定量磁敏感加權(quán)圖聯(lián)合水脂分離技術(shù)在肝臟鐵及脂肪定量中的可行性研究

江廣斌， 胡必富， 蘇大軍， 葉曉， 張楚

肝臟鐵過載常見于遺傳性血色沉著病和長期輸血治療。鐵過載可導(dǎo)致肝損傷，最終發(fā)展為肝硬化、肝功能衰竭和肝細(xì)胞癌。肝臟鐵水平的檢測可幫助評(píng)估鐵過載狀態(tài)以及監(jiān)測鐵還原治療的效果。鐵在體內(nèi)的存的形式有顯著的順磁性效應(yīng)，可導(dǎo)致磁共振T2和T2*弛豫時(shí)間縮短。目前，測量鐵含量的標(biāo)準(zhǔn)方法是澳大利亞Resonance Healthcare公司推出FerriScan-R2圖譜法，這種方法通過測量R2值而反映鐵含量，然而，這一技術(shù)價(jià)格昂貴，而且掃描時(shí)間長[1]。研究報(bào)道，R2*定量的序列可以反映肝臟鐵水平[2]，然而，在一些彌漫性病變中，鐵和脂肪的沉積往往是同時(shí)存在的，肝內(nèi)的脂肪也會(huì)影響R2*值的大小。定量磁敏感加權(quán)圖(quantitative susceptibility mapping，QSM)是一種新的磁共振成像技術(shù)，可測量組織的磁化率特征[3-4]。本研究將聯(lián)合QSM和全新的水脂分離技術(shù)測量肝臟鐵及脂肪含量，以FerriScan測定的鐵含量(liver iron concentration，LIC)和磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)測量的脂肪分?jǐn)?shù)(fat fraction，F(xiàn)F)結(jié)果做為參照，探討其肝臟鐵定量的準(zhǔn)確性。

材料與方法

1.一般資料

本研究通過了本院倫理委員會(huì)的審核，并獲得所有受試者的知情同意。納入2015年9月-2017年9月血清鐵含量超過500 ng/mL的26例患者，同時(shí)納入20例健康志愿者分別進(jìn)行多回波梯度回波成像(multi-echo fast gradient echo，ME-FGRE)、MRS和QSM成像。2例患者存在重度肝硬化被排除；1例患者和1例志愿者掃描時(shí)因屏氣配合不佳，圖像質(zhì)量不能滿足測量要求被排除；3例患者鐵沉積嚴(yán)重，長回波時(shí)信號(hào)迅速衰減而無法定量被排除。最終有20例鐵沉積患者納入研究，其中男12例，女8例，平均年齡(38.4±15.5)歲。病例中地中海貧血9例，再生障礙性貧血6例，慢性肝病3例，血色病2例。健康志愿者19例，其中男9例，女10例，平均年齡(34.5±12.8)歲。

2.儀器與方法

采用GE 750W 3.0T MR掃描儀，掃描線圈采用16通道腹部線圈。掃描序列：①橫軸面2D FerriScan，視野 36 cm×36 cm～42 cm×42 cm，TE 3 ms，TR 1000 ms，矩陣256×192，層厚5 mm，間隔0，激勵(lì)次數(shù)2，采集5個(gè)回波。②橫軸面2D ME-FGRE序列，視野36 cm×36 cm～42 cm×42 cm，TE 1.1 ms，TR 50 ms，矩陣160×160，層厚8 mm，激勵(lì)次數(shù)1，采集8個(gè)回波，定位拷貝FerriScan定位線。③單體素波譜掃描，TR 3500 ms，TE 35 ms，體素大小25 mm×25 mm×25 mm，在呼吸觸發(fā)T2序列上進(jìn)行體素定位，避開血管、膽管以及病變。掃描次數(shù)128，屏氣掃描。④QSM序列，8個(gè)回波，矩陣 256×256，翻轉(zhuǎn)角20°，定位拷貝以上定位線，屏氣分次掃描。

3.圖像分析

兩名分別具有6年及7年以上腹部影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行后處理。ME-FGRE序列使用StarMap軟件生成R2*圖，在R2*圖上，在肝內(nèi)放置20～30 mm2的興趣區(qū)(region of interest，ROI)，ROI的放置盡量避開血管及膽管，測定三次取平均值作為最終的R2*圖。QSM圖像在AW工作上進(jìn)行重建，首先矯正奇偶相位差，再進(jìn)行水脂分離重建幅值圖和磁敏感圖。在QSM磁敏感圖和脂肪分?jǐn)?shù)圖上，拷貝R2*圖上的ROI，同樣取平均值作為最終的磁敏感值。使用SAGE軟件計(jì)算MRS在相同ROI內(nèi)的脂肪分?jǐn)?shù)。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用 SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，計(jì)量資料以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)分析數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，檢驗(yàn)結(jié)果服從正態(tài)分布。采用Pearson相關(guān)分析對(duì)正常志愿者及鐵沉積患者QSM磁敏感值和ME-FGRE的R2*以及FerriScan的LIC值進(jìn)行相關(guān)性分析，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)QSM和MRS得到的脂肪分?jǐn)?shù)進(jìn)行對(duì)比。P<0.05表示存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

結(jié) 果

1.影像表現(xiàn)

正常志愿者磁敏感圖和R2*圖均未見信號(hào)升高，鐵沉積患者幅值圖信號(hào)減低，磁敏感圖和R2*圖信號(hào)升高(圖1、2)。

2.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

正常志愿者肝臟的磁化率值和脂肪分?jǐn)?shù)值分別為(0.13±0.03) ppm和(3.92±0.84)%，ME-FGRE生成的R2*值為(48.8±4.4) Hz，MRS脂肪分?jǐn)?shù)為(3.95±0.72)%；鐵沉積肝臟的磁化率值和脂肪分?jǐn)?shù)值分別為(2.15±0.63) ppm和(6.39±3.73)%，ME-FGRE生成的R2*值為(212.8±95.0) Hz，MRS脂肪分?jǐn)?shù)為(6.11±3.42)%。正常志愿者的LIC值為(1.59±0.08) mg/g，鐵沉積患者的LIC值為(5.73±3.23) mg/g。Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明，正常志愿者及鐵沉積患者磁化率值、R2*值與LIC均表現(xiàn)為較高的相關(guān)性(表1)。

圖1 男，32歲，正常志愿者。a) QSM幅值圖； b) QSM磁敏感圖，其磁化率值為0.12 ppm； c) QSM脂肪圖； d) ME-FGRE R2*圖，肝臟R2*值為52Hz。 圖2 女，15歲，地中海貧血患者，行輸血治療。a) QSM幅值圖，信號(hào)顯著降低； b) QSM磁敏感圖，信號(hào)顯著升高，其磁化率值為3.74 ppm； c) QSM脂肪圖； d) ME-FGRE R2*圖，信號(hào)顯著升高，肝臟R2*值為420 Hz。

納入人群r值ME-FGRE R2*值QSM磁化率值P值正常志愿者0.9910.964<0.001鐵沉積患者0.9620.924<0.001

正常志愿者和鐵沉積患者兩種方法得到的脂肪分?jǐn)?shù)均無差異(表2)。

表2 兩組患者兩種方法脂肪分?jǐn)?shù)測量結(jié)果對(duì)比

討 論

磁化性是組織的固有特征，反映了磁敏感物質(zhì)在外加磁場作用下的磁化程度。人體中的鐵主要以脫氧血紅蛋白和含鐵血黃素的成分存在，屬于順磁性物質(zhì)，因此可通過測量信號(hào)強(qiáng)度的變化反映鐵的含量。傳統(tǒng)肝臟鐵沉積的定量主要基于2D ME-FGRE擬合衰減曲線計(jì)算R2*值，而R2*值在評(píng)價(jià)鐵沉積中的價(jià)值已被美國血液病協(xié)會(huì)認(rèn)可[6]。然而實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，在脂肪也存在的情況下，衰減曲線上的擬合點(diǎn)可能處在水脂的不同相位，因此得到的R2*值也有偏差，同時(shí)R2*值的測量范圍在500s-1以內(nèi)[7]。本研究中，R2*值結(jié)果與LIC的相關(guān)性高于QSM的磁化率值與LIC的相關(guān)性，這可能與研究中鐵沉積患者同時(shí)存在脂肪肝較少或是程度較輕有關(guān)，同時(shí)R2*值的測量范圍均低于500s-1?；?D多回波水脂分離技術(shù)的序列(3D multi-echo Dixon，3D-ME-Dixon)近年來逐漸成為研究熱點(diǎn)[8]，通過水脂分離可以克服2D ME-FGRE的限制，然而目前仍存在水脂計(jì)算錯(cuò)誤的可能，另外R2*值的測量范圍在400s-1以內(nèi)。QSM是一種全新的磁敏感顯示成像技術(shù)，和磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)相似之處在于其也是利用組織磁敏感差異形成的圖像對(duì)比，但SWI是對(duì)比來自于組織之間磁化率的相對(duì)差異，而QSM可通過梯度回波相位圖計(jì)算出組織的磁化率，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)對(duì)比[9]。QSM對(duì)于腦卒中[10]、帕金森癥[11]以及前列腺鈣化[12]等的研究已有報(bào)道，但在肝臟應(yīng)用中，也面臨脂肪沉積、解決呼吸運(yùn)動(dòng)偽影等問題，本研究中，通過QSM結(jié)合了類似的水脂分離技術(shù)，減輕了脂肪沉積對(duì)鐵含量定量的影響，同時(shí)采用了適用于更寬的后處理算法，在R2*值為400s-1以上時(shí)也得到了穩(wěn)定的結(jié)果。同時(shí)，通過分次屏氣，重建時(shí)去除了主磁場B0對(duì)相位的影響，不受R2*偏倚的影響，可直接定量肝臟磁化率值，而且磁化率值和LIC值表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，因此進(jìn)一步提高了鐵定量的準(zhǔn)確性。這與Sharma等[13]的研究結(jié)果類似。同時(shí)，本研究QSM得到的脂肪分?jǐn)?shù)值也和MRS得到的值無顯著差異，而MRS被認(rèn)為是脂肪定量的金標(biāo)準(zhǔn)[14]，因此QSM結(jié)合水脂分離技術(shù)對(duì)脂肪和鐵的精準(zhǔn)定量有潛在的臨床價(jià)值。本研究發(fā)現(xiàn)，無論是正常志愿者和鐵沉積患者，在脂肪含量正常及輕度脂肪肝的情況下，QSM定量得到的肝臟磁化率值和LIC值呈顯著正相關(guān)，同時(shí)，QSM水脂分離得到的脂肪分?jǐn)?shù)和MRS得到的脂肪分?jǐn)?shù)圖也無顯著差異。

本研究不足之處在于：首先，鐵沉積患者的樣本量較小，需要病例數(shù)證實(shí)研究結(jié)論。其次，文獻(xiàn)報(bào)道炎癥或纖維化會(huì)引起一定的抗磁效應(yīng)[15]，因此會(huì)影響磁化率值，下一步的研究還需要將這一因素考慮進(jìn)去。第三，對(duì)于嚴(yán)重的鐵過載，隨著TE時(shí)間延長信號(hào)衰減很快，水脂分離產(chǎn)生錯(cuò)誤的概率就會(huì)增加，因此對(duì)于這種患者，QSM定量的準(zhǔn)確性存在挑戰(zhàn)，超TE序列的QSM是解決這類問題的一個(gè)方向。最后，本研究納入的鐵沉積患者脂肪含量均較低，因此對(duì)于中重度脂肪肝患者，其脂肪含量的高低對(duì)R2*定量準(zhǔn)確性的影響無法判斷，這也需要進(jìn)一步的探討。

總之，QSM聯(lián)合水脂分離得到肝臟磁化率值與LIC具有很好的相關(guān)性，而且脂肪分?jǐn)?shù)值也媲美MRS的結(jié)果，因此在脂肪鐵沉積定量中有一定的價(jià)值。