2型糖尿病患者器官脂肪沉积的磁共振定量研究

冯英连 FENG Yinglian

董冰清 DONG Bingqing

王远成 WANG Yuancheng

张世军 ZHANG Shijun

陈圣妮 CHEN Shengni

居胜红 JU Shenghong

2型糖尿病患者器官脂肪沉积的磁共振定量研究

冯英连 FENG Yinglian

董冰清 DONG Bingqing

王远成 WANG Yuancheng

张世军 ZHANG Shijun

陈圣妮 CHEN Shengni

居胜红 JU Shenghong

目的 脂毒性在糖尿病及其相关并发症的发展进程中起到至关重要的作用，然而器官脂肪定量的“金标准”为活检及组织化学染色，其均为有创操作并有其自限性，故本研究应用MR 3点式T2*校正Dixon技术进行体内器官脂肪沉积的无创性定量，并比较糖尿病患者和正常志愿者腹部器官脂肪沉积的差异。资料与方法 本研究共招募65例临床诊断为2 型糖尿病患者和34例正常受试者。每位受试者均接受3.0 T MR腹部轴位常规平扫及T2*校正的3点式Dixon序列扫描。比较两组受试者的肝脏、脾脏和胰腺的脂肪分数，分析受试者各器官脂肪沉积与体重指数、年龄等的相关性。结果 2型糖尿病组的肝脏和脾脏脂肪分数分别为（5.4±4.3）%、（3.7±1.4）%，明显高于正常组[（2.9±1.3）%、（3.0±0.9）%]，差异有统计学意义（P＜0.05）。2型糖尿病组的胰腺脂肪分数与正常组差异无统计学意义（P＞0.05）。99例受试者的肝脏、脾脏和胰腺的脂肪分数与BMI相关（r=0.379、0.305、0.306，P＜0.05），仅胰腺脂肪分数与年龄存在相关性（r=0.261，P＜0.05）。结论 无创性MR T2*校正的3点式Dixon技术能够发现糖尿病患者的肝脏及脾脏的异常脂肪沉积，有助于腹部器官脂质沉积的评估。

糖尿病，2型；脂质贮积病；磁共振成像

2型糖尿病是最常见的糖尿病类型[1-2]。研究表明，非脂肪组织的异常脂质沉积可导致器官功能损伤，如肝脏脂肪性肝炎和肝硬化[3-5]，胰腺β细胞功能障碍[6]以及肾脏功能损伤[7]等，这一病理过程称为脂毒性。脂毒性主要促进胰岛素抵抗、活性氧基团和内质网应激的产生、信号通路的改变以及促炎、促纤维化因子的释放，上述因素在糖尿病的发展进程中起到至关重要的作用[3,8]。

MR 3点 式T2*校 正Dixon（three-point Dixon，3p-Dixon）又称为MR容积内插呼吸（volume-interpolated breathhold examination，VIBE）检查序列，能够对T2*衰减进行体素校正，因此可以更精确地进行器官内的脂肪定量[7,9]。此外，磁共振波谱成像（MRS）可以精确地应用于肝脏脂肪定量，其结果与组织学结果具有显著相关性，已作为“金标准”取代活检，但MRS不适用于小器官的脂肪定量，而3p-Dixon已经证实为用于定量内脏器官脂质沉积的有效方法，尤其是小器官[10-13]。目前缺少应用3p-Dixon进行腹部器官脂肪定量的系统性研究。因此，本研究拟应用3p-Dixon探索T2DM患者内脏器官的异常脂肪沉积，以寻找临床内脏器官的脂肪定量及疾病后期随访干预的无创性影像标志物。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2016年4—10月东南大学附属中大医院共招募99例受试者，其中65例临床诊断为2型糖尿病，男42例，女23例；年龄45～80岁，平均（60.3±9.2）岁。34例正常受试者，男14例，女20例；年龄45～79 岁，平均（58.9±7.1）岁。临床和实验室检查包括年龄、性别、体重指数（BMI）、糖尿病患病时间以及成像4周以内的空腹血糖和肌酐。2型糖尿病组BMI和空腹血糖高于正常组（P＜0.01），正常组的肌酐值稍低于糖尿病组（P＜0.05）。两组年龄、性别差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 糖尿病组和正常组受试者的相关临床指标比较（x±s）

1.2 仪器与方法 采用3.0T MR仪行腹部轴位扫描（Magnetom Verio；Siemens，Erlangen，Germany），检查序列包括T1WI、T2WI、T2压脂和3p-Dixon。3p-Dixon扫描参数：TR 9.25 ms，TE 2.45、3.67、7.35 ms，翻转角度9°，层厚 5 mm，矩阵256×176，激励次数1，视野400 mm×400 mm，带宽270 kHz。受试者取仰卧位，T1WI和3点式 Dixon序列各需屏气17 s和21 s（受试者于检查前接受呼吸训练）。3p-Dixon序列扫描后即可得到7 组衍生图像，主要包括同相位、反相位、脂肪相、水相和脂肪分数（fat fraction，FF）图等。

1.3 图像分析 由2名放射科住院医师在Dixon的FF图上独立画取感兴趣区（ROI），包括肝脏（选取5层较大肝层面，于肝右叶且尽量避开肝脏脉管组织结构画取类圆形ROI）、脾脏（于脾脏实质选择3层较大脾脏层面画取类圆形ROI）、胰腺（分别于胰头、胰体、胰尾画取ROI），见图1。分别计算肝脏、脾脏及胰腺平均FF，FF=Ifat/（Ifat+Iwater）×100%。其中Ifat为图像脂肪的信号值，Iwater为图像水的信号值。2名放射科医师测得的结果分别记录为肝脏、脾脏及胰腺FF与肝脏、脾脏及胰腺FF1。

图1 男，55岁，T2DM。肝脏及脾脏测量层面的FF图（A）及FF彩图（a）显示，肝脏FF=2.5%（箭），脾脏FF=2.8%（箭头）；胰头层面的FF图（B）及FF彩图（b）显示，胰头FF=4.4%；胰体尾部的FF图（C）及FF彩图（c）显示，胰体FF=5.6%（箭头），胰尾FF=3.9%（箭）

1.4 统计学方法 采用SPSS 19.0软件。测量数据均以x±s表示。应用独立样本t检验比较正常组和糖尿病组的量化指标，并以Pearson检验分析各个器官FF与BMI、年龄之间的相关性，应用协方差分析校正2 型糖尿病组和正常组FF与BMI 的关系，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3p-Dixon器官FF结果 2名放射科住院医师所测得的肝脏、脾脏及胰腺FF具有显著相关性（r=0.776、0.821、0.800，P＜0.05，图2）。2型糖尿病组的肝脏和脾脏FF明显高于正常组（P＜0.05）。2型糖尿病的胰腺FF与正常组差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 糖尿病组和正常组的腹部器官FF的对比（x±s，%）

图2 2名观察者所测得的肝脏、脾脏及胰腺FF的线性回归分析。A.肝脏FF与肝脏FF1；B.脾脏FF与脾脏FF1；C.胰腺FF与胰腺FF1

2.2 各器官FF与年龄、BMI的相关性 本研究99例受试者的肝脏、脾脏和胰腺的FF与BMI均呈显著相关性（r=0.379、0.305、0.306，P＜0.05）。仅胰腺FF与年龄存在相关性（r=0.261，P＜0.05），肝脏、脾脏FF与年龄无相关性（P＞0.05），见图3。

图3 99例受试者的肝脏、脾脏和胰腺FF与BMI及胰腺FF与年龄关系的线性回归分析。A.肝脏FF与BMI；B.脾脏FF与BMI；C.胰腺FF与BMI；D.胰腺FF与年龄

本研究应用协方差分析校正2型糖尿病组和正常组的BMI不匹配性，结果证明2型糖尿病组的肝脏、脾脏FF的增高独立于BMI因素（P＜0.05）。

3 讨论

近年来，脂肪的异位沉积对2型糖尿病的发病及并发症的作用受到广泛关注。由于细胞脂质对于细胞膜及膜细胞器的合成必不可少，并且还参与信号转导级联反应，进而直接影响细胞的功能，故脂质的吸收、合成、代谢及处理均被机体严格控制[14]。正常情况下，多余的能量以三酰甘油的形式储存于脂肪组织内，但如果达到脂肪组织存储的极限时，脂质将会发生异位沉积，从而非脂肪器官脂肪沉积增加，包括肝脏、脾脏、胰腺等。

临床上，病理活检和组织化学染色方法是评估内脏器官脂质定量的“金标准”，然而这些方法不仅有创及伴有后续并发症的风险，而且活检价格昂贵，因此不适于临床广泛使用。磁共振是一种安全、准确、可重复操作的脂肪定量的无创性工具。目前，由于脂肪定量的磁共振技术包括基于化学位移的方法，主要包括1H-MRS和同反相位序列，以及基于水脂分离的Dixon序列，包括2点式Dixon和3点式Dixon等。3p-Dixon是一种利用水、脂的共振频率的固有差异（约3.4 ppm）来分离脂肪和水信号的方法[1]，与2点式Dixon相比，它是一种更精确的脂肪定量方法，因为它允许体素内T2*衰变的校正[7,9,13]。此外3p-Dixon技术可能更适用于临床上进行腹部器官脂肪定量，因为脾脏或胰腺体积相对较小，不适用于MRS所使用的最小取样体积[9-13]。本研究2名放射科医师独立所测得的FF具有显著相关性，进一步证明了3p-Dixon对于评估腹部器官脂肪沉积的可重复性。

本研究显示2型糖尿病组的肝脏、脾脏FF明显高于正常组，且肝脏更为显著，该结果与之前的文献报道基本一致，进一步验证了磁共振3p-Dixon对于腹部器官脂肪定量的适用性[4-5,11]。本研究发现肝脏、脾脏及胰腺的FF与BMI均呈正相关，这与之前文献报道基本一致[13]。在肥胖的发展过程中，当过多的三酰甘油超过了脂肪组织所能存储的极限时，其发生异位脂肪沉积的概率会增加。在非脂肪组织器官中，由于细胞内存在过量的不饱和游离脂肪酸以及有毒衍生物如二酰基甘油和神经酰胺的累积，将会促进细胞功能障碍和损坏，进而影响器官功能，其中最常见的是引起非酒精性脂肪性肝病[3]。然而2型糖尿病组的胰腺FF与正常组差异无统计学意义（P＞0.05），目前对于胰腺脂肪沉积与胰腺功能不全和胰岛素抵抗的关系仍有争议。Patel等[15]研究发现非酒精性脂肪肝患者的胰腺脂肪含量高于对照组，而且肝脏和胰腺脂肪沉积与胰岛素抵抗有关。另有研究表明初诊2型糖尿病患者的胰腺脂肪含量与正常组差异有统计学意义[6]。对于影响两组之间胰腺FF的因素，最主要的是样本量的大小，这个因素未来有可能通过增加研究的样本量得以解决。脾脏是易被忽视的器官，尽管其与肝脏密切相关。Tarantino等[16]认为非酒精性脂肪肝与脾脏体积增大密切相关，本研究发现2型糖尿病患者脾脏FF高于正常组，未来研究将会继续关注脾脏的异常脂肪沉积与体积改变的信息。

本研究的局限性：①样本量相对较少；②3p-Dixon序列需要患者屏气约21 s，这限制了该序列在临床上适用性；③3p-Dixon所得的器官FF会受到诸多因素的影响，如场强不均匀/呼吸运动等。

总之，本研究应用无创性磁共振3p-Dixon技术发现了糖尿病患者的肝脏和脾脏的异常脂肪沉积，3p-Dixon序列有潜力成为定量器官脂肪沉积有效的影像学方法，这对于早期发现器官脂肪变性、评估器官脂肪变性严重程度及后期随访具有一定的临床意义。参考文献

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（本文编辑 周立波）

Quantification of Organ Fat Deposits in Patients with Type 2 Diabetes Mellitus by Magnetic Resonance Imaging

Purpose Lipotoxicity plays an important role in the progression of diabetes and its complications, and the gold standards for organs' lipid quantification are biopsy or histochemical staining, which are invasive and have their own limitations. Thus, our research was to identify the difference in organ lipid deposition between type 2 diabetic patients and healthy volunteers by using noninvasive three-point T2* corrected Dixon imaging. Materials and Methods Sixty-five type 2 diabetic patients and 34 healthy volunteers were included in this study. All participants underwent three-echo Dixon with 3.0T MR imager. Dixon imaging parameters [hepatic fat fraction (HFF), splenic fat fraction (SFF), pancreatic fat fraction (PFF)] were collected. All of the MRI parameters were compared. The relationship between HFF, SFF, PFF and BMI, age were analyzed. Results The hepatic and splenic lipid percentage in diabetic group [HFF=(5.4±4.3)%; SFF=(3.7±1.4)%] was significantly higher than healthy volunteers group [HFF=(2.9±1.3)%; SFF=(3.0±0.9)%; P＜0.05, respectively]. However, there was no significant difference in pancreatic fat fraction between diabetic and healthy groups (P＞0.05). There were positive correlations between HFF, SFF, PFF and BMI (r=0.379, 0.305 and 0.306, P＜0.05). Moreover, only the positive correlation between pancreatic fat fraction and age were observed (r=0.261, P＜0.05). Conclusion The three-point T2* corrected Dixon revealed the abnormalities of hepar and spleen lipid accumulation in diabetic patients. Thus, the three-point Dixon imaging may potentially aid in evaluating the lipid deposition of abdominal organs.

Diabetes mellitus, Type 2; Lipidoses; Magnetic resonance imaging

R445.2；R589

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.07.007

东南大学医学院 江苏南京 210009

居胜红

School of Medicine, Southeast University, Nanjing 210009, China

Address Correspondence to: JU Shenghong E-mail: jsh0836@126.com

2017-01-16

2017-03-12

中国医学影像学杂志

2017年 第25卷 第7期：509-512

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (7): 509-512