影像学技术在肝脏脂肪定量分析中的应用进展

杜惠军 王彦龙 蔡嘉慧 李光明 刘红艳

脂肪肝是现代生活中不容忽视的疾病，它不仅仅是我们长胖了这么简单，它可以造成脂肪性肝炎、肝纤维化、肝硬化，进而影响人体机能及寿命[1]。所以在检测肝脏脂肪浸润及脂肪含量准确测量显得尤为重要，肝脏活检作为脂肪肝定量的金标准因其有创性，无法大规模使用。然而随诊影像技术的日趋完善，超声、CT、MRI检查均可无创性评估肝脏的脂肪浸润程度，随着人们对肝脏脂肪变认识的增加，MR脂肪定量技术的发展，肝脏脂肪含量的评估在临床中日益突显。本文就对影像学在肝脏脂肪定量技术在临床中的应用进展进行综述。

1 脂肪肝定义及病理、生理

脂肪肝又称肝内脂肪变性，是指由各种原因引起的肝细胞内脂肪蓄积过多，脂肪含量超过肝重量(湿重)的5%(最高可达40%～50%)，或在组织学上超过肝实质30%时，称为脂肪肝。根据肝组织病理学变化，可将脂肪肝分为3个时期：Ⅰ期为不伴有肝组织炎性反应的单纯性脂肪肝，Ⅱ期为伴有肝组织炎症和纤维化的脂肪性肝炎，Ⅲ期为脂肪性肝硬化[2]。

2 超声定量评估的运用

由于体内不同组织的声阻抗及衰减系数不同，超声波接受到不同的回声波进行进行成像，其中肝脏细胞内脂肪的堆积，尤其会造成回声明显衰减，肝脏深处回声消失，但是无法估算肝脏脂肪含量及脂肪变性程度，只是粗略的判定为脂肪肝。但是不同患者对检查准备认识存在差异，部分患者受肠道气体影响以及患者的肥胖程度影响，对超声波的传播具有一定的影响，且不同年资医师对脂肪的判定存在一定的差异，无法准确量化。

瞬时弹性成像是一种新型的评估肝脏脂肪变性的方法[3]，在超声的基础上结合弹性波发展而成，主要设备有法国的FibroScan(FS)及国内的Fibro-Touch(FT)技术，通过对肝脏脂肪变性定量诊断得出受控衰减参数(controlled attenuation parameter,CAP)值，对肝脏的脂肪含量进行分析。由代炼等[4]研究可知，FS、FT测得CAP值都可以对肝脏脂肪进行定量检测，其中FS可以鉴别肝脏脂肪变性的程度，然而FT所得CAP对肝脏脂肪变的轻重程度反映没有统计学意义，所及在日常的工作中应加以甄别。因此在大多数医疗单位，还是主要采用FS技术，一般认为肝脏脂肪变性越显著，CAP值也明显升高。由Shalimar等[5]评估可知：肥胖患者的CAP明显高于非肥胖患者，并且多变量分析体重指数BMI可以独立预测CAP，并且在CAP和活检测量的脂肪变性之间的分级存在不一致的情况。所以仅凭所测得CAP去说明患者脂肪变性的程度并不可靠，CAP高估脂肪变性比低估脂肪变性更为常见，所及肥胖NAFLD的比例将会显得较高。所及在日常工作中，对于肥胖型患者，测量CAP时应将BMI作为评价的参考之一。据相关研究表明：用CAP的临界值238 db/m诊断肝脂肪变性标准时，可以发现约23.2%健康的医学生可以定义为NAFLD[6]。由此可知，NAFLD即使在健康的年轻人群中也非常普遍，更何况中、老年人，所及在日常体检中对肝脏的脂肪含量测定有一定的必要性；采用CAP可能有助于早期无创性鉴别肝脂肪变性，可以在早期进行生活干预及医学的介入。由Mikolasevic等[7]研究可知：通过随访NAFLD患者随访(21.2±11.7)月时，16.5%患者的CAP进展至少为20%。并表示BMI和血清肌酐水平是整个人群中CAP进展的最强预测因子，而HOMA法估计的胰岛素抵抗是肥胖患者亚组中肝硬度进展的独立预测因子，对于肥胖患者更应该今早降低肝脏脂肪含量。FS作为非侵入性检测的肝脂肪变性和肝纤维化的方法，对于监测肝硬度进展仍有一定的作用。因此对怀疑NAFLD或无明确肝活检指征的患者，CAP是一种评估NAFLD患者肝脏脂肪变性的无创方法[8]；在此基础上评估肝脏的纤维化程度。

3 CT定量技术的运用

3.1 常规CT 对于CT图像提供给我们的信息较为单一，常以肝与脾脏的平扫CT值比值作为诊断脂肪肝的指标，肝/脾CT值<1为诊断脂肪肝的标准，比值为0.7～1.0，属轻度；比值为0.5～0.7，而肝内血管显示不清，属中度；肝脏密度显著降低甚至呈负值，比值<0.5，肝内血管清晰显示，属重度[9]。此方法在临床工作中运用较为普遍，但无法定量反映肝脏的脂肪含量，无法满足临床需求，无法做出精准的临床诊疗计划。

3.2 能谱CT 随诊影像技术的发展，能谱CT的出现很好的补充了以往技术的不足，典型的双源CT通过两套高低千伏的管电压进行扫描；在照射过程中，由于不同原子量的物质，随着X线能量的变化而发生不同程度的衰减，它的变化程度由组成物质的原子量决定，差距越大越容易鉴别，双能量CT利用物质分析功能对肝脏脂肪进行显示[10]。不管是单球管两种能量的切换，还是双球管双能量的扫描，都基于该技术的支持，实现不同物质的分离。由骆泉湘等[11]研究发现，常规CT和虚拟平扫图像判断脂肪肝程度与病理结果相似度较高，但是常规CT图像判断脂肪肝程度准确率为91.43%，高于虚拟平扫图像的71.43%，由此可知虚拟平扫对判定脂肪肝的参考价值低于平扫，常规扫描有良好的信噪比，可以显示丰富的细节信息；然而虚拟平扫辐射剂量明显低于常规CT，虽然医学放射线明显低于人体阈值，不会造成明显的不良影响，但是避免非必要的辐射或者降低辐射剂量仍显得尤为重要，因此虚拟平时仍有一定的临床运用价值。由陈松等[12]的研究可知，通过脂肪定量MAP图测得脂肪肝组脂肪含量(18.46±3.96)%，而参考组(3.54±0.67)%；且轻、中、重度脂肪肝脂肪含量分别为(7.51±0.46)%、(14.86±1.15)%、(30.49±3.24)%；由此可知双源CT脂肪定量技术在肝脏脂肪含量的评估、判定脂肪肝程度中具有一定的参考价值。有研究数据显示，脂肪肝MAP图的运用对于诊断NAFLD的灵敏度、特异度、准确度分别为81.36%，91.67%，88.27%，MAP软件的运用可提高脂肪肝的诊断效能，且与血脂、体脂联合诊断时效能进一步提高，均达>95%[13]。对于西门子双能CTMAP软件的运用，对于脂肪肝的判定及肝脏脂肪浸润的程度判定更具有操作性。然而以上研究，在扫描过程中涉及的射线量未做相应的探讨，是否与常规CT扫描更具备优势，可以在今后的工作中进一步探讨。欧玲等[14]通过对宝石能谱CT研究70 keV单能量图对诊断中度脂肪肝数据，分析得出所测脂肪含量与曲线斜率呈负相关，该组实验所得中度脂肪肝能谱曲线斜率参范围为0.360～-0.305，基物质密度图脂肪含量范围为-227.51～236.14 mg/cm3。并指出该方法不仅辐射剂量较前明显降低，而且使图像质量得到了进一步提高；由此可知能谱CT基于能谱曲线斜率及基物质密度图的分析，可以用于脂肪含量的测定，然而基物质密度图的临床研究相对较少，需要行较多临床研究，与临床资料比对，增强实用性和准确性。但是Artz等[15]认为，基于动物模型试验得出能谱CT定量诊断的准确性与传统螺旋CT相比无明显提高(P>0.05)；但是能谱CT对于人体肝脏脂肪含量测定具有重要的运用价值，是常规CT所不具备的；然而对于肝脏脂肪含量的测定并没有大样本、多中心的相关研究，该技术在临床运用的准确性、实用性仍有待于进一步探讨。

3.3 定量CT(quantitative computed tomography，QCT) QCT主要在量化骨密度(bone mineraldensity,BMD)、肌肉和脂肪含量中突显出独特的优势，已广泛应用于骨质疏松症及脂肪肝的诊断[16]。该技术在脂肪含量的测定方面仍有一定的作用，由张晨鑫等[17]研究可知:对腹部皮下脂肪面积(abdominal subcutaneous fat area,SFA)、腹内脂肪面积(intraabdominal fat area,VFA)、总脂肪面积(total fat area,TFA)与MRI对腹部脂肪定量测量具有明显正相关关系，但QCT通过自动区分并测量腹部脂肪面积，相比MR检查加快了工作效率，并且二者所测得的脂肪含量基本相似，可以相互替代；但在日常工作中，MR的长时间、高噪音等制约了检查的普及，而扫QCT可以较快的完成扫描，可以更好的运用于健康筛查，但是由于放射性的存在，仍然制约了患者多次复查，两者检查方式均有一定的利弊。由Baek等[18]通过基于QCT对VFA、SFA和内脏与皮下脂肪比(subcutaneous fat ratio VSR)研究可得，VFA和VSR与NAFLD均呈正相关，但是SFA与男性NAFLD无显著相关性，与女性NAFLD呈负相关。VFA对于男性的IDI和NRI增加较为显著，而女性患者则VSR更有价值。由此可知，QCT参数对于肝脏脂肪沉积及疾病的进展方面，部分参数对于脂肪肝的判断应结合性别的差异，对于男性患者更应关注VFA，女性患者更应关注VSR。龚筑[19]得出实际测量肝脏CT值与骨矿密度BMD呈正相关，随着肝脏脂肪含量的增加而降低；而与β值成负相关，β值随着肝脏脂肪含量的增加而升高，其中轻度脂肪肝组、重度脂肪肝组分别为0.0481～0.0642,0.1994～0.2442；由此可知QCT对于不仅可以用于定量分析松质骨的骨密度值，也可以间接反映肝脏的脂肪分布，为肝脏的脂肪含量提供新的测量方法。由韩雪莉等[20]研究可知，正常人肝脏脂肪含量百分比β值 0.09±0.040，肥胖组0.12±0.06，进一步验证了β值随着肝脏脂肪含量的增加而升高，由上可知，QCT对于脂肪含量的测定在临床工作中有一定的意义，但与肝活检的脂肪定量仍无法进行准确对比，CT对于脂肪含量的评价标准尚不统一，对于临床应用及推广有一定难度。

4 MR定量技术的运用

4.1 磁共振氢谱成像 磁共振波谱分析通过对活体的组成成分、代谢产物及化合物进行成像的无创定量分析方法，可以准确测量肝脏的脂肪含量，还可以反映肝内脂肪的代谢情况。其中德国西门子公司的1H-MRS利用自带软件，自动计算出感兴趣区的水峰及脂肪峰峰下面积，绘制出波谱图像，并计算肝细胞相对脂肪含量(%)(relative lipid content，RLC)=脂肪峰峰下面积/(水峰峰下面积+脂肪峰峰下面积)×100%，诊断脂肪肝的标准为肝脏脂肪含量>5.56%[21]。有Martino等[22]研究建议对于儿童脂肪肝含量阈值为3.5%，若以5.56%为诊断阈值时可能会低估肝脏脂肪含量，可能是小儿在早期发育对于脂肪的代谢能力有关。由相关研究可知，轻、中、重度NAFLD患儿经过MRS所测得的质子密度脂肪分数(PDFF)分别为7.47±3.1，17.96±4.2，30.15±3.9，三者差异有统计学意义(P<0.05)[23]，由此可知基于MRS所得的PDFF可用于对患儿肝脏脂肪变性的评估，可用于临床决策的参考，进一步指导患儿的饮食调整及药物干预，然而儿童脂肪肝的评价尚无统一评断标准；其中以集中评分的组织学为参考方法，评估了磁共振成像(MRI)质子密度脂肪分数(PDFF)在儿童中的表现，在基线检查时，17%(19/110)、28%(31/110)和55%(60/110)的肝活检显示1、2和3级组织学脂肪变性；相应的PDFF(平均值±标准偏差)值为(10.9±4.1)%,(18.4±6.2)%和(25.7±9.7)%，通过ROC曲线，对于2～3级脂肪变性，90%特异性的PDFF截止值为17.5%，对于3级脂肪变性，为23.3%。该研究通过肝脏活检为金标准，与MR脂肪定量进行比对，具有较高的说服性，可以在临床中加以印证[24]。由高琪等[25]研究可知，MRS-PDFF与肝脏病理脂肪变分级呈正相关，并S1、S2、S3级患者的MRS-PDFF值分别为(8.25±4.32)%、(15.67±4.54)%和(23.46±5.82)%;由上可知，相对于肝脏穿刺来说，磁共振波谱分析可以无创的肝脏的脂肪变进行评价，并与病理结果具有一定的相关性，为不必要的肝脏穿刺提供参考，并对肝脏的脂肪含量进行评估，对治疗与评估病情提供依据。以往的磁共振波谱分析有成像时间长，患者配合较差，在一定程度上限制了该技术的运用，大多用于科研研究。而现行的磁共振波谱分析单体素波谱(HISTO)序列基于单体素波谱序列，具有简单、快速单次屏气技术，可重复率高，通过自动处理，可以安全、无创得到脂肪分数及R2water值，用于诊断或监测脂肪肝或铁沉积。但是任存在一定的局限，仅用于单体素的测量，存在抽样误差较大的缺点。

4.2 磁共振水脂分离Dixon技术 在1984年，由Dixon首次报道水和脂肪分离的简单光谱学成像的技术并可以运用于组织脂肪含量的测定。以往IDEAL技术是三点Dixon采用对称回波成像，再到采用三点不对称回波成像迭代最小二乘估计算法并与多种序列相结合，从而使得成像速度得到提升[26]。通过对IDEAL基础上进一步技术改进，多采用6个梯度回波的化学位移水脂分离成像技术，如Dixon quant、IDEAL-IQ、Liver Lab技术，一次屏气得到6组图像包括脂肪分数(fat fraction，FF)、弛豫率(R2*)、T2*校正水像、T2*校正脂像、正相位以及反相位，以上技术采用小反转角、多次回波采集减小T1 效应及铁沉积等混杂因素的影响，得到 T2* 拟合曲线，得到脂肪含量及R2*图，可以准确地组织的脂肪含量及该区域的铁沉积程度。因此，该技术在临床运用得到相关人员的重视：由马静等[27]研究可知，T2* 校正的多回波Dixon技术多回波序列在轻度与中度、轻度与重度和中度与重度之间差异均有统计学意义，与双回波Dixon脂肪肝的诊断效能较好。由此可知T2* 校正的多回波Dixon技术是一种便捷、准确的定量分析肝脏脂肪变性的影像学方法，并且可以重复多次测量，有助于临床治疗的监测。通过运用MRI多回波水脂分离技术评估MAFLD患者肝脏脂肪含量的效能得出肝脂肪分数(FF)，MAFLD组(23.7±5.3)%,显著高于健康人(10.3±3.9)%，差异有统计学意义(P<0.05);中度组和重度组FF分别为(25.3±5.5)%和(44.7±6.7)%,与轻度组(15.5±4.0)%差异均有统计学意义；判断轻度、中度和重度肝脏脂肪变性的最佳诊断点分别等于16.4%、26.4%和44.6%，诊断效能分别为0.728(95%CI:0.628～0.829)、0.870(95%CI:0.784～0.957)和0.996(95%CI:0.985～1.000)。由此可知，水脂分离技术对于诊断肝脏的脂肪含量及对脂肪含量的分级诊断具有重要意义，应该在MAFLD患者中多加运用，监测治疗效果及病情改变[28]。磁共振对于脂肪肝的诊断、分级判定与病理诊断及病理分级之间的相关性研究缺乏，没有权威的标准，在临床中的运用还有一定距离。由Zhou等[29]得知，运用Dixon序列，轻度、中度、重度脂肪肝组间全肝脂肪定量有显著性差异。虽然Dixon法测得的全肝脂肪定量值小于肝活检法，但是二者之间呈正相关(r=0.824，P<0.001)。应用Dixon法判断轻、中、重度脂肪肝均有较高的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值。由此可知Dixon技术和肝活检均能显示脂肪肝的严重程度，且二者均有较好的一致性，且Dixon技术是无创性的，有很大的潜力取代有创性肝活检。由Hui等[30]结果表明，NAFLD成人、青少年肝右叶脂肪含量明显高于左叶(P<0.001)，对于T2*值，NAFLD成人、非NAFLD成人的左叶和右叶之间差异有统计学意义(P<0.001)。由此可知，在NAFLD患者中，无论年龄大小，肝脏脂肪优先储存在右侧活叶中，这可能是由于流向右侧肝脏的血流流线所致。成人右肝叶T2*值明显高于青少年，而与肝脂肪含量无关，这可能是由于肝铁蓄积时间较长所致。由上可知肝脏脂肪含量的测定，还可能血流关系有一定的影响。磁共振对于肝脏脂肪的测量文献相对贫乏，大都为小样本的探索性研究，且不同研究间存在一定的差异，无法作出统一的临床指导方案，所以磁共振运用在肝脏脂肪测量方面还有待于进一步挖掘、探索。

4.3 弥散加权成像(DWI) DWI是通过检测组织水分子布朗运动来反应组织的结构特点，可以先于形态学改变，无创的显示细微结构，并可以作为定性、定量检测的方法，并通过表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值定量反应活体中水分子运动[31,32]。有研究指出，通过比较健康受试者ADC值1.467±0.146与NAFLD患者的ADC值1.189±0.015，二者有明显差异，且比较NAFLD轻、中、重度各组间ADC值的差异，得知随着肝脏脂肪程度的进展，ADC值明显减低，且各组间均具有统计学意义；并且分析肝脾CT值比值与ADC值的相关性呈正相关，r为0.642[33]。由此可知，ADC值随着肝脏脂肪的沉积而逐渐降低，导致其内部脂肪含量及水分子发生变化[34]。由于肝细胞内脂肪的填充，造成肝细胞体积增大，细胞外间隙变小，从而造成水分子的明显受限，进一步发展时造成肝细胞脂肪变性，肝功能下降，甚至形成脂肪性肝硬化[35]。其中弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)，量化了弥散各向异性的信号数据，使组织微结构更加精细显示，DKI最具代表的参数为平均扩散峰度(mean kurtosis，MK)、各向异性分数(fractional anisotropy，FA)、平均扩散系数(mean diffusion，MD)等。通过动物实验研究可知，MK值随着NAFLD严重程度的增加而显著增加，ADC和MD值随着NAFLD严重程度的增加而显著降低，FA值则对于脂肪肝分级无显著意义；肝脏随着肝脏脂肪含量的增多与MK呈正相关，与MD和ADC均呈负相关；与ADC相比，MD和MK的曲线下面积显著更高[36,37]。由此可知，MD和MK对于肝脏脂肪含量的分级更加具有临床价值，且早期诊断非酒精性脂肪性肝炎的价值优于传统磁共振扩散加权成像。DKI通过对前瞻性评估慢性肝病患者的肝纤维化可知，MD、MK和ADC与纤维化分期有统计学意义，在预测2期及以上纤维化时MK、MD和ADC之间的诊断效能基本相似，略高于ADC值的诊断效能[38]。由此可知DKI以非高斯分布理论为基础，对细微组织变化更加敏感，与单指数ADC模型，在高b值下可以较好的拟合水分子非高斯分布行为，对病变的早期诊断具有更好的价值。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)也是基于传统DWI更进一步分析组织毛细血管微循环灌注的真、假性扩散的总体情况，从微观评估组织情况，比ADC更真实并可以反应组织灌注情况。通过软件分析得到ADC值、扩散系数(D)、假扩散系数(D*)和灌注分数(f值)，由邓宇等[39]通过动物实验研究可知，实验兔的D、D*、f及ADC值均低于正常组；主要原因可能是大小不等的脂滴在肝脏内聚集，部分脂滴可占据整个细胞浆，造成线粒体等细胞器肿胀，导致细胞内微环境的变化；其中D*的下降受多种因素可影响，为了保持D*值得稳定性，采取多b值采集相当重要。f值则与毛细血管网密度有关，f值和肝血窦开放程度关系密切，且随着肝细胞脂肪变性，肝血窦的血流减低，f值更可能变小，与Joo等[40]研究结果不一。然而Shin等[41]对怀疑肝脏脂肪变及肝纤维化儿童研究可知，脂肪含量与f呈正相关，D值和ADC与肝脏脂肪含量无明显相关性；而Murphy等[42]研究得出D值与肝脂肪变性程度负相关，由上所得IVIM多参数能客观反映脂肪肝病的组织学改变，但作为准确的量化指标还有一段距离，且不同研究之间还有所冲突，造成该原因有很多因素，易受操作仪器、人为因素和生物学因素的影响等局限性，还需要更多的数据来验证。

4.4 定量磁敏感加权图 无论是定量磁化率成像(QSM)还是磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)都是在T2*梯度回波基础发展而来，通过组织间的磁敏感差异不同，获得图像的对比度，并可以同时获得相位图及磁矩图[43]；该技术都通过一次性屏气完成，将运动伪影降到最低，还可以修正脂肪的存在影响。主要运用于脑部相关病变，并可以作为早期评价神经影像标志物的技术，运用于肝脏铁沉积中的研究相对较多，但是笔者发现在肝脏脂肪含量方面的研究相对较少，现研究都是以QSM联合水脂分离技术为主。江广斌等[44]通过QSM得出正常志愿者和铁沉积患者肝脏的磁化率值和脂肪分数值分别为(0.13±0.03)ppm、(3.92±0.84)%，与2D ME-FGREMER2*所测得的磁化率值具有高度相关性，并且与MRS所测得的脂肪分数比较差异无统计学意义(P>0.05)，由此可知，二者技术的合用在测得脂肪分数的同时减轻了脂肪的过多沉积对铁含量的影响，使测得的结果更加准确，该结果与Lin等[45]研究基本一致。而一般以MRS所测得脂肪分数作为金标准[46]，QSM所测得的脂肪分数与MRS所测得数值具有相同的临床价值，可以用于临床肝脏脂肪浸润的评估。QSM不仅可以获得目标物体的脂肪含量，还可以进一步反应棕色脂肪代谢情况，由祝翠玲等[47]通过对冷刺激结束后观察大鼠肩胛区棕色脂肪影像学发现，QSM可定量评估活体大鼠棕色脂肪的代谢活性，有望成为活体定量评估BAT代谢活性的潜在的一种新的生物学标记。这是由于冷刺激的作用，让富含铁的线粒体含量增加、血流速度加快，造成脂肪的消耗，进而通过监测顺磁性物质的改变，反应脂肪的代谢情况，但仍然停留在试验研究阶段，临床运用还有一段距离。

综述所述，肝脏脂肪含量的测定对于青少年性脂肪肝、脂肪性肝炎、肝硬化的预防及监测具有重要意义。本文回顾了近年来不同影像学方法对肝脏脂肪定量分析的现状及进展。无论是超声、CT、磁共振对肝脏脂肪含量的测定都有一定的参考价值；其中磁共振多序列的开发使得对肝脏脂肪的测量更具有可操作性、选择性，各序列在临床运用中有一定的价值，然而在相互印证方面并不完全统一，评价标准也不统一。在临床中大规模的运用还有一段距离，需要多中心、大样本的研究数据进一步支持、完善。随着技术的更新迭代，以及对肝脏脂肪变性认识的不断提高，对于肝脏脂肪测量的方法、方式将更加完善，更好的服务临床与患者，使影像学更好的服务于精准医疗。