随着高科技手段的发展应用，分子影像学在功能成像方面的优势日益突显。作为一种优越的影像技术手段，分子影像学能够对活体内细胞及分子水平的生物过程进行描述和测量，是一门集医学影像技术与计算机、核医学、分子生物学等学科的综合学科。
目前，常用的分子影像学成像技术主要包括核医学成像、光学成像、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）及超声成像等。其中，MRI是在传统影像技术的基础上，以特殊分子为成像研究对象，将非特异性的物理成像转化为特异性的分子成像，由于具有较高的空间分辨率，同时又可获得解剖结构和生理代谢方面的信息，在临床诊疗工作和基础科学研究中扮演着越来越重要的角色。
而肝脏参与体内去氧化、分泌胆汁以及调节蛋白质、脂肪、碳水化合物的合成、储存肝糖等代谢过程；此外，肝脏还具有解毒、造血和凝血等作用。临床上有关肝脏的检查及研究方法种类繁多，每一种方法均有其自身某种优势及局限性。通过多模态磁共振功能成像可以全面评估肝脏组织的特征，并能够提供准确的定性和定量数据，因而临床应用广泛。现就磁共振功能成像在肝脏疾病及功能评价中的应用进展予以综述。
1.扩散加权成像
扩散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）使细胞外、细胞内和血管内水分子的布朗运动可视化，通过分析水分子的扩散运动，反映组织的功能状态。由于对运动敏感，患者呼吸、心跳、肠管等运动均可导致图像质量下降，DWI在腹部的应用受限。呼吸门控、心脏门控、单次激发平面回波成像等技术的引入，使DWI克服了上述不足。DWI具有良好的检测肝脏病变能力，并且可以在无造影剂的情况下实现定量评价。DWI不仅能够对常规序列难以鉴别的病变提供微观领域的诊断信息，还可提供与肝脏功能相关的辅助信息，因此肝脏DWI越来越多地被应用于临床。
1.1DWI在肝脏肿瘤学中的应用
DWI已被广泛应用于肝脏肿瘤的定性和定量评估。DWI主要用于寻找肝内转移病灶，其优势在于具有极高的灵敏度，对于小病灶，尤其是微小毫米病变，具有较高的应用价值。DWI相较常规MRI具有更高的肝肿瘤检出率，并可对肝脏占位性病变的良、恶性做出准确的鉴别。此外，由于DWI具有更好的信噪比，低扩散灵敏度（b值）通过抑制肝实质背景使血管能够更好地显示，因而DWI利于对肿瘤组织的临床分期。而DWI在体内区分坏死和存活肿瘤区域的能力，使其适用于监测肿瘤的治疗。
通常认为肝脏局灶性病变间表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值差异显著，依据ADC值分析能够对常规扫描诊断困难的肝脏病变进行有效鉴别，然而有研究表明，ADC值在局灶性病变间部分仍有重叠。因此，依据ADC值进行鉴别诊断，尤其对一些肝脏良性实性肿瘤、肝癌、坏死或囊变的转移瘤目前仍存在很大争议，还需大量的数据支持，相应的研究仍有待深入。
1.2DWI在弥漫性肝脏病变中的应用
通常认为DWI较常规MRI能更早地对肝弥漫性病变做出诊断。对于肝脏纤维化的诊断，有学者认为，ADC值随着肝脏纤维化等级的进展而降低，这可能与肝脏纤维化后水分子扩散受限有关，纤维化程度越高，扩散受限越显著。然而，ADC值在活体组织中不仅受水分子扩散运动的影响，微循环中血液灌注对ADC值的影响更为显著，微循环灌注几乎是水分子扩散运动的数倍以上；此外，ADC值反映的扩散权重受b值影响极大，如果b值变小，ADC值所反映的微循环灌注权重增大，b值增大，ADC值则反映组织内水分子以扩散运动为主。而体素内不相干运动磁共振DWI能够很好地将生物组织中水分子扩散与微循环灌注区分开。
例如，有研究报道了使用体素内不相干运动磁共振DWI参数诊断肝纤维化的功效，结果显示，灌注相关的扩散参数（D*：快速ADC，f：灌注分数）与肝纤维化/硬化肝脏中的限制性因素显著相关，而扩散相关参数（D：慢速ADC）与肝纤维化/硬化肝脏中的限制性因素则无显著相关性。然而，Zawada等的研究认为，体素内不相干运动参数无法预测肝纤维化，而基于高b值计算的ADC值，在预测显著纤维化中具有较高的特异性。
Hansmann等研究证实，脂肪变性对ADC值有影响，脂肪变性可使ADC值降低，因为肝细胞脂肪含量增加和细胞外间质脂肪积累导致空间减少而限制了水分子扩散。此外，DWI评价肝缺血再灌注损伤后功能及形态的改变具有较高的价值，肝缺血再灌注损伤后，首先遭到破坏的是微循环，然后才出现肝细胞的损伤，而微循环障碍是肝缺血再灌注损伤的生理病理基础之一，其在肝缺血再灌注损伤发生、发展过程中的作用正逐渐引起人们的关注，微循环损伤、微血栓形成、血流灌注障碍导致细胞结构受损、水肿，甚至出现广泛的溶解、坏死均可引起ADC值变化。因此，肝缺血再灌注损伤过程中ADC值复杂多变，与其病理生理过程的复杂性和多因素性密切相关。
有研究认为，体素内不相干运动磁共振DWI能够定量监测肝缺血再灌注损伤后肝脏损伤的严重程度，对肝脏微观结构的改变和肝损伤的监测具有无创、准确、动态、定量的优点。但由于病例数较少，更加深入的研究及可重复性的问题仍需进一步探讨。
2.灌注加权成像
磁共振灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）源于核医学灌注成像技术。PWI是通过评价组织微循环血流动力学情况进而评估组织活力及功能的一种无创性检查方法。PWI依据成像原理可分为三大类：对比剂首过通过、动脉血质子自旋标记技术以及血氧水平依赖磁共振功能成像。灌注成像在肝脏方面的应用主要包括肝硬化和肝良恶性肿瘤的鉴别诊断、隐匿性转移性肝肿瘤的诊断、肝移植后血流灌注监测及肝癌动脉栓塞化疗治疗的血流灌注情况评价等。
与CT灌注成像相比，PWI具有更高的时间分辨率，敏感性更强，仅需少剂量的对比剂，且无X线辐射，具有更高的临床实用价值。肝脏PWI在评价肝脏肿瘤血管化中具有重要的临床价值，肝脏由于是双重血供，好发肿瘤，肿瘤主要依靠肝动脉供血，PWI仅需从周围静脉注射对比剂即能准确地反映肿瘤的微循环状况，评价肿瘤内血管化程度，不仅利于肿瘤的鉴别诊断，还利于介入栓塞治疗后的疗效评价及长期监测。
此外，Yang等研究半肝肝硬化模型时发现，PWI所测得的肝实质门静脉血流灌注与肝硬化程度具有一定相关性。目前PWI仍存在很多问题，定量参数易受多种因素干扰，如对比剂的生化性质、观察误差、增强序列的参数设置及PWI使用的药动学模型、定量方法等。另外，序列及分析软件也有待改进。
3.动态增强MRI
3.1常规动态增强MRI（dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）
与传统增强侧重形态学改变及强化方式的观察不同，DCE-MRI是一种无创性地反映组织微循环血流灌注状况的功能成像方法，是以流动效应为基础，快速注射外源性对比剂后，通过在不同的时间点动态获取检查部位的图像信息，利用数学模型对所采集的图像进行处理分析，依据注射对比剂增强前后组织T2或T1信号变化的规律，分析所检组织的血流动力学变化、局部微循环状况、灌注及血管通透性等，并能够间接地显示缺血、乏氧等方面的信息。
数学技术模型包括两类：第一类为半定量模式，所采用的参数主要包括达峰时间、最大增强斜率、信号增强率等，但由于各项研究采用扫描序列不一致，半定量模型参数设置不一，所获得的结果之间的可比性较差；另一类为定量模式，其基础是药动学模型，由于对比剂不进入细胞内，因此动态增强图像每个体素内信号强度的改变反映对比剂由血管内进出的过程，而评估此过程的参数包括速率常数、容量转移常数、血管外细胞外间隙容积比以及对比剂浓度-时间曲线下面积。
DCE-MRI不仅能够反映组织的血流量，同时能够反映局部渗透率，是评价组织真实灌注情况的理想指标。DCE-MRI具有较高的软组织分辨力，借助于增强造影剂的使用，可以鉴别肝脏疾病，同时可以准确定量评估病变的血流动力学特点，使研究结果更加精确，可比性更强。
3.2肝胆特异性成像
DCE-MRI可使用的对比剂的种类繁多，目前仍以顺磁性对比剂为主。随着对比剂的不断研发，近年来肝脏特异性对比剂越来越受到关注。用于肝脏的特异性对比剂主要包括两种：①肝巨噬细胞特异性对比剂，临床上较为常用的为直径40～400nm的超顺磁氧化铁，经外周静脉注射此类对比剂后，颗粒进入肝脏后被网状内皮系统肝巨噬细胞所吞噬，使正常肝组织在T2加权成像上表现为低信号；②肝细胞特异性对比剂，目前常用的主要有钆塞酸二钠（Gd-EOB-DTPA、BayerAG、Berlin）和钆布酸二甲基葡胺（Gd-BOPTA、Bracco-BykGulden、Constance）。由于肝细胞特异性对比剂的应用，评价基于成像的肝功能测试的研究越来越多。
有研究表明，肝细胞能够特异性地对Gd-EOB-DTPA摄取。另有研究认为，利用T1加权成像上信号强度的变化可定量评价肝功能。尽管目前利用Gd-EOB-DTPA进行肝脏功能评估还处于探索阶段，但Gd-EOB-DTPA在肝功能评估中具有不可替代的优势，有望成为分析肝脏功能、判断肝脏病变性质的有效手段。Haimerl等计算了增强前后图像之间的T1弛豫时间减少率，并通过受试者工作特征曲线分析确定了纤维化阶段的最佳临界值；T1弛豫时间随着肝纤维化严重程度的增加而降低，故认为Gd-EOB-DTPA增强的T1弛豫法是检测早期肝纤维化和肝纤维化分期的可靠工具。此外，有研究表明，联合磁共振DWI与Gd-EOB-DTPA肝细胞特异性成像能够提高对肝脏肿瘤复发诊断的灵敏度和特异度。
4.波谱分析
磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）是在MRI基础上发展起来的又一新型功能成像。MRS将MRI技术与波谱技术进行结合，以波谱曲线的形式反映活体组织某一特定区域的化学成分及代谢状况，是目前相对理想的无损伤测量方法。肝脏的MRS在体内既被用作研究工具，也是很好的临床诊断工具。由于高代谢活性，肝脏适宜静态和动态代谢研究。目前在肝脏MRS中，应用最多的为31P、1H和13C。31PMRS主要用于研究细胞内能量代谢、磷脂代谢和糖异生。肝脏31PMRS提供了肝脏代谢的磷酸化化合物的信息，对各种类型的弥漫性肝脏疾病具有诊断价值。弥漫性肝病与磷酸单酯水平升高和磷酸二酯水平降低相关，这些变化归因于肝细胞损伤、肝细胞膜中磷脂周转增加或葡萄糖代谢的改变。
一般来说，MRS变化的幅度随着疾病严重程度的增加及功能损伤的加重而显著增加。31PMRS在肝脏中的另一项重要研究为肿瘤的鉴别。与其他MRI敏感核相比，1HMRS具有较高的灵敏度，人体中几乎所有的代谢物均含有氢质子，因此理论上1HMRS可以研究大量的代谢物。1HMRS主要用于检测肝脏脂质水平。最新的研究利用1HMRS检测肝脏脂肪分数，结果显示，1HMRS检测肝脏脂肪分数与磁共振多回波水脂分离技术具有良好的相关性（R=0.987）和一致性（ICC=0.982）。
Lim等发现，慢性肝病1HMRS表现与肝脏纤维化的严重程度显著相关。此外，1HMRS也可用于肝脏肿瘤的坏死监测。13CMRS在肝脏中则主要用于研究肝糖原和脂质代谢。13CMRS研究显示，肝脏在1型和2型糖尿病血浆葡萄糖调节紊乱中具有关键作用。迄今为止，已有不少学者关注1型糖尿病13CMRS，用以确定糖尿病中糖原合成的直接和间接途径的改变，未来利用13CMRS检测肝肿瘤的葡萄糖代谢将成为热点，但目前的研究仍较缺乏。
目前肝脏MRS仍存在许多问题，由于肝脏位置靠近膈肌，易受胃肠蠕动及呼吸运动影响，为获得更好的信噪比，则需要更长的扫描时间，对设备的要求也相对较高，处理软件复杂且需要专业的光谱知识。随着更高的磁场的应用以及新的多元检测探针、新的生物标志物、新的采集技术用于改善空间和时间分辨率，相信MRS在肝脏疾病、肝功能等方面的应用前景将更广阔。
5.弹性成像
磁共振弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）是继超声瞬时弹性成像后出现的非创伤性并可做定量分析的MRI技术，被称为“影像触诊”。MRE的原理是组织、器官在外力作用下发生质点位移，从而获得磁共振相位图，利用弹性力学原理直观地显示组织的弹性，并进行量化、定量分析。MRE在肝脏的应用主要集中于肝脏纤维化方面。研究表明，肝脏纤维化分级与肝脏的硬度密切相关，纤维化进展时肝脏硬度也会增加。
事实上，MRE甚至可以在非酒精性脂肪性肝炎发展为肝纤维化之前进行预测。与“金标准”肝脏穿刺活检相比，MRE不仅无创，不受检查范围的限制，而且可以在肥胖或伴有腹水的患者中进行，可重复操作，且成功率相对更高。瞬时弹性成像技术是目前临床上诊断肝纤维化的一个重要手段。有研究认为，MRE技术优于瞬时弹性成像技术，因而其应用前景广阔。此外，MRE可以在注射MRI造影剂之前或之后进行，并且对测量的肝硬度无显著影响，这使得MRE在临床肝脏MRI方案中的应用具有相当大的灵活性。
Huwart等研究显示，MRE诊断的准确性优于常规血清肝功能测试。但MRE仍存在局限性，利用目前的MRE技术还不能区分由纤维化引起的肝硬化和由其他条件引起的肝硬化。在患有急性肝炎的患者中无纤维化也可以引起肝硬度的增加。在餐后状态的慢性肝病患者中进行MRE时，增加的门静脉血流导致肝脏硬度的动态上升，致使MRE高估肝脏硬度。急性胆管梗阻和炎症充血也可以引起肝脏硬度增加，这些情况下应谨慎解释MRE。虽然已有研究表明，慢性炎症可能对肝纤维化的MRE评估有一定影响，但目前仍存在争议。MRE在综合评价肝脏疾病方面前景广阔。
自旋回波MRE技术已经应用于轻度至中度的铁过载患者，3DMRE技术将有助于评估肝纤维化和局灶性肝脏病变。帮助鉴别炎症、纤维化和充血弹性变化的多频MRE技术目前正在研发中。近年来，MRE在肝脏肿瘤坏死、分期方面的研究逐渐增加。肝弹性值未来或可代替肝脏活组织检查，以评估慢性肝脏疾病的疗效。
6.磁敏感加权成像
磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）以T2加权成像作为基础，利用组织磁化率的差异，通过相对长回波时间的梯度回波序列，获得磁矩图和相位图；图像相位变化反映了磁场不均匀性，不同组织的磁化属性，对于显示小静脉血管、血液成分、钙化、铁沉积的敏感性较高。SWI在神经系统开展较多，在肝脏方面受扫描时间过长、检查部位需保持制动等因素限制，目前应用还较局限。SWI用于肝脏肿瘤的诊断、鉴别诊断，能够提供更多的辅助信息，如可显示肿瘤血管、钙化、出血、肿瘤内部血流供应及边缘等，提高坏死、微量出血的检出率。
有学者将SWI对含铁血黄素和非铁血红素的磁敏感特性应用于肝脏，构建肝癌动物模型，并由肝动脉注入含有铁氧化物的微球，栓塞后，检测微球在肝脏组织的分布状况，借此评价治疗效果。另有研究认为，SWI技术对检出肝硬化铁质沉积再生结节较为有效，SWI对铁质沉积再生结节的敏感性约是T2加权成像的2倍，且某些低铁含量的铁质结节只能通过SWI检测到。除了检测铁质结节外，SWI也可以检测中度和晚期肝纤维化，但仍需进一步的研究评估其临床使用情况。
7.小结
多模态磁共振功能成像能够在不同水平反映活体器官组织的代谢、生理、病理及功能变化，其成像技术发展迅速，如果能够利用各种成像方法的优势，则可更好地服务于临床。虽然磁共振功能成像在肝脏科学研究方面的应用较为广泛，但仍处于探索阶段，缺乏深入和细化，还有许多问题亟待解决。随着各种磁共振功能成像技术的进一步优化，在肝脏疾病的早期诊断、鉴别、功能评价及疗效评估等方面将发挥更大的作用。而如何更加有效地将多模态磁共振功能成像手段进行整合应用，优势互补或与其他分子影像学方法联合运用，将成为磁共振发展及科学研究的目标和方向。