IDEAL-IQ技术定量测量健康青年女性颈部锁骨上脂肪

常红花，李 杰，王亚魁，金 笑，袁慧书

(北京大学第三医院放射科，北京 100191)

研究[1-2]表明，棕色脂肪(brown adipose tissue， BAT)在成人体内持续存在。与皮下白色脂肪组织(white adipose tissue， WAT)不同，BAT对肥胖及代谢功能障碍起保护作用[3-5]，有望成为新的靶点。成人体内最常见BAT的部位是颈部锁骨上区域[4-5]，以青年女性更为明显。基于最小二乘估算法和不对称回波迭代分解的水脂分离(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least square estimation-iron quantification sequence， IDEAL-IQ)技术可反映脂肪的形态学及MR特征[6]，有望用于BAT成像。本研究旨在评估采用MR IDEAL-IQ技术定量测量健康青年女性颈部锁骨上及体部皮下脂肪的可行性。本研究经本院伦理委员会批准。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2017年8—10月我院共招募100名月经周期规律的青年女性志愿者，年龄20～35岁，平均(26.7±3.6)岁。排除标准：①有内分泌代谢性疾病病史，如糖尿病、甲状腺功能亢进或减低等；②MR检查禁忌证，如体内有起搏器、义眼等金属植入物，妊娠期或幽闭恐惧症患者等；③因配合不佳、运动伪影等导致图像质量较差，影响后续处理及测量；④MR检查发现卵巢呈多囊改变并伴激素水平异常。其中13名被排除，包括卵巢呈多囊样改变并伴激素异常8名、甲状腺癌1名、淋巴瘤3名、卵巢癌1名，最终87名健康志愿青年女性纳入研究。记录志愿者年龄、身高、体质量、腰围、臀围、腰臀比等基本信息，并根据体质量指数(body mass index, BMI)分为BMI<24 kg/m2组(n=72)和BMI≥24 kg/m2组(n=15)。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery MR750 3.0T MR扫描仪。锁骨上MR检查采用8通道头颈联合线圈。嘱受检者仰卧，头先进，肩部与线圈紧密贴合，扫描中心定位于下颌下缘，扫描范围从C1椎体至主动脉弓上缘水平。常规序列包括轴位FSE T2W序列(TR 1 256 ms、TE 67.6 ms)和轴位肝脏三维容积快速多期动态增强技术 (fast three-dimensional volume of the liver more dynamic enhancement technology，LAVA)序列(TR 4.1 ms、TE 1.8 ms)。IDEAL-IQ序列扫描参数：轴位，TR 8.7 ms，TE 4.1 ms，FOV 30 cm×15 cm，层厚3 mm，NEX 2，矩阵224×192，带宽125 Hz，翻转角4°，扫描时间2 min 23 s；冠状位，TR 7.9 ms，TE 3.7 ms，FOV 34 cm×34 cm，层厚4 mm，NEX 1.5，矩阵224×160，带宽125 Hz，翻转角4°，扫描时间2 min 27 s；可直接获得冠状位及轴位IDEAL-IQ序列的水像、脂像、同相位、反相位、脂肪分数(fat fraction， FF)图像及T2*弛豫率(R2*)像。

腹盆部MR检查采用8通道腹部线圈，扫描范围从肝脏上缘至耻骨联合水平。扫描序列包括常规T2W、IDEAL-IQ及LAVA序列。IDEAL-IQ序列扫描参数：轴位，TR 3.8 ms，FOV 40 cm×32cm，层厚7 mm，NEX 1，矩阵288×256，带宽143 Hz，翻转角10°；冠状位，TR 6 ms，FOV 40 cm×40 cm，层厚10 mm，NEX 0.5，矩阵160×160，带宽111 Hz，翻转角3°。

1.3 图像分析 采用MR750 AW4.5后处理工作站、IDEAL Research软件，在冠状位FF图像上选择显示颈部锁骨上(上缘至C4水平，下缘至锁骨，前方前斜角肌，后方斜方肌，内侧胸锁乳突肌)脂肪及胸壁皮下脂肪最大面积层面，于脂肪中心部位勾画ROI，避开血管、皮肤及肺脏边缘(图1A)，面积约15～20 mm2，获得颈部及胸壁皮下脂肪FF值；以同样方法在R2*图像的相同位置勾画ROI(图1B)，获得颈部锁骨上、胸壁皮下脂肪R2*值。计算颈部锁骨上脂肪与胸壁皮下脂肪FF值和R2*值比值，即颈部/胸壁FF和颈部/胸壁R2*。

以同样方法在腹盆部选取肝脏、腹壁中心部位勾画ROI(图2)，避开肝脏血管、胆管及腹壁皮肤、肌肉边缘，获得到肝脏及腹壁FF值和R2*值。

1.4 统计学分析 采用SPSS 24.0统计分析软件。计量资料以±s表示。采用配对t检验比较颈部锁骨上脂肪与胸壁皮下脂肪FF和R2*值的差异；以独立样本t检验(正态分布)或Mann-WhitneyU检验(非正态分布)分析2组间颈部锁骨上脂肪、胸壁皮下脂肪FF和R2*的差异；以Pearson线性相关分析颈部锁骨上脂肪FF、R2*值与肝脏FF、R2*值、BMI及腰臀比的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

图1 锁骨上脂肪ROI勾画示意图 A.FF图； B.R2*图 图2 肝脏及腹壁皮下脂肪ROI勾画示意图 A. FF图； B.R2*图

图3 27岁健康女性，锁骨上及胸壁皮下脂肪FF值伪彩图(A)和R2*伪彩图(B)

2 结果

2.1 颈部锁骨上脂肪和胸壁皮下脂肪FF及R2*值比较 颈部锁骨上与胸壁皮下脂肪FF值分别为(80.99±7.73)%、(93.04±1.55)%，差异有统计学意义(t=-15.804，P<0.001)，见图3A；R2*值分别为(65.52±23.59)Hz和(38.82±7.11)Hz，差异有统计学意义(t=11.153，P<0.001)，见图3B。

2.2 不同BMI组间FF及R2*值比较 BMI<24 kg/m2组与BMI≥24 kg/m2组颈部锁骨上脂肪FF值、胸壁皮下脂肪FF值、颈部锁骨上脂肪R2*值、胸壁皮下脂肪R2*值、颈部/胸壁FF值和颈部/胸壁R2*值差异均有统计学意义(P均<0.05，表1)。2组间肝脏FF、腹壁FF、肝脏R2*值、腹壁R2*值差异均有统计学意义(P均<0.05，表2)。

2.3 相关性分析 颈部锁骨上脂肪FF值与BMI呈正相关(r=0.601，P<0.001，图4A)，与腰臀比及肝脏FF值无相关性(P=0.129、0.559)。颈部锁骨上脂肪R2*值与BMI呈负相关(r=-0.409，P=0.001，图4B)，与腰臀比及肝脏R2*值无相关性(P=0.101、0.147)。颈部/胸壁FF值与BMI呈正相关(r=0.554，P<0.001)，颈部/胸壁R2*值与BMI呈负相关(r=-0.323，P=0.006)。

表1 不同BMI组颈部锁骨上及胸壁皮下脂肪FF和R2*值比较(±s)

表1 不同BMI组颈部锁骨上及胸壁皮下脂肪FF和R2*值比较(±s)

组别颈部锁骨上脂肪FF(%)胸壁皮下脂肪FF(%)颈部锁骨上脂肪R2∗值(Hz)胸壁皮下脂肪R2∗值(Hz)颈部/胸壁FF颈部/胸壁R2∗BMI<24kg/m2组(n=72)79．13±7．0992．75±1．4570．31±22．3540．09±6．550．85±0．071．79±0．60BMI≥24kg/m2组(n=15)89．93±2．9294．42±1．2642．53±14．1932．72±6．690．95±0．031．32±0．48Z值-5．169-4．5063．7533．422-4．8323．090P值<0．001<0．001<0．0010．001<0．0010．002

表2 不同BMI组肝脏及腹壁FF和R2*值比较(±s)

表2 不同BMI组肝脏及腹壁FF和R2*值比较(±s)

组别肝脏FF(%)腹壁FF(%)肝脏R2∗(Hz)腹壁R2∗(Hz)BMI<24kg/m2组(n=72)1．83±0．7090．80±1．9538．86±5．5063．31±7．67BMI≥24kg/m2组(n=15)6．19±7．9892．93±1．1745．37±5．6757．16±7．64t值-4．650-4．054-4．1512．825P值<0．001<0．001<0．0010．006

图4 相关性散点图 A.颈部锁骨上脂肪FF值与BMI的相关性； B.颈部锁骨上脂肪R2*与BMI的相关性

3 讨论

MRI可无创、定量检测组织内脂肪含量。BAT由相对较少的小脂滴、富含铁的线粒体及丰富毛细血管组成，甘油三酯含量低，含水量高；WAT则由含量丰富的大脂滴及少量线粒体组成，甘油三酯含量高，含水量低。二者水脂比例不同，是MRI水脂分离技术应用的基础[6-13]。IDEAL-IQ技术采用三维快速扰相梯度回波(three-dimensional fast spoiled gradient recalled， 3D FSPGR)序列，在1个TR中采集6个梯度回波，采用部分K空间填充，多回波采集及并行采集，得到6个关于水和脂肪相位差异的图像(即水像、脂像、同相位、反相位、脂肪比和R2*图像)，再应用区域增长法进行重建，能有效克服射频场的不均匀性，将水与脂肪分离开来，直接获得FF和R2*值(也称T2*弛豫率，R2*=1/T2*，单位Hz，反映组织内铁质沉积情况)[6]。该技术操作简便、扫描时间短、成功率高，且后处理简单，与其他影像学检查方法相比，能更准确地测量脂肪含量，具有广阔的临床应用前景[14-15]。

近期研究[4-6]表明，成人体内含有的BAT以颈部锁骨上最常见，且含量较多。与皮下WAT不同，BAT可被激活而发挥活性[3]。但成人颈部锁骨上脂肪与经典的BAT亦有所不同，含有经典BAT和WAT细胞的混合物[16-17]，也被称为米色或褐色脂肪。本研究发现受试者颈部锁骨上脂肪FF值低于胸壁皮下脂肪(P<0.001)，可能是由于健康青年女性颈部锁骨上含有BAT，甘油三酯含量低，含水量高，而胸壁皮下为WAT，甘油三酯含量高，含水量低，与既往研究[7-9]结果一致。本研究结果还显示，颈部锁骨上脂肪R2*值高于胸壁皮下脂肪(P<0.001)，由于颈部锁骨上脂肪中BAT含量较高，BAT中含有丰富的富含铁的线粒体，可消耗葡萄糖和甘油三酯，引起氧气消耗增加，血液中脱氧血红蛋白含量升高，导致T2弛豫时间缩短[10-12]，相应R2*值升高。本研究结果表明，FF及R2*值可反映颈部锁骨上脂肪的MRI特征，从而与胸壁皮下WAT相区分。

本研究结果显示，超重受试者(BMI≥24 kg/m2)颈部锁骨上脂肪FF值高于非超重人群(P<0.001)，R2*低于非超重人群(P<0.001)，与既往研究[11，13]结果一致。本研究结果还显示，受试者颈部锁骨上脂肪FF值与BMI呈正相关(r=0.601，P<0.001)，R2*与BMI呈负相关(r=-0.409，P=0.001)，提示在健康青年女性中，随着BMI增高，锁骨上脂肪FF值逐渐增高，但与腰臀比及肝脏FF无相关性。本研究显示不同BMI组间颈部和胸壁皮下脂肪FF及R2*值均有差异，为排除个体差异的干扰，引入了两者比值，即颈部/胸壁FF和颈部/胸壁R2*值，结果发现颈部/胸壁FF值与BMI呈正相关(r=0.554，P<0.001)，颈部/胸壁R2*值与BMI呈负相关(r=-0.323，P=0.006)，提示BMI越大，颈部/胸壁FF比值越高，颈部/胸壁R2*值越低，即颈部锁骨上脂肪与胸壁皮下脂肪差异越小，其成分越接近于WAT，BAT的含量越低。超重人群较非超重人群BAT含量少，可能与超重人群中脂肪更趋向于向WAT转化或诱导性BAT生成减少有关[13]。

本研究的局限性主要在于仅纳入20～35岁青年女性，未对男性及其他年龄段受试者进行分析。另一方面，确定BAT的金标准为穿刺活检，系有创操作，实施比较困难，故本研究未能施行，缺乏病理结果支持。

总之，IDEAL-IQ技术可无创、便捷地区分锁骨上脂肪与体部皮下脂肪，其应用范围有望不断扩大。

[参考文献]

[1] Harms M, Seale P. Brown and beige fat: Development, function and therapeutic potential. Nat Med, 2013,19(10):1252-1263.

[2] Chondronikola M, Volpi E, Børsheim E, et al. Brown adipose tissue improves whole-body glucose homeostasis and insulin sensitivity in humans. Diabetes, 2014,63(12):4089-4099.

[3] Saito M, Okamatsu-Ogura Y, Matsushita M, et al. High incidence of metabolically active brown adipose tissue in healthy adult humans: Effects of cold exposure and adiposity. Diabetes, 2009,58(7):1526-1531.

[4] van Marken Lichtenbelt WD, Vanhommerig JW, Smulders NM, et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. N Engl J Med, 2009,360(15):1500-1508.

[5] Virtanen KA, Lidell ME, Orava J, et al. Functional brown adipose tissue in healthy adults. N Engl J Med, 2009,360(15):1518-1525.

[6] Gifford A, Towse TF, Walker RC, et al. Characterizing active and inactive brown adipose tissue in adult humans using PET-CT and MR imaging. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2016,311(1):E95-E104.

[7] Hu HH, Perkins TG, Chia JM, et al. Characterization of human brown adipose tissue by chemical-shift water-fat MRI. AJR Am J Roentgenol, 2013,200(1):177-183.

[8] Hamilton G, Smith DL Jr, Bydder M, et al. MR properties of brown and white adipose tissues. J Magn Reson Imaging, 2011,34(2):468-473.

[9] Hu HH, Hines CD, Smith DL Jr, et al. Variations in T2*and fat content of murine brown and white adipose tissues by chemical-shift MRI. Magn Reson Imaging, 2012,30(3):323-329.

[10] Peterson P, Månsson S. Simultaneous quantification of fat content and fatty acid composition using MR imaging. Magn Reson Med, 2013,69(3):688-697.

[11] Holstila M, Pesola M, Saari T, et al. MR signal-fat-fraction analysis and T2*weighted imaging measure BAT reliably on humans without cold exposure. Metabolism, 2017,70:23-30.

[12] Lundström E, Strand R, Johansson L, et al. Magnetic resonance imaging cooling-reheating protocol indicates decreased fat fraction via lipid consumption in suspected brown adipose tissue. PLoS One, 2015,10(4):e0126705.

[13] Deng J, Neff LM, Rubert NC, et al. MRI characterization of brown adipose tissue under thermal challenges in normal weight, overweight, and obese young men. J Magn Reson Imaging, 2018,47(4):936-947.

[14] 王踉琦，彭屹峰.3.0T MRI 1DEAL-IQ序列评价成人肝铁浓度与脂肪分数的相关性.中国医学影像技术，2015，31(12): 1844-1847.

[15] 王猛，罗宴吉，蔡华崧,等.MRI无创定量测量腹腔脂肪体积预测2型糖尿病.中国医学影像技术，2017，33(12):1844-1849.

[16] Lidell ME, Betz MJ, Dahlqvist Leinhard O, et al. Evidence for two types of brown adipose tissue in humans. Nat Med, 2013,19(5):631-634.

[17] Jespersen NZ, Larsen TJ, Peijs L, et al. A classical brown adipose tissue mRNA signature partly overlaps with brite in the supraclavicular region of adult humans. Cell Metab, 2013,17(5):798-805.