，将机械波通过上腹部传导至胰腺产生振动。MR成像系统通过检测胰腺质点振动的位移信号生成相位图，之后通过图像后处理系统转换为波形图。图像是否达到影像诊断标准主要是通过这些弹性剪切波传到体内产生的波形图像来判断，若波的连续性好，则认为不存在波干扰或波衰减。符合标准的波形图将通过工作站转换成可以定量测量弹性值的弹性图，并加入伪彩色，用直观的“蓝-绿-黄-红”的颜色变化来表示硬度[8]。

放射科医师以弹性图为基准测量弹性值。测得的弹性值以千帕（kPa）为单位。在相应MRE成像软件的支持下，将位于弹性图上的ROI复制到波形图及幅度图上。ROI的选择应十分小心，同时考虑幅度图、波形图和弹性图，避免波的反射和干扰。波在体内的实际传播是呈发散状的，其在近场波的传播受衍射干扰，因此将扫描定在中心层面，每次扫描均进行严格的同层配准十分必要，以确保成像沿平面波传播，以避免过高的估计波长[9]。MRE技术最重要的环节在于图像的后处理，由于机械波在非均质介质中传播规律相当复杂，MRE的数据处理很难采用同一方法、同一参数一概而论，要实现组织弹性的准确成像必须研究和采用有效的图像处理方法。胰腺MRE一般采用专用弹性成像处理软件，由获得的波形图生成弹性图，再根据某一方向上的弹性数据进行卷积，获得中心部分权重最大的2D MRE图像。之后通过获得X、Y、Z轴三个不同方向的二维多层振幅信息反演拟合出三维数据[10]，即3D MRE。

经典的2D梯度回波（GRE）序列是MRE的常用序列，但扫描时间较长，且因胰腺体积较小的原因，难以准确覆盖病变层面。EPI序列可以显著降低采集区域MRE的扫描时间，在短短的6次屏气中就可以完成50层扫描，扫描范围可覆盖整个胰腺、双肾和大部分的肝脏[11]。60 Hz是目前公认的肝脏MRE频率，目前也有许多人在现阶段的胰腺MRE研究中沿用此频率。但由于肠气干扰及胰腺自身位置关系的原因，60 Hz的机械振动频率所得的弹性图信噪比较高，Yu等通过降低机械波频率，即采用40 Hz进行扫描以降低信噪比的方法获得了成功[8]。

虽然健康人群无论是禁食、还是进食状态，均可提供稳定、可靠的组织弹性值，不影响MRE的可重复性。但考虑到禁食状态下的胃肠蠕动少且空腹患者对被动刺激器的振动耐受力更好，目前仍推荐空腹扫描。因此，检查前一般要求禁食6小时以上，以避免扩张的胃部压迫胰尾及胰体变形[12]。

3 胰腺MRE现状及其相关领域研究进展

正常人胰腺MRE相关研究目前已有报道。Yu等[8]指出胰腺的不同部位弹性不存在明显差异，不同个体间因年龄及体质量指数（BMI）导致胰腺纤维化和脂肪浸润等原因可能对胰腺弹性值产生影响。在1．5T 40 Hz下胰腺平均弹性值为（1．15±0．17）kPa，60 Hz下为（2．09±0．33）kPa。安訸等[13]在3．0T 40 Hz下测得胰腺青年健康志愿者胰腺的平均弹性值为（1．11±0．17）kPa。以上两者的研究成果均指出40 Hz下胰腺MRE有较低的胰肝比，易于和肝脏区分，成像效果较好，40 Hz较60 Hz更适合胰腺。Yin等[11]在1．5T 60 Hz下测量10例志愿者胰腺组织平均弹性值为2．11kPa；Itoh等[14]在3．0T GE成像系统60Hz下测量胰腺平均弹性值为（2．47±0．11）kPa。以上两者结果同Yu在1．5T 60 Hz下测量结果相近，提示可能并场强非弹性值的影响因素，但目前尚无文献证实。没有相关物理基础研究表明场强会对肝脏组织弹性产生影响[15]，且初步研究表明不同厂家的MRI成像系统的弹性成像结果有很高的一致性[16]。目前国内外尚无胰腺疾病MRE表现的相关报道。

目前超声在胰腺弹性成像方面的研究相对超前，被称为超声弹性（TE）成像。它在微观上提出了胰腺组织应变率的概念，与MRE弹性值的概念相似。慢性胰腺炎（MPF）和胰腺导管腺癌（PC）会导致正常胰腺结构的组织学变化，包括纤维化、炎症细胞浸润等[6]，相应的组织会变得更硬。TE结果表明，健康的胰腺有中等的应变率，而炎性肿块比正常胰腺的应变率较高，但胰腺癌及内分泌肿瘤应变率则相对较低[17-18]，这提示胰腺癌及内分泌肿瘤的弹性值可能也会升高。但TE受到众多生理因素的制约，如在正常人群中，Mederacke等发现肝脏血流量上升可导致TE所测门静脉血流量改变，肝内脂肪含量也会对TE所测弹性值产生影响[19]。与TE成像相比，MRE有独特的优势。TE成像的信噪比和侧向分辨率较低，而且受到观察窗限制。相比而言MRE具有更多优势，它无需声窗，可以同时显示传统磁共振图像，被认为是目前敏感度和特异度最高的无创性肝纤维化诊断方法[20]。

磁共振弥散成像（DWI）是目前另一种最为热点的研究组织硬度的方法，包括传统DWI、体素内非相干运动多b值扩散加权成像（IVIM-DWI）、弥散张量成像（DTI）及弥散峰度成像（DKI）等。因胰腺病变导致胰腺纤维化、胶原纤维沉积，致使水分子扩散受限。传统DWI可以反映一个方向的水分子扩散情况，而IVIM-DWI不仅可以反映水分子扩散情况，还可以从胰腺组织迂曲的微循环中获得灌注信息[21]。DTI可以定量检测水分子在组织中扩散的回波信号大小和方向[22]。DKI作为非高斯扩散成像技术,在探测组织细微结构损伤方面优于其他弥散成像技术，反映了除水分子高斯运动外的扩散状态[23]。除以上检查各自优势之外，胰腺DWI尚存在许多不足：①受呼吸伪影影响较大[24]。②EPI序列可能因梯度涡流而导致磁场不均匀[25]。③b值的选择对ADC值影响较大，b值较小时对水分子自由运动的反映能力较小，反之则基本反映灌注信息，导致b值增高[26]。而高b值时信噪比（SNR）则急剧下降[27]。目前b值的选择和胰腺ADC值尚无统一结论。相比而言，MRE因其较高的SNR、敏感性好、弹性值数据稳定、可靠，已受到越来越多的关注。虽然目前仍面临着诸多挑战，但胰腺MRE成像方面的研究及临床应用方兴未艾。

4 胰腺MRE前景展望

一般来说，良性肿瘤多呈现有序生长，与正常组织弹性相差不大。相反，恶性肿瘤的生长多为无序无组织的方式，利用这一点可以了解肿瘤细胞的生长、浸润及恶性程度，根据整个胰腺占位所呈现弹性的异质性来鉴别胰腺占位的良恶性[6]。其次活化的胰腺星状细胞（PSC）导致PDAC高度纤维变性的微环境，通过弹性改变可以了解肿瘤细胞的生长、浸润情况，并预测化疗药物敏感性。另外有文献报道硬、胰管管径粗的胰腺比软、胰管细的胰腺，术后胰管漏的发生率降低25％[28]，故通过了解周围胰腺组织硬度可以对术后进行有效预测。综上三点检测胰腺弹性有很大的临床应用意义。而MRE具有无辐射、无需外源性对比剂、可重复好等优点，是一种无创的、可靠的检测组织弹性或硬度的方法。弹性值越大，说明纤维化程度越高，MRE图像上的信号越接近于红色，弹性值越大。近年来，诸多MRE研究表明，MRE可以很好地反映肝脏、脑组织、乳腺及前列腺的弹性改变[29-32]，但在胰腺的应用尚处于探索阶段，目前尚未检索到有关胰腺病变的相关文献。

有肝脏相关研究结果表明当在BMI较高的个体上进行MRE时结果同真实弹性值有一定差异[33]。BMI较高的个体难于行弹性成像的原因可能是机械振动波对于BMI较高的人可能不能有效地穿透脂肪层到达胰腺。随着年龄增长，胰腺萎缩所带来的弹性改变不可避免，但相关文献较少，如何有效解决胰腺萎缩及脂肪浸润等实际问题是胰腺MRE目前仍然面临着的重大挑战。

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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，辽宁开原人，在读硕士研究生。E-mail：610779446@qq.com

郭启勇，中国医科大学附属盛京医院放射科，110004。E-mail：guoqy@sj-hospital.org