多回波Dixon 技术在非酒精性脂肪肝中脂肪定量及铁沉积的应用进展

杨莹 李洁 周静 丁建平

非酒精性脂肪性肝病 （nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD）是一种与胰岛素抵抗和遗传易感密切相关的代谢应激性肝损伤， 病理学诊断标准为光镜下5%以上的肝细胞有脂肪变。 NAFLD 中的铁沉积主要是由于肝细胞和Kupffer 细胞中铁的迁移被抑制， 从而增加氧化应激并改变胰岛素信号传导和脂质代谢促使疾病的进展[1-2]。 由于肝穿刺组织学检查是一种有创性检查， 大部分NAFLD 病人较难接受。 目前诊断脂肪肝的影像技术主要有B 超、CT 和MRI，与B 超和CT 相比，MRI 具有无创性、高敏感性等优势，可连续监测病情的发展，适合测定肝脏脂肪及铁含量， 尤其适用于NAFLD 病人检查评估及临床追踪的纵向研究。 1984 年，Dixon[3]首次报道了关于水和脂肪分离的简单光谱学成像的技术， 提出其可用于脂肪含量的测定。 随着技术改进， 已有多项研究提示由多回波Dixon 序列测得的质子密度脂肪分数 （proton density fat fraction，PDFF） 、T2* 值与肝细胞组织活检测定的脂肪含量及铁沉积量具有很好的相关性[4-5]。

1 技术原理

基于MRI 的水脂分离技术 （即Dixon 技术）能够测量脂肪分数， 该技术采用改进的自旋回波脉冲序列能够获取2 种单独的图像。 一种是传统的自旋回波图像，其中水和脂肪信号是同相的；另一种是在梯度偏移的情况下获得， 水和脂肪信号是反相的。这2 种图像可以生成纯水图像和仅脂肪图像， 能够基于图像对水和脂肪定量测量。 然而， 脂肪信号受很多因素影响，不能可靠地被评估，其中T2偏倚是常见的混杂因素。Yu 等[6]初步研究证明，用T2*校正和复杂拟合方法精确分离水和脂肪需要至少6 个回波，通过6 个回波的采集，运用7 峰值模型，并结合T2*校正能得到脂肪分数图和R2*弛豫图。该技术克服了传统MRI 对磁场均匀性敏感性高、易受呼吸运动伪影影响等缺陷，去除了很多混杂效应，如T2* 效应的干扰、 涡流效应等因素， 并采用脂肪多谱峰模型，可在一次屏气期间采集全肝数据，大大缩短了扫描时间。 由多回波Dixon 技术得到的脂肪分数图可直接测得基于MRI 的PDFF（MRI-PDFF），作为脂肪变性的评价指标。

MR 信号衰减的速率受组织中铁含量的影响，铁含量越多则信号衰减越快。NAFLD 病人中肝脏内过多的铁沉积可增加氧化应激并影响胰岛素信号传导和脂质代谢。 通过多回波Dixon 方法计算PDFF时，能够同时获取T2* 并予校正，通常由R2* 弛豫图中测得的T2*（T2*=1/R2*）值表示肝脏铁含量，T2* 与铁含量成反比，即肝脏铁含量较高时则T2* 值越低，也可通过公式计算得出肝铁含量（单位mg/g）[7-10]。T2* 校正的多回波Dixon 技术不仅可量化肝脏脂肪含量，还可对脂肪变严重程度分级，以及肝脏铁沉积的检测， 是目前较理想的无创性评估肝脏脂肪及铁沉积的定量技术[11-12]。

2 研究进展

2.1 肝脏脂肪定量 有研究[13-14]将多回波Dixon 技术测得的MRI-PDFF 与组织病理学脂肪含量进行相关性分析， 并证实了其在脂肪肝分级诊断中的价值。 组织学上评价肝脏脂肪变性程度是根据脂肪变肝细胞所占比例分为0 级（<5%）、1 级（5%～33%）、2 级（33%～66%）、3 级（＞66%）[15]。 多项研究[16-17]将MRI-PDFF ≥5%作为脂肪肝的影像诊断标准。Bannas 等[4]对13 个体外人体肝脏的117 个肝段进行研究，发现MRI-PDFF 在观察者内部及不同观察者之间具有很高的一致性和可重复性， 其与三酰甘油提纯浓度及病理组织学表现也存在显著相关性，证明MRI-PDFF 可准确量化人体肝脏脂肪。 Tang等[18]对77 例NAFLD 病人进行前瞻性研究，组织病理学与MRI-PDFF 的相关性分析结果显示，MRIPDFF 区分0 级与1 级、1 级与2 级、2 级与3 级脂肪肝的最佳截断值分别为6.4%、17.4%、22.1%。Middleton 等[19]同样以组织病理学作为参考标准，对110 例NAFLD 儿童进行MRI 检查，得出MRI-PDFF区分1 级与2 级、2 级与3 级肝脏脂肪变性的临界值分别为17.5%、23.3%。 Serai 等[20]研究显示MRIPDFF 在不同成像设备和不同场强间有很高的可重复性。 NAFLD 早期可逆且预后良好，若未及时加以干预， 仍可进展为肝纤维化，MRI-PDFF 可以早期提示NAFLD 病人的病情严重程度。 一项对无纤维化NAFLD 病人的随访研究[12]发现，与肝脏脂肪含量较低组病人相比，肝脏脂肪含量较高组病人（MRI-PDFF≥15.7%）的纤维化进展更高（38.1%和11.8%）。

欧洲肝脏研究协会已将MRI-PDFF 作为一种可诊断肝脏脂肪变性的无创性参考指标纳入NAFLD 的指南中[21]。 肝脏内脂肪沉积并不均匀，目前尚未建立MRI-PDFF 兴趣区（ROI）选取的测量标准化方法。有研究[22]显示在每个肝段、肝叶和整个肝脏的检测结果均具有较好的准确性， 测量结果的变异度很小；但也有研究者[23]发现在同一组病人中，ROI 的2 种取样方法（仅右叶、同时在2 个肝叶）所得出的MRI-PDFF 值差异有统计学意义。Kang 等[24]发现，与肝左叶相比，肝右叶的MRI-PDFF 与肝脏脂肪变病理分级的相关系数更高（肝右叶，σ=0.811，P<0.001；肝左叶，σ=0.805, P<0.001），且在肝脏Ⅰ~Ⅷ段中，肝Ⅵ段的平均MRI-PDFF 最高，且变异率最低，MRI-PDFF 范围最小。针对代谢综合征人群的研究[25]发现肝脏脂肪优先沉积于右叶，认为肝右叶对于评估病情程度更有优势。 Campo 等[26]研究对比了ROI 的不同大小（最小为0.785 cm2，最大为整个肝脏）、位置（左叶和右叶;前、后和外侧段;Couinaud段;整肝）、数量（1~9 个ROI）对测量结果的影响，发现在每个Couinaud 段中放置1 个大的ROI 是最好的方法，其测量可重复性最高。由此可见，MRI-PDFF相对于组织学检查可以更方便、更全面地反映肝脏不同部位的脂肪含量。

2.2 肝脏铁负荷定量 随着铁在肝脏疾病发病机理的明确，采用MRI 对肝脏铁含量检测评估也越来越多。 过去通常认为肝脏铁超负荷与遗传性疾病如遗传性血色病或反复输血有关， 然而现在越来越多的发现提示肝脏铁沉积水平的升高还与代谢疾病相关， 被称为代谢紊乱性铁过载综合征（dysmetabolic iron overload syndrome,DIOS）[27]。 George 等[28]首次报道47 例非酒精性脂肪性肝炎 （nonalcoholic steatohepatitis，NASH）的病人中有11 例（约23%）存在肝铁过载， 并且这种过载被证明与疾病的严重程度有关。 有文献[29]报道血清铁蛋白与MR 测定的肝铁水平密切相关。病理学一般采用半定量的Perls 染色法将铁沉积分为5 级。早期研究[30]表明，肝内铁沉积具有斑块性，且在肝穿刺活检中取样结果多变，相对于肝穿刺活检，MRI 在评估肝铁沉积方面显示出优越性。有研究[31]发现成年NAFLD 病人左肝与右肝之间的T2* 值差异有统计学意义（P<0.001），但在青少年中并未观察到此现象， 推测原因是肝铁积累的时间跨度较长。有研究者[32]指出，在同时存在脂肪及铁沉积时，如果使用T2* 校正，铁过载不会对脂肪含量的结果产生影响， 但是这项研究中没有R2* 过高的病人。 Franca 等[33]利用多回波Dixon 技术对109 例肝脏疾病（包括NAFLD）病人进行脂肪及铁定量发现，当R2* 测量值高于487 s-1时，脂肪含量的测量结果会受影响；反之，代表铁含量的R2* 值与组织学铁水平呈正相关，不受脂肪变性、炎症或纤维化的影响。

Kim 等[11]对10 例NASH 病人、12 例单纯性脂肪肝（simple steatosis，SS）病人以及10 名健康对照者进行3 T 多回波Dixon MR 扫描（飞利浦），发现3 组间的平均T2* 值分别为 （15.49±2.87） ms、（20.96±4.28） ms、（45.42±7.19） ms，NASH 组的平均T2* 值明显短于SS 组（P=0.008），以17.95 ms 为T2* 值临界值，受试者操作特征（ROC）曲线下面积为0.908，其诊断敏感度为0.833，特异度为0.800，证实肝铁含量在一定程度上有助于区分SS 及NASH。Zhan 等[34]指出3 T 多回波Dixon 技术 （西门子） 检测铁过载R2*最佳临界值为60.5 s-1（即T2*=16.53 ms），敏感度为0.88， 特异度为0.83。 此技术作为重要的辅助手段， 联合生化学应用于NAFLD 的研究已取得较多成果， 使得肝脏铁沉积成为NAFLD 治疗过程中一项重要的监测指标。 需要注意的是， 有研究指出3家不同供应商（飞利浦、西门子、GE）的设备利用多回波Dixon 方法测得的PDFF 之间具有较好的一致性，但T2* 值却变化很大，这表明采用不同供应商的设备测得的PDFF 值间可以相互比较， 但T2* 值不可以直接进行比较[35]。

3 与其他无创技术的比较

3.1 超声 超声检查只能对肝脏脂肪含量进行评估，根据肝内回声的增强或衰减诊断脂肪肝，是目前初步筛选NAFLD 的首选方法。 由于超声对轻度脂肪肝不敏感、诊断假阴性率较高，难以鉴别肝纤维化和肝脂肪变， 因此通常不推荐采用常规超声检查对早期脂肪肝（尤其是轻度脂肪肝）进行诊断和严重程度分级[36]。 超声瞬时弹性成像弥补了常规超声不能定量诊断及评估肝纤维化的不足， 但其易受操作者的水平和NAFLD 病人皮下脂肪厚度等因素影响[37]，使得诊断准确率下降。有研究[38]表明在对NAFLD 病人肝脏脂肪含量的无创评估上， 基于MRI 获得的PDFF 与基于瞬时弹性成像记录仪获得的受控衰减参数比较，前者有更高的诊断性能，是一项较为客观的定量指标。

3.2 CT CT 同样只能对肝脏脂肪含量进行评估，传统螺旋CT 最常使用的是肝/脾CT 值比值法[39]，即选取同层面（避开血管、病变等）相同面积ROI 的肝、脾CT 值，取肝CT 值/脾CT 值的比值。 比值为0.7～1.0 者，诊断为轻度脂肪肝；0.5～0.7 者，诊断为中度脂肪肝；<0.5 者，诊断为重度脂肪肝。 但是，脾受血供、 铁沉积等因素影响， 其CT 值个体差异较大，该方法已经不能满足NAFLD 的诊断需求。 宝石能谱CT 是近年新应用于NAFLD 定量诊断的技术，采用单个球管， 在1 个旋转周期内进行X 线高低2种能量的高速瞬时切换，即可获得物质分离图像、单能量图像、能谱曲线、有效原子序数等多参数成像信息。由于大部分研究局限在体外及动物模型的研究，大样本人体肝脏的研究较少， 其准确度还有待进一步研究和临床验证[40]。

3.3 其他MRI 技术

3.3.1 同反相位成像 同反相位成像是利用水和脂肪的化学位移效应， 当脂肪分子内的氢质子与水分子内的氢质子的磁化矢量一致时获得同相位（in phase,IP）； 当两者磁化矢量相反时获得反相位（out phase,OP）。通过观察兴趣部位IP 及OP 上信号的变化，可推测出该组织中是否含有脂肪成分[41]。这项技术具有很高的敏感度和特异度， 在检测轻度脂肪变中有一定的优越性。 但这项技术无法确定组织中占主导地位的是脂肪还是水，对于含有30%和70%脂肪的组织，OP 和IP 图像的信号强度几乎相同，无法准确评估脂肪含量较高时的脂肪分数[42]。

3.3.2 MRS 用于肝脏脂肪及铁含量研究较多的MR 技术还有磁共振波谱成像（MRS）。 MRS 能检测活体组织内化学物质的含量，其通过测量NAFLD 病人肝脏水脂峰值及峰下面积的比值来反映脂肪的相对含量。MRI 与MRS 对于肝脏脂肪含量的测量具有良好的相关性（r=0.987）和一致性（ICC=0.982）[31]。Di Martino 等[43]研究发现相对于MRS，MRI 在中重度脂肪肝中会低估肝脏脂肪含量。但是MRS 的采集依赖于扫描者的经验，在扫描前需根据经验放置ROI，只能对该ROI 内的成分进行测量，且其取样体积较小，抽样误差大，不能覆盖整个肝脏。 从理论上讲，肝脏铁含量也可以通过基于MRS序列获得的水的横向弛豫值（R2water）进行计算。 有研究[34]发现从多回波Dixon 得到的R2* 值与从MRS 序列获得的R2water值在评价包括NAFLD 的一些肝脏疾病病人的铁超负荷方面同样具有很高的准确性。 但是目前关于这2 项技术在反映铁沉积方面的一致性的报道较少，有待更大样本的研究。

4 小结

肝脏活检虽然是定量肝脏脂肪变及铁沉积程度的金标准， 但由于其有创性且存在抽样误差而成为NAFLD 病人纵向随访的次选方法。 多回波Dixon 技术扫描时间短，后处理操作较简单，基于此项技术得到的MRI-PDFF 可重复性好，且可实现脂肪的精确定量，适合对病情长期随访，但目前尚缺乏统一的标准值或范围来界定脂肪肝程度及确定临床治疗终点，同时该技术也存在着检查成本较高这一局限性。今后随着相关研究的不断深入、 扫描参数的不断改进和完善， 在未来的研究中可联合T2* 及相关实验室指标辅助阐述肝铁水平与NAFLD 肝损伤的关系，MRI 将会在一定程度上取代肝穿刺活检， 避免并发症，减轻NAFLD 病人的负担，更好地指导临床对疾病的监测、疗效评价及预后评估。