定量非对称回波最小二乘估算法迭代水脂分离序列MRI研究及应用进展

林楚欣，于向荣

[暨南大学附属珠海医院(珠海市人民医院)放射科，广东 珠海 519000]

水脂分离(Dixon)技术利用人体光谱中存在的两个主要峰——水峰和脂肪峰之间进动频率的差异，并采用梯度回波序列获得同相位及反相位MR图像，可有效改善水和脂肪的采集过程[1]；但其图像信噪比(signal to noise ratio, SNR)易受B0场强均匀性、水和脂肪信号及比例的影响[2]。现有肝脏加速容积采集成像(liver acquisition with volume acceleration flex, LAVA-Flex)、改良水脂分离快速梯度回波加强版(modified Dixon fast field echo XD, mDixon FFE XD)和水脂分离梯度回波容积插值屏息扫描(Dixon volumetric interpolated breath-hold examination, Dixon-VIBE)序列均为基于化学位移成像的水脂分离技术，可通过一次扫描得到水像、脂像、正相位及反相位MRI，但目前多只用于T1WI。定量非对称回波最小二乘估算法迭代水脂分离序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetrical and least-squares estimation quantitation sequence, IDEAL-IQ)不受磁场强度和个体差异的影响，具有高度可再现性、可重复性及可信性；主要通过三维快速扰相梯度回波(three-dimensional fast spoiled gradient recalled, 3D FSPGR)序列及部分k空间填充(k-space filling)降低水脂分离MRI SNR对水和脂肪比例的依赖性，既可消除由对称回波产生的伪影，亦能有效修正射频场不均匀引起的信号误差；且单次屏气扫描即可同时采集6个不同回波信号图像，结合小翻转角激发和区域增长法重建技术，可直接获得校正后的T2*水像、T2*脂像、质子密度脂肪分数(proton density fat fraction, PDFF)及对应的弛豫率R2*(1/T2*)、正相位和反相位图像[3-4]。本文就IDEAL-IQ MRI研究及应用进展进行综述。

1 PDFF

1.1 评估肝脏脂肪变性程度 肝脏脂肪变性指肝细胞内脂肪异常堆积，可演化为肝硬化或恶性肿瘤；早期评估肝脏脂肪含量有助于临床干预并延缓疾病进展。有学者[5]提出IDEAL-IQ MRI可无创定量评估肝脏脂肪异质性分布，其参数PDFF与MR波谱(MR spectroscopy, MRS)-PDFF和脂肪变性组织学分级具有良好的相关性，有助于准确评估肝内甘油三酯浓度分布。PDFF反映肝内脂肪空间分布情况，并可通过比较应用抗脂药物前、后靶区脂肪含量变化选择临床治疗非酒精性脂肪性肝炎终点；干预药物存在促脂肪化可能时，PDFF可评估其肝脏毒性损害[6]。

1.2 评估骨髓内脂肪含量 SCHMEEL等[7]认为IDEAL-IQ MRI参数PDFF反映脊椎脂肪含量的准确性、可重复性及可再现性均与MRS相当，具备作为多中心研究定量成像生物标记物的潜力。代岳等[8]发现椎体内骨髓脂肪分数(fat fraction, FF)与年龄呈正相关，可能与红骨髓向黄骨髓转变或女性激素水平促进椎体骨质疏松有关。IDEAL-IQ MRI研究[9]显示，健康人骶髂关节脂肪含量低于强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS)患者；治疗后AS活动期患者骶髂关节脂肪浸润程度较治疗前有所下降，但仍高于健康人，且MRI-PDFF的对比度优于传统脂肪抑制T1WI[10-11]。有学者[12]通过MRI-PDFF发现，糖尿病患者椎体内微血管通透性与椎体内脂肪沉积高度相关，可能由于骨髓脂肪细胞压迫微血管造成骨髓细胞缺血所致。此外，ZENG等[13]认为IDEAL-IQ有助于鉴别诊断再生障碍性贫血与骨髓增生异常综合征，以及评估骨髓异常增生综合征及急性粒细胞白血病进展。

1.3 预测椎间盘变性程度 根据Pfirrmann分级，可直接以MRI信号强度及其均匀性评估椎间盘退行性改变，但观察者间或采集设备之间的差异可能会影响结果的准确性[14]。根据椎体骨髓与椎间盘的营养供给关系可直接预测椎间盘变性程度。JI等[15]发现IDEAL-IQ可作为传统MRI定性分级的重要补充，通过定量测量相邻椎体骨髓脂肪沉积，有效预测椎间盘含水量；其原理在于造血骨髓向脂肪骨髓转化可使椎间盘细胞营养供给受损。

1.4 放射及化学治疗(放化疗)后评估骨髓毒性 CARMONA等[16]发现，IDEAL-IQ MRI可通过定量测量椎体脂肪含量评估放化疗所致骨髓成分改变，经由比较治疗基线、中期及治疗后的PDFF，可辅助临床随时调整放化疗方案，有助于增加患者耐受程度、降低血液毒性风险。一项前瞻性研究[17]显示，通过IDEAL-IQ MRI量化观察类固醇诱导的股骨头坏死区骨髓脂肪可反映病灶内微循环灌注情况，可能与激素刺激脂肪动员导致微循环中出现脂肪栓塞有关。

1.5 评估肩袖脂肪浸润程度 肩袖脂肪浸润可致肩袖撕裂，并影响术后修复效果。临床常采用Goutallier分级(Goutallier's classification, GC)半定量评估肩袖脂肪浸润程度，但此方法对观察者间一致性的要求过高。NARDO等[18]采用IDEAL-IQ MRI观察肩部脂肪组织，扩大了量化肌肉的范围，提高了图像分辨率，较GC分级更为贴近临床实际。

2 R2*

2.1 评估肝脏铁含量 目前用于检测肝脏铁过载的MR技术主要包括信号强度测量法、T2/R2测量法、T2*/R2*测量法、水脂分离及其衍生技术、超短回波时间(ultrashort echo time, UTE)成像技术及磁敏感加权成像技术。

信号强度测量法主要基于早期信号强度比(signal intensity ratio, SIR)及同、反相位强度差异而评估肝脏铁含量。SIR通过测量与肝脏同一层面不含铁肌肉组织的信号强度而进行半定量评估，且需要在一定阈值范围内进行，否则无法准确体现铁含量变化；而同、反相位强度差异则基于化学位移进行评估，降低了脂肪对肝脏铁信号的影响，但仅可用于定性评价。RUNGE等[19]对比SIR、R2及R2*序列评估肝脏铁浓度的差异，发现R2*采集时间更短、测量范围更广，明显优于R2及SIR。

作为水脂分离衍生技术，IDEAL-IQ定量评估肝脏铁负荷的敏感度和特异度均较佳，甚至可媲美病理结果[20]。GALIMBERTI等[21]以IDEAL-IQ MRI R2*值定量分析肝脏铁含量，发现其有助于快速诊断高铁血红蛋白血症和减少实验室重复检查。KARÇAALTINCABA等[22]基于IDEAL-IQ MRI进一步分析血色素沉着症患者正、反相位信号异常下降的原因，通过可视化铁含量R2*图及PDFF图准确模拟肝脏定量生化指标；与CHEN等[23]的研究类似，其结果表明R2*值可较好地预测肝癌患者术前Glypican-3基因表达，对指导其免疫治疗具有潜在价值。

此外，有研究[24]发现，肝脏铁浓度低于25[mg/g，干重(dry weight, DW)]时，由于缺乏足够的回波时间，UTE MRI在1.5T磁场强度下或可高估肝脏铁负荷；肝脏铁浓度极高时，与铁过载相关的低SNR或可降低磁敏感加权成像定量磁敏感图(quantitative susceptibility mapping, QSM)的敏感度[25]。

2.2 评估脑血管 KATO等[26]发现，基于IDEAL-IQ生成的MR R2*图较T2*WI可更准确地显示磁化率变化，有助于鉴别脑动脉夹层引起的急性壁内血肿与动脉粥样硬化所致血管钙化。IDILMAN等[27]指出，MR R2*图与T2*WI评估急性脑血栓的能力相当，但来自颅底的伪影常干扰血栓显示，且存在部分远端闭塞血管，故R2*图价值更高。

2.3 预测乳腺癌缺氧 缺氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)与乳腺癌血管生成有关。R2*值有助于评估乳腺癌组织缺氧情况，并受血流、微血管灌注、邻近组织氧合状态及顺磁性脱氧血红蛋白浓度的影响。根据IDEAL-IQ R2*值及HIF-1α表达情况有助于准确预测乳腺癌组织缺氧。MIYATA等[28]发现存在组织纤维化的乳腺癌R2*值均较高，乳腺浸润性导管癌R2*值与外周及中心血管密度之比呈显著正相关，原因可能在于纤维化致血管分布不均匀。

3 其他临床应用

GUO等[29]采用IDEAL-IQ MRI观察脑实质内脂质储存障碍成功，并以之分析了尼曼-皮克(Niemann-Pick)病患者脑神经变化。有学者[30]将IDEAL-IQ技术用于定量分析急性胰腺炎，发现结果具有良好的可重复性[30]。基于IDEAL-IQ MRI得到的胰腺FF可作为癌症预测因子[31]。临床上部分腹痛患者无法长时间屏气，呼吸配合度欠佳而致MRI质量较差；而腹部脂肪序列中直接勾画脂肪靶区则可能高估腹部深层脂肪含量。为此SHEN等[32]采用机器学习方法提出了基于IDEAL-IQ MRI分割腹部皮下脂肪组织及内脏脂肪组织的模型，并验证了其可靠性。常红花等[33]通过IDEAL-IQ MRI发现颈部锁骨上区棕色脂肪可消耗甘油三酯及氧气，造成T2弛豫时间缩短，提示该序列有望用于棕色脂肪成像。定量弛豫测量与人体组织参数相关。有学者[34]通过量化IDEAL-IQ T2*弛豫时间观察胎儿组织参数随胎龄的变化，并深入分析胎儿发育情况，结果显示胎儿肌肉和脾脏T2*值随胎龄增加而降低，可能与肌红蛋白累积、铁浓度增加有关。

4 小结及展望

综上所述，IDEAL-IQ MRI可重复性较高，有助于准确显示脂肪和铁的含量及分布情况，但需关注相关禁忌证及注意事项，如幽闭恐惧症、体内金属置入物等；且该序列对呼吸运动的依赖性较高，不适用于无法配合呼吸者。IDEAL-IQ技术临床应用前景广阔，联合影像组学或深度学习方法可进一步促进其发展及应用。