磁共振成像技術量化評估脂肪含量的研究進展

孟祥玉，李子英，李 慧

（中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧 沈陽 110004）

生理狀態下，人體白色脂肪組織及棕色脂肪組織細胞內含有大量脂肪沉積；然而人體其他組織細胞內脂肪沉積是眾多疾病發生、發展過程中的重要病理過程及中間環節[1]。脂肪沉積多為良性病變，組織細胞發生脂肪變性時早期進行干預、治療尚能發生逆轉，隨訪觀測脂肪含量（Fat content，FC）對臨床具有重要指導意義。目前，組織病理學檢查是定量評估脂肪變性程度的金標準，但由于其自身缺陷（有創性、組織采樣少、存在觀察者之間差異且可重復性差等因素）限制了其臨床應用。B型超聲檢查、CT能夠在一定程度上量化組織細胞FC，但是其測量結果準確度有限，不能從微觀的分子水平量化脂肪變性的程度[2-3]。近年來，無創性磁共振成像技術（MRI）在定量評估FC中發展迅速，本文針對MRI在FC定量評估的應用做一綜述。

1 磁共振波譜技術

磁共振波譜技術（Magnetic resonance spectrum，MRS）通過化學位移成像，能夠安全、無創的檢測活體組織代謝及病理生理變化，目前被認為是MR定量評估組織FC的金標準，在脂肪定量應用中最常用的是氫譜。1H-MRS成像主要采集水峰、脂肪酸亞甲基質子峰，通過計算特定化學位移點上水峰和脂質峰下面積的相對比值來進行脂質含量的量化。脂肪沉積于肝臟細胞會導致非酒精性脂肪肝 （Nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）；在西方國家，其發病率在成年人中約為20%～30%，兒童發病率可達10%，且發病率呈逐年上升趨勢。大量研究結果[4-7]表明，在量化肝臟FC的準確性方面，1HMRS與組織病理學檢查具有高度相關性。Vuppalanchi等[8]研究結果表明1H-MRS測得的FC與脂肪肝組織學分級、肝臟甘油三酯含量具有顯著相關性，相關系數分別為0.61、0.63，證實1H-MRS能夠直接反應肝內FC。趙爽等[9]研究結果顯示，正常肝臟與脂肪肝MRS代謝物閾值分別為：脂肪峰值為9.55（敏感度 90.0%，特異度 100%），脂肪峰下面積為 8.65（敏感度 95.5%，特異度 97.1%），脂肪分數（Fat fraction，FF）為4.97%（敏感度 95.5%，特異度 97.1%）；Di Martino 等[10]以 MRS對脂肪肝的研究結果與本研究結果高度一致，表明正常肝臟與脂肪肝MRS代謝物閾值的測量為肝脂肪變性診斷提供了科學、客觀的參考價值。

隨著年齡的增長骨髓腔內FC逐漸增加，Justesen等[11]報道，骨髓腔內FC由30歲時的40%上升到100歲的68%，骨髓腔內FC在脊髓損傷、長時間臥床休息等情況下含量增高，與骨質疏松關系密切。唐小彬等[12]對絕經后女性腰椎骨髓FC、內臟脂肪（VAT）與皮下脂肪（SAT）的相關性進行研究，多元線性回歸分析顯示VAT及VAT/SAT是FF值的獨立負性相關因素，提示VAT及VAT/SAT是影響骨髓脂肪含量FF值的因素之一。Cohen等[13]使用MRS測量特發性骨質疏松（IOP）患者與健康志愿者的脊柱骨髓腔FF、股骨近端骨髓腔FF，研究發現股骨近端骨髓FF（IOP組與對照組的FF分別為71.0%、60.2%）高于腰 3 椎體骨髓 FF（IOP 組及對照組的 FF分別為36.4%、33.2%），表明骨髓FC在組織的不同生理、病理狀態及部位間都存在特意性差異。

盡管MRS可以精準量化脂肪，但由于MRS對掃描條件要求高，掃描時間較長，感興趣區范圍有限，且后處理過程十分繁瑣，需要專業人員協助，使該技術的廣泛應用受到了限制[6]。

2 MRI脂肪抑制技術

傳統的脂肪抑制技術包括頻率選擇飽和法 （Fat suppress，FS）、短時反轉恢復序列（Short T1 inversion recovery，STIR）。頻率選擇法（FS）主要利用脂肪組織中氫質子與水中氫質子進動頻率不同進行脂肪抑制成像[14]。FS可應用于脂肪定量研究，Cotler等[15]測量壓脂前、后非脂肪肝組與脂肪肝組信號強度值，研究發現頻率選擇脂肪抑制結果與病理脂肪百分含量高度相關，相關系數為0.93。該脂肪抑制技術需要在均勻的較高場強下進行，因為場強較低時主磁場區分脂肪中質子與水分子中質子能力會明顯降低，同時氣體與軟組織交界層面或金屬區域會造成主磁場不均勻，直接影響質子的進動頻率，從而使脂肪飽和脈沖不能完整的將脂肪信號抑制。

STIR，即基于脂肪組織短T1特性的脂肪抑制技術，可以100%抑制脂肪，與FS相比，STIR技術對場強的要求不高，對磁場均勻度的要求也較低，在定性評價脂肪浸潤方面具有一定價值，但特異性和敏感性不高，對脂肪的量化分析結果可靠性較低。李文政等[16]利用動物脂肪肝模型MRI SE序列T1WI及病理對照研究表明，脂肪抑制前后肝臟信號強度衰減率與Vv值（肝中脂滴占肝臟單位體積的百分比）之間呈中度線性正相關，相關系數為0.556，但是該指標對輕中度脂肪肝的診斷不敏感[17]，應用價值不大，由此可見STIR對輕度脂肪肝定性、定量診斷特異性與敏感性不高。

3 MRI水脂分離技術

3.1 化學位移同反相位技術

Dixon技術最早于1984年由Dixon介紹應用[18]，即化學位移同反相位（In-phase and out-of phase，IP-OP）技術，水和脂肪的磁化矢量在回波時間內會產生相位差，通過視覺評估磁共振正反相位圖或計算圖像信號強度 （Signal intensity，SI）的減低程度可以初步判斷組織或病灶內是否含脂及其大概比例，是目前較為流行的定量測量肝脂肪變的方法，已在臨床上廣泛應用。Zhang等[19]研究結果顯示，骨質疏松患者與健康志愿者腰2椎體骨髓腔的FF存在統計學差異，分別為（73.2±17.6）%、（57.3±21.1）%，其診斷骨質疏松的敏感度和特異度分別為71.4%、72.4%，表明IP-OP技術可用于骨質疏松的診斷。國內外文獻利用磁共振同反相位技術測量FF的計算公式主要包括：①（SIIP-SIOP）/2SIOP、②（SIIP-SIOP）/SIIP、③SIIP-SIOP等。石喻等[20]采用公式②計算FC，研究結果顯示FC與病理結果顯著相關，相關系數為0.80，且可有效區分無脂肪肝與輕度脂肪肝、輕度與中度脂肪肝；診斷脂肪肝的敏感度及特異度分別為89.2%、100%。雖然磁共振同反相位成像只需一次屏息就能完成全肝掃描，然而易受B0場不均勻性及T2*效應因素的影響，其中B0場不均勻性是影響脂肪評估的重要因素。

3.2 IDEAL-IQ 技術

IDEAL（Iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation）技術基于三點Dixon法的水脂分離成像技術，結合了非對稱采集技術與迭代最小二乘水脂分離算法[21-22]；已有研究表明，Dixon技術可以兼容多種序列，如快速自旋回波、梯度回波，可以應用于T1WI、T2WI、質子密度加權像，并在多部位得到了應用。IDEAL技術克服了輕度B0場不均勻性對組織FC定量分析的影響，但是對T2*效應因素仍敏感，在鐵沉積存在的情況下更為顯著。Nardo等[23]使用IDEAL技術定量肩袖肌肉脂肪浸潤，并評估其與GC分級[24]（Goutallier脂肪浸潤分級）、疼痛及活動度的關系；結果顯示：①FF與GC分級密切相關，二者間對應關系為 0級、1級、2級、3級、4級其 FF值分別為 0%～5.59%、1.10% ～9.70% 、6.44% ～14.86% 、15.25% ～17.77% 、19.85% ～29.63%；②肩胛下肌的脂肪浸潤量與肩關節內旋受限、外展受限顯著相關，Spearman 等級相關系數分別為 0.39、0.45；③肩胛下肌的脂肪浸潤量與肩部疼痛高度相關，Spearman等級相關系數為0.31，表明IDEAL-MRI對肩袖肌肉進行準確且高重復性的脂肪定量具有可行性，并揭示了其與肩部疼痛、肩關節活動度受限的相關性。Miyuki Takasu等[25]利用IDEAL-MRI技術診斷腰椎多發性骨髓瘤，此研究發現多發性骨髓瘤有癥狀患者的β2微球蛋白和骨髓漿細胞百分比較無癥狀患者高；磁共振研究結果顯示：前者的脂肪信號分數較后者低，表明將脂肪信號分數作為多發性骨髓瘤的生物標志物，使得多發性骨髓瘤有癥狀與無癥狀患者的鑒別成為可能，界值為 63.1%，敏感度、特異度分別為 75.0%、80.2%；優于活檢標本的骨髓漿細胞百分比，敏感度、特異度分別為66.7%、72.7%。雖然IDEAL技術在FF定量測量上與MRS方法有較高的一致性[26]，也初步應用于骨髓FC的測量[27]，然而其采集時間較長，難以對組織FC進行一站式定量分析。

IDEAL-IQ（Iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation-iron quantification sequence）是基于IDEAL技術的改良3D掃描序列，通過采集6個具有不同TE時間的回波信號，生成純水像、純脂肪像、同相位像、反相位像、脂肪比像、R2*弛豫率像六組圖像。焦志云等[28]探究運用IDEAL-IQ序列定量分析肝臟脂肪的可行性，研究FC與血脂水平、肝脾CT值比值的關系，測得健康組的 FF值低于脂肪肝組，分別為 2.15%、11.57%；脂肪肝組的FC值與血清TG、TC值呈顯著正相關，相關系數為0.836、0.852，與肝脾CT值比值、HDL-C值呈負相關，相關系數分別為-0.992、-0.735，表明 IDEAL-IQ 成像技術定量評估肝臟的FC是可行的，并與肝脾CT值比值及臨床血清學檢測之間具有良好的相關性，對脂肪肝的定量診斷具有重要的臨床應用價值。Aoki等[29]對磁共振IDEAL-IQ技術定量評估骨髓FF的可重復性研究結果顯示：腰椎椎體、髂骨和股骨轉子不同部位骨髓FF的變異系數范圍為0.69%～1.70%；腰椎椎體、髂骨和股骨轉子間區的FF與年齡顯著正相關，絕經后女性的平均FF顯著高于絕經前女性；股骨大轉子的FF與年齡無明顯相關性。

磁共振IDEAL-IQ技術能夠無創性、可靠的測量骨髓的FF。IDEAL-IQ技術通過一次掃描可以獲得活體組織六組圖像信息，可以用來評估活體組織有無脂肪、鐵沉積及其程度，并可通過脂肪比像、R2*弛豫率像進行定量分析，無須復雜繁瑣的后處理及校正步驟，具有良好的臨床應用前景。

4 MRI質子密度脂肪分數

質子密度脂肪分數（Proton density fat fraction，PDFF）通過參數設置將縱向弛豫時間T1、橫向弛豫時間 T2及T2*對MR信號的影響降到最低，組織中質子的密度成為影響磁共振圖像信號強度的主要因素，從而獲得質子密度分數的成像方式[30]。MRI-PDFF是能夠無創地、客觀性定量測量組織FC的成像方法，其反映的組織FC數值更精確，在量化評價臟器脂肪變方面具有非常高的敏感性。眾所周知，骨髓FF隨年齡增長及骨密度減低而遞增，Cordes等[31]研究結果表明，25歲健康受試者腰5椎體骨髓PDFF值為32.4%，低于60歲骨密度正常受試者（PDFF為48.9%），而60歲骨質疏松患者的骨髓 FF則更高（PDFF為 67.5%）。 Rehm 等[32]使用 MRI-PDFF技術定量檢測年輕女性的肝脂肪變，并對具有臨床意義的診斷界值進行研究，結果發現：①MRI-PDFF診斷脂肪肝的界值為 5.6%，其敏感度及特異度分別為 100%、96.6%；②在超重的脂肪肝患者中，PDFF與ALT水平及胰島素水平相關，相關系數分別為 0.840、0.833；③預測代謝綜合征的最佳 PDFF 界值為 3.5%，敏感度、特異度分別為 76.0%、83.0%。 Kühn 等[33]對正常糖耐量者、糖尿病前驅患者及確診為2型糖尿病的患者用PDFF量化胰腺FC，得出全體受試對象的胰腺FC的均值為 4.4%（胰頭、胰體、胰尾分別為 4.6%、4.9%、3.9%），3 組受試者胰腺FC方差分析無差異（P=0.980），提示胰腺FC與個體血糖狀態間的臨床相關性不高。Idilman等[34]應用MRIPDFF研究非酒精性脂肪肝患者的肝臟、胰腺、腎臟及椎體的脂肪沉積， 其 PDFF 值分別為 18.7%（肝臟），5.7%（胰腺），1.7%（腎皮質），51.0%（腎竇），43.2%（胸 12 椎體） 和 43.5%（腰1椎體），且胰腺與椎體間的PDFF具有良好的相關性，表明PDFF可以用于測量NAFLD患者肝臟、胰腺、腎等內臟器官FC，并對不同器官組織的脂肪分級進行顯示以了解其脂肪代謝狀態，為患者接受不同藥物治療后療效的檢測提供可能，有待臨床及科研的進一步研究。

5 總結與展望

磁共振脂肪定量技術作為一種可定量的檢查方法，一改以往磁共振影像中依靠肉眼定性信號強度的診斷思路，在某些疾病的診斷與鑒別診斷、治療與轉歸過程的評估上具有一定的獨到之處[35]。綜上所述，不論在實質臟器、骨肌系統、皮下脂肪，抑或是不同病理生理狀態下，磁共振脂肪定量技術在臨床和科研中的應用受到了廣大科研工作者的關注。雖然穿刺活檢是評估組織FC的金標準，但其為侵入性檢查，患者耐受性低、依從性差，且部分組織難以獲得活檢標本。MRS是影像學評估FC的金標準，由于自身缺陷，諸如：掃描時間較長、感興趣區范圍有限、處理過程繁瑣等，使其在臨床上的廣泛應用受限。然而磁共振功能成像為脂肪定量帶來了新的契機，且隨著MRI技術的不斷優化，特別是IDEAL-IQ及PDFF技術的出現，成為了脂肪變性診斷和量化的強有力的手段，但其能否替代組織病理學檢查，作為評價脂肪變性程度的金標準，仍有待于更多的研究對其方法的可靠性和準確性進行評價。磁共振脂肪定量技術無論作為現階段科學研究的手段還是未來獨立的臨床檢測項目，都有廣闊的研究空間和十分樂觀的應用前景。