扩散和灌注加权磁共振成像在肝脏中的应用

扩散和灌注加权磁共振成像在肝脏中的应用

扩散和灌注加权成像作为磁共振成像的重要组成部分，目前主要应用于中枢神经系统和心肌缺血性疾病的诊断和随访[1]，近年来随着磁共振超快速成像序列的开发，机器硬软件的升级,尤其是回波平面成像序列（echo-planar imaging，EPI）的应用，有应用于体部和肝脏的研究报道[2-8]，现将国外有关这两者在肝脏中应用的研究情况综述如下： 一：扩散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI） 基本原理和扫描序列及参数

扩散是分子微观的随机的热运动，这种运动可通过测量扩散系数（diffusion coeffeicent ，DC）而量化，而扩散加权成像，是可通过测量表观扩散系数（apparent diffusion coeffeicent，ADC）来进行量化分析[9]，扩散图象是将每个像素的扩散系数显示在图象中，它可以通过采集两幅以上的其他参数相同的而扩散加权不一样的图象计算得到。由于体部器官包括肝脏大体运动容易造成伪影，肝脏的T2值相当短，用常规的2DFSE序列或与2DFD结合的其他脉冲序列成像时间长（造成病人容易移动，而扩散成像对于运动非常敏感），或信噪比低，且扩散效应弱，因而限制了扩散测量的精确性[1、6]；但随着EPI应用，对肝脏进行扩散成像成为现实，主要应用序列为横向消除回波平面单脉冲技术（modulus blipped echo-planar single pulse technique，MBEST）或多层面单激发回波平面成像序列（single-shot echo-planar imaging，SEPI）[7，10-15]。部分作者在快速小倾倒角成像序列（turboFLASH）基础上加用motion-probing gradients (MPGs)梯度[16]。

MBEST序列，即在梯度快速切换和数据采集前加上一对很强的的补偿梯度以得到扩散敏感性，相位重聚是通过简单反转梯度回波极性或给予一个180度射频脉冲来完成，同时运用脂肪饱和脉冲以抑制化学位移伪影，主要参数如下：TE 54ms，回波时间 (EST) 0.6ms，带宽 2080Hz/像素，Matrix 128x128，层厚 5mm，层间距 2.5-3.75mm，FOV 350mm(5/8矩形视野技术)，获取时间2.76s /10层，1次激发。扩散成像前，先行横轴位FSE的T2WI[7，11]。 （二）应用价值由于DWI 提供了组织的水分子运动和微观组织成分及细胞内外的水平衡情况的信息，其提供了评价肝实质或病变组织扩散运动及流动质子情况的方法，主要用于检测病灶和病变的鉴别诊断[10，12，13，16]。

1．对肝内各种局灶性病灶的鉴别 Laghi A等认为扩散加权成像在腹部潜在应用价值首先在于对上腹部包括肝脏局限性病灶特征的显示和鉴别[17]，良性病灶的ADC值明显比恶性病灶高，且两者比较有显著的统计学差异，从大到小以肝囊肿，血管瘤，转移性肿瘤，肝细胞癌为序；肝血管瘤、肝细胞癌的ADC值与正常和纤维化肝组织相比有明显的统计学意义差别，而转移灶ADC值与正常肝组织之间无明显统计学意义差别，这可能是因为各种病灶的生化组织成分和病理基础不同：单纯肝囊肿内，自由水分子丰富，运动相对自由；血管瘤为大小不等血管腔，内衬血管上皮，其内充满血液，血管腔隙间填充有纤维组织和基质，甚至有出血存在，所以其粘滞度比囊肿内液体高，分子运动略受限制；而恶性肝肿瘤的成分为分化差实性的肿瘤组织，自由水相对较少，分子运动明显受限，但在部分囊性转移灶中由于有含有大量的水分子，分子运动相对自由，所以其ADC值可与血管瘤重叠[7，11，13，14，16]。根据Kim T等报告，在b≤410sec/mm2时，肝囊肿、肝血管瘤、肝细胞癌、转移性肿瘤的ADC值分别为(3.03±1.59)x10-3mm2/s、(2.10±1.08) x10-3 mm2/s、(1.28±0.58) x10-3 mm2/s、1.11±0.71 x10-3 mm2/s [11]。

对肝脓肿和囊性病灶鉴别肝脓肿脓腔平均ADC值比肝囊肿和囊性转移灶低，是因为脓肿腔内含有大量的粘滞度很高的脓液；而细菌化脓性脓肿在DWI表现为脓腔部分为中至高信号，

脓壁表现为等信号，真菌性脓肿壁表现为高信号；囊性肝转移中间表现为低信号，周边为高信号；肝囊肿表现为低信号，且通过增强容易与囊性肝转移、肝脓肿鉴别，因为无周边增强[12]。

检测正常与纤维化肝组织的ADC值根据Kim T等人的研究，在梯度因子b≤410 s/mm2时，正常肝组织的ADC值约为(1.55±0.37)x10-3 mm2/s ，比正常脾脏组织高，Laghi A等研究所得肝平均 ADC值1.58 x10-3 mm2/s，且实质脏器如肝脾的ADC值明显比含有静止水的空腔脏器如胆囊低；但由于纤维化的肝组织内有大量的纤维结缔组织增生，限制的水分子的扩散运动，所以纤维化肝组织ADC值比正常肝组织要低，但正常肝组织与慢性弥漫性肝损伤疾病（无纤维化）的ADC值未见明显差异[7，11，16-18]。

对肿瘤治疗的检测与随访 Geschwind JF等通过VX2兔动物模型实验发现扩散加权成像能很好观察经化疗栓塞后肿瘤组织坏死和存活情况，一般而言，坏死灶在扩散加权像上为低信号区，其ADC值明显高于存活肿瘤区[19]。 （三）优缺点及问题：

１．优点利用低度弥散敏感梯度可使血管断面转变成低信号，有利于肝脏小病灶的显示，且EPI序列相对于FSET2加权而言，有更好的病灶-肝组织的信号对比，也能检出更多的转移灶[7，11-13]；利用优化的脉冲激发延迟时间可减少或消除运动伪影，并且改善了ADC图像的质量和提高ADC值检测的准确性和重复性[20]，为进一步临床研究奠定了良好的基础。 ２．缺点 EPI序列对主磁场不均匀性敏感，易产生伪影，尤其随着b值的升高而明显，膈下及侧段由于肺部气体应影响产生伪影，从而影响图像质量[7，11-13，16]。

３．b值（梯度因子）的确定在生物组织中，微观运动受水分子的弥散和毛细血管的微循环灌注双重影响，ADC值常高于预测值，尤其在小b值中明显，ADC值偏大明显[7，9，11]；现各种文献报道使用的b值不统一，肝脏及其各种病灶ADC值也各不相同：Laghi A等研究认为在低b值时，腹部各脏器的解剖容易辨认，而高b值时则未能充分显示脏器解剖[16]，Kim T的b值范围为3~395s/mm2，平均肝ADC值为1.39x10-3 mm2/s，而Namimoto T等利用b值为30~1200s/mm2，其肝脏的ADC值降低，Ichikawa T等利用的b值是1.6~55s/mm2，其肝脏ADC值明显升高，他们各自所得出肝脏各种病灶的ADC值也不相同[7、11-14、16]，这有待进一步的试验和探讨。

４．良性病灶和某些富含水的恶性肿瘤的转移灶如囊性卵巢癌和黏液癌的ADC值有一定的重叠；某些血管瘤因含有血栓，ADC值也减低；有些良恶性实体瘤均表现为低ADC值；这些病灶如何在DWI上通过ADC值鉴别需要进一步的研究 [11]。 二：灌注加权成像（perfusion-weighted imaging，PWI） （一）基本原理和扫描序列及参数

造影剂团注（bolus-injection）首次通过法应用最广泛，即团注顺磁性造影剂后，利用造影剂内不成对电子的T1增强特性的T1WI图像，但主要利用造影剂在组织中的浓度不同而形成的局部组织与周围组织之间磁化率差别的T2或T2*在梯度回波负性增强特性，采用此方法可得到造影剂通过正常组织或异常组织时的时间—信号曲线，并由此推算出局部组织的相对血液灌注情况[1，15，22]，超快速磁共振成像序列可获得灌注阶段增强改变，回波平面成像序列为肝脏PWI的常用序列[3，5，15，22]。

单脉冲梯度回波平面成像序列（gradient recalled echo echo-planar imaging，GRE EP），其主要运用MBEST，参数如下：TE 32ms，带宽 2080Hz/像素，matrix 128x128，层厚 5mm，层间距 2.5mm-3.75mm，FOV 350mmx350mm；灌注成像前，首先行FLASH冠状位扫描，再以FLASH行横断面扫描，获得T1加权像，横轴位T2加权像以FSE获得，然后经静脉团注0.1mmol/kg的钆喷酸二甲基葡胺（gadopentetate dimeglumine）行灌注成像扫描（扫描88s，病人需屏气3次，每次20s，屏气间隔为10s，第一次屏气在注射造影剂后约5-10s。）[2，5]。

（二）应用价值：

1．鉴别正常与纤维化的肝组织正常肝组织同腹部器官比较，灌注成像的时间-信号曲线表现为灌注阶段逐渐下降，然后逐渐恢复，且恢复程度小，根据Ichikawa.T实验，下降幅度为42%，平均恢复时间为65.4s，最终信号幅度下降为23%，而在ChildB、C级的肝硬化病人中，时间-信号曲线表现为信号幅度变化不明显[2]，且区域性门脉血供减少，灌注阶段造影剂平均通过时间延长 [21]。这主要是因为肝脏接受门脉及肝动脉的双重血供，且以门脉为主，在灌注阶段，肝脏内只有来自肝动脉的造影剂，而门脉尚未充盈，因此其信号幅度相对于腹部其他器官下降不明显；而纤维化的肝组织由于肝窦被纤维组织填塞变窄，来自门脉及肝动脉血供均减少，因此呈现上述的改变[2，21，23]。

2．对肝内局限性病灶鉴别尤其能获得肝细胞癌、血管瘤和转移灶的特征性信号表现，由于大多肝细胞癌主要由肝动脉供血，其时间-信号曲线表现为灌注阶段信号幅度快速大幅下降，而后恢复也很快；血管瘤则表现为信号在灌注阶段下降，而后信号部分恢复或比肝细胞癌缓慢恢复，时间-信号曲线为前段较陡直后段平缓；囊性转移灶表现为灌注阶段信号幅度下降小，且信号可大部分恢复，时间-信号曲线较平坦[1，5]。

评价不同分化类型肝细胞癌的血管情况由于回波平面成像有良好的时间分辨率，灌注成像可反映造影剂在血管内分布情况，利用SHU-555A（超顺磁性氧化铁）作为造影剂，通过观察灌注阶段不同分化类型肝细胞癌病灶的信号下降幅度来评价其血管情况[5，22]，根据Ichikama.T实验，分化良好者信号下降幅度小，分化差信号下降幅度大，且三种分化类型之间的信号改变差别有明显的统计学意义[22]。 （三）优缺点及问题： １．优点具有极好的时间分辨率和良好的磁化效应，可更能准确的反映肝脏及其病灶的血供的详细细节和增强特征[2，5]。 ２．缺点在肝与肺交界处有伪影以及对主磁场不均匀性所产生的伪影，影响图像质量和结果分析[2，5]。 ３．问题现报道文献多根据以前对脑灌注研究基础上而设计的灌注扫描开始时间[2，5，21]。注射造影剂后多长时间进行灌注扫描是最佳时间，这涉及到造影剂剂量，心输出量及肝脏血供情况，灌注阶段的信号改变与造影剂剂量、浓度关系如何，有无最适宜剂量，这些需要进一步研究和试验[2，5，10]。对于富血供的肝转移灶和某些良性肝肿瘤灌注特征如何；GRE EP的灌注成像在肝脏中的应用是否比T1加权回波平面成像序列更可靠，这些也需要更多的试验和探讨[5]。

总之，随着EPI等超快速成像序列逐渐商业化和在体部的开发应用，扩散和灌注加权成像将以其无损伤性和良好的时间分辨率，能反应肝实质以及其局限性病灶的ADC特征和血流动力学与血管情况，将有可能在临床得到更广泛的应用；但是，对扩散加权成像的b值的确定需要进一步的更多的临床研究，扩散和灌注加权成像与其他成像序列比较在对肝脏病灶的定性定量的检出是否具有更好的灵敏度和特异度，也需要进一步大规模的临床试验。 参考文献：

1. Keogan MT, Edelman RR. Technologic advances in abdominal MR imaging. Radiology.2001;220(2):310-320.

2. Ichikawa T, Haradome H, Hachiya J, et al. Perfusion-weighted MR imaging in the upper abdomen: preliminary clinical experience in 61 patients. AJR 1997; 169(4): 1061-1066.

3. Mostafavi MR, Chavez DR, Cannillo J, et al. Redistribution of renal blood flow after SWLevaluated by Gd-DTPA enhanced magnetic resonance imaging. J Endourol 1998;12(1): 9-12. 4. Prasad PV, Cannillo J, Chavez DR, et al. Contrast-enhanced MR angiography and first-pass renal perfusion imaging using MS-325,an intravascular contrast agent. Acd Radiol 1998;5:S219-S222.

5. Ichikawa T, Haradome H, Hachiya J, et al. Characterization of hepatic lesions by perfusion-weighted MR imaging with an echoplanar sequence. AJR 1998;170(4):1029-1034.

6. Yamada I, Aung W, HimenoY, et al. Diffusion coefficients in abdominal organs and hepatic lesions: evaluation with intravoxel incoherent motion echo-planar MR imaging. Radiology 1999;210(3):617-623.

7.Ichikawa T, Haradome H, Hachiya J, et al. Diffusion-weighted MR imaging with a single-shot echoplanar sequence: detection and characterization of focal hepatic lesions. AJR 1998;170(2):397-402.

8.Okada Y, Ohtomo K, Kiryus, et al. Breath-hold T2-weighted MRI of hepatic tumors: value of echo planar imaging with diffusion-sensitizing gradient. J Comput Assisted Tomogr 1998; 22(3): 364-371.

9.Le Bihan D, Breton E, Lallemand D, et al. MR imaging of intravoxel incoherent motions: application to diffusion and perfusion in neurologic disorders. Radiology .1986;161(2):401-407. 10.Yamashita Y, Tang Y, Takahashi M. Ultrafast MR imaging of the abdomen: echo planar imaging and diffusion-weighted imaging. J Magn Reson Imaging .1998;8(2):367-74.

11.Kim T, Murakami T, Takahashi S, et al. Diffusion-weighted single-shot echoplanar MR imaging for liver disease. AJR. 1999;173(2):393-8.

12.Chan JH, Tsui EY, Luk SH, et al. Diffusion-weighted MR imaging of the liver: distinguishing hepatic abscess from cystic or necrotic tumor. Abdom Imaging. 2001;26(2):161-5.

13.Muller MF, Prasad P, Siewert B, et al. Abdominal diffusion mapping with use of a whole-body echo-planar system. Radiology .1994;190(2):475-478.

14.Namimoto T, Yamashita Y, Sumi S, et al. Focal liver masses: characterization with diffusion-weighted echo-planar MR imaging. Radiology .1997;204(3):739-44.

15.Ichikawa T, Araki T. Fast magnetic resonance imaging of liver. Eur J Radiol .1999;29(3):186-210. 16.Moteki T, Horikoshi H, Oya N, et al. Evaluation of hepatic lesions and hepatic parenchyma using diffusion-weighted reordered turboFLASH magnetic resonance images. J Magn Reson Imaging 2002;15(5):564-572.

17.Laghi A, Catalano C, Assael FG, et al. Diffusion-weighted echo-planar sequences for the evaluation of the upper abdomen: technique optimization Radiol Med (Torino) 2001;101(4):213-8.

18.Amano Y, Kumazaki T, Ishihara M . Single-shot diffusion-weighted echo-planar imaging of normal and cirrhotic livers using a phased-array multicoil. Acta Radiol 1998;39(4):440-442.

19.Geschwind JF, Artemov D, Abraham S, et al. Chemoembolization of liver tumor in a rabbit model: assessment of tumor cell death with diffusion-weighted MR imaging and histologic analysis. J Vasc Interv Radiol 2000;11(10):1245-55.

20.Murtz P, Pauleit D, Traber F, et al. Pulse triggering for improved diffusion-weighted MR imaging of the abdomen. Rofo Fortschr Geb Rontgenstr Neuen Bildgeb Verfahr 2000;172(7):587-90.

21.Uematsu H, Yamada H, Sadato N, et al. Assessment of hepatic portal perfusion using T2 measurements of Gd-DTPA. J Magn Reson Imaging. 1998;8(3):650-4.

22.Ichikawa T, Arabab AS, Araki T, et al. Perfusion MR imaging with a superparamagnetic iron oxide using T2-weighted and susceptibility-sensitive echoplanar sequences:evaluation of tumor vascularity in hepatocellular carcinoma. AJR. 1999;173(1):207-13.

23.Yang Z, Xie JX, Zhang Y, et al. Evaluation of cirrhotic liver with perfusion-weighted MR

imaging: An experimental study in animal models. Radiology. 217: 1249. Suppl. S Nov 2000. 参考文献：

1． Keogan MT, Edelman RR. Technologic advances in abdominal MR imaging. Radiology.2001 Aug;220(2):310-320.

2． Ichikawa,-T, Haradome,-H;,Hachiya,-J, Nitatori,-T, Araki,-T.Perfusion-weighted MR imaging in the upper abdomen: preliminary clinical experience in 61 patients. AJR-Am-J-Roentgenol. 1997 Oct; 169(4): 1061-1066.

3． Mostafavi MR, Chavez DR, Cannillo J, Saltzmann B,Prasad PV. Redistribution of renal blood flow after SWLevaluated by Gd-DTPA enhanced magnetic resonance imaging. J Endourol 1998;12(1): 9-12.

4． Prasad PV, Cannillo J, Chavez DR, et al. Contrast-enhanced MR angiography and first-pass renal perfusion imaging using MS-325,an intravascular contrast agent. Acd Radiol 1998;5:S219-S222.

5． Ichikawa T, Haradome H, Hachiya J, Nitatori T, Araki T. Characterization of hepatic lesions by perfusion-weighted MR imaging with an echoplanar sequence. AJR Am J Roentgenol 1998 Apr;170(4):1029-1034.

6．Yamada I, Aung W, HimenoY, Nakagawa T, Shibuya H.Diffusion coefficients in abdominal organs and hepatic lesions: evaluation with intravoxel incoherent motion echo-planar MR imaging. Radiology 1999;210(3):617-623.

7．Ichikawa T, Haradome H, Hachiya J, Nitatori T, Araki T. Diffusion-weighted MR imaging with a single-shot echoplanar sequence: detection and characterization of focal hepatic lesions. AJR Am J Roentgenol 1998 Feb;170(2):397-402.

8．Okada Y, Ohtomo K, Kiryus, Sasaki Y. Breath-hold T2-weighted MRI of hepatic tumors:value of echo planar imaging with diffusion-sensitizing gradient. J Comput Assisted Tomogr 1998; 22(3): 364-371.

9．Le Bihan D, Breton E, Lallemand D, Grenier P, Cabanis E, Lavai-Jeanted M. MR imaging of intravoxel incoherent motions: application to diffusion and perfusion in neurologic disorders. Radiology 1986;161(2):401-407.

10．Yamashita Y, Tang Y, Takahashi M. Ultrafast MR imaging of the abdomen: echo planar imaging and diffusion-weighted imaging. J Magn Reson Imaging 1998 Mar-Apr;8(2):367-74.

11．Kim T, Murakami T, Takahashi S, Hori M, Tsuda K, Nakamura H. Diffusion-weighted single-shot echoplanar MR imaging for liver disease. AJR Am J Roentgenol 1999 Aug;173(2):393-8.

12．Chan JH, Tsui EY, Luk SH, Fung AS, Yuen MK, Szeto ML, Cheung YK, Wong KP. Diffusion-weighted MR imaging of the liver: distinguishing hepatic abscess from cystic or necrotic tumor. Abdom Imaging 2001 Mar-Apr;26(2):161-5.

13．Muller MF, Prasad P, Siewert B, Nissenbaum MA, Raptopoulos V, Edelman RR. Abdominal diffusion mapping with use of a whole-body echo-planar system. Radiology 1994;190(2):475-478. 14．Namimoto T, Yamashita Y, Sumi S, Tang Y, Takahashi M. Focal liver masses: characterization with diffusion-weighted echo-planar MR imaging. Radiology 1997 Sep;204(3):739-44.

15．Ichikawa T, Araki T. Fast magnetic resonance imaging of liver. Eur J Radiol 1999 Mar;29(3):186-210.

16 Moteki T, Horikoshi H, Oya N, Aoki J, Endo K. Evaluation of hepatic lesions and hepatic parenchyma using diffusion-weighted reordered turboFLASH magnetic resonance images. J Magn Reson Imaging 2002 May;15(5):564-572.

17 Laghi A, Catalano C, Assael FG, Panebianco V, Iannaccone R, Paolantonio P, Martino G, Passariello R. Diffusion-weighted echo-planar sequences for the evaluation of the upper abdomen: technique optimization Radiol Med (Torino) 2001 Apr;101(4):213-8.

18．Amano Y, Kumazaki T, Ishihara M. Single-shot diffusion-weighted echo-planar imaging of normal and cirrhotic livers using a phased-array multicoil. Acta Radiol 1998 Jul;39(4):440-2. 19．Geschwind JF, Artemov D, Abraham S, Omdal D, Huncharek MS, McGee C, Arepally A, Lambert D, Venbrux AC, Lund GB. Chemoembolization of liver tumor in a rabbit model: assessment of tumor cell death with diffusion-weighted MR imaging and histologic analysis. J Vasc Interv Radiol 2000 Nov-Dec;11(10):1245-55.

20 Murtz P, Pauleit D, Traber F, Gieseke J, Kreft BP, van den Brink JS, Schild HH. Pulse triggering for improved diffusion-weighted MR imaging of the abdomen. Rofo Fortschr Geb Rontgenstr Neuen Bildgeb Verfahr 2000 Jul;172(7):587-90.

21．Uematsu H, Yamada H, Sadato N, Muramoto S, Inoue H, Hayashi K, Yonekura Y, Kimura H, Sakuma H, Matsuda T, Hayashi N, Yamamoto K, Ishii Y. Assessment of hepatic portal perfusion using T2 measurements of Gd-DTPA. J Magn Reson Imaging. 1998 May-Jun;8(3):650-4. 22．Ichikawa T, Arabab A S, Araki T, Touyama K, Haradome H, Hachiya J, Yamaguchi M, Kumagai H, Aoki S. Perfusion MR imaging with a superparamagnetic iron oxide using T2-weighted and susceptibility-sensitive echoplanar sequences:evaluation of tumor vascularity in hepatocellular carcinoma. AJR Am J Roentgenol.1999 Jul;173(1):207-13.