定量非對稱回波最小二乘估算法迭代水脂分離序列MRI研究及應用進展

林楚欣，于向榮

[暨南大學附屬珠海醫院(珠海市人民醫院)放射科，廣東 珠海 519000]

水脂分離(Dixon)技術利用人體光譜中存在的兩個主要峰——水峰和脂肪峰之間進動頻率的差異，并采用梯度回波序列獲得同相位及反相位MR圖像，可有效改善水和脂肪的采集過程[1]；但其圖像信噪比(signal to noise ratio, SNR)易受B0場強均勻性、水和脂肪信號及比例的影響[2]。現有肝臟加速容積采集成像(liver acquisition with volume acceleration flex, LAVA-Flex)、改良水脂分離快速梯度回波加強版(modified Dixon fast field echo XD, mDixon FFE XD)和水脂分離梯度回波容積插值屏息掃描(Dixon volumetric interpolated breath-hold examination, Dixon-VIBE)序列均為基于化學位移成像的水脂分離技術，可通過一次掃描得到水像、脂像、正相位及反相位MRI，但目前多只用于T1WI。定量非對稱回波最小二乘估算法迭代水脂分離序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetrical and least-squares estimation quantitation sequence, IDEAL-IQ)不受磁場強度和個體差異的影響，具有高度可再現性、可重復性及可信性；主要通過三維快速擾相梯度回波(three-dimensional fast spoiled gradient recalled, 3D FSPGR)序列及部分k空間填充(k-space filling)降低水脂分離MRI SNR對水和脂肪比例的依賴性，既可消除由對稱回波產生的偽影，亦能有效修正射頻場不均勻引起的信號誤差；且單次屏氣掃描即可同時采集6個不同回波信號圖像，結合小翻轉角激發和區域增長法重建技術，可直接獲得校正后的T2*水像、T2*脂像、質子密度脂肪分數(proton density fat fraction, PDFF)及對應的弛豫率R2*(1/T2*)、正相位和反相位圖像[3-4]。本文就IDEAL-IQ MRI研究及應用進展進行綜述。

1 PDFF

1.1 評估肝臟脂肪變性程度 肝臟脂肪變性指肝細胞內脂肪異常堆積，可演化為肝硬化或惡性腫瘤；早期評估肝臟脂肪含量有助于臨床干預并延緩疾病進展。有學者[5]提出IDEAL-IQ MRI可無創定量評估肝臟脂肪異質性分布，其參數PDFF與MR波譜(MR spectroscopy, MRS)-PDFF和脂肪變性組織學分級具有良好的相關性，有助于準確評估肝內甘油三酯濃度分布。PDFF反映肝內脂肪空間分布情況，并可通過比較應用抗脂藥物前、后靶區脂肪含量變化選擇臨床治療非酒精性脂肪性肝炎終點；干預藥物存在促脂肪化可能時，PDFF可評估其肝臟毒性損害[6]。

1.2 評估骨髓內脂肪含量 SCHMEEL等[7]認為IDEAL-IQ MRI參數PDFF反映脊椎脂肪含量的準確性、可重復性及可再現性均與MRS相當，具備作為多中心研究定量成像生物標記物的潛力。代岳等[8]發現椎體內骨髓脂肪分數(fat fraction, FF)與年齡呈正相關，可能與紅骨髓向黃骨髓轉變或女性激素水平促進椎體骨質疏松有關。IDEAL-IQ MRI研究[9]顯示，健康人骶髂關節脂肪含量低于強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS)患者；治療后AS活動期患者骶髂關節脂肪浸潤程度較治療前有所下降，但仍高于健康人，且MRI-PDFF的對比度優于傳統脂肪抑制T1WI[10-11]。有學者[12]通過MRI-PDFF發現，糖尿病患者椎體內微血管通透性與椎體內脂肪沉積高度相關，可能由于骨髓脂肪細胞壓迫微血管造成骨髓細胞缺血所致。此外，ZENG等[13]認為IDEAL-IQ有助于鑒別診斷再生障礙性貧血與骨髓增生異常綜合征，以及評估骨髓異常增生綜合征及急性粒細胞白血病進展。

1.3 預測椎間盤變性程度 根據Pfirrmann分級，可直接以MRI信號強度及其均勻性評估椎間盤退行性改變，但觀察者間或采集設備之間的差異可能會影響結果的準確性[14]。根據椎體骨髓與椎間盤的營養供給關系可直接預測椎間盤變性程度。JI等[15]發現IDEAL-IQ可作為傳統MRI定性分級的重要補充，通過定量測量相鄰椎體骨髓脂肪沉積，有效預測椎間盤含水量；其原理在于造血骨髓向脂肪骨髓轉化可使椎間盤細胞營養供給受損。

1.4 放射及化學治療(放化療)后評估骨髓毒性 CARMONA等[16]發現，IDEAL-IQ MRI可通過定量測量椎體脂肪含量評估放化療所致骨髓成分改變，經由比較治療基線、中期及治療后的PDFF，可輔助臨床隨時調整放化療方案，有助于增加患者耐受程度、降低血液毒性風險。一項前瞻性研究[17]顯示，通過IDEAL-IQ MRI量化觀察類固醇誘導的股骨頭壞死區骨髓脂肪可反映病灶內微循環灌注情況，可能與激素刺激脂肪動員導致微循環中出現脂肪栓塞有關。

1.5 評估肩袖脂肪浸潤程度 肩袖脂肪浸潤可致肩袖撕裂，并影響術后修復效果。臨床常采用Goutallier分級(Goutallier's classification, GC)半定量評估肩袖脂肪浸潤程度，但此方法對觀察者間一致性的要求過高。NARDO等[18]采用IDEAL-IQ MRI觀察肩部脂肪組織，擴大了量化肌肉的范圍，提高了圖像分辨率，較GC分級更為貼近臨床實際。

2 R2*

2.1 評估肝臟鐵含量 目前用于檢測肝臟鐵過載的MR技術主要包括信號強度測量法、T2/R2測量法、T2*/R2*測量法、水脂分離及其衍生技術、超短回波時間(ultrashort echo time, UTE)成像技術及磁敏感加權成像技術。

信號強度測量法主要基于早期信號強度比(signal intensity ratio, SIR)及同、反相位強度差異而評估肝臟鐵含量。SIR通過測量與肝臟同一層面不含鐵肌肉組織的信號強度而進行半定量評估，且需要在一定閾值范圍內進行，否則無法準確體現鐵含量變化；而同、反相位強度差異則基于化學位移進行評估，降低了脂肪對肝臟鐵信號的影響，但僅可用于定性評價。RUNGE等[19]對比SIR、R2及R2*序列評估肝臟鐵濃度的差異，發現R2*采集時間更短、測量范圍更廣，明顯優于R2及SIR。

作為水脂分離衍生技術，IDEAL-IQ定量評估肝臟鐵負荷的敏感度和特異度均較佳，甚至可媲美病理結果[20]。GALIMBERTI等[21]以IDEAL-IQ MRI R2*值定量分析肝臟鐵含量，發現其有助于快速診斷高鐵血紅蛋白血癥和減少實驗室重復檢查。KAR?AALTINCABA等[22]基于IDEAL-IQ MRI進一步分析血色素沉著癥患者正、反相位信號異常下降的原因，通過可視化鐵含量R2*圖及PDFF圖準確模擬肝臟定量生化指標；與CHEN等[23]的研究類似，其結果表明R2*值可較好地預測肝癌患者術前Glypican-3基因表達，對指導其免疫治療具有潛在價值。

此外，有研究[24]發現，肝臟鐵濃度低于25[mg/g，干重(dry weight, DW)]時，由于缺乏足夠的回波時間，UTE MRI在1.5T磁場強度下或可高估肝臟鐵負荷；肝臟鐵濃度極高時，與鐵過載相關的低SNR或可降低磁敏感加權成像定量磁敏感圖(quantitative susceptibility mapping, QSM)的敏感度[25]。

2.2 評估腦血管 KATO等[26]發現，基于IDEAL-IQ生成的MR R2*圖較T2*WI可更準確地顯示磁化率變化，有助于鑒別腦動脈夾層引起的急性壁內血腫與動脈粥樣硬化所致血管鈣化。IDILMAN等[27]指出，MR R2*圖與T2*WI評估急性腦血栓的能力相當，但來自顱底的偽影常干擾血栓顯示，且存在部分遠端閉塞血管，故R2*圖價值更高。

2.3 預測乳腺癌缺氧 缺氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)與乳腺癌血管生成有關。R2*值有助于評估乳腺癌組織缺氧情況，并受血流、微血管灌注、鄰近組織氧合狀態及順磁性脫氧血紅蛋白濃度的影響。根據IDEAL-IQ R2*值及HIF-1α表達情況有助于準確預測乳腺癌組織缺氧。MIYATA等[28]發現存在組織纖維化的乳腺癌R2*值均較高，乳腺浸潤性導管癌R2*值與外周及中心血管密度之比呈顯著正相關，原因可能在于纖維化致血管分布不均勻。

3 其他臨床應用

GUO等[29]采用IDEAL-IQ MRI觀察腦實質內脂質儲存障礙成功，并以之分析了尼曼-皮克(Niemann-Pick)病患者腦神經變化。有學者[30]將IDEAL-IQ技術用于定量分析急性胰腺炎，發現結果具有良好的可重復性[30]。基于IDEAL-IQ MRI得到的胰腺FF可作為癌癥預測因子[31]。臨床上部分腹痛患者無法長時間屏氣，呼吸配合度欠佳而致MRI質量較差；而腹部脂肪序列中直接勾畫脂肪靶區則可能高估腹部深層脂肪含量。為此SHEN等[32]采用機器學習方法提出了基于IDEAL-IQ MRI分割腹部皮下脂肪組織及內臟脂肪組織的模型，并驗證了其可靠性。常紅花等[33]通過IDEAL-IQ MRI發現頸部鎖骨上區棕色脂肪可消耗甘油三酯及氧氣，造成T2弛豫時間縮短，提示該序列有望用于棕色脂肪成像。定量弛豫測量與人體組織參數相關。有學者[34]通過量化IDEAL-IQ T2*弛豫時間觀察胎兒組織參數隨胎齡的變化，并深入分析胎兒發育情況，結果顯示胎兒肌肉和脾臟T2*值隨胎齡增加而降低，可能與肌紅蛋白累積、鐵濃度增加有關。

4 小結及展望

綜上所述，IDEAL-IQ MRI可重復性較高，有助于準確顯示脂肪和鐵的含量及分布情況，但需關注相關禁忌證及注意事項，如幽閉恐懼癥、體內金屬置入物等；且該序列對呼吸運動的依賴性較高，不適用于無法配合呼吸者。IDEAL-IQ技術臨床應用前景廣闊，聯合影像組學或深度學習方法可進一步促進其發展及應用。