磁共振IDEAL-IQ序列对急性胰腺炎状态下胰腺脂肪沉积和铁沉积的评估

刘梦苓， 黄小华， 徐红霞， 成涛， 匡静， 雷力行

急性胰腺炎是一种具有潜在致死性的临床常见疾病，约80%为水肿型胰腺炎，但是也有近20%的患者会发展为坏死性胰腺炎[1]。胰腺的炎症会导致胰腺实质内水肿和脂肪沉积，合并出血时还可能因铁蛋白和含铁血黄素沉积而导致局部胰腺组织内铁过载，而长期铁沉积可能对组织造成损伤[2]。有研究表明[3]，胰腺内脂肪沉积对胰腺β细胞的功能有一定影响，与葡萄糖代谢受损有一定的关系。因此，探讨急性胰腺炎状态下胰腺内脂肪沉积、铁沉积和水肿状态，对评价急性胰腺炎的严重程度、预测急性胰腺炎的预后及并发症等有重要意义。磁共振非对称回波与最小二乘法估算铁定量的迭代水脂分离(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and the least squares estimation-iron quantification，IDEAL-IQ)序列基于不同脂质化学位移激发回波链，利用多回波技术对T2*衰减进行校正，对组织脂肪含量的检测更加精准，并且可以量化分析铁沉积的浓度。该技术已经在非酒精性脂肪肝与胰腺脂肪沉积关系、铁过载疾病对胰腺脂肪和铁沉积的检测等方面有初步研究[4-5]，在但对急性胰腺炎状态下胰腺内脂肪和铁沉积的研究较少。本次实验利用磁共振IDEAL-IQ序列对一组急性胰腺炎进行观察，分析影像测量的胰腺组织的脂肪含量、铁沉积量及水含量与胰腺炎的关系，旨在进一步提高对胰腺疾病的影像诊断水平。

材料与方法

1.病例资料

搜集2016-2017年在本院就诊并符合本实验要求的37例急性胰腺炎患者的病例资料。其中男17例、女20例，年龄23～78岁、平均(46±16)岁。另外，选取年龄和性别与患者组相匹配的22例健康志愿者作为对照组，其中男10例、女12例，年龄22～63岁、平均(36±15)岁。依照2012亚特兰大标准，急性胰腺炎组纳入标准为满足以下三项中的两项：①符合急性胰腺炎特征的腹痛；②血清脂肪酶活性(或血清淀粉酶活性)大于正常上限三倍；③增强CT/MRI或腹部超声发现急性胰腺炎的影像征象。正常对照组的纳入标准：①无急性胰腺炎病史；②无胆囊、胆管炎和胆结石等病史；③血清脂肪酶活性(或血清淀粉酶活性)正常；④胰腺的影像学检查未见异常。所有受试者签署知情同意书。

2.检查方法

使用GE Discovery 3.0T磁共振仪和8通道相控阵腹部线圈。所有受试者采用仰卧位，先行常规磁共振序列扫描，然后在屏气状态下行IDEAL-IQ序列扫描。随后，急性胰腺炎患者进行增强扫描。IDEAL-IQ序列扫描参数：TR 6.2 ms，TE 2.8～3.1 ms，激励次数0.50，视野38 cm×38 cm，层厚10 mm，相位数160，扫描时间17 s。扫描结束可自动重建出脂肪分量(fat fraction，FF)图、弛豫率(R2*)图、水像(Water)和脂像(Fat)共四组图像(图1～2)。

3.数据测量和分析

由一位高年资影像诊断医师使用GE后处理工作站在四组图像上分别测量胰腺头、体和尾部的信号强度(signal intensity，SI)，在胰腺头、体和尾部的最大层面勾画ROI，每个部位测量3次，取3个部位的所有测量值的平均值作为在该组图像上胰腺组织的最终测量结果。每个ROI应尽量大，但需避开胰腺边缘、胰头部胆总管、在胰腺内走行的较粗血管和主胰管。对合并出血和坏死的急性胰腺炎，则尽可能的包含坏死或出血组织。最后获得胰腺的FF、R2*、SI水和SI脂值。对每例患者胰腺炎症的严重程度按照磁共振严重程度指数(MR severity index，MRSI)进行评估，0～2分为轻度，3～6分为中度，7～10分为重度。具体评分标准见表1[6]。

表1 MRSI评分标准

注：*胰腺坏死的判断标准为T1WI上呈低信号，T2WI上呈低信号或高信号，增强扫描动脉期、静脉期图像上均无明显强化。

4.统计学分析

使用SPSS 13.0软件进行统计学分析。先对患者组和对照组中四个参数(FF、R2*、SI水和SI脂)的测量数据进行正态检验，满足正态分布的参数值的组间比较采用独立样本t检验；非正态分布的参数值采用中位数±四分位间距表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验。对组间差异有统计学意义的参数进行受试者工作特征(receiver operation characteristic，ROC)曲线分析，计算曲线下面积(area under curve，AUC)和诊断效能。对轻度、中度和重度急性胰腺炎的组间比较采用Kruskal Walli分析和Wilcoxon秩和检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

图1 正常胰腺IDEAL-1Q序列重建图像。a) FF图； b) R2*图； c) 水像； d) 脂像。

图2 急性胰腺炎患者IDEAL-1Q序列重建图像，显示胰体尾部明显肿胀(箭)。a) FF图； b) R2*图； c) 水像； d) 脂像。

表2 急性胰腺炎组与对照组各项参数测量值及统计分析结果

注：#R2*的统计量为t值，其它参数的统计量为Z值。SI脂值的组间差异无统计学意义，故没有相应的AUC和诊断效能指标的分析结果。

结 果

对急性胰腺炎组及对照组的胰腺头、体和尾部的4项参数的3次测量数据进行一致性分析，结果所示，3次测量数据间的一致性均较好(ICC>0.9，P<0.05)，提示采用3次测量值的平均值作为最终测量结果是可靠的。

两组中4项参数的测量值及组间比较结果见表2，ROC曲线分析结果见表2和图3～4。急性胰腺炎组胰腺的FF值大于对照组，R2*和SI水值小于对照组，差异均有统计学意义(P=0.011、0.002和0.016)；两组间SI脂值的差异无统计学意义(P>0.05)。有组间差异的3个参数中，以R2*的诊断效能最高，其AUC最大。

根据MRSI评分，37例急性胰腺炎中轻度15例、中度15例和重度7例。轻度、中度和重度组的FF、R2*和SI水值及组间比较结果见表3。三组间FF和SI水值的差异无统计学意义(P>0.05)，R2*值的差异有统计学意义(P<0.05)。进一步行Wilcoxon检验显示，轻度与中度、重度组间R2*值的差异有统计学意义(P=0.041、P=0.043)；中度与重度组间R2*值的差异无统计学意义(P=0.612)。

表3 不同程度急性胰腺炎各参数测量值及组间比较

图3 FF值诊断急性胰腺炎的ROC曲线，AUC=0.700。图4 R2*和SI水值诊断急性胰腺炎的ROC曲线，显示R2*的AUC较大，提示其诊断效能较高。

讨 论

目前磁共振成像技术中水-脂分离技术主要有MRS、频率选择MRI、传统Dixon技术、可变肝脏容积加速采集(liver acquisition with volume acceleration-flexible，LAVA-FLEX)和IDEAL-IQ等，其中MRS和IDEAL-IQ技术可以对组织内的脂肪成分等进行定量分析。但是MRS技术扫描时间长，对磁场的要求较高，扫描范围有限，而且扫描和后处理过程的难度较大。IDEAL-IQ技术是基于最小二乘法估计和不对称回波迭代的水-脂分离技术，利用不同脂质在化学位移中脂质峰的不同来进行回波采集时间的设定，采集内容包含了多种脂质，重建图像在进行T2*衰减校正，对组织内脂肪含量的检测更加精准。因IDEAL-IQ技术解决了铁沉积对T2*衰减作用加强的影响，能够量化分析沉积铁的含量。该技术对磁场均匀性的依赖性较低，受不均匀磁场的影响较小，扫描时间短，并且采用小翻转角激发，降低了水像、脂像和脂肪分数图上的T1效应。IDEAL-IQ序列的扫描数据经图像重建后可以获得脂肪分量图(FF)、弛豫率图(R2*)、水像(Water)和脂像(Fat)共四组图像，其中FF图、水像(Water)和脂像是R2*图经T2*校正后重建获得。FF值表示脂肪比，由经过T2*校正的水像和脂像的数据计算而来。R2*即横向弛豫率，代表信号的衰减速度，铁沉积、凝固性坏死和纤维化等过程可使局部组织的R2*值升高，含水量增多则使R2*值降低。IDEAL-IQ技术目前已经应用于肝脏和骨髓内脂肪含量的评估、大脑动脉解剖相关性血肿的检测、以及颈动脉粥样斑块内出血的鉴别等多个领域的研究中，并且在非酒精性脂肪肝相关疾病的评估中有较多的应用[7-11]。有研究表明，在评估肝脏脂肪含量方面，FF值与MRS和病理活检结果间具有较好的一致性[12]。Liau等[13]认为铁剂灌注后肝脏和骨髓的R2*值增加，但是FF值不受影响。

本次实验中，急性胰腺炎组与对照组比较，胰腺的FF、R2*、SI水值的差异均有统计学意义(P<0.05)，且相应的ROC曲线下面积均≥0.7，其中以R2*值的ROC曲线下面积最大，诊断敏感性和特异性最高。

急性胰腺炎是一种较为常见的胰腺病变，在急性胰腺炎病程中，胰腺组织可发生一系列生理和病理性改变，可表现为水肿、出血和坏死等。胰腺组织细胞的代谢发生改变，可能导致组织内脂肪沉积、铁沉积及水肿等。合并出血可能造成含铁血黄素沉积；而胰腺组织损伤和长期炎性病变，可能导致组织内脂肪沉积和纤维化[14-15]。本次实验中急性胰腺炎患者的年龄稍偏大，但Patel等[16]对非酒精性脂肪肝和胰腺脂肪含量关系的研究中，认为胰腺脂肪与年龄、体质指数和糖尿病状态均没有明显相关性。但此学者的另外一项研究结果显示，非酒精性脂肪肝患者的胰岛素抵抗随胰腺脂肪含量同步增加[17]。Wang等[18]也认为胰腺脂肪沉积和年龄、性别等因素相互独立，但与非酒精性脂肪肝和糖尿病有关系，胰腺脂肪沉积与糖尿病和非酒精性脂肪肝的先后关系有待进一步研究。评价急性胰腺炎分级的常用标准有Ranson评分、APACHE-Ⅱ评分、Balthazar CT严重指数(CT severity index,CTSI)和MRSI 等。有研究结果显示，MRSI与CTSI在入院时和7天后均有较强的相关性，且MRSI与Ranson评分、入院48h内C反应蛋白水平、住院治疗时间和局部或系统性的并发症发病率有关，并认为MRSI是急性胰腺炎严重程度分级的可信方法[19]。因此本次实验采用MRSI标准对急性胰腺炎进行分级。

本次实验急性胰腺炎组中，虽然合并脂肪肝影像表现的患者有13例，但有脂肪肝病史或糖尿病病史的患者分别仅占1例。有研究[20]认为急性胰腺炎可导致肝脏脂肪沉积，急性胰腺炎恢复好转后，肝脏脂肪沉积表现有好转，因此可以解释本次实验部分病例有脂肪肝的影像表现但无脂肪肝病史，但是该研究未探讨急性胰腺炎对胰腺本身脂肪沉积的影响。本次实验急性胰腺炎组的FF值的平均值大于正常组，其部分病例肝脏影像表现为脂肪肝，可能是炎症刺激引起胰腺、肝脏脂肪局部增加，但胰腺脂肪沉积持续时间有待进一步探讨。

目前已有不少研究利用R2*值评价组织内铁沉积[21-22]，但是在急性胰腺炎状态下检测胰腺组织铁沉积方面的研究少见，且上述研究结果均认为R2*值与铁沉积含量呈正相关，其研究对象的受检组织均为长期铁沉积状态或大量注入铁剂。本次实验中急性胰腺炎组R2*值的平均值小于正常组，轻、中和重度急性胰腺炎组间R2*值的差异有统计学意义，且轻度急性胰腺炎的R2*值大于中度和重度急性胰腺炎。虽然本研究结果显示，R2*值可用于急性胰腺炎与正常胰腺的鉴别诊断，但与前述研究结果相反。造成此结果的原因可能是本组病例中合并出血均为早期，血液中的铁离子可能呈抗磁性或少许顺磁性，而以往研究中胰腺内的铁沉积多呈顺磁性和超顺磁性，且本组中急性胰腺炎患者以胰腺水肿较多见，出血坏死性胰腺炎的病例数较少，且出血区域较小，测量范围内包括了出血、坏死以及水肿区域，坏死和水肿均会降低组织的R2*值。因此，尚需在今后进一步探讨急性胰腺炎局部出血灶的R2*值与正常胰腺R2*值的关系。

急性胰腺炎组的SI水值也小于正常组，但在轻度、中度和重度急性胰腺炎组间的差异无统计学意义。急性胰腺炎状态下，胰腺水肿增加，SI水值应该随之上升，但是本次结果中SI水值与预期的结果不符，但目前关于SI水值与组织水肿的关系的文献报道非常少，考虑可能是SI水值并不完全能反映组织的水肿程度，具体原因有待进一步研究。

本次研究存在的不足：病例数和对照组的样本量偏少，对照组中志愿者的年龄较轻，IDEAL-IQ序列没有进一步优化，图像的信噪比有待提高，因此结果可能有一定的误差。我们在今后将会进一步完善和优化序列，增加样本量，尽量降低系统误差对实验结果的影响。

综上所述，急性胰腺炎状态下胰腺实质可有脂肪沉积，IDEAL-IQ序列重建图像对急性胰腺炎有诊断价值，R2*值对区分轻度急性胰腺炎与中重度急性胰腺炎有一定意义。