劉娜，張浩南，張煜堃，苗延巍，宋清偉

作者單位：大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，大連116011

脂肪組織是人體最大的隔室之一，廣泛分布于皮下、內(nèi)臟及周圍和椎體等部位。脂肪在肝臟、胰腺中的異常積累會引發(fā)非酒精性肝病、胰腺炎等系列疾病，加快臟器的壞死程度和癌癥進(jìn)展，導(dǎo)致致死率增高[1]；脂肪在椎體中增多可能導(dǎo)致骨質(zhì)疏松、壓縮骨折、椎體退行性病變等疾病。對人體各臟器和骨骼內(nèi)脂肪進(jìn)行定量分析有助于疾病預(yù)測和早期評估[2]。目前用于脂肪定量的技術(shù)主要有病理活檢、超聲、計算機(jī)斷層成像(computed tomography，CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)等。病理活檢作為脂肪定量的金標(biāo)準(zhǔn)，其創(chuàng)傷性較大，無法作為臨床常規(guī)檢查；超聲受主觀影響較大，敏感度和精確度欠佳；CT 檢查電離輻射無法避免且后處理較為復(fù)雜；相較之下，MRI 能提供一種無創(chuàng)、簡單、精準(zhǔn)的影像學(xué)檢查方法，是目前公認(rèn)的用于脂肪定量的最佳技術(shù)[3-5]?；贛RI測量臟器、骨骼的脂肪分?jǐn)?shù)(fat fraction，F(xiàn)F)是人體脂肪定量的主要方法之一?；颊呖赡軙诓煌脑O(shè)備下進(jìn)行成像，因此，了解不同脈沖序列和測量結(jié)果的精確度非常重要[6]，GE平臺的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 asymmetry and least-squares estimation quantitation sequence, IDEAL-IQ)和Philips平臺的魔鏡成像(mDixon Quant)是近年來不斷發(fā)展和完善的兩種脂肪定量技術(shù)，目前國內(nèi)對同場強(qiáng)下兩種序列的FF 值對比鮮有研究，國外研究較少且測量部位較為單一，測量方法不夠完善，本研究創(chuàng)新性地采用半自動分割容積提取法測量肝臟和胰腺FF 值，旨在探討兩個平臺不同技術(shù)對肝臟、胰腺及腰椎椎體多部位脂肪定量的差異。

1 材料與方法

1.1 一般資料

前瞻性納入健康志愿者36 名(男15 名，女21 名)，年齡21～29 (24.39±2.28)歲，BMI 18.07～29.59 (21.83±2.69) kg/m2。所有志愿者均簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)無MRI 檢查禁忌證，如體內(nèi)有心臟起搏器、支架、金屬植入物等；(2)無幽閉恐懼癥；(3)常規(guī)MR 檢查肝臟、胰腺及椎體無形態(tài)及信號異常者；(4)無肝臟、胰腺和腰椎手術(shù)史。上述36 名健康志愿者分別接受上腹和腰椎IDEAL-IQ 與mDixon Quant 序列掃描。本研究經(jīng)本院倫理委員會審批通過(批準(zhǔn)文號：PJ-KS-KY-2021-10)。

1.2 MRI檢查儀器與方法

所有志愿者均在檢查當(dāng)天1～4 h內(nèi)完成上腹軸位以及腰椎矢狀位IDEAL-IQ、mDixon Quant 序列掃描。檢查期間禁食水。

1.2.1 IDEAL-IQ序列

使用GE Signa HDxt 3.0 T MR掃描儀。上腹采用8通道腹部相控陣線圈，檢查者取仰臥位，足先進(jìn)，雙臂上舉。腰椎椎體采用8 通道頸胸腰線圈，仰臥位，頭先進(jìn)，雙上臂自然放于身體兩側(cè)。所有志愿者均行基于并行采集空間敏感編碼技術(shù)(array spatial sensitivity encoding technique，ASSET)的IDEAL-IQ序列，掃描參數(shù)詳見表1。

表1 上腹部脂肪定量序列參數(shù)Tab.1 Upper abdominal fat quantification sequence parameters

1.2.2 mDixon Quant序列

使用Philips Ingenia CX 3.0 T MR (Philips Healthcare, Best, the Netherlands)掃描儀。上腹采用32通道腹部相控陣線圈，檢查者取仰臥位，頭先進(jìn)，雙臂自然放于身體兩側(cè)；腰椎椎體使用12通道內(nèi)置線圈。所有志愿者均行基于壓縮感知技術(shù)(compressed sense，CS) 加 速 因 子(acceleration factor，AF)等于2的mDixon序列，掃描參數(shù)詳見表2。

表2 腰椎椎體脂肪定量序列參數(shù)Tab.2 Lumbar body fat quantification sequence parameters

1.3 圖像分析與測量

IDEAL-IQ 序列經(jīng)GE AW4.6 工作站重建出6 組圖像，包括水像、脂像、同相位(in phase，IP)、反相位(out phase，OP)圖像、R2*弛豫圖像和脂肪分?jǐn)?shù)圖像。mDixon Quant 序列掃描后系統(tǒng)自動生成上述6 組圖像。兩名觀察者(具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科診斷醫(yī)師)分別在兩種序列的脂肪分?jǐn)?shù)圖像測量肝臟、胰腺及腰椎各節(jié)段椎體的FF值。肝臟與胰腺：將IDEAL-IQ序列及mDixon Quant 序列的FF 像導(dǎo)入Intelli Space Portall Version 7 (ISP)工作站，兩名觀察者通過3D容積提取tumor tracking軟件進(jìn)行半自動分割，各層面圖像包含全部肝臟和胰腺，手動勾畫調(diào)整邊緣，得全肝臟、全胰腺FF 值(圖1)。腰椎：選取L1～L5椎體矢狀位最大層面，兩名觀察者手動放置長方形ROI，面積為200～230 mm2，避開椎體頭尾側(cè)的終板、軟骨和椎體前后緣骨皮質(zhì)，得各椎體FF值(圖2)。

圖1 男，24 歲，BMI 為20.43 kg/m2。1A～1D 為利用半自動分割容積提取法在脂肪分?jǐn)?shù)圖上勾畫肝臟和胰腺3D ROI 示意圖。1A：IDEAL-IQ 序列肝臟；1B：mDixon Quant序列胰腺；1C：mDixon Quant序列肝臟；1D：mDixon Quant序列胰腺。1E～1H為1A～1D對應(yīng)偽彩圖。 圖2 女，24歲，BMI為17.15 kg/m2。2A～2D為在脂肪分?jǐn)?shù)圖上勾畫腰椎ROI示意圖。2A為IDEAL-IQ序列，所測L1～L5 FF值為L1：26.66%；L2：25.7%；L3：30.14%；L4：28.5%；L5：31.22%。2B為2A對應(yīng)偽彩圖。2C為mDixon Quant序列，所測L1～L5 FF值為L1：26.71%；L2：27.78%；L3：30.2%；L4：28.01%；L5：31.64%。2D為2C對應(yīng)偽彩圖。Fig. 1 Male, 24 years old, BMI of 20.43 kg/m2. 1A-1D is a schematic diagram of liver and pancreas 3D ROI on the fat fractional graph by semi-automatic fractional volume extraction. 1A: liver of IDEAL-IQ sequence; 1B: pancreas of mDixon Quant sequence; 1C: liver of mDixon Quant sequence; 1D: pancreas of mDixon Quant sequence. 1E-1H corresponds to 1A-1D pseudo-color chart. Fig. 2 Female, 24 years old, BMI of 17.15 kg/m2. 2A to 2D is a schematic diagram of lumbar SPINE ROI on the fat fraction plot.2A was IDEAL-IQ sequence,and L1-L5 FF value was L1:26.66%;L2:25.7%;L3:30.14%;L4:28.5%;L5:31.22%.2B was 2A corresponding to the pseudo-color map. 2C was mDixon Quant sequence, and L1-L5 FF value was L1: 26.71%; L2: 27.78%; L3: 30.2%; L4: 28.01%; L5:31.64%.2D was 2C corresponding to the pseudo-color map.

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 24.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計量資料采用xˉ±s表示。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficients, ICC)檢驗(yàn)兩名觀察者所測得的數(shù)據(jù)的一致性，ICC＞0.75表明一致性良好。若一致性良好，取兩觀察者測量數(shù)據(jù)平均值，比較兩種不同定量序列的FF值。符合正態(tài)分布的采用配對樣本t檢驗(yàn)，不符合正態(tài)分布的采用Wilcoxon 符號秩檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩名觀察者測量FF值的一致性檢驗(yàn)

兩名觀察者測得FF值一致性良好(表3)。

表3 兩名觀察者測量FF值結(jié)果一致性檢驗(yàn)Tab.3 The consistency test of FF values measurement results between two observers

2.2 肝臟、胰腺和腰椎椎體FF值序列間比較

IDEAL-IQ和mDixon Quant序列掃描所獲得的肝臟、胰腺及腰椎椎體(L1～L5)FF值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05；表4，圖3)。

圖3 3A為IDEAL-IQ和mDIXON Quant序列上腹部FF值箱圖。3B為IDEAL-IQ和mDIXON Quant序列腰椎FF值箱圖。Fig.3 3A was box plot of FF values in the upper abdomen of the IDEAL-IQ and mDIXON Quant sequences.3B was box plot of FF values in the lumbar vertebrae of the IDEAL-IQ and mDIXON Quant sequences.

表4 不同定量序列肝臟、胰腺及腰椎各椎體間FF值對比Tab.4 Comparison of interbody FF values of liver,pancreas and lumbar spine in different quantitative sequences

3 討論

本研究通過測量肝臟、胰腺與腰椎的FF值，對比不同平臺IDEAL-IQ 與mDixon Quant 兩種技術(shù)FF 測量值準(zhǔn)確性，國內(nèi)首次進(jìn)行多部位對比兩種技術(shù)，且創(chuàng)新性地采用半自動分割容積提取法測量肝臟和胰腺FF 值，結(jié)果表明3.0 T 兩平臺不同序列對肝臟、胰腺及腰椎椎體脂肪定量無明顯差異，不同成像技術(shù)有高度的可重復(fù)性。

3.1 IDEAL-IQ與mDixon Quant序列原理

傳統(tǒng)的水脂分離技術(shù)基于快速自旋回波或梯度回波序列，利用水和脂肪之間進(jìn)動頻率的差異，通過調(diào)整回波時間得到水、脂、IP、OP 圖像，對水與脂肪的和相與差相進(jìn)行運(yùn)算，最終得到單純的水像與脂像[7]。但其得出的FF值是水和脂肪信號強(qiáng)度的差值，并不是真正意義上的質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)(proton density fat fraction，PDFF)。GE 平臺的IDEAL-IQ和Philips 平臺的mDixon Quant 都是基于化學(xué)位移編碼的3D 掃描技術(shù)，通過計算脂肪內(nèi)質(zhì)子密度在水分子和脂肪分子密度總和中所占的百分比得到PDFF[8]。脂肪定量的準(zhǔn)確性依賴于脂肪峰值模型的準(zhǔn)確性，典型的脂肪分子在脂肪譜上具有9個不同的峰值，但是目前1.5 T 和3.0 T 主磁場不能完全分辨出9 個峰值。IDEAL-IQ 采用回波不對稱的三點(diǎn)Dixon 法采集方式和最小二乘估算法對水和脂肪進(jìn)行迭代分解并成像，根據(jù)不同脂質(zhì)在化學(xué)位移中脂質(zhì)峰的差異，通過6峰脂肪模型精確模擬甘油三酯的多共振峰，并采用fly-back 對K 空間進(jìn)行填充[9]。mDixon Quant 采用“兩點(diǎn)法”水脂分離技術(shù)對信號進(jìn)行采集，通過脂肪7峰模型將采集到的信號數(shù)據(jù)擬合成數(shù)學(xué)模型，分析脂肪質(zhì)子峰的組成并進(jìn)行定量計算[10]，Wang 等[11]對多譜峰模型(1、3、5、6、7、9 個脂肪峰)進(jìn)行脂肪定量，證明不同多譜峰模型均能準(zhǔn)確計算FF值。

此外，兩種技術(shù)均采用小翻轉(zhuǎn)角度(3°)使T1 偏倚最小化，采用多個回波信號(6回波)來校正T2*效應(yīng)和降低噪聲偏倚[12-13]，從而實(shí)現(xiàn)了對脂肪的精準(zhǔn)定量。Fukui 等[14]發(fā)現(xiàn)IDEAL-IQ 技術(shù)所測FF 值與組織學(xué)胰腺脂肪分?jǐn)?shù)成像顯著相關(guān)(r=0.802)。胡磊等[15]證明IDEAL-IQ測量的椎體脂肪含量比與脂肪細(xì)胞計數(shù)之間呈高度正相關(guān)(r=0.925)。

3.2 相關(guān)研究比較

本文旨在探討相同場強(qiáng)條件下，不同平臺IDEAL-IQ 與mDixon Quant 兩種技術(shù)對FF 值的測量是否有差異。宋宇等[16]通過對比敏感度編碼和CS 不同加速因子對3D mDixon Quant 技術(shù)腰椎椎體脂肪定量的影響，證明3D mDixon Quant 序列結(jié)合CS 技術(shù)評估腰椎椎體脂肪含量是穩(wěn)定可靠的。本研究選取AF=2，可在保證圖像質(zhì)量的同時，實(shí)現(xiàn)脂肪含量的快速、精準(zhǔn)測量。以往研究[6,14,17-22]分別對不同成像平臺、不同技術(shù)、不同場強(qiáng)、不同觀察者之間的脂肪定量值進(jìn)行比較，均在體模、肝臟和腰椎間進(jìn)行比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，有高度可重復(fù)性。本研究與以往結(jié)果相一致，除肝臟與腰椎外，還創(chuàng)新性地對胰腺FF 值進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示差異同樣無統(tǒng)計學(xué)意義。傳統(tǒng)肝臟與胰腺測量通常采用ROI 法，需在9 個肝段和胰腺鉤突、胰頭、胰體和胰尾部分別放置ROI以準(zhǔn)確測量全肝和全胰腺FF 值，操作復(fù)雜、耗時，受掃描角度和主觀因素影響較大。此外，由于呼吸和胃腸運(yùn)動易導(dǎo)致圖像變形，影響肝左葉PDFF 的評估[23]。本文創(chuàng)新性地采用半自動分割容積提取法測量肝臟和胰腺FF 值，所得3D ROI 更加準(zhǔn)確、客觀，且較傳統(tǒng)方法便利[24]，尤亞茹等[25]研究表明半自動分割技術(shù)與傳統(tǒng)ROI 法所測胰腺FF 值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，可在保證結(jié)果準(zhǔn)確的情況下明顯縮短測量時間。但腰椎在采用容積提取法測量時邊緣骨皮質(zhì)難以去除，為使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，腰椎依舊采用二維ROI測法。

3.3 本研究的局限性

局限性：(1)志愿者人數(shù)較少且年齡集中在20～30 歲，未考慮年齡因素對FF 測量值的影響。(2)兩種技術(shù)的肝臟與胰腺圖像均在ISP工作站進(jìn)行測量，腰椎分別在各自工作站測量，不同平臺間軟件測量方法能否通用尚未研究。有待后續(xù)針對不同平臺擴(kuò)大樣本量與年齡范圍開展深入研究。

綜上所述，3.0 T 磁共振IDEAL-IQ 與mDixon Quant 序列對肝臟、胰腺及腰椎椎體脂肪定量無明顯差異，這兩個序列測量FF值結(jié)果有高度一致性，證明其在多中心研究中的潛力。兩種技術(shù)對人體無創(chuàng)無輻射，操作精準(zhǔn)簡便，在臨床中有望應(yīng)用于更多部位FF值的測量。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。