定量磁敏感加權圖聯合水脂分離技術在肝臟鐵及脂肪定量中的可行性研究

江廣斌， 胡必富， 蘇大軍， 葉曉， 張楚

肝臟鐵過載常見于遺傳性血色沉著病和長期輸血治療。鐵過載可導致肝損傷，最終發展為肝硬化、肝功能衰竭和肝細胞癌。肝臟鐵水平的檢測可幫助評估鐵過載狀態以及監測鐵還原治療的效果。鐵在體內的存的形式有顯著的順磁性效應，可導致磁共振T2和T2*弛豫時間縮短。目前，測量鐵含量的標準方法是澳大利亞Resonance Healthcare公司推出FerriScan-R2圖譜法，這種方法通過測量R2值而反映鐵含量，然而，這一技術價格昂貴，而且掃描時間長[1]。研究報道，R2*定量的序列可以反映肝臟鐵水平[2]，然而，在一些彌漫性病變中，鐵和脂肪的沉積往往是同時存在的，肝內的脂肪也會影響R2*值的大小。定量磁敏感加權圖(quantitative susceptibility mapping，QSM)是一種新的磁共振成像技術，可測量組織的磁化率特征[3-4]。本研究將聯合QSM和全新的水脂分離技術測量肝臟鐵及脂肪含量，以FerriScan測定的鐵含量(liver iron concentration，LIC)和磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)測量的脂肪分數(fat fraction，FF)結果做為參照，探討其肝臟鐵定量的準確性。

材料與方法

1.一般資料

本研究通過了本院倫理委員會的審核，并獲得所有受試者的知情同意。納入2015年9月-2017年9月血清鐵含量超過500 ng/mL的26例患者，同時納入20例健康志愿者分別進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例志愿者掃描時因屏氣配合不佳，圖像質量不能滿足測量要求被排除；3例患者鐵沉積嚴重，長回波時信號迅速衰減而無法定量被排除。最終有20例鐵沉積患者納入研究，其中男12例，女8例，平均年齡(38.4±15.5)歲。病例中地中海貧血9例，再生障礙性貧血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，平均年齡(34.5±12.8)歲。

2.儀器與方法

采用GE 750W 3.0T MR掃描儀，掃描線圈采用16通道腹部線圈。掃描序列：①橫軸面2D FerriScan，視野 36 cm×36 cm～42 cm×42 cm，TE 3 ms，TR 1000 ms，矩陣256×192，層厚5 mm，間隔0，激勵次數2，采集5個回波。②橫軸面2D ME-FGRE序列，視野36 cm×36 cm～42 cm×42 cm，TE 1.1 ms，TR 50 ms，矩陣160×160，層厚8 mm，激勵次數1，采集8個回波，定位拷貝FerriScan定位線。③單體素波譜掃描，TR 3500 ms，TE 35 ms，體素大小25 mm×25 mm×25 mm，在呼吸觸發T2序列上進行體素定位，避開血管、膽管以及病變。掃描次數128，屏氣掃描。④QSM序列，8個回波，矩陣 256×256，翻轉角20°，定位拷貝以上定位線，屏氣分次掃描。

3.圖像分析

兩名分別具有6年及7年以上腹部影像診斷經驗的放射科醫師對圖像進行后處理。ME-FGRE序列使用StarMap軟件生成R2*圖，在R2*圖上，在肝內放置20～30 mm2的興趣區(region of interest，ROI)，ROI的放置盡量避開血管及膽管，測定三次取平均值作為最終的R2*圖。QSM圖像在AW工作上進行重建，首先矯正奇偶相位差，再進行水脂分離重建幅值圖和磁敏感圖。在QSM磁敏感圖和脂肪分數圖上，拷貝R2*圖上的ROI，同樣取平均值作為最終的磁敏感值。使用SAGE軟件計算MRS在相同ROI內的脂肪分數。

4.統計學方法

使用 SPSS 19.0統計學軟件，計量資料以平均值±標準差表示。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗分析數據是否服從正態分布，檢驗結果服從正態分布。采用Pearson相關分析對正常志愿者及鐵沉積患者QSM磁敏感值和ME-FGRE的R2*以及FerriScan的LIC值進行相關性分析，采用獨立樣本t檢驗對QSM和MRS得到的脂肪分數進行對比。P<0.05表示存在統計學差異。

結 果

1.影像表現

正常志愿者磁敏感圖和R2*圖均未見信號升高，鐵沉積患者幅值圖信號減低，磁敏感圖和R2*圖信號升高(圖1、2)。

2.統計學分析

正常志愿者肝臟的磁化率值和脂肪分數值分別為(0.13±0.03) ppm和(3.92±0.84)%，ME-FGRE生成的R2*值為(48.8±4.4) Hz，MRS脂肪分數為(3.95±0.72)%；鐵沉積肝臟的磁化率值和脂肪分數值分別為(2.15±0.63) ppm和(6.39±3.73)%，ME-FGRE生成的R2*值為(212.8±95.0) Hz，MRS脂肪分數為(6.11±3.42)%。正常志愿者的LIC值為(1.59±0.08) mg/g，鐵沉積患者的LIC值為(5.73±3.23) mg/g。Pearson相關性分析結果表明，正常志愿者及鐵沉積患者磁化率值、R2*值與LIC均表現為較高的相關性(表1)。

圖1 男，32歲，正常志愿者。a) QSM幅值圖； b) QSM磁敏感圖，其磁化率值為0.12 ppm； c) QSM脂肪圖； d) ME-FGRE R2*圖，肝臟R2*值為52Hz。 圖2 女，15歲，地中海貧血患者，行輸血治療。a) QSM幅值圖，信號顯著降低； b) QSM磁敏感圖，信號顯著升高，其磁化率值為3.74 ppm； c) QSM脂肪圖； d) ME-FGRE R2*圖，信號顯著升高，肝臟R2*值為420 Hz。

納入人群r值ME-FGRE R2*值QSM磁化率值P值正常志愿者0.9910.964<0.001鐵沉積患者0.9620.924<0.001

正常志愿者和鐵沉積患者兩種方法得到的脂肪分數均無差異(表2)。

表2 兩組患者兩種方法脂肪分數測量結果對比

討 論

磁化性是組織的固有特征，反映了磁敏感物質在外加磁場作用下的磁化程度。人體中的鐵主要以脫氧血紅蛋白和含鐵血黃素的成分存在，屬于順磁性物質，因此可通過測量信號強度的變化反映鐵的含量。傳統肝臟鐵沉積的定量主要基于2D ME-FGRE擬合衰減曲線計算R2*值，而R2*值在評價鐵沉積中的價值已被美國血液病協會認可[6]。然而實際工作中發現，在脂肪也存在的情況下，衰減曲線上的擬合點可能處在水脂的不同相位，因此得到的R2*值也有偏差，同時R2*值的測量范圍在500s-1以內[7]。本研究中，R2*值結果與LIC的相關性高于QSM的磁化率值與LIC的相關性，這可能與研究中鐵沉積患者同時存在脂肪肝較少或是程度較輕有關，同時R2*值的測量范圍均低于500s-1。基于3D多回波水脂分離技術的序列(3D multi-echo Dixon，3D-ME-Dixon)近年來逐漸成為研究熱點[8]，通過水脂分離可以克服2D ME-FGRE的限制，然而目前仍存在水脂計算錯誤的可能，另外R2*值的測量范圍在400s-1以內。QSM是一種全新的磁敏感顯示成像技術，和磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging，SWI)相似之處在于其也是利用組織磁敏感差異形成的圖像對比，但SWI是對比來自于組織之間磁化率的相對差異，而QSM可通過梯度回波相位圖計算出組織的磁化率，實現絕對對比[9]。QSM對于腦卒中[10]、帕金森癥[11]以及前列腺鈣化[12]等的研究已有報道，但在肝臟應用中，也面臨脂肪沉積、解決呼吸運動偽影等問題，本研究中，通過QSM結合了類似的水脂分離技術，減輕了脂肪沉積對鐵含量定量的影響，同時采用了適用于更寬的后處理算法，在R2*值為400s-1以上時也得到了穩定的結果。同時，通過分次屏氣，重建時去除了主磁場B0對相位的影響，不受R2*偏倚的影響，可直接定量肝臟磁化率值，而且磁化率值和LIC值表現為顯著正相關，因此進一步提高了鐵定量的準確性。這與Sharma等[13]的研究結果類似。同時，本研究QSM得到的脂肪分數值也和MRS得到的值無顯著差異，而MRS被認為是脂肪定量的金標準[14]，因此QSM結合水脂分離技術對脂肪和鐵的精準定量有潛在的臨床價值。本研究發現，無論是正常志愿者和鐵沉積患者，在脂肪含量正常及輕度脂肪肝的情況下，QSM定量得到的肝臟磁化率值和LIC值呈顯著正相關，同時，QSM水脂分離得到的脂肪分數和MRS得到的脂肪分數圖也無顯著差異。

本研究不足之處在于：首先，鐵沉積患者的樣本量較小，需要病例數證實研究結論。其次，文獻報道炎癥或纖維化會引起一定的抗磁效應[15]，因此會影響磁化率值，下一步的研究還需要將這一因素考慮進去。第三，對于嚴重的鐵過載，隨著TE時間延長信號衰減很快，水脂分離產生錯誤的概率就會增加，因此對于這種患者，QSM定量的準確性存在挑戰，超TE序列的QSM是解決這類問題的一個方向。最后，本研究納入的鐵沉積患者脂肪含量均較低，因此對于中重度脂肪肝患者，其脂肪含量的高低對R2*定量準確性的影響無法判斷，這也需要進一步的探討。

總之，QSM聯合水脂分離得到肝臟磁化率值與LIC具有很好的相關性，而且脂肪分數值也媲美MRS的結果，因此在脂肪鐵沉積定量中有一定的價值。