磁共振IDEAL-IQ水脂分离技术临床应用进展

01

水脂分离技术的发展历程

水脂分离成像技术于1984年由Dixon首次提出，此技术利用水和脂肪间进动频率的差异，通过调节回波时间进行两次采集，第一次采集使水与脂肪的横向磁化强度矢量同相位，得到水和脂肪的加和像；第二次采集使水和脂肪相位相反，得到差像，最终通过运算获得水与脂肪分离的脂像和水像，达到水脂分离的目的，也称为两点Dixon法^[1]。磁场强度是影响进动频率的关键因素，若场强不均，则会改变水和脂肪的进动频率，造成水和脂肪无法完全分开，导致水-脂界面结构模糊，图像的信噪比降低。为了克服这些不足，有学者提出了三点Dixon法^[2]，即在两次采集的基础上增加一次采集，通过对称性获得信号克服磁场的不均匀性，彻底分离水和脂肪，清晰的显示水-脂界面。三点Dixon法的不足之处在于当像素内水和脂肪的含量近似时，无法准确分离水和脂肪，导致图像信噪比降低。

随着技术不断革新，Reeder等^[3]对三点Dixon法进行了改进，提出了三点法非对称性回波水脂分离成像，此技术不仅缩短了扫描时间，而且可以保证在任意水和脂肪比值的情况下都能进行精准的水-脂分离。在此基础上美国通用电气公司(General Electric Company, GE)对此成像方法进行了进一步优化，提出了更具优势的脂肪定量技术，即非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离技术（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least squares estimation quantification sequence, IDEAL-IQ）。IDEAL-IQ技术是有GE公司推出的全新3D扫描技术，此技术在重建过程中采用了小翻转角激发降低了T1效应对图像的干扰，同时采用多回波技术来预测R2*衰减率，通过多峰脂肪模型精确模拟甘油三酯的多共振峰，实现了全自动计算R2*图像和R2*校正以后的脂像、水像以及脂肪分数图^[4]。此过程去除了T1效应及T2*效应的干扰，校准了甘油三酯的多峰模型等因素，排除了磁场不均匀性和铁沉积等因素对图像的干扰，使得水像和脂像信噪比达到最大^[5]。其中脂肪分数（fat fraction, FF）和弛豫率（R2*）是目前临床上最常用的两个定量参数，分别用于评估脂肪含量与铁含量。

02

脂肪分数（FF）的临床应用

2.1 评估非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）

NAFLD是世界范围内最为重要的慢性肝病病因之一，目前已成为终末期肝病的主要原因。早期无特异性临床表现，常被患者或临床忽视而未及时干预，可进展为肝纤维化、肝硬化。此外NAFLD尚与心血管疾病相关的死亡率增加有关。IDEAL-IQ技术可对肝脏全域脂肪含量进行精准定量（图1）。赵金丽等^[6]研究结果表明磁共振IDEAL-IQ技术可客观、准确地反映肝脏的脂肪含量，在评估NAFLD程度及分级时，IDEAL-IQ技术较超声更有优势（图2）。此外还有研究结果显示NAFLD患者的FF值与阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（OSAS）、冠状动脉钙化积分（CACS）呈正相关^[7,8]。

[图1] 磁共振IDEAL-IQ成像FF图。A.30岁健康男性，脂肪含量为2.2%；B.48岁女性，轻度脂肪肝，脂肪含量为11.4%；C.42岁女性，中度脂肪肝，脂肪含量为20.1%；D.43岁女性，重度脂肪肝，脂肪含量为30.1%。

[图2] 男，35岁，NAFLD患者超声与IDEAL-IQ比较图。A.超声诊断中度脂肪肝；B.IDEAL-IQ测量FF值为20.15%；C.经减肥手术后3个月复查，超声仍诊断中度脂肪肝；D. IDEAL-IQ测量FF值为14.35%，较术前肝脏脂肪含量减少5.8%。

2.2 肝移植供体肝脏脂肪变性评估

肝移植是治疗终末期肝病的主要方法，供体肝脏脂肪变性不仅会影响术后受体肝脏的再生，导致移植手术的失败，也会阻碍术后供体肝脏的再生。供体肝脂肪变性易发生原发性移植肝无功能^[9,10]，因此术前评估供体肝脏脂肪变性程度十分重要。Chiang等^[11]对69例供体肝脏进行脂肪含量测定，将FF值进行脂肪肝分级并与穿刺活检的病理分级进行比较，得出其灵敏度和特异度分别是100%、77.1%。Ulusoy等^[12]以组织病理学为金标准对供体肝脏脂肪含量进行评估，发现IDEAL-IQ的FF值较CT能更好的评估肝脂肪变性（图3-4）。

[图3] IDEAL-IQ检查FF值与肝穿刺活检结果高度一致，结果间呈现近似线性关系。

[图4] IDEAL-IQ检查与肝穿刺活检时间间隔长短对结果一致性无明显影响

2.3 化疗患者肝脂肪变性程度评估

随着肿瘤发生率增高，化疗药物广泛运用于各种肿瘤的治疗，很多化疗药物会损害肝脏，导致肝脏发生脂肪浸润，增加了肝毒性及全血细胞减少的风险。因此在化疗过程中临床医生需要检测患者的肝脏脂肪含量来判断肝脏损害的程度，以便及时调整化疗方案、替换对肝脏有重大毒副作用的化疗药物。Giuseppe等^[13]通过监测50名患者化疗前后肝脏脂肪含量的变化，结果29名患者的FF值有不同程度的增高，证实了化疗药物会导致患者肝脏脂肪含量升高，造成肝脏损害。

综上所述，IDEAL-IQ技术无创、可重复性高及肝全域测量的优势，是动态监测肝脏脂肪含量的可靠影像学技术。

2.4 评估骨髓的生理性改变

代岳等^[14]的研究结果显示椎体髓腔FF值随年龄增长而增高，证实了随着年龄的增长，红骨髓向黄骨髓转化的生理过程；此外还发现中老年女性椎体髓腔FF值高于同年龄组男性，可能是由于男女激素水平差异造成。Ergen等^[15]对不同年龄组女性椎体骨髓的研究发现，随着女性年龄的增长，椎体FF值呈上升趋势，椎体的骨密度与脂肪含量存在负相关，提示随着年龄的增长，椎体脂肪含量增加，骨矿物质含量逐渐减少，容易发生骨质疏松症(图5)。

[图5] 健康女性椎体FF值与年龄的相关性

2.5 评估骨髓的病理性改变

孟楠等^[16]联合IDEAL-IQ及DWI技术，对贫血女性患者骨盆骨髓成分进行分析，结果显示随着贫血程度加重，FF值逐渐减小，这是由于机体处于贫血状态时，部分黄骨髓转化为红骨髓所致。韩晓蕊等^[17,18]联合IDEAL-IQ及IVIM-DWI技术，发现常规X线和MRI尚未发生明显形态学改变时，IDEAL-IQ和IVIM-DWI技术可发现股骨头骨髓内脂肪含量及微循环状况的细微改变，为超早期诊断股骨头坏死提供新的影像学依据。Ren等^[19]研究发现强直性脊柱炎患者非活动期骶髂关节骨髓FF值明显高于活动期和正常人，提示IDEAL-IQ技术对强直性脊柱炎的活动性具有提示作用。

2.6 评估皮下脂肪含量

常红花等^[20]对健康青年女性皮下脂肪进行研究时发现，颈部锁骨上脂肪的FF值低于胸壁皮下脂肪，颈部锁骨上脂肪的FF值与身体质量指数（BMI）呈正相关,BMI越大，颈部锁骨上脂肪与胸壁皮下脂肪差异越小，提示颈部锁骨上棕色脂肪的含量随BMI升高逐渐减少，白色脂肪含量逐渐增多。在多囊卵巢综合征患者中，颈部锁骨上脂肪FF值比健康女性的高，提示锁骨上棕色脂肪的含量因疾病而减少^[20]。董鑫等^[21]研究多发性肌炎及皮肌炎患者大腿肌肉的脂肪变化，结果显示炎症的慢性期FF值较正常组高，急性期与正常组的FF值无差异，认为IDEAL-IQ技术可以提示多发性肌炎及皮肌炎的疾病进展情况，在多发性肌炎及皮肌炎的早期，肌肉内的脂肪浸润不明显，在病变的进展期及慢性期则出现了明显的脂肪浸润。

2.7 评估胰腺的脂肪含量

李元等^[22]通过IDEAL-IQ技术测量胰腺内脂肪含量发现，胰腺内脂肪含量的改变与2型糖尿病存在一定的相关性，当胰腺脂肪含量增高时，可能会诱导2型糖尿病的发生。张钦和等^[23]应用IDEAL-IQ技术评估NAFLD患者胰腺脂肪含量时得出，NAFLD患者胰腺的FF值显著高于正常同龄人，且与正常人胰腺脂肪含量的分布不同，NAFLD患者表现为胰腺内脂肪含量均匀增加，提示NAFLD会导致胰腺内脂肪的沉积。

03

R2*值的临床应用

3.1 评估肝脏的铁含量

铁过载是一种系统性疾病，分为原发性（遗传性）和继发性（外源性）。原发性铁过载最常见于遗传性血色病，而继发性铁过载通常是由于重度地中海贫血和镰状细胞贫血造成无效红细胞生成，需长期输血治疗，导致输血性含铁血黄素沉积。除心肌病及内分泌相关并发症外，铁过载还可能导致肝硬化和肝细胞癌。尽管在许多脏器中都可以发现铁过载现象，但肝脏是最主要的储铁器官，也是最早显示铁过载的器官，并且是唯一显示铁含量与体内总铁含量呈线性关系的器官（图6-7）。因此肝脏铁过载的检测和定量对疾病的监测、并发症的预防至关重要。以往肝脏铁含量的检测和定量需通过肝活检，如今通过MRI对铁含量进行无创定量分析已被认为是诊断和监测铁过载疾病的可靠手段（图8）。

[图6] 铁代谢模式图。十二指肠吸收口服铁。由于HFE基因缺陷导致遗传性血色病，造成肠道吸收铁增加，过多的铁分布于肝脏、胰腺（β细胞）及心肌。反复输血导致含铁血黄素沉着症，铁主要分布于网状内皮系统中（脾脏、骨髓、肝脏Kupffer细胞）。溶血可导致铁在肾脏近曲小管中积聚。

[图7] 不同病因导致铁过载模式图。A.正常情况T2或T2*信号强度；B.遗传性血色病患者，肠道吸收的铁主要分布于肝脏，胰腺铁过载表现明显轻于肝脏；C.反复输血患者造成含铁血黄素沉着症，铁主要分布于网状内皮系统中（脾脏、骨髓、肝脏Kupffer细胞）；D.溶血性贫血患者，由于自体脾切除造成脾脏体积缩小，溶血可导致铁在肾脏近曲小管中积聚，表现为肾皮质铁过载，肝脏、骨髓铁过载程度与含铁血黄素沉着症相仿。

[图8] 不同病因导致铁过载模式图。A.正常情况T2或T2*信号强度；B.遗传性血色病患者，肠道吸收的铁主要分布于肝脏，胰腺铁过载表现明显轻于肝脏；C.反复输血患者造成含铁血黄素沉着症，铁主要分布于网状内皮系统中（脾脏、骨髓、肝脏Kupffer细胞）；D.溶血性贫血患者，由于自体脾切除造成脾脏体积缩小，溶血可导致铁在肾脏近曲小管中积聚，表现为肾皮质铁过载，肝脏、骨髓铁过载程度与含铁血黄素沉着症相仿。

郭若汨等^[24]应用IDEAL-IQ技术来比较反复输血与对照组肝脏的铁含量，结果测得肝R2*值高于对照组，提示反复输血会导致器官铁沉积。郭维亚等^[25]对经病理证实为原发性肝细胞癌的患者进行IDEAL-IQ检查后发现，癌灶内R2*值低于背景肝实质，即癌灶内铁含量减低，与病理结果高度一致；R2*值还可以反映原发性肝细胞肝癌的分化程度，分化程度越低，癌灶内铁的含量越少，R2*值越低。

3.2 评估胰腺的铁含量

张志诚等^[26]研究结果显示，在急性胰腺炎状态下，测得胰腺内R2*值较正常高，推测这可能与胰腺铁含量增高有关。刘梦苓等^[27]的研究结果显示，R2*值对区分轻度急性胰腺炎与中重度急性胰腺炎有一定参考价值。

04

IDEAL-IQ技术的不足和展望

目前，磁共振IDEAL-IQ技术的局限性为常规磁共振检查的禁忌症：幽闭恐惧症、体内金属物植入、心脏起搏器等。此外在接受腹部检查时需要受检者良好的呼吸配合。尽管如此，IDEAL-IQ检查技术的无创性、快速、可重复性及准确性显示出明显的优势，能定量监测脂肪和铁含量的具体数值，为纵向监测某些疾病的生理变化过程提供可靠的影像学依据，大多数研究推荐IDEAL-IQ技术为精确量化脂肪含量的最优影像检查方法^[28]。当前IDEAL-IQ技术主要应用于腹部脏器，随着技术不断发展，也有一些研究将其应用于大脑神经退行性疾病的相关性检测、颈动脉粥样硬化斑块内出血的鉴别、骨质疏松及慢性关节病等全身多个部位的检查^[29]。相信随着研究的不断深入，IDEAL-IQ技术将会展现出更加广阔的应用前景，在疾病的早期诊断、检测病情变化及预后评估等方面，为临床提供更多的帮助。

 

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