定量磁敏感加权图联合水脂分离技术在肝脏铁及脂肪定量中的可行性研究

江广斌， 胡必富， 苏大军， 叶晓， 张楚

肝脏铁过载常见于遗传性血色沉着病和长期输血治疗。铁过载可导致肝损伤，最终发展为肝硬化、肝功能衰竭和肝细胞癌。肝脏铁水平的检测可帮助评估铁过载状态以及监测铁还原治疗的效果。铁在体内的存的形式有显著的顺磁性效应，可导致磁共振T2和T2*弛豫时间缩短。目前，测量铁含量的标准方法是澳大利亚Resonance Healthcare公司推出FerriScan-R2图谱法，这种方法通过测量R2值而反映铁含量，然而，这一技术价格昂贵，而且扫描时间长[1]。研究报道，R2*定量的序列可以反映肝脏铁水平[2]，然而，在一些弥漫性病变中，铁和脂肪的沉积往往是同时存在的，肝内的脂肪也会影响R2*值的大小。定量磁敏感加权图(quantitative susceptibility mapping，QSM)是一种新的磁共振成像技术，可测量组织的磁化率特征[3-4]。本研究将联合QSM和全新的水脂分离技术测量肝脏铁及脂肪含量，以FerriScan测定的铁含量(liver iron concentration，LIC)和磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)测量的脂肪分数(fat fraction，FF)结果做为参照，探讨其肝脏铁定量的准确性。

材料与方法

1.一般资料

本研究通过了本院伦理委员会的审核，并获得所有受试者的知情同意。纳入2015年9月-2017年9月血清铁含量超过500 ng/mL的26例患者，同时纳入20例健康志愿者分别进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例志愿者扫描时因屏气配合不佳，图像质量不能满足测量要求被排除；3例患者铁沉积严重，长回波时信号迅速衰减而无法定量被排除。最终有20例铁沉积患者纳入研究，其中男12例，女8例，平均年龄(38.4±15.5)岁。病例中地中海贫血9例，再生障碍性贫血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，平均年龄(34.5±12.8)岁。

2.仪器与方法

采用GE 750W 3.0T MR扫描仪，扫描线圈采用16通道腹部线圈。扫描序列：①横轴面2D FerriScan，视野 36 cm×36 cm～42 cm×42 cm，TE 3 ms，TR 1000 ms，矩阵256×192，层厚5 mm，间隔0，激励次数2，采集5个回波。②横轴面2D ME-FGRE序列，视野36 cm×36 cm～42 cm×42 cm，TE 1.1 ms，TR 50 ms，矩阵160×160，层厚8 mm，激励次数1，采集8个回波，定位拷贝FerriScan定位线。③单体素波谱扫描，TR 3500 ms，TE 35 ms，体素大小25 mm×25 mm×25 mm，在呼吸触发T2序列上进行体素定位，避开血管、胆管以及病变。扫描次数128，屏气扫描。④QSM序列，8个回波，矩阵 256×256，翻转角20°，定位拷贝以上定位线，屏气分次扫描。

3.图像分析

两名分别具有6年及7年以上腹部影像诊断经验的放射科医师对图像进行后处理。ME-FGRE序列使用StarMap软件生成R2*图，在R2*图上，在肝内放置20～30 mm2的兴趣区(region of interest，ROI)，ROI的放置尽量避开血管及胆管，测定三次取平均值作为最终的R2*图。QSM图像在AW工作上进行重建，首先矫正奇偶相位差，再进行水脂分离重建幅值图和磁敏感图。在QSM磁敏感图和脂肪分数图上，拷贝R2*图上的ROI，同样取平均值作为最终的磁敏感值。使用SAGE软件计算MRS在相同ROI内的脂肪分数。

4.统计学方法

使用 SPSS 19.0统计学软件，计量资料以平均值±标准差表示。采用Kolmogorov-Smirnov检验分析数据是否服从正态分布，检验结果服从正态分布。采用Pearson相关分析对正常志愿者及铁沉积患者QSM磁敏感值和ME-FGRE的R2*以及FerriScan的LIC值进行相关性分析，采用独立样本t检验对QSM和MRS得到的脂肪分数进行对比。P<0.05表示存在统计学差异。

结 果

1.影像表现

正常志愿者磁敏感图和R2*图均未见信号升高，铁沉积患者幅值图信号减低，磁敏感图和R2*图信号升高(图1、2)。

2.统计学分析

正常志愿者肝脏的磁化率值和脂肪分数值分别为(0.13±0.03) ppm和(3.92±0.84)%，ME-FGRE生成的R2*值为(48.8±4.4) Hz，MRS脂肪分数为(3.95±0.72)%；铁沉积肝脏的磁化率值和脂肪分数值分别为(2.15±0.63) ppm和(6.39±3.73)%，ME-FGRE生成的R2*值为(212.8±95.0) Hz，MRS脂肪分数为(6.11±3.42)%。正常志愿者的LIC值为(1.59±0.08) mg/g，铁沉积患者的LIC值为(5.73±3.23) mg/g。Pearson相关性分析结果表明，正常志愿者及铁沉积患者磁化率值、R2*值与LIC均表现为较高的相关性(表1)。

图1 男，32岁，正常志愿者。a) QSM幅值图； b) QSM磁敏感图，其磁化率值为0.12 ppm； c) QSM脂肪图； d) ME-FGRE R2*图，肝脏R2*值为52Hz。 图2 女，15岁，地中海贫血患者，行输血治疗。a) QSM幅值图，信号显著降低； b) QSM磁敏感图，信号显著升高，其磁化率值为3.74 ppm； c) QSM脂肪图； d) ME-FGRE R2*图，信号显著升高，肝脏R2*值为420 Hz。

纳入人群r值ME-FGRE R2*值QSM磁化率值P值正常志愿者0.9910.964<0.001铁沉积患者0.9620.924<0.001

正常志愿者和铁沉积患者两种方法得到的脂肪分数均无差异(表2)。

表2 两组患者两种方法脂肪分数测量结果对比

讨 论

磁化性是组织的固有特征，反映了磁敏感物质在外加磁场作用下的磁化程度。人体中的铁主要以脱氧血红蛋白和含铁血黄素的成分存在，属于顺磁性物质，因此可通过测量信号强度的变化反映铁的含量。传统肝脏铁沉积的定量主要基于2D ME-FGRE拟合衰减曲线计算R2*值，而R2*值在评价铁沉积中的价值已被美国血液病协会认可[6]。然而实际工作中发现，在脂肪也存在的情况下，衰减曲线上的拟合点可能处在水脂的不同相位，因此得到的R2*值也有偏差，同时R2*值的测量范围在500s-1以内[7]。本研究中，R2*值结果与LIC的相关性高于QSM的磁化率值与LIC的相关性，这可能与研究中铁沉积患者同时存在脂肪肝较少或是程度较轻有关，同时R2*值的测量范围均低于500s-1。基于3D多回波水脂分离技术的序列(3D multi-echo Dixon，3D-ME-Dixon)近年来逐渐成为研究热点[8]，通过水脂分离可以克服2D ME-FGRE的限制，然而目前仍存在水脂计算错误的可能，另外R2*值的测量范围在400s-1以内。QSM是一种全新的磁敏感显示成像技术，和磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)相似之处在于其也是利用组织磁敏感差异形成的图像对比，但SWI是对比来自于组织之间磁化率的相对差异，而QSM可通过梯度回波相位图计算出组织的磁化率，实现绝对对比[9]。QSM对于脑卒中[10]、帕金森症[11]以及前列腺钙化[12]等的研究已有报道，但在肝脏应用中，也面临脂肪沉积、解决呼吸运动伪影等问题，本研究中，通过QSM结合了类似的水脂分离技术，减轻了脂肪沉积对铁含量定量的影响，同时采用了适用于更宽的后处理算法，在R2*值为400s-1以上时也得到了稳定的结果。同时，通过分次屏气，重建时去除了主磁场B0对相位的影响，不受R2*偏倚的影响，可直接定量肝脏磁化率值，而且磁化率值和LIC值表现为显著正相关，因此进一步提高了铁定量的准确性。这与Sharma等[13]的研究结果类似。同时，本研究QSM得到的脂肪分数值也和MRS得到的值无显著差异，而MRS被认为是脂肪定量的金标准[14]，因此QSM结合水脂分离技术对脂肪和铁的精准定量有潜在的临床价值。本研究发现，无论是正常志愿者和铁沉积患者，在脂肪含量正常及轻度脂肪肝的情况下，QSM定量得到的肝脏磁化率值和LIC值呈显著正相关，同时，QSM水脂分离得到的脂肪分数和MRS得到的脂肪分数图也无显著差异。

本研究不足之处在于：首先，铁沉积患者的样本量较小，需要病例数证实研究结论。其次，文献报道炎症或纤维化会引起一定的抗磁效应[15]，因此会影响磁化率值，下一步的研究还需要将这一因素考虑进去。第三，对于严重的铁过载，随着TE时间延长信号衰减很快，水脂分离产生错误的概率就会增加，因此对于这种患者，QSM定量的准确性存在挑战，超TE序列的QSM是解决这类问题的一个方向。最后，本研究纳入的铁沉积患者脂肪含量均较低，因此对于中重度脂肪肝患者，其脂肪含量的高低对R2*定量准确性的影响无法判断，这也需要进一步的探讨。

总之，QSM联合水脂分离得到肝脏磁化率值与LIC具有很好的相关性，而且脂肪分数值也媲美MRS的结果，因此在脂肪铁沉积定量中有一定的价值。