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磁共振脂肪定量技術精確測量2型糖尿病患者器官脂肪沉積

來源 : 中國醫療設備雜誌2020年第2期
update : 2020/05/11

引言
隨著人民生活方式和飲食結構的不斷改變,長期高脂飲食等不健康生活方式導致人體內脂質物質積累過多,超出了脂肪組織的承載能力就會發生脂類物質的異位沉積,其中肝臟、胰腺是脂類物質異位沉積的重要器官 [1]。研究表明,異位沉積在肝臟中的脂質會產生大量的脂毒性物質,胰腺的脂肪沉積可以引起胰腺的組織形態改變及胰腺內外分泌功能異常,導致胰島素抵抗和體內血糖的升高 [1-8]。肥胖、高脂飲食及糖尿病等因素容易誘導非酒精性脂肪性肝(Non-Alcoholic Fatty Liver DiseaseNAFLD)和 2 型糖尿病的發生 [9]McGarry 曾提出了“糖尿病是糖脂病”[10],讓更多人們認識到,異位元脂肪沉積與肥胖及相關代謝綜合症、2 型糖尿病之間存在著密切的關係。

隨著技術的發展,磁共振作為一種能夠獲得組織內水分子和脂肪分子信號的影像學方法,可以通過不同的序列實現對組織脂肪含量進行更為直觀、準確的定量,被廣泛應用於臨床研究中。本文以磁共振脂肪定量技術精確測量2 型糖尿病患者器官脂肪沉積為例,探討其對 2 型糖尿病研究的價值。

1 傳統肝臟脂肪定量檢測技術
由於肝穿刺活檢技術具有創傷性、病人依從性差(不易為病人接受,尤其是無症狀的脂肪肝者)、存在標本取樣誤差(例如非均質性脂肪肝可能會受到取材部位的限制而造成診斷誤差)的特點,不能反映肝內脂肪浸潤全貌,導致肝穿刺活檢不是對脂肪肝進行早期診斷、定量評估和監控的理想方法 [11-12]

當前臨床常用的無創性肝臟相對脂肪定量評估的影像學方法有超聲、電腦斷層掃描(Computed TomographyCT)等技術。超聲影像學檢查依賴操作者的經驗、視野較小、具有一定的主觀性,易受到個體差異的影響,對輕中度脂肪肝的診斷敏感度較差,無法對內臟脂肪進行準確的定量 [13-14]。而相對於超聲檢查,CT 脂肪定量技術、準確率高、不存在人為誤差以及對於中度和重度脂肪肝的診斷具有較高的特異度,但由CT對輕度脂肪肝的診斷敏感度較低,具有輻射傷害,不適合縱向隨訪。另外,肝內鐵、銅沉積會影響 CT 值,從而導致脂肪定量的不準確,也不適用於精確定量脂肪 [14-15]

2 磁共振脂肪定量技術
磁共振成像因軟組織解析度高及無創、無輻射等特點,作為一種能夠獲得組織內水分子和脂肪分子信號的影像學方法,可以通過不同的序列實現對組織脂肪以及鐵含量一些特性進行更為直觀、準確的定量,對脂肪定量的靈敏度和準確性較高,被認為是非侵入性、量化分析肝臟、胰腺脂肪含量的最佳檢查方法。臨床上可用的與磁共振相關的脂肪技術有 :短時反轉恢復成像(Short T1 Inversion Recovery ImagingSTIRI)、頻率選擇脂肪抑制成像(Fat Suppress ImagingFSI)、基於化學位移的水脂分離(Dixon)技術及磁共振波譜技術(Magnetic Resonance SpectroscopyMRS),其中 STIRI FSI 技術無法進行脂肪的定量 [16]目前,常用的磁共振測量的方法有磁共振波譜技術以及基於化學位移的 Dixon 技術。

2.1 磁共振波譜技術
磁共振波譜技術是一種無創檢測活體組織內化學成分的技術,活體 1H-MRS 檢測中,信號最強的是水和脂肪,波譜 1.25 ppm 位置波峰下面積隨脂肪堆積程度的增高而明顯增加,脂肪峰相對于水峰的大小逐漸增加,測量此處脂肪峰面積可以反映肝脂肪變性程度。目前,臨床比較常用的 MRS技術使用了短 TE STEAM 激勵回波序列,多回波的採集方式,在後處理過程中考慮到 T2 衰減對結果的影響,使得波譜信號中水脂分離更為清晰,在分別計算出水脂比例的同時能夠利用多回波的信號擬合出 T2 以及 R2 值,T2 R2能夠反映出被掃描區域的鐵沉積狀況。因此,MRS 可用於脂肪肝的診斷和定量分析,還可用於疾病不同階段的重複檢查,以便縱向觀察肝內脂肪含量變化,對治療效果進行評估。

MRS 是目前公認的無創性肝臟脂肪定量的“金標準”。有學者通過比較 MRS 與肝穿刺活檢檢查的結果,發現二者有較好的相關性,以病理結果為標準,認為 MRS是評估 NAFLD 的最佳無創方法,有望取代有創的肝活檢檢查 [3-4,16-17]。但由於 MRS 操作及後處理比較複雜,掃描條件苛刻,對主磁場的均勻性要求高,對受檢者呼吸配合要求高,每次只能採集單點部位,不能反映全肝情況,效率低,因此 MRS 在臨床研究應用中常常受到限制 [3-4,17-18]

2.2 基於化學位移的水脂分離技術
化學位移的 Dixon 技術是基於在磁場中水和脂肪的進動頻率不同,通過調節回波時間 TE,可以得到水和脂肪的同反相位,通過計算即可得到單獨的水或脂肪信號的圖像,圖像品質容易受到 T2* 效應(隨著回波時間增加導致信號明顯衰減)因素干擾,尤其是在肝臟鐵沉積、鐵超載的情況下,T2* 衰減效應會進一步放大,從而影響脂肪定量的準確性。目前,臨床上常用的序列包括雙回波Dixon 和多回波 Dixon

使用雙回波 Dixon 序列進行脂肪定量容易受到的 T2*衰減過快的影響,當被檢查患者的肝臟存在鐵超載的情況時,容易造成計算誤差 [19]。解決方法就是通過增加信號採集的回波個數,以提供更多信號衰減的採樣資訊,來進行 T2* 效應的校正和消除鐵對化學位移水脂分離的影響。

目前臨床上比較精准的全肝脂肪定量掃描採用的是多回波 Dixon 技術 [20-31],其中以 6 個梯度回波的化學位元移水脂分離成像技術最常見,比如飛利浦公司的 mDixonQuant 技術、西門子公司的 Liver-Lab 技術以及 GE 公司的IDEAL-IQ 技術,該技術採用小反轉角、多次回波採集減小T1 效應及鐵沉積等混雜因素的影響,擬合 T2* 曲線,在計算中考慮到了 T2* 衰減的因素,消除由於鐵沉積或其他磁敏感效應對水脂比例分析的影響,得到的脂肪含量圖非常準確,同時得到的 T2* 圖還可以準確地反映出被測區域鐵沉積的嚴重程度。研究發現,六回波 Dixon 技術在檢測肝臟脂肪含量方面與 MRS 及肝組織活檢結果高度一致,並且通過對比多種肝臟脂肪定量發現六回波 Dixon 技術在肝臟脂肪量化方面最具優勢,可以作為較為理想的檢測手段對肝臟脂肪含量進行準確定量 [20-31]。另有研究證明,注射對比劑後 Dixon 技術仍然可以準確地測量脂肪含量,不受對比劑的影響,穩定性較高,即使在注射對比劑前掃描失敗,也可在注射對比劑之後再行掃描 [32]。總體上,六回波Dixon 技術與早期的二點法 Dixon 技術相比,可以有效地校正 B0 磁場不均勻性和 T2* 衰減所造成的誤差,使定量結果更加準確,對肝臟脂肪含量的測量結果與模體檢驗、活檢結果及磁共振波譜成像等檢測結果的一致性較好,且克服了 MRS 的缺點,可重複性較好 ;掃描時間短,一次屏氣即可完成全肝資料獲取,同時後處理簡單,不需要專門的軟體進行處理。因此,六回波 Dixon 技術可以作為較為理想的檢測手段對肝臟脂肪含量進行準確定量。

3 磁共振脂肪定量技術在2型糖尿病的應用

3.1  2型糖尿病患者肝臟脂肪含量的相關研究
近年來,許多學者關注于肝臟脂肪沉積和 2 型糖尿病之間的關係,但肝臟脂肪沉積是否是 2 型糖尿病的病因還尚無定論。當肝臟發生脂肪沉積時,會使肝細胞對胰島素的作用下降,產生胰島素抵抗 [2-3,33]。在 2 型糖尿病與肝臟脂肪含量的相關研究中發現初診 2 型糖尿病合併 NAFLD患者,肝臟脂肪含量與肥胖和胰島素抵抗相關性大 [2-3,33],提示在臨床上對 2 型糖尿病患者的治療,除了做降糖處理外,還應該重視降脂,這樣才可能有效改善胰島素抵抗,糾正糖脂代謝異常。

MR Dixon 技術對糖耐量正常及糖耐量異常(Impaired Glucose ToleranceIGT)人群進行全肝脂肪定量(Fat Volume FractionFVF)的研究中,糖耐量正常合併肥胖(體重指數 Body Mass IndexBMI≥25)的人群與糖耐量異常組的 FVF 並無顯著差異,說明肥胖人群的肝臟脂肪含量較 BMI 正常的人群較高,發展成 IGT 患者的風險更高[34-35]。有研究應用 1H-MRS 分析指出,2 型糖尿病患者肝臟脂肪含量會隨著糖尿病病程而改變,在校正性別、年齡、口服降糖、降脂藥物、注射胰島素等因素後,進行多元線性逐步回歸分析,顯示肝臟脂肪含量與 2 型糖尿病病程呈負相關,在非酒精性脂肪性肝病患者中,肝臟脂肪含量隨著進展性纖維化的發展而減少,而進展性纖維化隨著糖尿病病程的發展而加重 [1]。因此,2 型糖尿病合併 NAFLD 性肝病患者,隨著病程的發展,發生不良肝病結局的風險更大,提示在臨床上對 2 型糖尿病患者進行治療時,還應注重預防肝病的發展。肝臟脂肪沉積與 2 型糖尿病的病因、病程發展之間存在密切的關係,應用磁共振脂肪定量技術,有助於更好地進行深入研究。

3.2  2型糖尿病患者胰腺脂肪含量的相關研究
當人體內的三醯甘油超過脂肪組織的存儲極限時,脂質將沉積在非脂肪器官中,其中包括肝臟和胰腺等。肥胖是 2 型糖尿病的危險因素,胰腺脂肪含量高的人其 BMI值大於胰腺脂肪含量低的人,即肥胖個體與非肥胖個體之間存在明顯的胰腺脂肪含量的差異 [1,29]。有研究採用 MR Dixon 技術分析胰腺脂肪含量與 2 型糖尿病的相關性,結果表明胰腺脂肪含量與 BMI 有低度相關性,2 型糖尿病組的胰腺脂肪含量高於對照組,因此胰腺的異位脂肪沉積與肥胖和 2 型糖尿病之間的聯繫,值得深入研究 [8]

胰腺脂肪蓄積可能引起胰腺分泌功能的異常,但目前關於胰腺脂肪沉積和 2 型糖尿病之間的關係還尚不明確。在柴軍等人 [1] 的研究中,應用 1H-MRS 對初診 2 型糖尿病患者與無糖尿病者的胰腺脂肪含量的對比研究中,初診 2型糖尿病患者的胰腺脂肪含量高於無糖尿病者,差異無統計學意義,這可能是由於樣本量較小及 MRS 操作複雜而

產生的誤差而導致。但在採用化學位移脂肪定量的方法中,初診 2 型糖尿病患者的胰腺脂肪分數高於健康組,經統計學分析表明差別有顯著意義,並且研究發現胰腺脂肪含量與肝臟脂肪含量的相關性不具有統計學意義,提示胰腺脂肪浸潤和肝臟脂肪浸潤是兩個獨立的過程 [36]。綜合以上研究,我們發現肥胖與胰腺脂肪含量存在相關性,BMI 作為2 型糖尿病的獨立危險因素。然而,胰腺脂肪的浸潤是否會影響 2 型糖尿病的發生或發展,還需要進一步的探究。

3.3  2型糖尿病患者合併骨質疏鬆的相關研究
糖尿病是骨質疏鬆脆骨性骨折的獨立危險因素之一,隨著糖尿病病情的延長,骨質疏鬆症(OsteoporosisOP)發病率逐漸增加 [37]。傳統採用雙能 X 射線吸收法(Dual Energy X-ray AbsorptiometryDXA)對骨密度(Bone Mineral DensityBMD)進行測量,以評估 OP。但 DXA-BMD 的測量只能反映 60%~80% 人體骨強度的變化,無法評估骨品質,並且易受外在因素的干擾,而使其準確性降低。現今,關於骨品質的評估已經成為 OP 研究的一個熱點,因此,骨髓的脂肪含量成為測量骨質疏鬆的一個重要指標。有學者應用MRS技術測量骨髓的脂肪含量,結論表明以骨髓的脂肪含量作為指標對 OP 的診斷具有較高的靈敏度和特異度 [37]。在探究 Dixon 技術測量骨髓脂肪含量對 OP 的診斷價值的研究中,Dixon 技術可以快速進行脂肪定量,可用於 OP 的診斷 [38]。相關研究表明糖尿病患者骨質疏鬆的發生率比健康組高,糖尿病和 OP 之間的疾病機理複雜,應用磁共振脂肪定量技術,有助於系統的研究 [39]。同時,應用磁共振脂肪定量技術來監測糖尿病患者的骨髓脂肪含量,能夠及時發現糖尿病患者骨強度下降,預防骨折的發生。

4 總結
糖尿病是威脅人類健康的三大慢性疾病之一,其中又以 2 型糖尿病居多。脂肪的異位元沉積在糖尿病的發展進程中起到關鍵的作用,並且還發現與代謝綜合征,心血管病關係密切。諸多研究表明磁共振脂肪定量技術,不僅能夠準確定量,並且操作簡單,安全,後處理功能強大,有望成為無創性脂肪定量的“金標準”。對於異位脂肪沉積與 2型糖尿病發病機制、進展及併發症的研究目前仍在探索之中,磁共振脂肪定量技術能更好地應用於臨床實踐中,有助於開拓 2 型糖尿病的研究道路。

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