賀小紅洪居陸 高明勇吳李賢楊鏡全

1佛山市第一人民醫(yī)院醫(yī)學影像中心，佛山 528000；2 佛山市第一人民醫(yī)院感染科，佛山 528000

最小二乘法估計和不對稱回波迭代水解和脂肪成 像（iterative decomposition of water and fat w ith asymmetry and least squares estimation quantitative fat imaging，IDEAL-IQ）是一種無創(chuàng)的分析組織器官質(zhì)子密度脂肪分數(shù)（proton density fat fraction，PDFF）和鐵含量（R2*）的MRI 技術(shù)，一般基于3.0 TMRI 機型實現(xiàn)。目前，部分1.5 TMRI 機型也開展了相關(guān)工作[1]。研究報道，不同場強的腰椎脂肪定量分析的一致性較好[1-2]，而鐵定量分析的一致性較差[3]。鑒于MRI 機型、系統(tǒng)性能（硬、軟件配置）等差異，不同場強MRI 測量的PDFF、R2*值缺少掃描參數(shù)、ROI 勾畫、后處理算法等的標準化。臨床上，同一受檢者通過不同場強MRI測量的PDFF、R2*結(jié)果缺少直接比較的依據(jù)，受檢者面臨重復測量的問題。目前，基于IDEAL-IQ序列、不同場強MRI 系統(tǒng)間PDFF、R2*測量值的對比研究較少。本研究以不同脂肪含量模型和健康志愿者于3.0 T和1.5 TMRI機型上分別用臨床使用的IDEAL-IQ 序列掃描，初步探討2種場強MRI定量分析肝臟PDFF和R2*測量值的異同。

1 資料與方法

1.1 研究對象

于2019年12月選取健康志愿者（佛山市第一人民醫(yī)院的實習生和規(guī)范化培訓住院醫(yī)師）20名[其中男性13名、女性7名，年齡（23.7±2.5）歲]，并用5支容積均為20m l、脂肪含量不同的密封塑料試管模型進行前瞻性研究。健康志愿者的體質(zhì)指數(shù)（bodymass index，BM I）為（22.33±2.69）kg/m2。磁共振PDFF、R2*測量的塑料試管模型的脂肪含量分別為0、10%、20%、30%、40%。納入標準：（1）MRI平掃序列未發(fā)現(xiàn)肝臟病變；（2）在3.0 T 和1.5 T MRI設(shè)備上均有效完成IDEAL-IQ 序列掃描，且圖像符合分析要求。排除標準：（1）MRI平掃序列發(fā)現(xiàn)肝臟病變；（2）IDEAL-IQ 序列掃描時患者屏氣不佳，圖像出現(xiàn)呼吸、移動偽影；（3）IDEAL-IQ序列圖像不完整。所有健康志愿者均簽署了知情同意書。本研究經(jīng)佛山市第一人民醫(yī)院倫理委員會批準（批準號：倫審藥[2021]第5號）。

1.2 儀器設(shè)備

使用美國GE公司Discovery 750w 3.0 T和GE 360 Optima 1.5 T超導MR 掃描儀各1臺及對應的相控陣腹部表面線圈、上腹部臨床應用IDEAL-IQ序列，分別對健康志愿者及模型進行掃描；采用美國GE 公司Discovery 750w 3.0 TMR 掃描儀配置的AW 4.6后處理工作站對圖像質(zhì)量和健康志愿者肝臟病變進行評價、測量量化指標。

1.3 掃描方法及參數(shù)

模型掃描：將模型置于掃描床和線圈中心束縛固定后，定位于磁體中心。先掃描定位片，在橫斷面、矢狀面、冠狀面確定掃描位置和范圍后，進行橫斷面三維IDEAL-IQ序列掃描。3.0 TMRI掃描參數(shù)：三維容積掃描、視野440mm×440mm、矩陣192×96、層厚7 mm、間距0、回波時間M in Full、默認重復時間、2次激發(fā)、翻轉(zhuǎn)角3°、回波鏈3、帶寬111.11 kHz、激勵次數(shù)1、掃描時間20 s。1.5 TMRI 掃描參數(shù)：默認翻轉(zhuǎn)角、單次激發(fā)、回波鏈6、掃描時間14 s，其他參數(shù)與3.0 TMRI 掃描參數(shù)一致。

健康志愿者上腹部平掃：受檢者取仰臥位，足先進。掃描范圍覆蓋整個肝臟，中心定位于劍突。呼吸門控軟管束縛于肚臍區(qū)域。掃描前訓練受檢者的呼吸、屏氣。先掃描定位片，在橫斷面、矢狀面、冠狀面確定掃描位置和范圍后，掃描冠狀面和橫斷面脂肪抑制T2W I、橫斷面DW I和正、反相位T1W I序列，后掃描橫斷面三維IDEAL-IQ序列，該序列每次屏氣時間為21 s（3.0 T）和25 s（1.5 T），其他參數(shù)均與對應的模型掃描參數(shù)一致。

1.4 圖像和數(shù)據(jù)的處理與分析

1.4.1 觀察指標與測量值分組

觀察指標包括3.0 T 和1.5 TMR 模型、健康志愿者肝臟和皮下脂肪的PDFF、R2*測量值。測量值分組如下。（1）3.0 TMR 為A 組（A1～A6）、1.5 T MR 為B組（B1～B6）。（2）模型：A1為3.0 T MR PDFF、A2為3.0 T MR R2*；B1為1.5 T MR PDFF、B2為1.5 T MR R2*。（3）健康志愿者：A3為3.0 TMR 肝臟PDFF、A4為3.0 TMR 皮下脂肪PDFF、A5為3.0 TMR 肝臟R2*、A6為3.0 TMR皮下脂肪R2*；B3為1.5 TMR 肝臟PDFF、B4為1.5 T MR 皮下脂肪PDFF、B5為1.5 T MR 肝臟R2*、B6為1.5 T MR 皮下脂肪R2*。

1.4.2 測量方法及圖像處理

掃描結(jié)束后，將所有掃描原始圖像傳至 AW 4.6工作站，由1 位放射診斷主任醫(yī)師、1位放射技術(shù)副主任技師分別對圖像質(zhì)量和健康志愿者肝臟病變進行評價，意見不一致時，以第3位放射診斷主任醫(yī)師的意見為準。使用AW 4.6工作站自帶的Functool軟件的Viewer 功能，分別測量3.0 T和1.5 T MR 掃描后自動生成的FatFrac圖和R2*圖中的PDFF和R2*，模型圖像的5個ROI均取168 mm2，測量位置如圖1所示；健康志愿者肝臟和對應層面的背部皮下脂肪各取1個ROI，面積均為20mm2，肝內(nèi)ROI 距離肝包膜均≥1mm，R2*測量的ROI選取膽囊窩外側(cè)肝組織內(nèi)，ROI均為圓形自動勾畫，盡可能保證模型和同一受檢者在2臺設(shè)備上的FatFrac圖和R2*圖ROI測量位置的一致性，測量3 個連續(xù)層面，取平均值。所有模型和健康志愿者的掃描由同一位放射技術(shù)副主任技師完成，數(shù)據(jù)測量由另一位放射診斷主任醫(yī)師完成。

圖1 同一模型不同場強MRI的PDFF和R2*測量示意圖 A、B分別為3.0 T 和1.5 T場強MRIFatFrac圖與PDFF 測量ROI示意圖；C、D分別為3.0 T和1.5 T 場強MRIR2*圖與R2*測量ROI示意圖。圖中上方0～40代表試管模型內(nèi)脂肪含量的百分比，分別與1～5號試管對應。MRI為磁共振成像；PDFF為質(zhì)子密度脂肪分數(shù)；R2*為鐵含量；ROI 為感興趣區(qū)Figure 1 Schematic diagramsof proton density fat fraction and R2*measurement of the same model MRI w ith different field strengths

1.5 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計學分析。符合正態(tài)分布的計量資料以表示，采用配對樣本t檢驗（方差齊）和Mann-WhitneyU檢驗（方差不齊）進行組間比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量分析結(jié)果

20名健康志愿者均未見明確的肝臟病變；模型和健康志愿者的圖像質(zhì)量均符合納入標準。

2.2 2種MRI 場強試管模型不同脂肪含量PDFF測量值的比較

A1組與B1組對應的5個模型的PDFF測量平均值分別為（20.59±14.39）%和（21.89±14.95）%，差異無統(tǒng)計學意義（Z=?1.550，P=0.121）。除試管1外，其他試管模型的B1 測量值均高于A1，且差異有統(tǒng)計學意義（均P<0.05）。試管模型1的A1、B1 測量值的差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。A1組2～5號試管的PDFF測量值更接近試管模型的脂肪含量（表1）。

表1 2種MRI 場強模型PDFF測量值的比較（%）Table 1 Comparison of models'proton density fat fraction measured valuesof two magnetic resonance imaging field strengths (%)

2.3 2種MRI場強試管模型R2*測量值的比較

A2組與B2組對應的5個試管模型的R2*測量平均值分別為（84.86±116.43）Hz 和（43.61±54.59）Hz，差異有統(tǒng)計學意義（Z=?3.448，P=0.001），且所有A2測量值均高于B2；試管模型1、3、4的A2、B2測量值的差異均有統(tǒng)計學意義（均P<0.05）（表2）。

表2 2種場強MRI模型R2* 測量值的比較（Hz）Table 2 Comparison of models'R2*measured valuesof two magnetic resonance imaging field strengths (Hz)

2.4 2種MRI場強健康志愿者肝臟和皮下脂肪PDFF 及R2*測量值的比較

健康志愿者A 組肝臟（A3）及皮下脂肪（A4）PDFF測量值與對應的B組（B3、B4）的差異均無統(tǒng)計學意義（均P>0.05）；健康志愿者A 組肝臟（A5）及皮下脂肪（A6）R2*測量值均高于對應的B組（B5、B6），且差異有統(tǒng)計學意義（均P<0.001）（表3）。健康志愿者PDFF和R2*測量的示意圖見圖2。

表3 2種MRI場強健康志愿者肝臟和皮下脂肪PDFF及R2*測量值的比較（n=20）Table 3 Comparison of measured values of PDFF and R2*of liver and subcutaneous fat of volunteers w ith two MRI field strengths(n=20)

圖2 同一健康志愿者（男性，23歲）不同場強MRI的PDFF和R2*測量示意圖A 為3.0 TMRI肝臟和皮下脂肪的PDFF測量圖，PDFF 分別為1.53%和78.19%；B為與A 中對應部位的1.5 TMRI 肝臟和皮下脂肪的PDFF測量圖，PDFF分別為8.38%和82.05%；C 為3.0 T MRI 肝臟和皮下脂肪的R2*測量圖，R2*分別為51.00Hz 和61.24Hz；D 為與C中對應部位的1.5 TMRI 肝臟和皮下脂肪的R2*測量圖，R2*分別為33.68Hz 和41.14 Hz。MRI為磁共振成像；PDFF為質(zhì)子密度脂肪分數(shù)；R2*為鐵含量Figure 2 Schematic diagramsof proton density fat fraction and R2*measuring region of interest of the same volunteer (male,23 years old)

3 討論

3.1 MRI-PDFF和R2*測量值的臨床應用現(xiàn)狀

盡管肝組織穿刺活檢為有創(chuàng)檢查，但臨床上肝臟脂肪變性或沉積的確診仍以其結(jié)果為“金標準”。MRI 可以通過化學位移編碼技術(shù)和多回波時間信號進行水、脂分離，實現(xiàn)對不同組織PDFF無創(chuàng)性測量的目的[4]，其也是檢測和量化肝臟鐵含量的最佳無創(chuàng)性手段[5]和評價標準[6]。雖然MRI-PDFF測量仍不能替代肝臟活檢，但其可以在一定程度上預測肝臟組織學的整體情況[7]，且MRI-PDFF正逐漸成為肝臟脂肪定量診斷[8]和早期非酒精性脂肪性肝炎治療反應的無創(chuàng)生物標志物[9]。

IDEAL-IQ序列是基于水脂分離（DIXON）技術(shù)研發(fā)的無創(chuàng)定量測量技術(shù)，主要對T2*衰減、脂肪譜峰分布等進行校正，其采用小角度激發(fā)以降低T1效應，把水脂分離從定性提升到定量，可以更準確地測量人體內(nèi)的脂肪及鐵含量[10-12]。但由于MRI設(shè)備性能的差異，不同場強MRI的PDFF、R2*測量仍缺少標準化的掃描參數(shù)、ROI勾畫、后處理算法以及定量結(jié)果解釋等，加上肝臟脂肪沉積的非均勻性分布和是否伴隨鐵沉積等，臨床上依據(jù)MRIPDFF、R2*測量值評估脂肪肝的程度、治療反應、病情監(jiān)測以及確定臨床治療終點時，仍面臨困難。另外，IDEAL-IQ序列也用于腰椎骨髓等肝臟以外的組織、器官的脂肪含量評估以及藥物研發(fā)等領(lǐng)域，同樣面臨不同場強MRI機型、多中心比較等問題。最近的研究結(jié)果表明，不同廠家3.0 T MRI 設(shè)備所測同一非酒精性脂肪性肝病患者的肝臟PDFF具有較好的一致性[13]。但也有研究結(jié)果表明，肝臟中存在短T2*信號[14]以及腹部（肝臟）B0和B1不均勻性的混合影響[15]，不同場強設(shè)備的短回波時間可能影響化學位移編碼脂肪定量的精度。目前，關(guān)于不同場強、不同型號MRI設(shè)備PDFF、R2*測量值的一致性研究較少[1-2,16]。深入此類研究，將有助于客觀認識基于IDEAL-IQ序列或類似序列在肝臟PDFF、R2*測量值中的臨床應用價值，為解決上述問題提供依據(jù)。

3.2 3.0 T與1.5 TMRI 測量PDFF的比較

Liau等[17]研究發(fā)現(xiàn)，IDEAL-IQ序列定量技術(shù)易受對比劑的干擾，超順磁性氧化鐵對脂肪定量分析無顯著影響，但對鐵定量分析有顯著影響。有研究結(jié)果顯示，Gd-DTPA、釓塞酸二鈉（gadolinium ethoxybenzyl diethylenetriam ine pentaacetic acid，Gd-EOB-DTPA）對脂肪和鐵定量的影響與靜脈注射對比劑的時間有關(guān)[10]。本研究選擇GE 3.0 T和1.5 T MRI設(shè)備各1臺，均具備IDEAL-IQ序列。模型中脂肪含量為0的第1個試管3.0 T MR 的PDFF測量值高于1.5 T MRI，同時該試管3.0 T MR 的R2*測量值也顯著高于1.5 TMR，這可能與試管內(nèi)容物成分的影響有關(guān)。脂肪含量較高的另4個試管中，3.0 T MR 的PDFF測量值均低于1.5 T MRI，且3.0 T者更加接近模型的脂肪含量。另外，健康志愿者3.0 T MR（A3、A4）和對應的1.5 T（B3、B4）PDFF測量值的差異無統(tǒng)計學意義，與文獻結(jié)果類似[1-2]，3.0 T MR 的測量值也低于1.5 T 者。結(jié)合本研究志愿者[BM I=（22.33±2.69）kg/m2]更接近非肥胖（BM I<25 kg/m2）和瘦人（BM I<23 kg/m2）肝臟脂肪含量較低的情況[18]，筆者推測，3.0 T MR的PDFF測量值可能比1.5 T MR 更準確。這也可能提示，在臨床應用中，當1.5 TMR 測得的PDFF值稍高于脂肪肝診斷值時，其診斷脂肪肝的可靠性可能低于3.0 T MR。

3.3 不同MR 場強差異對鐵定量（R2*值）測量值的影響

IDEAL-IQ 序列主要用于脂肪的定量分析[16]，而用于鐵定量分析的研究較少[19]。IDEAL-IQ序列是基于3.0 T MR 梯度回波，并在水脂分離（DIXON）技術(shù)的基礎(chǔ)上，對T2*衰減進行校正而形成，相較水脂分離（DIXON）技術(shù)，其對人體內(nèi)的R2*測量更準確。T2*與主磁場密切相關(guān)，場強越高，磁場越容易受干擾而不均勻，T2*值越不穩(wěn)定，進而影響代表鐵定量的R2*（R2*=1/T2*）的準確性。本研究中，PDFF和R2*測量值的原始數(shù)據(jù)來自同一IDEALIQ序列，總體來看R2*測量值的差異明顯，與文獻報道類似[3,20]。筆者推測，MR 設(shè)備的場強差異可能是影響鐵定量（R2*值）的主要因素之一。早期MRI測量鐵定量的研究主要基于1.5 TMR 設(shè)備[21]，其R2*值被確定為某些疾病的臨床診斷標準[22]。但體外試驗結(jié)果顯示，在鐵濃度過高時，3.0 T 場強的MR 設(shè)備可能無法準確進行鐵定量，而1.5 T 場強MR 更準確，主要原因可能是3.0 TMR 的磁敏感影響較1.5 TMR 更大[20]。在臨床實踐中，3.0 T MR 圖像的磁敏感偽影也較1.5 TMR 多見。因此，基于1.5 T場強MRI參數(shù)獲得R2*值的評價標準可能不適用于3.0 T場強。雖有體外水模試驗結(jié)果顯示3.0 T與1.5 TMR 的測量值可借助回歸方程進行解讀[3]，但是如何對臨床受檢者在不同場強MR設(shè)備測量的R2*值進行歸一化處理、標準化解讀，需要進一步研究。

3.4 本研究的不足

（1）研究對象為健康青年志愿者，未能涵蓋不同年齡段人群，且樣本量偏少，存在選擇性偏倚；（2）未進行不同廠家、不同場強機型類似序列的比較研究；（3）主要觀察和分析了MR 設(shè)備場強對PDFF和R2*測量值的影響，其他性能指標和掃描參數(shù)的影響未作研究；（4）未納入有肝臟脂肪和R2*組織病理學結(jié)果的受檢者進行對照研究；（5）肝臟中的脂肪和R2*情況可能是PDFF和R2*測量值的相互影響因素[23]，其隨場強變化的情況也未納入觀察。

綜上所述，基于IDEAL-IQ序列的3.0 T與1.5 T MR 模型、肝臟和皮下脂肪的PDFF測量值無顯著差異，但3.0 T MR 的PDFF測量值可能比1.5T MR更接近臨床實際情況；而由3.0 T與1.5 TMR 測量獲得的R2*值有顯著差異，其影響因素需進一步研究。

利益沖突所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻聲明賀小紅負責命題與研究方案的設(shè)計、數(shù)據(jù)的采集、論文的撰寫；洪居陸負責數(shù)據(jù)的測量、整理與分析、論文的修改；高明勇負責圖像質(zhì)量的評價、志愿者上腹部平掃圖像的分析評估；吳李賢負責志愿者的臨床評估、篩選與模型的提供；楊鏡全負責圖像的質(zhì)量評價