2型糖尿病患者器官脂肪沉積的磁共振定量研究

馮英連 FENG Yinglian

董冰清 DONG Bingqing

王遠成 WANG Yuancheng

張世軍 ZHANG Shijun

陳圣妮 CHEN Shengni

居勝紅 JU Shenghong

2型糖尿病患者器官脂肪沉積的磁共振定量研究

馮英連 FENG Yinglian

董冰清 DONG Bingqing

王遠成 WANG Yuancheng

張世軍 ZHANG Shijun

陳圣妮 CHEN Shengni

居勝紅 JU Shenghong

目的 脂毒性在糖尿病及其相關并發(fā)癥的發(fā)展進程中起到至關重要的作用，然而器官脂肪定量的“金標準”為活檢及組織化學染色，其均為有創(chuàng)操作并有其自限性，故本研究應用MR 3點式T2*校正Dixon技術進行體內(nèi)器官脂肪沉積的無創(chuàng)性定量，并比較糖尿病患者和正常志愿者腹部器官脂肪沉積的差異。資料與方法 本研究共招募65例臨床診斷為2 型糖尿病患者和34例正常受試者。每位受試者均接受3.0 T MR腹部軸位常規(guī)平掃及T2*校正的3點式Dixon序列掃描。比較兩組受試者的肝臟、脾臟和胰腺的脂肪分數(shù)，分析受試者各器官脂肪沉積與體重指數(shù)、年齡等的相關性。結(jié)果 2型糖尿病組的肝臟和脾臟脂肪分數(shù)分別為（5.4±4.3）%、（3.7±1.4）%，明顯高于正常組[（2.9±1.3）%、（3.0±0.9）%]，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。2型糖尿病組的胰腺脂肪分數(shù)與正常組差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。99例受試者的肝臟、脾臟和胰腺的脂肪分數(shù)與BMI相關（r=0.379、0.305、0.306，P＜0.05），僅胰腺脂肪分數(shù)與年齡存在相關性（r=0.261，P＜0.05）。結(jié)論 無創(chuàng)性MR T2*校正的3點式Dixon技術能夠發(fā)現(xiàn)糖尿病患者的肝臟及脾臟的異常脂肪沉積，有助于腹部器官脂質(zhì)沉積的評估。

糖尿病，2型；脂質(zhì)貯積?。淮殴舱癯上?/p>

2型糖尿病是最常見的糖尿病類型[1-2]。研究表明，非脂肪組織的異常脂質(zhì)沉積可導致器官功能損傷，如肝臟脂肪性肝炎和肝硬化[3-5]，胰腺β細胞功能障礙[6]以及腎臟功能損傷[7]等，這一病理過程稱為脂毒性。脂毒性主要促進胰島素抵抗、活性氧基團和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激的產(chǎn)生、信號通路的改變以及促炎、促纖維化因子的釋放，上述因素在糖尿病的發(fā)展進程中起到至關重要的作用[3,8]。

MR 3點 式T2*校 正Dixon（three-point Dixon，3p-Dixon）又稱為MR容積內(nèi)插呼吸（volume-interpolated breathhold examination，VIBE）檢查序列，能夠?qū)2*衰減進行體素校正，因此可以更精確地進行器官內(nèi)的脂肪定量[7,9]。此外，磁共振波譜成像（MRS）可以精確地應用于肝臟脂肪定量，其結(jié)果與組織學結(jié)果具有顯著相關性，已作為“金標準”取代活檢，但MRS不適用于小器官的脂肪定量，而3p-Dixon已經(jīng)證實為用于定量內(nèi)臟器官脂質(zhì)沉積的有效方法，尤其是小器官[10-13]。目前缺少應用3p-Dixon進行腹部器官脂肪定量的系統(tǒng)性研究。因此，本研究擬應用3p-Dixon探索T2DM患者內(nèi)臟器官的異常脂肪沉積，以尋找臨床內(nèi)臟器官的脂肪定量及疾病后期隨訪干預的無創(chuàng)性影像標志物。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2016年4—10月東南大學附屬中大醫(yī)院共招募99例受試者，其中65例臨床診斷為2型糖尿病，男42例，女23例；年齡45～80歲，平均（60.3±9.2）歲。34例正常受試者，男14例，女20例；年齡45～79 歲，平均（58.9±7.1）歲。臨床和實驗室檢查包括年齡、性別、體重指數(shù)（BMI）、糖尿病患病時間以及成像4周以內(nèi)的空腹血糖和肌酐。2型糖尿病組BMI和空腹血糖高于正常組（P＜0.01），正常組的肌酐值稍低于糖尿病組（P＜0.05）。兩組年齡、性別差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表1。

表1 糖尿病組和正常組受試者的相關臨床指標比較（x±s）

1.2 儀器與方法 采用3.0T MR儀行腹部軸位掃描（Magnetom Verio；Siemens，Erlangen，Germany），檢查序列包括T1WI、T2WI、T2壓脂和3p-Dixon。3p-Dixon掃描參數(shù)：TR 9.25 ms，TE 2.45、3.67、7.35 ms，翻轉(zhuǎn)角度9°，層厚 5 mm，矩陣256×176，激勵次數(shù)1，視野400 mm×400 mm，帶寬270 kHz。受試者取仰臥位，T1WI和3點式 Dixon序列各需屏氣17 s和21 s（受試者于檢查前接受呼吸訓練）。3p-Dixon序列掃描后即可得到7 組衍生圖像，主要包括同相位、反相位、脂肪相、水相和脂肪分數(shù)（fat fraction，F(xiàn)F）圖等。

1.3 圖像分析 由2名放射科住院醫(yī)師在Dixon的FF圖上獨立畫取感興趣區(qū)（ROI），包括肝臟（選取5層較大肝層面，于肝右葉且盡量避開肝臟脈管組織結(jié)構(gòu)畫取類圓形ROI）、脾臟（于脾臟實質(zhì)選擇3層較大脾臟層面畫取類圓形ROI）、胰腺（分別于胰頭、胰體、胰尾畫取ROI），見圖1。分別計算肝臟、脾臟及胰腺平均FF，F(xiàn)F=Ifat/（Ifat+Iwater）×100%。其中Ifat為圖像脂肪的信號值，Iwater為圖像水的信號值。2名放射科醫(yī)師測得的結(jié)果分別記錄為肝臟、脾臟及胰腺FF與肝臟、脾臟及胰腺FF1。

圖1 男，55歲，T2DM。肝臟及脾臟測量層面的FF圖（A）及FF彩圖（a）顯示，肝臟FF=2.5%（箭），脾臟FF=2.8%（箭頭）；胰頭層面的FF圖（B）及FF彩圖（b）顯示，胰頭FF=4.4%；胰體尾部的FF圖（C）及FF彩圖（c）顯示，胰體FF=5.6%（箭頭），胰尾FF=3.9%（箭）

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 19.0軟件。測量數(shù)據(jù)均以x±s表示。應用獨立樣本t檢驗比較正常組和糖尿病組的量化指標，并以Pearson檢驗分析各個器官FF與BMI、年齡之間的相關性，應用協(xié)方差分析校正2 型糖尿病組和正常組FF與BMI 的關系，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 3p-Dixon器官FF結(jié)果 2名放射科住院醫(yī)師所測得的肝臟、脾臟及胰腺FF具有顯著相關性（r=0.776、0.821、0.800，P＜0.05，圖2）。2型糖尿病組的肝臟和脾臟FF明顯高于正常組（P＜0.05）。2型糖尿病的胰腺FF與正常組差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表2。

表2 糖尿病組和正常組的腹部器官FF的對比（x±s，%）

圖2 2名觀察者所測得的肝臟、脾臟及胰腺FF的線性回歸分析。A.肝臟FF與肝臟FF1；B.脾臟FF與脾臟FF1；C.胰腺FF與胰腺FF1

2.2 各器官FF與年齡、BMI的相關性 本研究99例受試者的肝臟、脾臟和胰腺的FF與BMI均呈顯著相關性（r=0.379、0.305、0.306，P＜0.05）。僅胰腺FF與年齡存在相關性（r=0.261，P＜0.05），肝臟、脾臟FF與年齡無相關性（P＞0.05），見圖3。

圖3 99例受試者的肝臟、脾臟和胰腺FF與BMI及胰腺FF與年齡關系的線性回歸分析。A.肝臟FF與BMI；B.脾臟FF與BMI；C.胰腺FF與BMI；D.胰腺FF與年齡

本研究應用協(xié)方差分析校正2型糖尿病組和正常組的BMI不匹配性，結(jié)果證明2型糖尿病組的肝臟、脾臟FF的增高獨立于BMI因素（P＜0.05）。

3 討論

近年來，脂肪的異位沉積對2型糖尿病的發(fā)病及并發(fā)癥的作用受到廣泛關注。由于細胞脂質(zhì)對于細胞膜及膜細胞器的合成必不可少，并且還參與信號轉(zhuǎn)導級聯(lián)反應，進而直接影響細胞的功能，故脂質(zhì)的吸收、合成、代謝及處理均被機體嚴格控制[14]。正常情況下，多余的能量以三酰甘油的形式儲存于脂肪組織內(nèi)，但如果達到脂肪組織存儲的極限時，脂質(zhì)將會發(fā)生異位沉積，從而非脂肪器官脂肪沉積增加，包括肝臟、脾臟、胰腺等。

臨床上，病理活檢和組織化學染色方法是評估內(nèi)臟器官脂質(zhì)定量的“金標準”，然而這些方法不僅有創(chuàng)及伴有后續(xù)并發(fā)癥的風險，而且活檢價格昂貴，因此不適于臨床廣泛使用。磁共振是一種安全、準確、可重復操作的脂肪定量的無創(chuàng)性工具。目前，由于脂肪定量的磁共振技術包括基于化學位移的方法，主要包括1H-MRS和同反相位序列，以及基于水脂分離的Dixon序列，包括2點式Dixon和3點式Dixon等。3p-Dixon是一種利用水、脂的共振頻率的固有差異（約3.4 ppm）來分離脂肪和水信號的方法[1]，與2點式Dixon相比，它是一種更精確的脂肪定量方法，因為它允許體素內(nèi)T2*衰變的校正[7,9,13]。此外3p-Dixon技術可能更適用于臨床上進行腹部器官脂肪定量，因為脾臟或胰腺體積相對較小，不適用于MRS所使用的最小取樣體積[9-13]。本研究2名放射科醫(yī)師獨立所測得的FF具有顯著相關性，進一步證明了3p-Dixon對于評估腹部器官脂肪沉積的可重復性。

本研究顯示2型糖尿病組的肝臟、脾臟FF明顯高于正常組，且肝臟更為顯著，該結(jié)果與之前的文獻報道基本一致，進一步驗證了磁共振3p-Dixon對于腹部器官脂肪定量的適用性[4-5,11]。本研究發(fā)現(xiàn)肝臟、脾臟及胰腺的FF與BMI均呈正相關，這與之前文獻報道基本一致[13]。在肥胖的發(fā)展過程中，當過多的三酰甘油超過了脂肪組織所能存儲的極限時，其發(fā)生異位脂肪沉積的概率會增加。在非脂肪組織器官中，由于細胞內(nèi)存在過量的不飽和游離脂肪酸以及有毒衍生物如二?；视秃蜕窠?jīng)酰胺的累積，將會促進細胞功能障礙和損壞，進而影響器官功能，其中最常見的是引起非酒精性脂肪性肝病[3]。然而2型糖尿病組的胰腺FF與正常組差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），目前對于胰腺脂肪沉積與胰腺功能不全和胰島素抵抗的關系仍有爭議。Patel等[15]研究發(fā)現(xiàn)非酒精性脂肪肝患者的胰腺脂肪含量高于對照組，而且肝臟和胰腺脂肪沉積與胰島素抵抗有關。另有研究表明初診2型糖尿病患者的胰腺脂肪含量與正常組差異有統(tǒng)計學意義[6]。對于影響兩組之間胰腺FF的因素，最主要的是樣本量的大小，這個因素未來有可能通過增加研究的樣本量得以解決。脾臟是易被忽視的器官，盡管其與肝臟密切相關。Tarantino等[16]認為非酒精性脂肪肝與脾臟體積增大密切相關，本研究發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者脾臟FF高于正常組，未來研究將會繼續(xù)關注脾臟的異常脂肪沉積與體積改變的信息。

本研究的局限性：①樣本量相對較少；②3p-Dixon序列需要患者屏氣約21 s，這限制了該序列在臨床上適用性；③3p-Dixon所得的器官FF會受到諸多因素的影響，如場強不均勻/呼吸運動等。

總之，本研究應用無創(chuàng)性磁共振3p-Dixon技術發(fā)現(xiàn)了糖尿病患者的肝臟和脾臟的異常脂肪沉積，3p-Dixon序列有潛力成為定量器官脂肪沉積有效的影像學方法，這對于早期發(fā)現(xiàn)器官脂肪變性、評估器官脂肪變性嚴重程度及后期隨訪具有一定的臨床意義。參考文獻

[1]Rahelic D. 7th edition of idf diabetes atlas: call for immediate action. Lijec Vjesn, 2016, 138(1-2): 57-58.

[2]Temneanu OR, Trandafir LM, Purcarea MR. Type 2 diabetes mellitus in children and adolescents: a relatively new clinical problem within pediatric practice. J Med Life, 2016, 9(3): 235-239.

[3]Guebre-Egziabher F, Alix PM, Koppe L, et al. Ectopic lipid accumulation: a potential cause for metabolic disturbances and a contributor to the alteration of kidney function. Biochimie, 2013, 95(11): 1971-1979.

[4]Idilman IS, Aniktar H, Idilman R, et al. Hepatic steatosis: quantification by proton density fat fraction with MR imaging versus liver biopsy. Radiology, 2013, 267(3): 767-775.

[5]Idilman IS, Tuzun Ali, Savas B, et al. Quantification of liver, pancreas, kidney, and vertebral body MRI-PDFF in non-alcoholic fatty liver disease. Abdom Imaging, 2015, 40(6): 1512-1519.

[6]Dong Z, Luo YJ, Cai HS, et al. Noninvasive fat quantification of the liver and pancreas May provide potential biomarkers of impaired glucose tolerance and type 2 diabetes. Medicine (Baltimore), 2016, 95(23): e3858.

[7]Peng XG, Bai YY, Fang F, et al. Renal lipids and oxygenation in diabetic mice: noninvasive quantification with MR imaging. Radiology, 2013, 269(3): 748-757.

[8]Izquierdo-Lahuerta A, Martínez-García C, Medina-Gómez G. Lipotoxicity as a trigger factor of renal disease. J Nephrol, 2016, 29(5): 603-610.

[9]Peng XG, Ju SH, Qin YJ, et al. Quantification of liver fat in mice: comparing dual-echo Dixon imaging, chemical shift imaging, and1H-MR spectroscopy. J Lipid Res, 2011, 52(10): 1847-1855.

[10]Glover GH, Schneider E. Three-point Dixon technique for true water/fat decomposition with B0 inhomogeneity correction. Magn Reson Med, 1991, 18(2): 371-383.

[11]石喻, 夏菲, 張?zhí)m, 等. T2校正1H-MRS定量分析慢性丙型肝炎肝脂肪變程度的研究. 中國醫(yī)學影像學雜志, 2013, 21(1): 36-39.

[12]Li GW, Xu Z, Chen YL, et al. Longitudinal assessment of marrow fat content using three-point Dixon technique in osteoporotic rabbits. Menopause, 2016, 23(12): 1339-1344.

[13]Sijens PE, Edens MA, Bakker SJ, et al. MRI-determined fat content of human liver, pancreas and kidney. World J Gastroenterol, 2010, 16(16): 1993-1998.

[14]Liu K, Czaja MJ. Regulation of lipid stores and metabolism by lipophagy. Cell Death Differ, 2013, 20(1): 3-11.

[15]Patel NS, Peterson MR, Lin GY, et al. Insulin resistance increases MRI-Estimated pancreatic fat in nonalcoholic fatty liver disease and normal controls. Gastroenterol Res Prac, 2013: 498296.

[16]Tarantino G, Scalera A, Finelli C. Liver-spleen axis: intersection between immunity, infections and metabolism. World J Gastroenterol, 2013, 19(23): 3534-3542.

（本文編輯 周立波）

Quantification of Organ Fat Deposits in Patients with Type 2 Diabetes Mellitus by Magnetic Resonance Imaging

Purpose Lipotoxicity plays an important role in the progression of diabetes and its complications, and the gold standards for organs' lipid quantification are biopsy or histochemical staining, which are invasive and have their own limitations. Thus, our research was to identify the difference in organ lipid deposition between type 2 diabetic patients and healthy volunteers by using noninvasive three-point T2* corrected Dixon imaging. Materials and Methods Sixty-five type 2 diabetic patients and 34 healthy volunteers were included in this study. All participants underwent three-echo Dixon with 3.0T MR imager. Dixon imaging parameters [hepatic fat fraction (HFF), splenic fat fraction (SFF), pancreatic fat fraction (PFF)] were collected. All of the MRI parameters were compared. The relationship between HFF, SFF, PFF and BMI, age were analyzed. Results The hepatic and splenic lipid percentage in diabetic group [HFF=(5.4±4.3)%; SFF=(3.7±1.4)%] was significantly higher than healthy volunteers group [HFF=(2.9±1.3)%; SFF=(3.0±0.9)%; P＜0.05, respectively]. However, there was no significant difference in pancreatic fat fraction between diabetic and healthy groups (P＞0.05). There were positive correlations between HFF, SFF, PFF and BMI (r=0.379, 0.305 and 0.306, P＜0.05). Moreover, only the positive correlation between pancreatic fat fraction and age were observed (r=0.261, P＜0.05). Conclusion The three-point T2* corrected Dixon revealed the abnormalities of hepar and spleen lipid accumulation in diabetic patients. Thus, the three-point Dixon imaging may potentially aid in evaluating the lipid deposition of abdominal organs.

Diabetes mellitus, Type 2; Lipidoses; Magnetic resonance imaging

R445.2；R589

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.07.007

東南大學醫(yī)學院 江蘇南京 210009

居勝紅

School of Medicine, Southeast University, Nanjing 210009, China

Address Correspondence to: JU Shenghong E-mail: jsh0836@126.com

2017-01-16

2017-03-12

中國醫(yī)學影像學雜志

2017年 第25卷 第7期：509-512

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (7): 509-512