磁共振水脂分离新技术IDEAL-IQ的应用

熊晓晴， 林绮婷， 司徒定坤， 冯友珍， 程仲元， 蔡香然

(暨南大学 附属第一医院 医学影像中心，广东 广州 510630)

水脂分离成像技术于1984年由Dixon首次提出，它是利用水和脂肪之间进动频率的差异，通过调节回波时间(echo time，TE)作两次采集，第一次采集使水与脂肪的横向磁化强度矢量同相位(in phase),得到水和脂肪的加和像；第二次采集使这两种成分的相位相反(out of phase)得到差像，最终对“和”像和“差”像进行运算，获得水与脂肪信号两幅独立的图像，达到水与脂肪分离的目的，也称为两点Dixon法[1].磁场强度是影响进动频率的关键因素，若磁场不均匀，则会改变水和脂肪的进动频率，水和脂肪无法完全分开，导致水-脂交界区域结构模糊，降低最终图像的信噪比(signal noise ratio，SNR).为了克服这些不足，有学者提出了三点Dixon法[2]，即在Dixon法[1]两次采集的基础上再增加一次采集(-π，0，π)，通过对称性获得信号来克服磁场的不均匀性，将水和脂肪彻底分离，清晰地显示水和脂肪的边界.三点Dixon法的不足之处是当像素内水和脂肪的含量相近时，无法正确地分离水和脂肪，导致图像的SNR降低.

随着新的技术不断发展，Reeder等[3]对三点Dixon法进行了改进，并提出了三点法非对称性回波水脂分离成像(iterative decomposition of water and triglyceride fat with echo asymmetry and least-squares estimation, IDEAL)技术.IDEAL技术信号采集的时间点以π/2+π为中心(为任意整数)，其他2个信号采集的偏移时间在其之前和之后2π/3，即(-π/6+π，π/2+π，7π/6 +π)为最佳时间点，这种非对称的采集方式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确的水-脂分离.此后，美国通用电气公司(General Electric Company，GE)在磁共振技术平台上对IDEAL技术做了更进一步的优化，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).本文就IDEAL-IQ技术的原理、发展及其目前在临床上的应用研究现状等方面进行综述，以期能对IDEAL-IQ技术有更深的了解，为以后的临床应用及研究提供参考.

1 IDEAL-IQ技术原理

IDEAL-IQ技术是由GE公司推出的全新扫描技术，是在GE特有的IDEAL技术的基础上改进的3D扫描技术，利用回波不对称的三点Dixon法采集方式和最小二乘估算法对水和脂肪进行迭代分解并成像，达到分离水和脂肪的目的；同时通过并行采集技术来提高图像获取的速度，实现了受检者只需单次屏气即可完成全部扫描.不仅解决了Dixon法中磁场不均匀性对图像的影响[1]，还改善了回波间距与水-脂肪分解噪声性能之间的关系，使水和脂肪图像的SNR达到最大[4].

IDEAL-IQ技术根据不同脂质在化学位移中脂质峰的差异，采集6个不同TE的回波信号，运用迭代最小二乘法估测复数域，并利用复数域重建法来生成初步的水像、脂像、脂肪含量图以及R2*图.生成的水像和脂像在第二步幅度重建法中作为初始估测；初步生成的R2*(1/T2*)值用来校正源数据，简化后续步骤所需的拟合算法.然后利用幅度重建对初步得到的水像、脂像进行微调并除去相位错误后生成另一组估测的水像和脂像.最后对两次重建得到的图像通过“混合算法”加权整合，生成最终的图像，包括脂肪分数(fat fraction，FF)、弛豫率(R2*)、T2*校正水像、T2*校正脂像、正相位以及反相位[5].IDEAL-IQ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*(1/T2*)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[6].在这个水-脂分离过程中，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[7]等因素，排除磁场不均匀和铁沉积等因素对图像的干扰，使水和脂肪图像的SNR达到最大，得到的图像结果具有更高的准确性、敏感度和特异度；并且该技术操作非常便捷，在临床使用中具有极大的实用性，这将在以后的临床工作中发挥重要的作用.其中FF值、R2*值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.

2 FF值的临床应用

目前，FF值主要集中用于评估肝脏、骨髓、皮下脂肪以及胰腺等器官的脂肪含量.

2.1 评估肝脏的脂肪含量

2.1.1 评估非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver diseases, NAFLD)脂肪变性程度

NAFLD是临床上常见的以肝内脂肪浸润为主的慢性肝脏疾病，早期无特异性临床表现，常被患者或临床忽略而未及时干预，可进展为肝硬化，严重者可发展为肝癌、肝衰竭等，严重影响患者的预后.IDEAL-IQ 技术不仅可对NAFLD患者肝脏脂肪进行精确定量，还可对肝脏脂肪含量进行分度.贾天利等[8]通过对比超声测量结果与FF值，发现两者对NAFLD患者的诊断及分度具有较高的一致性；在脂肪肝的分度中，由于IDEAL-IQ技术可定量测量受检者肝脏脂肪含量的具体FF值，具有客观性，相比于超声检查结果，磁共振FF值具有更高的准确性，这对于NAFLD后期随访中脂肪含量的轻微改变具有指导意义，提供了客观定量的影像学指标.赵金丽等[9]的研究结果也表明，IDEAL-IQ技术测得的FF值较客观、准确地反映NAFLD肝脏的脂肪含量，对评估NAFLD程度及分级，IDEAL-IQ技术要优于超声检查.有学者通过测量阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAS)患者肝脏的脂肪含量，得出OSAS患者的FF值高于非OSAS患者，并根据FF值对其脂肪肝分级发现，OSAS患者的NAFLD严重程度较非OSAS患者重，提示NAFLD的发病率及严重程度与OSAS呈正相关[10].

2.1.2 评估肝移植供体肝的脂肪变性程度

活体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.因此，在术前无创性测量供体肝脏的脂肪含量，评估供体肝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的测定，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，得出其敏感性和特异性分别是100%、77.1%，显示出IDEAL-IQ技术无创性及高度精确性的优势，它还可进行多位点测量，减少对供体肝不必要的穿刺活检.Ulusoy等[12]以组织病理学为标准，捐献者分别接受IDEAL-IQ序列和CT扫描，对供体肝脏脂肪含量进行评估，IDEAL-IQ和CT结果均与病理学分级相关(r=0.736，P=0.005；r=0.510，P=0.018)，但FF值能更好地评估肝脂肪变性(敏感性为83%)，对供体肝脂肪变性的存在和分级提供无创、准确的估计.综上，IDEAL-IQ技术具有无创性、可重复性及全肝多位点测量的优势，是动态监测肝脏脂肪含量的可靠影像学技术[11,13].

2.1.3 评估化疗患者肝脏脂肪变性程度

随着肿瘤发生率的增加，各种化疗药物被广泛应用，很多化疗药物会损害肝脏，导致肝脏发生脂肪浸润，增加了肝毒性和全血细胞减少的风险.因此，在化疗过程中，临床医生需要监测癌症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、替换掉某些对肝脏有重大毒副作用的化疗药物.Giuseppe等[13]通过监测50名化疗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(FF>6.5%)，证实化疗药物会导致患者肝脏脂肪含量升高，造成肝损害；同时实验证明测定FF值的可重复性明显优于传统的磁共振正反相位检查，IDEAL-IQ技术是追踪化疗患者肝脂肪含量的更合适的检查.

2.2 评估骨髓的脂肪含量

人体骨髓的各种生理性、病理性改变都与骨髓脂肪含量有关，有效地评估骨髓内脂肪含量的改变情况，可为其相关疾病的诊断及评估提供更多的帮助.

2.2.1 评估骨髓的生理性改变

代岳等[14]的研究结果显示椎体骨髓FF值随年龄的增长而增高，证实随年龄的增加，骨髓的脂肪含量随之增高，骨髓发生由红骨髓向黄骨髓转换的生理过程；还发现可能是男女之间激素水平的差异造成中老年女性椎体骨髓的平均FF值比同年龄组男性的高.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值也呈上升趋势，椎体的骨质密度与其脂肪含量存在负相关性，提示随着年龄的增长，椎体脂肪含量增加，骨矿含量逐渐减少，骨质密度减低，容易发生骨质疏松症.

2.2.2 评估骨髓的病理性改变

孟楠等[16]联合磁共振IDEAL-IQ技术及扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI),对贫血女性患者骨盆内骨髓成分进行分析，结果显示随着贫血程度的加重，FF值逐渐减小，骨髓内脂肪含量逐渐降低.这是因为机体处于贫血状态时，由于代偿需要，部分黄骨髓转化为红骨髓，从而导致骨髓内脂肪含量降低.Ren等[17]通过联合IDEAL-IQ技术和DWI来评价强直性脊柱炎患者骶髂关节炎的活动性，发现强直性脊柱炎患者非活动期骶髂关节炎骨髓的FF值明显高于活动期和正常人骶髂关节骨髓FF值，对强直性脊柱炎患者骶髂关节炎的活动性有一定的提示作用.韩晓蕊等[18-19]联合IDEAL-IQ和体素内不相干运动磁共振扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)，对确诊的激素性股骨头坏死患者对侧股骨头的脂肪含量及局部微循环进行研究发现，健康志愿者的FF值小于对侧组及坏死组，对侧组的FF值小于坏死组，提示常规X线和MRI尚未发生明显形态学改变时，IDEAL-IQ和IVIM-DWI检查可发现其股骨头骨髓内脂肪含量及微循环状况的细微改变，认为这可为超早期诊断股骨头坏死提供新的影像学依据，更有效地为临床早期诊断、治疗及预后评估提供更多的帮助.胡磊等[20]用IDEAL-IQ技术评估糖尿病兔椎体内脂肪含量的变化，发现椎体内的脂肪含量随糖尿病病情的不断发展而增加，提示糖尿病的发展进程，为早期糖尿病患者的骨髓脂肪代谢情况提供新的影像学依据.

2.3 评估皮下脂肪含量

常红花等[21]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[22].董鑫等[23]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值均较正常组高，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.

2.4 评估胰腺的脂肪含量

李元等[24]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，当胰腺脂肪含量的增高时，可能会诱导2型糖尿病的发生.张钦和等[25]应用IDEAL-IQ技术评估NAFLD患者胰腺的脂肪含量时得出，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的增加，提示NAFLD会导致胰腺内脂肪沉积.

2.5 FF值在其他方面的应用

目前，国内外对IDEAL-IQ技术应用于其他脏器或结构的报道相对较少.张瑾等[26]通过对肾脏肿瘤的FF图像进行纹理分析后发现，IDEAL-IQ技术结合纹理分析能检测到肾脏肿瘤内极少量的脂肪，对乏脂肪型血管平滑肌脂肪瘤的鉴别诊断有重要意义.王猛等[27]在IDEAL-IQ序列的FF图像上对上、下腹部的腹腔脂肪体积分别测量并研究腹腔脂肪体积与2型糖尿病的关系，结果显示下腹部的脂肪含量较上腹部的多，提示腹型肥胖的人更易发生2型糖尿病，这为临床预测2型糖尿病的发生提供一个新的参考指标.

3 R2*值的临床应用

到目前为止，临床上对于R2*值的研究比FF值的研究相对较少，主要集中在对肝脏和胰腺的研究.

3.1 评估病变肝脏的铁含量

3.2 评估病变胰腺的铁含量

张志诚等[32]研究结果显示，在急性胰腺炎状态下，测得胰腺内R2*值较正常的高，推测这可能与胰腺铁含量的增高有关，对比CT检查，磁共振IDEAL-IQ技术可达到较高的定量分析.刘梦苓等[33]的研究结果显示，R2*值的高低受急性胰腺炎不同时期和严重程度的影响，R2*值对区分轻度急性胰腺炎与中重度急性胰腺炎有一定的意义.

4 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证：幽闭恐惧症、体内有金属物植入或携带金属异物、装有心脏起搏器者等；在接受腹部检查时，需要受检者良好的呼吸配合，对不能配合呼吸的受检者不适用.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，能定量测量脂肪含量和铁含量的具体数值，为纵向监测某些疾病的生理生化变化过程提供可靠的影像学依据，多数研究者推荐其作为精确量化脂肪含量的最优影像检查方法[34-35].当前IDEAL-IQ技术主要应用于腹部脏器组织，随着技术的不断发展，也有一些研究者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[36-38].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、监测病情变化及预后评估等方面，为临床提供更多的帮助.