磁共振成像技術(shù)量化評(píng)估脂肪含量的研究進(jìn)展

孟祥玉，李子英，李 慧

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110004）

生理狀態(tài)下，人體白色脂肪組織及棕色脂肪組織細(xì)胞內(nèi)含有大量脂肪沉積；然而人體其他組織細(xì)胞內(nèi)脂肪沉積是眾多疾病發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的重要病理過(guò)程及中間環(huán)節(jié)[1]。脂肪沉積多為良性病變，組織細(xì)胞發(fā)生脂肪變性時(shí)早期進(jìn)行干預(yù)、治療尚能發(fā)生逆轉(zhuǎn)，隨訪觀測(cè)脂肪含量（Fat content，F(xiàn)C）對(duì)臨床具有重要指導(dǎo)意義。目前，組織病理學(xué)檢查是定量評(píng)估脂肪變性程度的金標(biāo)準(zhǔn)，但由于其自身缺陷（有創(chuàng)性、組織采樣少、存在觀察者之間差異且可重復(fù)性差等因素）限制了其臨床應(yīng)用。B型超聲檢查、CT能夠在一定程度上量化組織細(xì)胞FC，但是其測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)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(lái)，無(wú)創(chuàng)性磁共振成像技術(shù)（MRI）在定量評(píng)估FC中發(fā)展迅速，本文針對(duì)MRI在FC定量評(píng)估的應(yīng)用做一綜述。

1 磁共振波譜技術(shù)

磁共振波譜技術(shù)（Magnetic resonance spectrum，MRS）通過(guò)化學(xué)位移成像，能夠安全、無(wú)創(chuàng)的檢測(cè)活體組織代謝及病理生理變化，目前被認(rèn)為是MR定量評(píng)估組織FC的金標(biāo)準(zhǔn)，在脂肪定量應(yīng)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(zhì)子峰，通過(guò)計(jì)算特定化學(xué)位移點(diǎn)上水峰和脂質(zhì)峰下面積的相對(duì)比值來(lái)進(jìn)行脂質(zhì)含量的量化。脂肪沉積于肝臟細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致非酒精性脂肪肝 （Nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）；在西方國(guó)家，其發(fā)病率在成年人中約為20%～30%，兒童發(fā)病率可達(dá)10%，且發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。大量研究結(jié)果[4-7]表明，在量化肝臟FC的準(zhǔn)確性方面，1HMRS與組織病理學(xué)檢查具有高度相關(guān)性。Vuppalanchi等[8]研究結(jié)果表明1H-MRS測(cè)得的FC與脂肪肝組織學(xué)分級(jí)、肝臟甘油三酯含量具有顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.61、0.63，證實(shí)1H-MRS能夠直接反應(yīng)肝內(nèi)FC。趙爽等[9]研究結(jié)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?jǐn)?shù)（Fat fraction，F(xiàn)F）為4.97%（敏感度 95.5%，特異度 97.1%）；Di Martino 等[10]以 MRS對(duì)脂肪肝的研究結(jié)果與本研究結(jié)果高度一致，表明正常肝臟與脂肪肝MRS代謝物閾值的測(cè)量為肝脂肪變性診斷提供了科學(xué)、客觀的參考價(jià)值。

隨著年齡的增長(zhǎng)骨髓腔內(nèi)FC逐漸增加，Justesen等[11]報(bào)道，骨髓腔內(nèi)FC由30歲時(shí)的40%上升到100歲的68%，骨髓腔內(nèi)FC在脊髓損傷、長(zhǎng)時(shí)間臥床休息等情況下含量增高，與骨質(zhì)疏松關(guān)系密切。唐小彬等[12]對(duì)絕經(jīng)后女性腰椎骨髓FC、內(nèi)臟脂肪（VAT）與皮下脂肪（SAT）的相關(guān)性進(jìn)行研究，多元線性回歸分析顯示VAT及VAT/SAT是FF值的獨(dú)立負(fù)性相關(guān)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(cè)量特發(fā)性骨質(zhì)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(fā)現(xiàn)股骨近端骨髓FF（IOP組與對(duì)照組的FF分別為71.0%、60.2%）高于腰 3 椎體骨髓 FF（IOP 組及對(duì)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(tài)及部位間都存在特意性差異。

盡管MRS可以精準(zhǔn)量化脂肪，但由于MRS對(duì)掃描條件要求高，掃描時(shí)間較長(zhǎng)，感興趣區(qū)范圍有限，且后處理過(guò)程十分繁瑣，需要專(zhuān)業(yè)人員協(xié)助，使該技術(shù)的廣泛應(yīng)用受到了限制[6]。

2 MRI脂肪抑制技術(shù)

傳統(tǒng)的脂肪抑制技術(shù)包括頻率選擇飽和法 （Fat suppress，F(xiàn)S）、短時(shí)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（Short T1 inversion recovery，STIR）。頻率選擇法（FS）主要利用脂肪組織中氫質(zhì)子與水中氫質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率不同進(jìn)行脂肪抑制成像[14]。FS可應(yīng)用于脂肪定量研究，Cotler等[15]測(cè)量壓脂前、后非脂肪肝組與脂肪肝組信號(hào)強(qiáng)度值，研究發(fā)現(xiàn)頻率選擇脂肪抑制結(jié)果與病理脂肪百分含量高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.93。該脂肪抑制技術(shù)需要在均勻的較高場(chǎng)強(qiáng)下進(jìn)行，因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)較低時(shí)主磁場(chǎng)區(qū)分脂肪中質(zhì)子與水分子中質(zhì)子能力會(huì)明顯降低，同時(shí)氣體與軟組織交界層面或金屬區(qū)域會(huì)造成主磁場(chǎng)不均勻，直接影響質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率，從而使脂肪飽和脈沖不能完整的將脂肪信號(hào)抑制。

STIR，即基于脂肪組織短T1特性的脂肪抑制技術(shù)，可以100%抑制脂肪，與FS相比，STIR技術(shù)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的要求不高，對(duì)磁場(chǎng)均勻度的要求也較低，在定性評(píng)價(jià)脂肪浸潤(rùn)方面具有一定價(jià)值，但特異性和敏感性不高，對(duì)脂肪的量化分析結(jié)果可靠性較低。李文政等[16]利用動(dòng)物脂肪肝模型MRI SE序列T1WI及病理對(duì)照研究表明，脂肪抑制前后肝臟信號(hào)強(qiáng)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(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.556，但是該指標(biāo)對(duì)輕中度脂肪肝的診斷不敏感[17]，應(yīng)用價(jià)值不大，由此可見(jiàn)STIR對(duì)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(shù)

3.1 化學(xué)位移同反相位技術(shù)

Dixon技術(shù)最早于1984年由Dixon介紹應(yīng)用[18]，即化學(xué)位移同反相位（In-phase and out-of phase，IP-OP）技術(shù)，水和脂肪的磁化矢量在回波時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相位差，通過(guò)視覺(jué)評(píng)估磁共振正反相位圖或計(jì)算圖像信號(hào)強(qiáng)度 （Signal intensity，SI）的減低程度可以初步判斷組織或病灶內(nèi)是否含脂及其大概比例，是目前較為流行的定量測(cè)量肝脂肪變的方法，已在臨床上廣泛應(yīng)用。Zhang等[19]研究結(jié)果顯示，骨質(zhì)疏松患者與健康志愿者腰2椎體骨髓腔的FF存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，分別為（73.2±17.6）%、（57.3±21.1）%，其診斷骨質(zhì)疏松的敏感度和特異度分別為71.4%、72.4%，表明IP-OP技術(shù)可用于骨質(zhì)疏松的診斷。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)利用磁共振同反相位技術(shù)測(cè)量FF的計(jì)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(jì)算FC，研究結(jié)果顯示FC與病理結(jié)果顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.80，且可有效區(qū)分無(wú)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(chǎng)不均勻性及T2*效應(yīng)因素的影響，其中B0場(chǎng)不均勻性是影響脂肪評(píng)估的重要因素。

3.2 IDEAL-IQ 技術(shù)

IDEAL（Iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation）技術(shù)基于三點(diǎn)Dixon法的水脂分離成像技術(shù)，結(jié)合了非對(duì)稱采集技術(shù)與迭代最小二乘水脂分離算法[21-22]；已有研究表明，Dixon技術(shù)可以兼容多種序列，如快速自旋回波、梯度回波，可以應(yīng)用于T1WI、T2WI、質(zhì)子密度加權(quán)像，并在多部位得到了應(yīng)用。IDEAL技術(shù)克服了輕度B0場(chǎng)不均勻性對(duì)組織FC定量分析的影響，但是對(duì)T2*效應(yīng)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(shù)定量肩袖肌肉脂肪浸潤(rùn)，并評(píng)估其與GC分級(jí)[24]（Goutallier脂肪浸潤(rùn)分級(jí)）、疼痛及活動(dòng)度的關(guān)系；結(jié)果顯示：①FF與GC分級(jí)密切相關(guān)，二者間對(duì)應(yīng)關(guān)系為 0級(jí)、1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)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(rùn)量與肩關(guān)節(jié)內(nèi)旋受限、外展受限顯著相關(guān)，Spearman 等級(jí)相關(guān)系數(shù)分別為 0.39、0.45；③肩胛下肌的脂肪浸潤(rùn)量與肩部疼痛高度相關(guān)，Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)為0.31，表明IDEAL-MRI對(duì)肩袖肌肉進(jìn)行準(zhǔn)確且高重復(fù)性的脂肪定量具有可行性，并揭示了其與肩部疼痛、肩關(guān)節(jié)活動(dòng)度受限的相關(guān)性。Miyuki Takasu等[25]利用IDEAL-MRI技術(shù)診斷腰椎多發(fā)性骨髓瘤，此研究發(fā)現(xiàn)多發(fā)性骨髓瘤有癥狀患者的β2微球蛋白和骨髓漿細(xì)胞百分比較無(wú)癥狀患者高；磁共振研究結(jié)果顯示：前者的脂肪信號(hào)分?jǐn)?shù)較后者低，表明將脂肪信號(hào)分?jǐn)?shù)作為多發(fā)性骨髓瘤的生物標(biāo)志物，使得多發(fā)性骨髓瘤有癥狀與無(wú)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(yōu)于活檢標(biāo)本的骨髓漿細(xì)胞百分比，敏感度、特異度分別為66.7%、72.7%。雖然IDEAL技術(shù)在FF定量測(cè)量上與MRS方法有較高的一致性[26]，也初步應(yīng)用于骨髓FC的測(cè)量[27]，然而其采集時(shí)間較長(zhǎng)，難以對(duì)組織FC進(jìn)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(shù)的改良3D掃描序列，通過(guò)采集6個(gè)具有不同TE時(shí)間的回波信號(hào)，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(yùn)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(guān)系，測(cè)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(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.836、0.852，與肝脾CT值比值、HDL-C值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.992、-0.735，表明 IDEAL-IQ 成像技術(shù)定量評(píng)估肝臟的FC是可行的，并與肝脾CT值比值及臨床血清學(xué)檢測(cè)之間具有良好的相關(guān)性，對(duì)脂肪肝的定量診斷具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。Aoki等[29]對(duì)磁共振IDEAL-IQ技術(shù)定量評(píng)估骨髓FF的可重復(fù)性研究結(jié)果顯示：腰椎椎體、髂骨和股骨轉(zhuǎn)子不同部位骨髓FF的變異系數(shù)范圍為0.69%～1.70%；腰椎椎體、髂骨和股骨轉(zhuǎn)子間區(qū)的FF與年齡顯著正相關(guān)，絕經(jīng)后女性的平均FF顯著高于絕經(jīng)前女性；股骨大轉(zhuǎn)子的FF與年齡無(wú)明顯相關(guān)性。

磁共振IDEAL-IQ技術(shù)能夠無(wú)創(chuàng)性、可靠的測(cè)量骨髓的FF。IDEAL-IQ技術(shù)通過(guò)一次掃描可以獲得活體組織六組圖像信息，可以用來(lái)評(píng)估活體組織有無(wú)脂肪、鐵沉積及其程度，并可通過(guò)脂肪比像、R2*弛豫率像進(jìn)行定量分析，無(wú)須復(fù)雜繁瑣的后處理及校正步驟，具有良好的臨床應(yīng)用前景。

4 MRI質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)

質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)（Proton density fat fraction，PDFF）通過(guò)參數(shù)設(shè)置將縱向弛豫時(shí)間T1、橫向弛豫時(shí)間 T2及T2*對(duì)MR信號(hào)的影響降到最低，組織中質(zhì)子的密度成為影響磁共振圖像信號(hào)強(qiáng)度的主要因素，從而獲得質(zhì)子密度分?jǐn)?shù)的成像方式[30]。MRI-PDFF是能夠無(wú)創(chuàng)地、客觀性定量測(cè)量組織FC的成像方法，其反映的組織FC數(shù)值更精確，在量化評(píng)價(jià)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(zhǎng)及骨密度減低而遞增，Cordes等[31]研究結(jié)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(zhì)疏松患者的骨髓 FF則更高（PDFF為 67.5%）。 Rehm 等[32]使用 MRI-PDFF技術(shù)定量檢測(cè)年輕女性的肝脂肪變，并對(duì)具有臨床意義的診斷界值進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①M(fèi)RI-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(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.840、0.833；③預(yù)測(cè)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(duì)正常糖耐量者、糖尿病前驅(qū)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(duì)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(wú)差異（P=0.980），提示胰腺FC與個(gè)體血糖狀態(tài)間的臨床相關(guān)性不高。Idilman等[34]應(yīng)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(zhì)），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(guān)性，表明PDFF可以用于測(cè)量NAFLD患者肝臟、胰腺、腎等內(nèi)臟器官FC，并對(duì)不同器官組織的脂肪分級(jí)進(jìn)行顯示以了解其脂肪代謝狀態(tài)，為患者接受不同藥物治療后療效的檢測(cè)提供可能，有待臨床及科研的進(jìn)一步研究。

5 總結(jié)與展望

磁共振脂肪定量技術(shù)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(hào)強(qiáng)度的診斷思路，在某些疾病的診斷與鑒別診斷、治療與轉(zhuǎn)歸過(guò)程的評(píng)估上具有一定的獨(dú)到之處[35]。綜上所述，不論在實(shí)質(zhì)臟器、骨肌系統(tǒng)、皮下脂肪，抑或是不同病理生理狀態(tài)下，磁共振脂肪定量技術(shù)在臨床和科研中的應(yīng)用受到了廣大科研工作者的關(guān)注。雖然穿刺活檢是評(píng)估組織FC的金標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)本。MRS是影像學(xué)評(píng)估FC的金標(biāo)準(zhǔn)，由于自身缺陷，諸如：掃描時(shí)間較長(zhǎng)、感興趣區(qū)范圍有限、處理過(guò)程繁瑣等，使其在臨床上的廣泛應(yīng)用受限。然而磁共振功能成像為脂肪定量帶來(lái)了新的契機(jī)，且隨著MRI技術(shù)的不斷優(yōu)化，特別是IDEAL-IQ及PDFF技術(shù)的出現(xiàn)，成為了脂肪變性診斷和量化的強(qiáng)有力的手段，但其能否替代組織病理學(xué)檢查，作為評(píng)價(jià)脂肪變性程度的金標(biāo)準(zhǔn)，仍有待于更多的研究對(duì)其方法的可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)價(jià)。磁共振脂肪定量技術(shù)無(wú)論作為現(xiàn)階段科學(xué)研究的手段還是未來(lái)獨(dú)立的臨床檢測(cè)項(xiàng)目，都有廣闊的研究空間和十分樂(lè)觀的應(yīng)用前景。