磁共振水脂分離新技術(shù)IDEAL-IQ的應(yīng)用

熊曉晴， 林綺婷， 司徒定坤， 馮友珍， 程仲元， 蔡香然

(暨南大學(xué) 附屬第一醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像中心，廣東 廣州 510630)

水脂分離成像技術(shù)于1984年由Dixon首次提出，它是利用水和脂肪之間進(jìn)動頻率的差異，通過調(diào)節(jié)回波時間(echo time，TE)作兩次采集，第一次采集使水與脂肪的橫向磁化強度矢量同相位(in phase),得到水和脂肪的加和像；第二次采集使這兩種成分的相位相反(out of phase)得到差像，最終對“和”像和“差”像進(jìn)行運算，獲得水與脂肪信號兩幅獨立的圖像，達(dá)到水與脂肪分離的目的，也稱為兩點Dixon法[1].磁場強度是影響進(jìn)動頻率的關(guān)鍵因素，若磁場不均勻，則會改變水和脂肪的進(jìn)動頻率，水和脂肪無法完全分開，導(dǎo)致水-脂交界區(qū)域結(jié)構(gòu)模糊，降低最終圖像的信噪比(signal noise ratio，SNR).為了克服這些不足，有學(xué)者提出了三點Dixon法[2]，即在Dixon法[1]兩次采集的基礎(chǔ)上再增加一次采集(-π，0，π)，通過對稱性獲得信號來克服磁場的不均勻性，將水和脂肪徹底分離，清晰地顯示水和脂肪的邊界.三點Dixon法的不足之處是當(dāng)像素內(nèi)水和脂肪的含量相近時，無法正確地分離水和脂肪，導(dǎo)致圖像的SNR降低.

隨著新的技術(shù)不斷發(fā)展，Reeder等[3]對三點Dixon法進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了三點法非對稱性回波水脂分離成像(iterative decomposition of water and triglyceride fat with echo asymmetry and least-squares estimation, IDEAL)技術(shù).IDEAL技術(shù)信號采集的時間點以π/2+π為中心(為任意整數(shù))，其他2個信號采集的偏移時間在其之前和之后2π/3，即(-π/6+π，π/2+π，7π/6 +π)為最佳時間點，這種非對稱的采集方式不僅縮短了掃描時間，而且可以保證在任意水和脂肪比值的情況下都能進(jìn)行精確的水-脂分離.此后，美國通用電氣公司(General Electric Company，GE)在磁共振技術(shù)平臺上對IDEAL技術(shù)做了更進(jìn)一步的優(yōu)化，提出了更具優(yōu)勢的脂肪定量技術(shù)，即非對稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離技術(shù)(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least squares estimation quantification sequence, IDEAL-IQ).本文就IDEAL-IQ技術(shù)的原理、發(fā)展及其目前在臨床上的應(yīng)用研究現(xiàn)狀等方面進(jìn)行綜述，以期能對IDEAL-IQ技術(shù)有更深的了解，為以后的臨床應(yīng)用及研究提供參考.

1 IDEAL-IQ技術(shù)原理

IDEAL-IQ技術(shù)是由GE公司推出的全新掃描技術(shù)，是在GE特有的IDEAL技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的3D掃描技術(shù)，利用回波不對稱的三點Dixon法采集方式和最小二乘估算法對水和脂肪進(jìn)行迭代分解并成像，達(dá)到分離水和脂肪的目的；同時通過并行采集技術(shù)來提高圖像獲取的速度，實現(xiàn)了受檢者只需單次屏氣即可完成全部掃描.不僅解決了Dixon法中磁場不均勻性對圖像的影響[1]，還改善了回波間距與水-脂肪分解噪聲性能之間的關(guān)系，使水和脂肪圖像的SNR達(dá)到最大[4].

IDEAL-IQ技術(shù)根據(jù)不同脂質(zhì)在化學(xué)位移中脂質(zhì)峰的差異，采集6個不同TE的回波信號，運用迭代最小二乘法估測復(fù)數(shù)域，并利用復(fù)數(shù)域重建法來生成初步的水像、脂像、脂肪含量圖以及R2*圖.生成的水像和脂像在第二步幅度重建法中作為初始估測；初步生成的R2*(1/T2*)值用來校正源數(shù)據(jù)，簡化后續(xù)步驟所需的擬合算法.然后利用幅度重建對初步得到的水像、脂像進(jìn)行微調(diào)并除去相位錯誤后生成另一組估測的水像和脂像.最后對兩次重建得到的圖像通過“混合算法”加權(quán)整合，生成最終的圖像，包括脂肪分?jǐn)?shù)(fat fraction，F(xiàn)F)、弛豫率(R2*)、T2*校正水像、T2*校正脂像、正相位以及反相位[5].IDEAL-IQ技術(shù)在重建過程中采用了小翻轉(zhuǎn)角激發(fā)降低了T1效應(yīng)對圖像的干擾；同時采用多回波技術(shù)來預(yù)測R2*(1/T2*)衰減率，通過多峰脂肪模型精確模擬甘油三酯的多共振峰，實現(xiàn)了全自動計算R2*圖像和R2*校正以后的脂像、水像以及脂肪分?jǐn)?shù)圖[6].在這個水-脂分離過程中，去除了T1效應(yīng)及T2*效應(yīng)的干擾、校準(zhǔn)了甘油三酯的多峰模型[7]等因素，排除磁場不均勻和鐵沉積等因素對圖像的干擾，使水和脂肪圖像的SNR達(dá)到最大，得到的圖像結(jié)果具有更高的準(zhǔn)確性、敏感度和特異度；并且該技術(shù)操作非常便捷，在臨床使用中具有極大的實用性，這將在以后的臨床工作中發(fā)揮重要的作用.其中FF值、R2*值是目前臨床上最常用的兩個定量參數(shù)，分別用于評估脂肪含量與鐵含量.

2 FF值的臨床應(yīng)用

目前，F(xiàn)F值主要集中用于評估肝臟、骨髓、皮下脂肪以及胰腺等器官的脂肪含量.

2.1 評估肝臟的脂肪含量

2.1.1 評估非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver diseases, NAFLD)脂肪變性程度

NAFLD是臨床上常見的以肝內(nèi)脂肪浸潤為主的慢性肝臟疾病，早期無特異性臨床表現(xiàn)，常被患者或臨床忽略而未及時干預(yù)，可進(jìn)展為肝硬化，嚴(yán)重者可發(fā)展為肝癌、肝衰竭等，嚴(yán)重影響患者的預(yù)后.IDEAL-IQ 技術(shù)不僅可對NAFLD患者肝臟脂肪進(jìn)行精確定量，還可對肝臟脂肪含量進(jìn)行分度.賈天利等[8]通過對比超聲測量結(jié)果與FF值，發(fā)現(xiàn)兩者對NAFLD患者的診斷及分度具有較高的一致性；在脂肪肝的分度中，由于IDEAL-IQ技術(shù)可定量測量受檢者肝臟脂肪含量的具體FF值，具有客觀性，相比于超聲檢查結(jié)果，磁共振FF值具有更高的準(zhǔn)確性，這對于NAFLD后期隨訪中脂肪含量的輕微改變具有指導(dǎo)意義，提供了客觀定量的影像學(xué)指標(biāo).趙金麗等[9]的研究結(jié)果也表明，IDEAL-IQ技術(shù)測得的FF值較客觀、準(zhǔn)確地反映NAFLD肝臟的脂肪含量，對評估NAFLD程度及分級，IDEAL-IQ技術(shù)要優(yōu)于超聲檢查.有學(xué)者通過測量阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAS)患者肝臟的脂肪含量，得出OSAS患者的FF值高于非OSAS患者，并根據(jù)FF值對其脂肪肝分級發(fā)現(xiàn)，OSAS患者的NAFLD嚴(yán)重程度較非OSAS患者重，提示NAFLD的發(fā)病率及嚴(yán)重程度與OSAS呈正相關(guān)[10].

2.1.2 評估肝移植供體肝的脂肪變性程度

活體肝移植是治療終末期肝病的主要方法.供體肝臟脂肪變性不僅會影響術(shù)后受體肝臟的再生，導(dǎo)致移植手術(shù)的失敗，也會阻礙術(shù)后供體肝臟的再生.因此，在術(shù)前無創(chuàng)性測量供體肝臟的脂肪含量，評估供體肝脂肪變性程度十分重要.Chiang等[11]對69例供體肝臟進(jìn)行脂肪含量的測定，將FF值進(jìn)行脂肪肝分級并與穿刺活檢的病理分級進(jìn)行比較，得出其敏感性和特異性分別是100%、77.1%，顯示出IDEAL-IQ技術(shù)無創(chuàng)性及高度精確性的優(yōu)勢，它還可進(jìn)行多位點測量，減少對供體肝不必要的穿刺活檢.Ulusoy等[12]以組織病理學(xué)為標(biāo)準(zhǔn)，捐獻(xiàn)者分別接受IDEAL-IQ序列和CT掃描，對供體肝臟脂肪含量進(jìn)行評估，IDEAL-IQ和CT結(jié)果均與病理學(xué)分級相關(guān)(r=0.736，P=0.005；r=0.510，P=0.018)，但FF值能更好地評估肝脂肪變性(敏感性為83%)，對供體肝脂肪變性的存在和分級提供無創(chuàng)、準(zhǔn)確的估計.綜上，IDEAL-IQ技術(shù)具有無創(chuàng)性、可重復(fù)性及全肝多位點測量的優(yōu)勢，是動態(tài)監(jiān)測肝臟脂肪含量的可靠影像學(xué)技術(shù)[11,13].

2.1.3 評估化療患者肝臟脂肪變性程度

隨著腫瘤發(fā)生率的增加，各種化療藥物被廣泛應(yīng)用，很多化療藥物會損害肝臟，導(dǎo)致肝臟發(fā)生脂肪浸潤，增加了肝毒性和全血細(xì)胞減少的風(fēng)險.因此，在化療過程中，臨床醫(yī)生需要監(jiān)測癌癥患者的肝臟脂肪含量來判斷肝臟損害的程度，以便及時調(diào)整化療方案、替換掉某些對肝臟有重大毒副作用的化療藥物.Giuseppe等[13]通過監(jiān)測50名化療患者化療前后肝臟脂肪含量的變化，結(jié)果29名患者的FF值有不同程度的增高(FF>6.5%)，證實化療藥物會導(dǎo)致患者肝臟脂肪含量升高，造成肝損害；同時實驗證明測定FF值的可重復(fù)性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的磁共振正反相位檢查，IDEAL-IQ技術(shù)是追蹤化療患者肝脂肪含量的更合適的檢查.

2.2 評估骨髓的脂肪含量

人體骨髓的各種生理性、病理性改變都與骨髓脂肪含量有關(guān)，有效地評估骨髓內(nèi)脂肪含量的改變情況，可為其相關(guān)疾病的診斷及評估提供更多的幫助.

2.2.1 評估骨髓的生理性改變

代岳等[14]的研究結(jié)果顯示椎體骨髓FF值隨年齡的增長而增高，證實隨年齡的增加，骨髓的脂肪含量隨之增高，骨髓發(fā)生由紅骨髓向黃骨髓轉(zhuǎn)換的生理過程；還發(fā)現(xiàn)可能是男女之間激素水平的差異造成中老年女性椎體骨髓的平均FF值比同年齡組男性的高.Ergen等[15]對不同年齡組女性椎體骨髓的研究發(fā)現(xiàn)，隨著女性年齡的增長，椎體FF值也呈上升趨勢，椎體的骨質(zhì)密度與其脂肪含量存在負(fù)相關(guān)性，提示隨著年齡的增長，椎體脂肪含量增加，骨礦含量逐漸減少，骨質(zhì)密度減低，容易發(fā)生骨質(zhì)疏松癥.

2.2.2 評估骨髓的病理性改變

孟楠等[16]聯(lián)合磁共振IDEAL-IQ技術(shù)及擴散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging,DWI),對貧血女性患者骨盆內(nèi)骨髓成分進(jìn)行分析，結(jié)果顯示隨著貧血程度的加重，F(xiàn)F值逐漸減小，骨髓內(nèi)脂肪含量逐漸降低.這是因為機體處于貧血狀態(tài)時，由于代償需要，部分黃骨髓轉(zhuǎn)化為紅骨髓，從而導(dǎo)致骨髓內(nèi)脂肪含量降低.Ren等[17]通過聯(lián)合IDEAL-IQ技術(shù)和DWI來評價強直性脊柱炎患者骶髂關(guān)節(jié)炎的活動性，發(fā)現(xiàn)強直性脊柱炎患者非活動期骶髂關(guān)節(jié)炎骨髓的FF值明顯高于活動期和正常人骶髂關(guān)節(jié)骨髓FF值，對強直性脊柱炎患者骶髂關(guān)節(jié)炎的活動性有一定的提示作用.韓曉蕊等[18-19]聯(lián)合IDEAL-IQ和體素內(nèi)不相干運動磁共振擴散加權(quán)成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)，對確診的激素性股骨頭壞死患者對側(cè)股骨頭的脂肪含量及局部微循環(huán)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，健康志愿者的FF值小于對側(cè)組及壞死組，對側(cè)組的FF值小于壞死組，提示常規(guī)X線和MRI尚未發(fā)生明顯形態(tài)學(xué)改變時，IDEAL-IQ和IVIM-DWI檢查可發(fā)現(xiàn)其股骨頭骨髓內(nèi)脂肪含量及微循環(huán)狀況的細(xì)微改變，認(rèn)為這可為超早期診斷股骨頭壞死提供新的影像學(xué)依據(jù)，更有效地為臨床早期診斷、治療及預(yù)后評估提供更多的幫助.胡磊等[20]用IDEAL-IQ技術(shù)評估糖尿病兔椎體內(nèi)脂肪含量的變化，發(fā)現(xiàn)椎體內(nèi)的脂肪含量隨糖尿病病情的不斷發(fā)展而增加，提示糖尿病的發(fā)展進(jìn)程，為早期糖尿病患者的骨髓脂肪代謝情況提供新的影像學(xué)依據(jù).

2.3 評估皮下脂肪含量

常紅花等[21]對健康青年女性皮下脂肪進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，頸部鎖骨上脂肪的FF值低于胸壁皮下脂肪，頸部鎖骨上脂肪FF值與身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)呈正相關(guān)，BMI越大，頸部鎖骨上脂肪與胸壁皮下脂肪差異越小，提示頸部鎖骨上棕色脂肪的含量隨BMI升高逐漸減少，白色脂肪含量逐漸增多.在多囊卵巢綜合征患者中，頸部鎖骨上脂肪FF值比健康女性的高，提示鎖骨上棕色脂肪的含量因疾病而減少[22].董鑫等[23]研究多發(fā)性肌炎及皮肌炎患者大腿肌肉的脂肪變化，結(jié)果顯示炎癥的慢性期FF值均較正常組高，急性期與正常組的FF值無差異，認(rèn)為IDEAL-IQ技術(shù)可以提示多發(fā)性肌炎及皮肌炎的疾病進(jìn)展情況，在多發(fā)性肌炎及皮肌炎的早期，肌肉內(nèi)的脂肪浸潤不明顯，在病變的進(jìn)展期及慢性期則出現(xiàn)了明顯的脂肪浸潤.

2.4 評估胰腺的脂肪含量

李元等[24]通過IDEAL-IQ技術(shù)測量胰腺內(nèi)脂肪含量發(fā)現(xiàn)，胰腺內(nèi)脂肪含量的改變與2型糖尿病存在一定的相關(guān)性，當(dāng)胰腺脂肪含量的增高時，可能會誘導(dǎo)2型糖尿病的發(fā)生.張欽和等[25]應(yīng)用IDEAL-IQ技術(shù)評估NAFLD患者胰腺的脂肪含量時得出，NAFLD患者胰腺的FF值顯著高于正常同齡人，且與正常人胰腺脂肪含量的分布不同，NAFLD患者表現(xiàn)為胰腺內(nèi)脂肪含量均勻的增加，提示NAFLD會導(dǎo)致胰腺內(nèi)脂肪沉積.

2.5 FF值在其他方面的應(yīng)用

目前，國內(nèi)外對IDEAL-IQ技術(shù)應(yīng)用于其他臟器或結(jié)構(gòu)的報道相對較少.張瑾等[26]通過對腎臟腫瘤的FF圖像進(jìn)行紋理分析后發(fā)現(xiàn)，IDEAL-IQ技術(shù)結(jié)合紋理分析能檢測到腎臟腫瘤內(nèi)極少量的脂肪，對乏脂肪型血管平滑肌脂肪瘤的鑒別診斷有重要意義.王猛等[27]在IDEAL-IQ序列的FF圖像上對上、下腹部的腹腔脂肪體積分別測量并研究腹腔脂肪體積與2型糖尿病的關(guān)系，結(jié)果顯示下腹部的脂肪含量較上腹部的多，提示腹型肥胖的人更易發(fā)生2型糖尿病，這為臨床預(yù)測2型糖尿病的發(fā)生提供一個新的參考指標(biāo).

3 R2*值的臨床應(yīng)用

到目前為止，臨床上對于R2*值的研究比FF值的研究相對較少，主要集中在對肝臟和胰腺的研究.

3.1 評估病變肝臟的鐵含量

3.2 評估病變胰腺的鐵含量

張志誠等[32]研究結(jié)果顯示，在急性胰腺炎狀態(tài)下，測得胰腺內(nèi)R2*值較正常的高，推測這可能與胰腺鐵含量的增高有關(guān)，對比CT檢查，磁共振IDEAL-IQ技術(shù)可達(dá)到較高的定量分析.劉夢苓等[33]的研究結(jié)果顯示，R2*值的高低受急性胰腺炎不同時期和嚴(yán)重程度的影響，R2*值對區(qū)分輕度急性胰腺炎與中重度急性胰腺炎有一定的意義.

4 IDEAL-IQ技術(shù)的不足和展望

目前，磁共振IDEAL-IQ技術(shù)的局限性為常規(guī)磁共振檢查的禁忌證：幽閉恐懼癥、體內(nèi)有金屬物植入或攜帶金屬異物、裝有心臟起搏器者等；在接受腹部檢查時，需要受檢者良好的呼吸配合，對不能配合呼吸的受檢者不適用.盡管如此，IDEAL-IQ檢查技術(shù)的無創(chuàng)性、快速、可重復(fù)性及準(zhǔn)確性顯示出明顯的優(yōu)勢，能定量測量脂肪含量和鐵含量的具體數(shù)值，為縱向監(jiān)測某些疾病的生理生化變化過程提供可靠的影像學(xué)依據(jù)，多數(shù)研究者推薦其作為精確量化脂肪含量的最優(yōu)影像檢查方法[34-35].當(dāng)前IDEAL-IQ技術(shù)主要應(yīng)用于腹部臟器組織，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，也有一些研究者將其應(yīng)用于大腦神經(jīng)退行性疾病的相關(guān)性檢測、頸動脈粥樣斑塊內(nèi)出血的鑒別、骨質(zhì)疏松及慢性關(guān)節(jié)病等全身多個部位的檢查[36-38].相信隨著研究的不斷深入，IDEAL-IQ技術(shù)將會展現(xiàn)出更加廣闊的應(yīng)用前景，在疾病的早期診斷、監(jiān)測病情變化及預(yù)后評估等方面，為臨床提供更多的幫助.