基于mDixon方法快速量化非酒精性脂肪肝脂肪含量的研究

  本文关键词：基于mDixon方法快速量化非酒精性脂肪肝脂肪含量的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：第一部分多次屏气与呼吸触发‘H磁共振波谱量化肝脏脂肪含量的比较研究目的1、评价多次屏气(breath-hold, BH)1H磁共振波谱(hydrogen 1 magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)与呼吸触发(respiratory-triggered, RT)1H-MRS在肝脏的可重复性。2、评价多次屏气(BH)1H-MRS与呼吸触发(RT)1H-MRS量化肝脏脂肪含量的可行性。3、评价多次屏气(BH)1H-MRS与呼吸触发(RT)1H-MRS对肝脏脂肪含量量化的一致性和相关性。材料与方法1、研究对象本研究共纳入60名受试者,包括30名非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)患者及30名无明显肝脏疾患的患者作为健康对照组,均为2013年2月～2013年12月在广东省第二人民医院行上腹部MR检查的患者。NAFLD的诊断根据中华医学会肝脏病学会脂肪肝和酒精性肝病学组制定的《非酒精性脂肪性肝病诊疗指南(2010年修订版)》的诊断标准。NAFLD患者纳入标准包括以下几条：(1)患者大于16岁；(2)无饮酒史或轻度饮酒史(女性折合乙醇量70g/周,男性140g/周)；(3)除外病毒性肝炎、药物性肝病、全胃肠外营养、肝豆状核变性、自身免疫性肝病等可导致脂肪肝的特定疾病；(4)本次就诊腹部超声或CT提示脂肪肝。健康对照组的纳入标准：(1)既往无肝脏疾病；(2)本次就诊腹部超声或CT提示肝实质回声或密度正常,未见明确病变。排除标准：(1)有MR检查禁忌症的患者(如有幽闭恐惧症、心脏起搏器或金属植入物等患者)或怀孕的患者；(2)排除影响肝脏铁沉积的疾病,如肝血色素沉着症、地中海贫血或有输血史的患者；(3)排除由于呼吸伪影导致出现不能解释的波谱的患者。2、仪器与设备采用飞利浦1.5T双梯度磁共振成像系统(Achieva, Philips)进行数据采集,16通道体部相控阵线圈作为接收线圈。3、1H-MRS采集方法所有受试者的MR检查在上午空腹(禁食8小时)进行。肝脏1H-MRS作为上腹部MR检查的一部分由同一名经培训的磁共振扫描技师进行。所有患者均取仰卧位。由经培训的磁共振扫描技师训练患者配合呼吸。嘱患者平静、规律呼吸,且尽量保持一致。在需要屏气的序列,嘱患者在呼气末屏住呼吸以保持屏气一致。1H-MRS采集在常规检查完成后进行。上腹部MR平扫常规序列包括：三平面定位序列,mDixon序列,T2WI,SPAIR, DWI。为了准确定位,选择mDixon序列横断面容积扫描数据(水相)重建冠、矢状面作为定位图像。用单体素点分辨波谱分析法(point-resolved spectroscopy,PRESS)。感兴趣容积(volume of interest, VOI)大小设定为20mmx20mmx20mm,由同一名经培训的影像科医生放置在肝右后叶上段(库氏肝段Ⅶ), VOI距肝边缘10mm,并小心避开肝内大血管、胆管等结构及邻近组织器官、肝外脂肪等。VOI放置后,行自动优化梯度匀场,获得的水峰的半高全宽10Hz后进行数据采集。未行水抑制。先行RT波谱采集。利用屏幕捕捉功能拷贝放置了VOI的定位图像并传输到后处理工作站,以记录确切的体素的位置,使随后采集的BH波谱VOI的放置与其保持一致。采集参数如下：TR:2000 ms, TE:41ms, NSA:32。随后行多次BH波谱采集。VOI与RT波谱采集的一致。嘱患者呼气末屏住呼吸。总采集时间为80秒,根据患者的屏气能力进行设置多次屏气,一般分4次(段),每段(次)屏气时间为20秒,每段(次)屏气后平静呼吸8-10秒后进入下一次(段)屏气采集。采集参数如下：TR:2000 ms, TE:41ms, NSA: 8。为了评价RT和BH波谱的可重复性,再重复一次RT和BH波谱采集,VOI的大小、放置位置及波谱扫描参数均保持不变。4、1H-MRS数据分析利用Philips工作站自带后处理工作站和软件(spectroView)对采集的波谱数据进行后处理分析拟合出波谱图。分别记录利用多次BH和RT1H-MRS采集得到的波谱曲线中亚甲基峰(1.3ppm)和水峰(4.7ppm)下面积,采用计算公式：LFCMRS=(Alipid/Alipid+Awater)×100%,分别计算脂肪分数。同一种采集方法得到的LFC的最终结果取两次检查的平均值。5、统计学分析采用SPSS 17.0统计学软件进行所有的统计分析。所有结果以均数±标准差表示。RT波谱及多次BH波谱的可重复性采用配对t检验进行分析。RT波谱采集计算得到的LFCMRS-RT和多次BH波谱采集计算得到的LFCMRS-BH用线性回归分析,计算Pearson相关系数。计算两者的Bland-Altman 95%一致性界限和Lin一致性相关系数。当P0.05时,差异具有统计学意义。结果60名受试者中有40名男性和20名女性,平均年龄为42.7岁±14.1(范围为16-77岁),平均体重指数(body mass index,BMI)为25.96 kg/m2±4.54(范围为17.93-38.06 kg/m2)。所有患者都能配合检查,所获得的波谱均能符合分析要求。RT和多次BH前后两次波谱采集得到的LFCMRS无显著性差异(P均0.0001),可重复性良好。RT波谱采集计算得到的LFCMRS-RT平均为(8.6±8.7)%(范围为0.2%-38.5%),多次BH波谱采集计算得到的LFCMRS-BH平均为(9.4±9.3)%(范围为O.1%-35.4%)。LFCMRS-RT和LFCMRS-BH显著相关,Pearson相关系数为0.973(P0.0001)。用Bland-Altman分析,两者亦表现为高度一致,91.7%点都在95%一致性界限内。两者的Lin一致性相关系数为0.951(P0.0001)。结论1、RT和多次BH单体素PRESS波谱采集方法在肝脏的可重复性良好。2、RT和多次BH波谱采集方法均能用于测量NAFLD患者及正常受试者的肝脏脂肪含量,这两种方法的测量结果无显著性差异,两者高度相关且一致性良好。3、在临床应用中,根据患者的配合度和操作者熟练水平可灵活选择波谱采集方法。第二部分基于mDixon方法快速量化非酒精性脂肪肝脂肪含量的研究研究目的1、利用第三方免费图像处理软件Image J (National Institutes of Health, USA)对mDixon方法采集的肝脏图像进行后处理,评价mDixon方法量化NAFLD患者肝脏内脂肪含量的可行性。2、以单体素PRESS呼吸触发(respiratory-triggered, RT)'H-MRS作为参考标准,评价临床上常用的mDixon方法采用Image J软件处理后快速量化NAFLD患者肝脏脂肪含量的准确性。材料与方法1、研究对象本研究总共纳入70名NAFLD患者,为2013年2月-2014年12月在广东省第二人民医院行MR检查的患者。NAFLD的诊断根据中华医学会肝脏病学会脂肪肝和酒精性肝病学组制定的《非酒精性脂肪性肝病诊疗指南(2010年修订版)》的诊断标准。纳入标准包括以下几条：(1)患者大于16岁；(2)无饮酒史或轻度饮酒史(女性折合乙醇量70g/周,男性140g/周)；(3)除外病毒性肝炎、药物性肝病、全胃肠外营养、肝豆状核变性、自身免疫性肝病等可导致脂肪肝的特定疾病；(4)本次就诊腹部超声或CT提示脂肪肝。排除标准：(1)有MR检查禁忌症的患者(如有幽闭恐惧症、心脏起搏器或金属植入物等患者)或怀孕的患者；(2)排除影响肝脏铁沉积的疾病,如肝血色素沉着症、地中海贫血或有输血史的患者；(3)排除由于呼吸伪影导致出现不能解释的波谱的患者。2、仪器设备采用飞利浦1.5T双梯度磁共振成像系统(Achieva, Philips),16通道体部相控阵线圈进行信号接收。3、MR检查方法所有受试者的MR检查在上午空腹(禁食8小时)进行。所有检查均由同一经培训的磁共振扫描技师进行。所有患者均取仰卧位。由经培训的磁共振扫描技师训练患者配合呼吸。嘱患者平静、规律呼吸,且尽量保持一致。在需要屏气的序列,嘱患者在呼气末屏住呼吸以保持屏气一致。三维(three dimensional,3D)扰相梯度回波mDixon序列和1H-MRS均在同一个检查中进行。先行全肝mDixon序列容积扫描。通过使用三平面定位图像,设置mDixon序列扫描范围包括整个肝脏。扫描参数如下：TR:5.6 ms,TE1: 1.80 ms,TE2:4.0 ms,翻转角度：15°,矩阵：256×160-256,矩形FOV.根据患者体型进行调整,层厚：6mm,层间距：-3mm。mDixon序列采集在一个屏气相内完成(屏气时间为13.8-17.7s),实时创建出四组图像：水相(water-only,W)、正相位(in phase, IP)、反相位(out phase, OP)、脂相图(fat-only, F)。1H-MRS采集：为了准确定位,选择mDixon序列横断面容积扫描数据(水相)重建冠、矢状面作为定位图像。采集单体素MRS数据,用点分辨波谱分析法(point-resolved spectroscopy, PRESS),采用呼吸触发采集技术,采集参数如下：TR:2000 ms, TE:41ms, NSA:32,感兴趣容积(volume of interest, VOI)大小为20mmx20mmx20mm,由同一名经培训的影像科医生放置在肝右后叶上段(库氏肝段Ⅶ),距肝边缘10mm,并小心避开肝内大血管、胆管等结构及邻近组织器官、肝外脂肪等。利用屏幕捕捉功能拷贝放置了VOI的定位图像并传输到后处理工作站,以记录确切的体素的位置,使后一阶段能在mDixon图像上进行匹配分析。VOI放置后,行自动优化梯度匀场,获得的水峰的半高全宽(full width half max, FWHM)10Hz时进行波谱采集。采集过程中未行水抑制。4、MR图像处理方法(1)采用第三方免费图像处理软件Image J (National Institutes of Health, USA)进行图像后处理,测量肝脏内脂肪含量。分别将mDixon水相及脂相原始图像拷贝至Image J处理软件,经‘'Image-to-stack'’处理后进行分别命名存储(如水相图为W,脂相图为F),用“Image calculator"功能键将水相图和脂相图相叠加得到水脂图(W+F),然后用"Image calculator"功能键将脂图(F)除以水脂图(W+F)得到脂肪分数(fat fraction, FF)图(FF=F/W+F)。在工具栏内选择“区域选择工具”放置在肝脏任一区域,点击工具栏的"measure"键,即可得到该区域由软件自动计算得出的脂肪含量。为更精确地与1H-MRS的测量数据相对比,选择大小为20mm×20mm的矩形(与波谱VOI相匹配)放置在1H-MRS VOI的同一位置(对比拷贝的波谱定位图像),在连续三个层面上进行肝脏脂肪含量(LFCmDixon)测量,取三次测量的平均值作为最终的肝脏脂肪含量(LFCmDixon)。(2)1H-MRS数据分析：利用Philips工作站自带后处理工作站和软件(spectroView)对采集的波谱数据进行分析拟合出波谱图。记录4.7ppm处水峰和1.3ppm处亚甲基峰的峰下面积。用1H-MRS测得的肝脏脂肪含量(以百分比表示)计算公式如下：LFCMRS=(Alipid/Alipid+Awater)×100%。5、统计学分析采用SPSS 17.0统计学软件进行统计分析。计量资料结果以均数±标准差表不。mDixon图像经Image J处理测量得到的LFCmDixon与1H-MRS测量得到的LFCMRS的一致性分三个步骤评价。首先,画一个散点图,并行线性回归来评价LFCmDixon和LFCMRS的关系,计算Pearson相关系数。其次,用Bland-Altman方法估计两者的一致性,把LFCmDixon和LFCMRS两者的差异标记在它们均数相对的位置,计算95%的一致性界限。第三,计算Lin一致性相关系数。当P0.05时,差异具有统计学意义。结果70名NAFLD患者有40名男性,30名女性,总的平均年龄为(42.7±15.4)岁(年龄范围为18-81岁)。平均体重指数(body mass index, BMI)为(28.73±4.74) kg/m2 (19.10-55.36 kg/m2)。1H-MRS扫描时间平均为3分25秒,mDixon扫描时间平均为15.9秒。在Image J软件处理mDixon图像得到的脂肪含量图(伪彩图)上,根据脂肪含量的不同,组织器官表现为不同的颜色(深蓝-红色)。随脂肪含量不同,肝脏呈不同程度的蓝色-黄绿色。采用Image J软件在脂肪含量图测量得到的LFCmDixon平均为(16.9±8.7)%(范围为6.6%-37.0%)。用1H-MRS测量得到的LFCMRS平均为(16.0±8.8)%,(范围为5.7%-41.4%),所有患者的肝脏脂肪含量均5.56%,符合脂肪肝的波谱诊断标准。LFCmDixon和LFCMRS高度相关,Pearson相关系数为0.920(P0.0001)。用Bland-Altman方法,95.8%数据点都在95%一致性范围内。Lin一致性相关系数为0.968(P0.0001)。结论1、采用Image J软件对mDixon方法图像进行后处理可快速、方便地测量的肝脏脂肪含量,不需任何的人工运算。2、采用Image J软件对mDixon方法图像处理测量得到的肝脏脂肪含量与1H-MRS的测量结果有良好相关性并且高度一致性。3、mDixon序列的易获得性和极短的扫描时间,Image J软件操作简单、快捷,在临床研究中有可能取代1H-MRS快速量化肝脏脂肪含量。4、该方法是否适用于肝硬化及铁沉积患者,有待进一步研究。

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