多模式磁共振成像評估活體脂肪代謝的研究進展

王心 張冰 張慶雷 朱斌

多模式磁共振成像評估活體脂肪代謝的研究進展

王心 張冰 張慶雷 朱斌

日趨普遍的肥胖、2型糖尿病、過度飲酒、心血管疾病等都可引起體內脂肪代謝紊亂。非脂肪組織的異常脂肪堆積, 可造成脂肪肝, 并可引起一系列疾病如脂肪性肝炎、肝纖維化以及肝硬化、肝癌［1］；肌細胞內脂肪含量的異常增高, 可導致多種代謝性疾病, 并與線粒體功能下降有密切聯系。組織活檢是診斷脂肪變及判斷程度的“金標準”, 但因有創及疼痛性而不被接受以及存在取樣小及取樣誤差等缺點, 限制了其在臨床上的廣泛應用。目前, 可用的無創性檢查方法如超聲、CT在肝臟及肌肉脂肪變診斷方面有著重要的實用價值, 但仍存在假陰性率較高、敏感度較低、放射損傷等局限性。

隨著雙回波同反相位技術(DEI)和磁共振波譜(MRS)的應用, 使活體脂肪代謝評估的準確性顯著提高, 使定量評價脂肪含量成為可能。現就近年來磁共振技術在評價活體脂肪代謝方面的進展作一綜述。

1 肝臟脂肪代謝評價方式

1. 1 雙回波同反相位技術 梯度回波化學位移MRI是在快速梯度回波序列基礎上運用位移技術對脂肪信號進行抑制［2］,利用水和脂肪不同的共振頻率, 通過選擇不同的TE值可同時獲得水和脂肪的同相位(IP)圖和反相位(OP)圖。在IP像上水和脂肪信號相加, 而在OP上兩者信號相消, 因而OP相位圖上有很好的脂肪信號抑制, 利用同、反相位圖像中組織信號有無下降來檢測該組織有無脂質成分。方法為分別測量同一感興趣區IP上信號強度和OP上信號強度, 通過二者信號強度差值計算出肝臟脂肪變指數。有研究提出肝臟脂肪變指數≥9%即可被診斷為脂肪肝［3］。

國外學者以病理作為參考, 發現DEI檢出脂肪肝的敏感度和特異度均高［4］, 測得的脂肪分數與組織病理學分析明顯相關, 得出雙回波技術所得的脂肪分數是無創檢出脂肪肝和準確定量肝臟脂肪的最佳參數；對肝切除患者脂肪含量諸多評估方法中發現, 雙回波所測脂肪分數與病理評估高度相關,并能顯示脂肪變性等級間的差異, 雙回波是能準確診斷肝臟脂肪變性的方法之一。Mitchell［5］對脂肪肝大鼠模型進行磁共振梯度回波化學位移檢查時發現, 當肝內脂肪含量>18%,雙回波同、反相位的信號強度差值會隨著肝內脂肪含量的增加而增加。

1. 2 磁共振波譜 MRS是利用磁共振基本成像原理及其化學位移和自旋耦合現象, 測定人體能量代謝和體內化學物的一種檢測技術。不同共振峰面積的比值可代表各類核的相對數目,它既與產生波譜的物質濃度成正比, 也與化合物的結構有關,這是利用MRS對相對化合物做結構推斷和定量分析的基礎。

1H-MRS被用于定量診斷脂肪性肝病的脂質含量, 可直接精確測定肝臟甘油三酯的含量［6］。通過軟件校正, 在特定化學位移點上得到水峰(4.65 ppm)和脂質峰(1.3 ppm), 通過測得水峰和脂質峰下面積的相對比值得到脂質含量的量化值。以脂峰峰下面積/(水峰峰下面積+脂峰峰下面積)表示相對脂肪含量。Choji［7］等對兔脂肪肝模型進行1H-MRS時, 發現當肝內脂肪含量超過5%, 則1H-MRS所測甘油三酯峰下面積>3.6%。1H-MRS檢測量化肝臟脂肪含量的正常范圍至今沒有統一標準, 但有人提出相對脂肪含量>5%即可診斷為脂肪肝［8］。

國外學者對諸多方法評價肝脂肪變性分析中提出, 肝臟1H-MRS成像平均敏感度為72.7%~88.5%, 特異度為92.0%~ 95.7%, 均優于其他影像學方法, 尤其在評價診斷輕度、中度脂肪變性時較其他方法有顯著差異性, 在評估脂肪肝多方法比較中提出, 只有肝臟1H-MRS成像可以顯示脂肪變性等級間的差異, 并與病理脂肪評估高度相關［9］。

2 肌肉脂肪代謝評價方式

2. 1 磁共振氫譜 儲存在組織間隙或肌纖維束周圍的脂肪酸, 稱為細胞外脂質, 以少量球形脂滴形式貯存于肌細胞漿內, 稱細胞內脂質。氫譜技術常用于檢測比目魚肌、腓腸肌等骨骼肌細胞的脂肪代謝。骨骼肌細胞內、外脂質氫譜圖上表現為頻率相差0.2 ppm的2個波峰, 這是由于兩者不同的幾何排列和與肌肉纖維有關的靜磁場方向上產生的磁化率差異所決定的［10］, 基于此氫譜特點, 氫譜可以檢測并定量分析肌肉細胞內、外脂質的含量, 為排除因不同部位肌肉所含肌纖維種類及功能不同而可能存在代謝差異。Torriani［11］提出,臨床上對于細胞內脂質的研究價值大于細胞外脂質, 原因可能與外脂質存在于細胞外間隙, 不易被動員到代謝循環中,不具有“流動性”, 而代謝主要由內脂質參與。諸多實驗表明,氫譜測量所得細胞內脂質與肌肉電鏡檢查結果相較具有高度相關性, 氫譜可以準確反應肌肉細胞內的脂肪含量, 國外學者首次證實了氫譜活體測量骨骼肌細胞內脂質是可行的, 且與血生化測量值有較高一致性［12］。

2. 2 磁共振磷譜 磷譜技術可對磷酸肌酸(PCr)、磷酸單酯、無機磷(Pi)、三磷酸腺苷等能量代謝物質進行定量檢測, 含磷化合物的代謝是能量代謝的重要過程。

可根據Pi與PCr峰之間相對化學位移計算細胞內pH值,評價無氧酵解的程度, 進而評價有氧代謝效率。因此, 磷譜主要反映人體組織細胞的能量代謝, 是目前唯一能夠實現無創性在體研究細胞內生化物質變化從而反映活體組織能量代謝變化的影像學技術。國外學者在對2型糖尿病患者進行肌肉磷譜時發現病變組PCr從運動恢復到靜息水平的1/2所用的時間較對照組延長45%［13］, 表明2型糖尿病患者線粒體功能受損, 并發現對于肌細胞異常脂質沉積, 可表現為PCr、PCr/ATP以及磷酸化潛能明顯降低, 而Pi/PCr及ATP明顯升高, 這都與脂肪代謝異常、線粒體功能下降有關。

3 體部脂肪面積測量

脂肪存貯于脂肪細胞, 當脂肪代謝紊亂, 脂肪組織也會發生相應的病理生理改變, 可通過檢測脂肪組織中脂肪含量來評估全身脂肪代謝。測量脂肪組織面積或體積可直接反映脂肪含量, 可測量全身如四肢、軀干及頭頸部皮下脂肪及內臟脂肪面積。可通過磁共振成像計算各組織解剖輪廓, 以區分脂肪組織(特別是內臟脂肪組織)。有研究對全身脂肪組織分布研究中指出, 當對脂肪肝患者生活方式進行干預, 脂肪組織最顯著的變化發生在內臟脂肪組織［10］, 而且內臟脂肪組織和腹部皮下脂肪能預測干預成功。

4 小結

脂肪代謝作為基本營養物質代謝, 具有重要的生理功能。磁共振DEI及MRS技術可用于定量分析, 其敏感性、特異性均優于其他影像檢查方法, 并可以對直接測量異位脂質面積,肌細胞磷譜技術可以評價體內有氧代謝或無氧酵解效率, 這些磁共振影像技術正逐步應用于脂肪代謝紊亂引起病理改變的診斷及相關疾病的研究。隨著技術改進以及研究的深入,磁共振的相關技術在臨床上的推廣應用將是非常有前景的。

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210008 南京大學醫學院附屬鼓樓醫院醫學影像科

朱斌