不同場強(qiáng)下磁共振IDEAL-IQ技術(shù)對(duì)腰椎椎體脂肪含量定量對(duì)比分析

宋 宇，宋清偉，張 楠，劉愛連，苗延巍

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011）

骨髓是人體內(nèi)的造血組織，成年人的骨髓一般分為黃骨髓和紅骨髓，是重要的造血組織和免疫組織[1]，而脂肪組織是髓腔的重要組成。隨著研究的不斷深入，有研究證實(shí)骨髓脂肪細(xì)胞與成骨細(xì)胞源自共同前體——骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞[2]。由此可見，脂肪組織是影響骨髓微環(huán)境的重要因素之一。因此，骨髓內(nèi)的脂肪組織的變化將直接影響骨髓組成成分的變化，而磁共振骨髓脂肪定量技術(shù)可以監(jiān)測(cè)骨髓脂肪變化，對(duì)骨髓病變進(jìn)行診斷或?qū)ζ涔δ軤顟B(tài)進(jìn)行評(píng)估。目前，非對(duì)稱回波最小二乘估算法迭代水脂分離序列 （Iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quan-titation sequence，IDEAL-IQ）技術(shù)在不同場強(qiáng)間脂肪定量的相關(guān)性研究方面的文獻(xiàn)報(bào)道較少，本文擬探討IDEAL-IQ技術(shù)評(píng)估腰椎椎體脂肪含量（Fat fraction，F(xiàn)F）在不同場強(qiáng)下的相關(guān)性，這對(duì)于臨床工作中在不同場強(qiáng)下進(jìn)行FF值測(cè)量是否有誤差這一問題提供幫助。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2018年4月來我院進(jìn)行常規(guī)體檢的志愿者 21 名，年齡 21～50 歲（均為女性），平均（27.95±9.92）歲，所有健康志愿者均簽署知情同意書，且無MRI檢查禁忌癥，如體內(nèi)有起搏器、支架、金屬植入物等，常規(guī)MR檢查椎體無形態(tài)及信號(hào)異常者。在控制體質(zhì)指數(shù)（Body mass index，BMI）無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異后，上述21例健康志愿者在4～6 h內(nèi)分別接受1.5T MR和3.0T MR掃描，掃描序列包括矢狀位T2WI、T1WI、軸位T1WI和IDEAL-IQ序列。

1.2 MR檢查方法及數(shù)據(jù)測(cè)量

分別采用GE Signa HDxt 1.5T和GE Signa HDxt 3.0T MR掃描儀及8通道頸胸腰線圈，所有檢查者取仰臥位，頭先進(jìn)，掃描序列包括矢狀位T2WI和IDEAL-IQ序列。IDEAL-IQ序列參數(shù)如下：1.5T MR 上 ，TR=17.6 ms，TE=6 ms，NEX=4，F(xiàn)OV=32 cm×32 cm，層厚=5 mm，Phase=192，翻轉(zhuǎn)角=5°，帶寬=125 kHz， 掃描時(shí)間為 122 s；3.0T MR 上，TR=5.7 ms，TE=2.8 ms，NEX=4，F(xiàn)OV=32 cm×32 cm，層厚=6 mm，Phase=192，翻轉(zhuǎn)角=3°，帶寬=125，掃描時(shí)間為78 s。通過一次掃描，系統(tǒng)可自動(dòng)生成6幅圖像，包括R2*弛豫率像、水像、脂像、同相位及反相位圖像。在GE AW4.6后處理工作站上根據(jù)脂像分別測(cè)量L1～L5椎體FF值：選取L1～L5椎體矢狀面最大層面（即經(jīng)過腰椎正中的圖像），手動(dòng)放置長方形感興趣區(qū)（ROI）到椎體中心位置，ROI大小約為232mm2，且每個(gè)椎體ROI均相同，每個(gè)ROI要最大限度包括椎體松質(zhì)骨，但要避開骨皮質(zhì)、終板和椎間盤。每個(gè)椎體測(cè)量2次，求平均值[3-4]。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 17.0軟件統(tǒng)計(jì)包，單因素方差分析（Analysis of variance ANOVA）對(duì)各椎體FF值的差異進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，使用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)對(duì)比分析兩種場強(qiáng)的FF值，P＜0.05表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

如表1所示，不同場強(qiáng)下各椎體間FF值比較結(jié)果顯示，1.5T和3.0T MRI兩次掃描所獲得的腰椎椎體（L1～L5）FF 值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異：1.5T&3.0T L1（t=1.58，P=0.13），1.5T&3.0T L2（t=-1.11，P=0.28），1.5T&3.0T L3（t=0.77，P=.45），1.5T&3.0T L4（t=0.67，P=0.51），1.5T&3.0T L5（t=0.18，P=0.86），P 值均大于0.05。

表1 不同場強(qiáng)下各椎體間FF值對(duì)比

圖1 ～4 女，21歲，BMI為19.49 kg/m2。 圖1，2：1.5T MR腰椎IDEAL-IQ脂肪分量圖和對(duì)應(yīng)偽彩圖；圖3，4：3.0T MR腰椎IDEAL-IQ脂肪分量圖和對(duì)應(yīng)偽彩圖。Figure 1～4. Female,21 years old,BMI was 19.49 kg/m2.Figure 1～2:1.5T MR lumbar vertebra IDEAL-IQ fat fraction map and corresponding pseudo color map;Figure 3～4:3.0T MR lumbar vertebra IDEAL-IQ fat fraction map and corresponding pseudo color map.

3 討論

近年來，各種影像成像方法在骨髓脂肪評(píng)估方面，取得了一定的進(jìn)展。目前，定量測(cè)量骨髓FF值的方法有很多，如彌散加權(quán)成像（DWI）、磁共振波譜成像（MRS）和化學(xué)位移水脂反相位飽和成像（Dixon技術(shù)），但均存在一定的局限性。如在DWI檢測(cè)中，骨髓脂肪含量的改變會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)細(xì)胞外間隙的改變，從而影響水分子的擴(kuò)散，其定量指標(biāo)ADC值能對(duì)組織內(nèi)水分子隨機(jī)擴(kuò)散的程度做定量測(cè)量，但其結(jié)果易受b值的影響。應(yīng)用小b值時(shí)，DWI除了受擴(kuò)散影響，還受局部組織微循環(huán)血流灌注的影響；高b值時(shí)則受血流灌注影響較小，但空間分辨率和信噪比較差[5]。MRS技術(shù)掃描條件較嚴(yán)格，過程較復(fù)雜，時(shí)間較長，技術(shù)穩(wěn)定性較差，不便于臨床工作中的使用[6]。常飛霞等[7]利用Dixon技術(shù)對(duì)椎體FF值進(jìn)行測(cè)量，然而，水和脂肪的進(jìn)動(dòng)頻率易受主磁場和射頻場不均勻的影響，會(huì)產(chǎn)生相位誤差，從而導(dǎo)致解得的水像、脂肪像不純，即存在水、脂錯(cuò)換。而IDEALIQ技術(shù)通常利用3D FSPGR在一個(gè)TR中采集6個(gè)梯度回波，采用多回波的水脂分離技術(shù)，根據(jù)多回波信號(hào)變化曲線在進(jìn)行脂肪定量時(shí)能夠去除組織T2*的干擾，從而精確量化脂肪的百分比，從技術(shù)角度而言具有很大的優(yōu)勢(shì)。近年來，脂肪定量技術(shù)在骨骼及肌肉系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用研究越來越多，很多研究證實(shí)骨髓脂肪浸潤與骨質(zhì)疏松、強(qiáng)直性脊柱炎、貧血和惡性腫瘤造成骨髓變化，肌肉脂肪侵潤和退變等疾病有關(guān)。Hu等[8]通過定量動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MR（DCE）和IDEAL-IQ序列來確定四氧嘧啶誘導(dǎo)的兔糖尿病模型中腰椎骨髓滲透性與骨髓脂肪組織之間的關(guān)系，結(jié)果表明其腰椎微血管通透性和椎體脂肪沉積增高高度相關(guān)，說明糖尿病和腰椎椎體骨髓含量之間也有一定的關(guān)系。Aoki等[9]利用IDEAL-IQ來評(píng)估骨髓脂肪在不同骨部位的變化，并調(diào)查其與年齡和更年期的關(guān)系，結(jié)果表明骨髓脂肪含量在腰椎有明顯的差異，且絕經(jīng)后女性FF值明顯高于絕經(jīng)前女性（P＜0.05），而在股骨大轉(zhuǎn)子中則無明顯差異。這也是本研究為什么選擇腰椎作為FF值的定量評(píng)估是否受不同場強(qiáng)影響的原因。代岳等[10]利用IDEAL-IQ技術(shù)對(duì)不同年齡椎體骨髓FF值進(jìn)行定量評(píng)估，其結(jié)果表明隨著年齡的增加，椎管內(nèi)FF值逐漸增加。骨髓脂肪定量技術(shù)通過對(duì)量化結(jié)果的分析，有助于臨床醫(yī)生對(duì)疾病的發(fā)生和發(fā)展過程有更詳盡的了解，同時(shí)也對(duì)預(yù)防疾病的發(fā)生、評(píng)估藥物的療效等具有重要意義。但很少有研究表明骨髓脂肪定量技術(shù)是否受不同場強(qiáng)或不同MR設(shè)備的影響，骨髓脂肪組織的定量測(cè)量是否有顯著差異，這對(duì)于精確評(píng)估骨髓FF值具有重大的臨床意義，本研究的創(chuàng)新點(diǎn)即在此。Roldan-Valadez等[11]用MRS技術(shù)對(duì)44名健康志愿者進(jìn)行3T磁共振檢查，在控制BMI之后，評(píng)估每個(gè)腰椎椎體FF值是否因性別和年齡的差異而有所不同。研究結(jié)果表明，使用MRS對(duì)骨髓脂肪進(jìn)行定量可能被用作臨床環(huán)境中骨髓活性的替代生物標(biāo)志物，說明了腰椎椎體骨髓FF值與性別和年齡密切相關(guān)。與Martin等[12]的研究相似，本研究也發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增長，腰椎椎體FF值也逐漸增加，這是因?yàn)槿梭w骨髓是由紅骨髓和黃骨髓組成的，隨著年齡的增長，紅骨髓逐漸向黃骨髓轉(zhuǎn)變所致。

場強(qiáng)越高，磁共振圖像信噪比越高，具有更高的時(shí)間分辨率和空間分辨率，還可以提高波譜和fMRI分辨率，識(shí)別更多的代謝物峰或腦激活區(qū)，但需要注意的是，運(yùn)動(dòng)偽影也因此較1.5T加重，呼吸運(yùn)動(dòng)、腸道運(yùn)動(dòng)及血管搏動(dòng)偽影表現(xiàn)更明顯。場強(qiáng)越高，也會(huì)帶來組織縱向弛豫時(shí)間T1的延長。磁共振成像信號(hào)產(chǎn)生的過程中，90度射頻脈沖關(guān)閉后，Mz開始以特定的弛豫速率從零恢復(fù)到初始最大值，在此過程中仍受到主磁場B0的牽制和反作用力，所以磁場越大，反作用力越大，恢復(fù)速度越慢，其T1值越大，因此，T1對(duì)比度下降。此外，在氣體與組織交界面，由于T2*相移，容易出現(xiàn)圖像變形或局部低信號(hào)甚至無信號(hào)區(qū)，磁場越高，T2*相移更加明顯，磁敏感現(xiàn)象加重。本實(shí)驗(yàn)顯示健康成年女性在1.5T和3.0T IDEAL-IQ序列上測(cè)得的FF值具有高度一致性，無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，表明IDEAL-IQ序列測(cè)量的腰椎椎體FF值在不同場強(qiáng)間是可替代的。

在無創(chuàng)磁共振脂肪相關(guān)成像技術(shù)中利用化學(xué)位移的雙回波成像也是臨床實(shí)踐工作中廣泛應(yīng)用的一種方法。在嚴(yán)格排除其他干擾因素如鐵過載、纖維化時(shí)，這種方法也能比較準(zhǔn)確的反映FF值。其基本原理是：同相位信號(hào)等同于水脂相加，反相位信號(hào)等同于水脂相減，這樣我們可以通過運(yùn)算求得脂肪在整個(gè)信號(hào)中的百分比。但這種方法的一個(gè)內(nèi)在的問題是忽略了同反相位回波時(shí)間不同所導(dǎo)致的信號(hào)衰減。實(shí)際上在很多病理情況下這種衰減不能忽略不計(jì)。同反相位方法的另一個(gè)問題是：在同反相位中所關(guān)注的脂肪是甘油三酯，甘油三酯和水的共振頻率差異是3.5 PPM（在人體體溫時(shí)略有變化，為不使問題復(fù)雜化此處不做進(jìn)一步討論）。但由于脂類分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得總體脂類的化學(xué)位移隨著分子結(jié)構(gòu)不同化學(xué)位移也有所不同。在所有的脂類物質(zhì)中甘油三酯所占的比例為75%，其它脂類物質(zhì)與甘油三酯間比例相對(duì)恒定。在同反相位成像所能探測(cè)到的脂類信號(hào)只與甘油三酯相關(guān)，而其它脂類物質(zhì)未予考慮。同時(shí)在同反相位成像我們所看到的信號(hào)還受許多掃描參數(shù)影響如回波時(shí)間、翻轉(zhuǎn)角等?；谝陨弦蛩剡@種利用同反相位化學(xué)位移成像所測(cè)量出的脂肪分?jǐn)?shù)屬于信號(hào)水平域的脂肪分?jǐn)?shù)。與同反相位化學(xué)位移成像相比，IDEAL-IQ采用多回波成像技術(shù)并依此計(jì)算出信號(hào)弛豫率，在進(jìn)行脂肪定量計(jì)算時(shí)校正由于弛豫率不同所導(dǎo)致的信號(hào)衰減；而在計(jì)算模型中也充分考慮到甘油三酯以外的其他脂類物質(zhì)的含量，當(dāng)計(jì)算出甘油三酯的含量后根據(jù)相對(duì)比例計(jì)算其它脂類物質(zhì)。在參數(shù)設(shè)計(jì)方面也充分考慮到T1弛豫等因素的影響并加以克服。正因?yàn)槿绱?，IDEAL-IQ技術(shù)才實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)基于信號(hào)的脂肪分?jǐn)?shù)到基于質(zhì)子密度的脂肪分?jǐn)?shù)的飛躍。同時(shí)因?yàn)镮DEDL-IQ是三維容積掃描，也克服了MRS等的采樣誤差等缺陷，且兼具掃描時(shí)間點(diǎn)無須繁瑣后處理等優(yōu)點(diǎn)，在臨床上具有更強(qiáng)的可操作性。IDEAL-IQ技術(shù)采用區(qū)域增長技術(shù)，從而克服了傳統(tǒng)水脂分離技術(shù)對(duì)主磁場均勻度的高度依賴性，確保精確量化FF值。IDEAL-IQ可結(jié)合多種數(shù)學(xué)算法能對(duì)T2*衰減、脂肪的多譜峰分布等進(jìn)行校正，因此，IDEAL-IQ技術(shù)可作為定量評(píng)估FF值的一種較可靠的方法。

本研究也存在一定的局限性：研究對(duì)象中受試者均為女性。但Heba等[13]和Ruschke等[14]的研究中均表明性別差異對(duì)FF值的測(cè)量的準(zhǔn)確率無明顯差異。此外，本研究僅在GE公司的設(shè)備上進(jìn)行，且數(shù)值均在GE ADW4.6工作站上測(cè)得，不同廠家的設(shè)備和不同的后處理工作站對(duì)于FF值的測(cè)量是否有差異還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，磁共振IDEAL-IQ技術(shù)可作為定量評(píng)估腰椎椎體FF值的一種可靠的方法，且在1.5T和3.0T場強(qiáng)下具有很好的一致性。基于該技術(shù)對(duì)人體無電離輻射，無需活檢穿刺，操作簡單易行等優(yōu)點(diǎn)，可被臨床廣泛使用，并且為疾病的發(fā)生、發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。