0 前言

       甲状腺相关性眼病（thyroid-associated ophthalmopathy, TAO）是一种与甲状腺功能障碍相关的自身免疫性疾病，约占成人眼眶疾病20%，显著影响患者生活质量^[1]。TAO病程分为活动期和非活动期两个阶段，活动期以眼眶组织炎性反应为主，需要抗炎治疗。非活动期以间质纤维化、胶原沉积和脂肪变性为主，抗炎治疗通常无效^{[2, 3]}。因此，准确评估TAO活动性分期，对TAO的诊断、治疗方案制订及预后判断具有重要意义。

       目前临床评估TAO活动性主要采用临床活动性评分（Clinical Active Score, CAS）^[4]。但存在主观性，缺乏定量变化的缺点阻碍了CAS的临床应用。MRI具有高软组织分辨率的优点，能清楚地显示眼眶内解剖结构及其信号强度，可定量反映TAO的炎症、脂肪变性、纤维化等病理变化，被越来越广泛用于评估TAO的活动性^{[5, 6, 7]}。在常规T2WI上，眼眶内大量眶内脂肪的信号掩盖了炎性水肿信号，导致病变显示欠佳^[8]。T2WI脂肪抑制序列的信号强度与组织含水量密切相关，与常规序列相比能更好地反映眼眶组织炎性改变，通常被认为是评价组织水肿炎症程度指标^[9]。眼眶及其周围鼻窦复杂的解剖结构和眼球运动容易使图像伪影十分明显，或者脂肪抑制效果不佳^[10]。因此，在眼眶MRI检查过程中，选择一种使眼眶内组织和病变显示更清晰的脂肪抑制技术十分必要。

       频率衰减反转恢复（spectral attenuated inversion recovery, SPAIR）是一种基于水和脂肪中质子进动频率差异的脂肪抑制技术，同时具有两种传统脂肪抑制技术（频率饱和法和STIR）的优势，既考虑了脂肪和水分子中质子进动频率的差别，又考虑了脂肪组织的短T1值特性，较传统脂肪抑制技术可获得更均匀的脂肪抑制^[11]。水脂分离（Dixon）技术基于水-脂化学位移，分别在相位相同和相位相反时采集信号，通过计算可得到水相和脂相，水相就是脂肪抑制图像，是近年来新兴广泛应用的脂肪抑制技术^{[12, 13]}。Dixon一次扫描出四组图像（同相位、反相位、水相、脂相），通过提高扫描眼眶MRI检查效率，节省了扫描时间。T2WI-Dixon同相相当于常规T2WI，水相可以判断病变内含水成分，对于眼眶组织的炎性水肿十分敏感，对于判断病变活动性至关重要，脂相可以对脂肪含量进行定量分析，可以检测组织内微小脂肪变性，大大丰富了MRI检查提供的信息^{[6, 14, 15, 16]}。

       Dixon和SPAIR是临床常用两种优秀的脂肪抑制技术。目前，在TAO患者眼眶扫描中存在随机使用这两种技术的情况，而且脂肪抑制序列对评价TAO活动性具有重要价值，但对它们的对比研究未见报道。本研究通过对TAO患者的眼眶MRI冠状位T2WI-Dixon水相和T2WI-SPAIR图像进行分析，旨在比较两种技术在眼眶的MRI图像质量及其在评估TAO活动性中的价值，为TAO患者的MRI检查选择一种优秀的脂肪抑制技术，也为下一步探讨TAO活动性评估及疗效预测的影像学标准提供一定研究基础。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究为横断面回顾性研究，本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经南方医科大学顺德医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意，批准文号：20211112。收集2020年1月至2022年8月在南方医科大学顺德医院行眼眶MRI检查的TAO患者资料。纳入标准：（1）根据BARTLEY标准^[17]临床诊断为TAO；（2）具有眼眶MRI冠状位T2WI-Dixon和T2WI-SPAIR脂肪抑制序列；（3）所有患者在纳入研究前2周内未接受抗放射或激素治疗；（4）甲状腺功能控制良好，处于正常状态。排除标准：（1）临床资料不完整；（2）存在肿瘤、外伤或其他眼部疾病；（3）眼眶有异物植入。

       CAS评分采取7分制^[4]：（1）自发性球后疼痛，（2）活动后眼球疼痛，（3）眼睑红肿，（4）眼睑水肿，（5）球结膜水肿，（6）结膜红肿，（7）眼阜水肿，每项1分，共7分。评分结果≥3分为活动期；反之为非活动期。

       最终纳入73例（146只眼）患者病例，其中男41例，女32例，年龄15～76（43.05±13.41）岁。

1.2 设备及参数

       采用Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MR扫描仪及20通道相控阵头颅线圈，检查时患者采取仰卧位，头先进，嘱患者闭眼，眼球固定正前方；扫描范围包括眼眶及视神经。扫描序列包括：常规眼眶平扫序列、冠状位Dixon和SPAIR快速自旋回波T2WI。具体扫描参数见表1。

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表1  MRI参数
Tab. 1  MRI parameters

1.3 图像分析

       由2名分别具有14年和15年头颈部影像诊断工作经验的放射科副主任医师采用盲法独立分析图像，通过协商解决分歧。在冠状位脂肪抑制图像上眼外肌横截面积最大层面的图像背景的四个角、内直肌、下直肌、外直肌、上直肌、颞肌、脑白质及泪腺横截面积最大层面的泪腺上放置感兴趣区（region of interest, ROI），避开血管和伪影严重区域（图1）。并记录ROI平均信号强度及标准差（standard deviation, SD）。观察者评估总体图像质量、脂肪抑制效果及伪影。总体图像质量为观察者对图像脂肪抑制效果、伪影方面的综合主观评价，分为3种情况：T2WI-Dixon水相优于T2WI-SPAIR图像、T2WI-SPAIR图像优于T2WI-Dixon水相及两种序列图像主观评价无明显差别。采用Likert 5分量表将图像脂肪抑制效果及伪影程度分为0～4级^[18]。0级：图像所有脂肪均被抑制，无伪影；1级：仅皮下脂肪少量脂肪抑制效果差，图像边缘少量伪影；2级：非重要部位脂肪抑制效果差，伪影较多，不影响诊断信息；3级：重要部位小范围脂肪抑制效果差，伪影严重，提供部分诊断信息；4级：大范围脂肪抑制效果差，伪影严重，无法诊断。根据美国电气制造商协会推荐的方法^[19]计算图像噪声（noise, N）、信噪比（signal to noise ratio, SNR）和对比噪声比（contrast to noise ratio, CNR）。N=SD¯／0.665，SD¯为图像背景四个角ROI标准差的平均值，0.665为噪声校正因子；SNR为组织信号强度与噪声之比；CNR为眼眶组织与颞肌信号强度差与噪声之比。眼外肌、泪腺与同侧同层脑白质信号强度比值即为信号强度比（signal intensity ratio, SIR），信号强度最高的眼外肌/脑白质信号强度比（extraocular muscle/white matter signal intensity ratio, EOM-SIR）及泪腺/脑白质信号强度比（lacrimal gland/white matter signal intensity ratio, LG-SIR）反映了眼外肌及泪腺的炎性水肿程度^{[20, 21]}。

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图1  活动期与非活动期TAO患者各一例影像图像。1A～1B：女，38岁，非活动期TAO患者，影像学表现为双侧眼外肌未见增粗，脂肪抑制T2WI信号增高不明显。1C～1D：女，53岁，活动期TAO患者，影像学表现为双侧眼外肌增粗，脂肪抑制T2WI信号增高。眼眶冠状位T2WI-Dixon水相（1A、1C）和眼眶冠状位T2WI-SPAIR图像（1B、1D）。SPAIR图像（1B、1D）显示双侧下直肌。内直肌周围脂肪抑制效果差（箭头），妨碍了肌肉信号的分析及TAO活动性的评估。左侧上颌窦外侧壁和顶壁周围软组织内磁敏感伪影（箭）。Dixon水相（1A、1C）在眶内和眶周组织上显示出比SPAIR图像更均匀的脂肪抑制和更少的伪影。TAO：甲状腺相关眼病；Dixon为水脂分离脂肪抑制技术；SPAIR为频率衰减反转恢复脂肪抑制技术。
Fig. 1  MR images of one active and one inactive TAO patient, respectively. 1A-1B represent a 38-year-old female with inactive TAO. Imaging findings show no thickening of bilateral extraocular muscles, and no obviously increased signal intensity on fat suppression T2WI. 1C-1D represent a 53-year-old female with active TAO. MRI shows that bilateral extraocular muscles are thickened with increased signal intensity on fat suppression T2WI. The orbital coronal T2WI-Dixon water phase (1A, 1C) and orbital coronal T2WI-SPAIR images (1B, 1D). SPAIR images (1B, 1D) show poor fat suppression around bilateral inferior rectus muscles (arrow point), which hinder the analysis of muscle signals and the evaluation of TAO activity. Magnetic susceptibility artifacts (arrows) in the soft tissue around the lateral wall and apical wall of the left maxillary sinus. The Dixon aqueous phase (1A, 1C) show more uniform fat suppression and less artifacts in intraorbital and periorbital tissues than SPAIR images. TAO: thyroid-associated ophthalmopathy; Dixon: water-fat separation technique; SPAIR: spectral attenuated inversion recovery.

1.4 统计学方法

       所有数据均采用Medcalc 20.1和SPSS 25.0软件进行统计学分析。计数资料、等级资料用频数和百分数表示，组间比较采用Wilcoxon符号秩检验。对计量资料用Kolmogorov-Smirnov法进行正态性检验，正态分布的计量资料采用x¯±s表示，组间比较采用配对t检验；非正态分布的计量资料采用M（P25，P75）表示，组间比较采用Wilcoxon符号秩检验。EOM-SIR、LG-SIR与CAS相关性分析采用Spearman相关。以CAS≥3和CAS＜3为二分类变量，采用ROC曲线法分别分析眼眶冠状位T2WI-Dixon水相和T2WI-SPAIR图像中EOM-SIR、LG-SIR，评估TAO活动期的临界值及预测效能，AUC比较采用DeLong检验。显著性水平设为α=0.05（双侧）。以P＜0.05为差异有统计学意义。两名医师的分析结果用以评估测量的观察者间一致性。采用加权Kappa一致性检验对T2WI-Dixon水相与T2WI-SPAIR图像的总体图像质量、脂肪抑制效果及伪影等主观评价进行一致性评价。噪声、SNR、CNR、SIR等定量参数采用组内相关系数（intraclass correlation coefficient, ICC）进行一致性评价。Kappa及ICC值在0～1之间，0.40≤表示一致性差，0.41～0.60表示一致性中等，0.61～0.80表示一致性较好，＞0.80表示一致性极好。

2 结果

2.1 一致性评价

       T2WI-Dixon水相与T2WI-SPAIR图像的总体图像质量、脂肪抑制效果及伪影等主观评价的观察者间具有较好或极好的一致性（Kappa：0.770～876）。T2WI-Dixon水相与T2WI-SPAIR图像的噪声、内直肌、下直肌、外直肌、上直肌、颞肌、脑白质、泪腺的SNR和CNR、EOM-SIR及LG-SIR等定量测量结果的观察者间具有较好或极好的一致性（ICC：0.676～0.935）。

2.2 MRI图像质量在两组间的比较

       在总体图像质量方面，T2WI-Dixon水相优于T2WI-SPAIR图像的比例为67.1%（98/146），T2WI-SPAIR图像优于T2WI-Dixon水相的比例为13.7%（20/146）；两种序列图像主观评价无明显差别的比例为19.2%（28/146）。T2WI-Dixon图像的脂肪抑制效果与伪影评分优于T2WI-SPAIR图像，差异有统计学意义（Z=6.632，P＜0.001；Z=7.121，P＜0.001）（表2）。T2WI-Dixon水相图像的噪声低于T2WI-SPAIR图像，差异有统计学意义（Z=10.473，P＜0.001）。T2WI-Dixon水相图像的内直肌、下直肌、外直肌、上直肌、颞肌、脑白质、泪腺的SNR及CNR高于T2WI-SPAIR图像，差异均有统计学意义（Z值-8.792～-10.482，P均＜0.001）（表3）。

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表2  Dixon和SPAIR两种脂肪抑制技术的眼眶MRI脂肪抑制效果和伪影比较
Tab. 2  Comparison of orbital MRI fat suppression and artifacts between Dixon and SPAIR fat suppression techniques

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表3  Dixon和SPAIR两种脂肪抑制技术的眼眶MRI噪声、SNR、CNR比较
Tab. 3  Comparison of orbital MRI noise, SNR and CNR between Dixon and SPAIR fat suppression techniques

2.3 眼外肌、泪腺的SIR与CAS相关性在两组间的比较

       相关性分析显示，CAS与T2WI-Dixon水相的EOM-SIR呈中度正相关（r=0.613，P＜0.001）（图2A），与T2WI-SPAIR图像的EOM-SIR呈中度正相关（r=0.520，P＜0.001）（图2B）。CAS与T2WI-Dixon水相的LG-SIR呈弱正相关（r=0.282，P＜0.001）（图2C），与T2WI-SPAIR图像的LG-SIR呈弱正相关（r=0.251，P＜0.001）（图2D）。

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图2  在T2WI-Dixon水相和T2WI-SPAIR图像中，TAO患者眼外肌、泪腺的SIR与CAS的相关性曲线。TAO：甲状腺相关性眼病；SIR：信号强度比；CAS：临床活动性评分，EOM-SIR：眼外肌/脑白质信号强度比，LG-SIR：眼外肌/脑白质信号强度比。
Fig. 2  In the T2WI-Dixon only-water phase and T2WI-SPAIR images, the correlation curves of SIR and CAS in the extraocular muscles and lacrimal glands of TAO patients. TAO: thyroid-associated ophthalmopathy; Dixon: water-fat separation technique; SPAIR: spectral attenuated inversion recovery; SIR: signal strength ratio; CAS: clinical activity score; EOM-SIR: extraocular muscle/white matter signal intensity ratio; LG-SIR: extraocular muscle/white matter signal intensity ratio.

2.4 眼外肌、泪腺的SIR判断TAO临床活动性的诊断效能在两组间的比较

       T2WI-Dixon水相、T2WI-SPAIR图像中EOM-SIR、LG-SIR判断TAO活动性的结果与CAS对比见表4。ROC曲线分析显示，T2WI-Dixon水相中EOM-SIR判断TAO临床活动性的AUC优于T2WI-SPAIR图像，差异有统计学意义（Z=4.070，P＜0.001）；T2WI-Dixon水相中LG-SIR判断TAO临床活动性的AUC优于T2WI-SPAIR图像，差异有统计学意义（Z=2.174，P=0.030）（表5，图3）。

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图3  在T2WI-Dixon水相和T2WI-SPAIR图像中，TAO患者眼外肌与泪腺的SIR判断TAO活动性的ROC图比较。Dixon：水脂分离脂肪抑制技术；TAO：甲状腺相关性眼病；SPAIR：频率衰减反转恢复技术；SIR：信号强度比；EOM-SIR：眼外肌/脑白质信号强度比，LG-SIR：眼外肌/脑白质信号强度比。
Fig. 3  In T2WI-Dixon only-water phase and T2WI-SPAIR images, the ROC curves of SIR of extraocular muscles and lacrimal glands in TAO patients are compared to determine TAO activity. Dixon: water-fat separation technique; TAO: thyroid-associated ophthalmopathy; SPAIR: spectral attenuated inversion recovery; SIR: signal strength ratio; EOM-SIR: extraocular muscle/white matter signal intensity ratio; LG-SIR: extraocular muscle/white matter signal intensity ratio. ROC: receiver operating characteristic curve.

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表4  T2WI-Dixon水相、T2WI-SPAIR图像中的EOM-SIR、LG-SIR判断TAO活动性的结果与CAS的一致性比较
Tab. 4  The consistency of EOM-SIR and LG-SIR in T2WI-Dixon only-water phase and T2WI-SPAIR images in judging TAO activity was compared with CAS

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表5  T2WI-Dixon水相和T2WI-SPAIR图像中的眼外肌、泪腺SIR判断TAO活动性的ROC曲线分析结果比较
Tab. 5  Comparison of ROC curve analysis results of SIR of extraocular muscles and lacrimal glands in T2WI-Dixon only-water phase and T2WI-SPAIR images to judge TAO activity

3 讨论

       本研究首次提出将Dixon和SPAIR技术比较应用于评估TAO活动性，采用主观、客观评价方式对比分析它们在眼眶中的图像质量，并比较两者眼外肌、泪腺的SIR对眼眶组织炎性水肿程度评价影响和在评估TAO活动性中的价值。以探讨为TAO患者的MRI检查选择一种优秀的脂肪抑制技术，也为下一步探讨TAO活动性评估及疗效预测的影像学标准提供一定研究基础。本研究表明，Dixon技术不仅可以提高图像质量，还能改善眼眶组织病变显示度，提高TAO眼外肌和泪腺炎性水肿的检出率，并且在半定量评估TAO患者活动性具有更高的敏感度和特异度。

3.1 Dixon技术在眼眶MRI图像质量中的优势

       本研究发现，Dixon技术脂肪抑制效果、伪影、噪声、SNR和CNR均优于SPAIR。这与以往脊柱、肌肉、头颈部等部位研究结果^{[22, 23, 24, 25, 26]}相一致。SPAIR使用选择性180°反转绝热脉冲（对B1场不敏感，保证翻转角度的准确性），对B1场不均匀性不敏感，具有较高的脂肪抑制选择性。但SPAIR对B0场不均匀性敏感，导致在眼眶这种解剖复杂部位和空气-组织交界处脂肪抑制不均匀，容易产生伪影^[11]。Dixon对B0场和B1场不均匀性均不敏感，即使在磁场变化大的部位及偏离中心部位也能保证质量稳定的脂肪抑制效果，提高了SNR^{[27, 28, 29]}。这在本研究中得到了证明。

       在本研究中，伪影主要表现为磁敏感伪影与运动伪影。磁敏感伪影的出现与脂肪抑制不均匀密切相关，眼眶周围骨质和鼻窦的气体使得局部磁场不均匀，脂肪抑制常不均匀，容易产生磁敏感伪影^[30]。眼外肌分布在眼眶四周，极容易受到伪影干扰，特别是靠近上颌窦和筛窦的下直肌、内直肌，而TAO最常受累眼外肌就是下直肌、内直肌，因此TAO对减少磁敏感伪影的要求更高。本研究也发现有些患者的T2WI-Dixon水相存在明显的运动伪影，原因可能是扫描时间过长，眼球出现转动。这与HUIJGEN等^[31]研究相一致。但是由于其他伪影如磁敏感伪影、化学位移伪影更少，所以最后本研究结果是T2WI-Dixon水相的伪影少于T2WI-SPAIR图像。Dixon通过节省扫描时间，减少眼球运动来减少运动伪影。但Dixon技术属于长回波序列，对运动敏感度高，所以一旦出现眼球运动就会表现得非常明显^[26]。

3.2 Dixon技术在评估TAO活动性中的优势

       对TAO患者有效治疗的关键在于准确评估其活动性及严重程度，而在TAO的诊断和分期中，影像学具有无创和客观监测球后软组织微观结构变化的优点^{[2, 5]}。目前临床上仍然缺乏影像学标准来评估TAO活动性。基于脂肪抑制T2WI的衍生信号强度是区分疾病活动性最基本和最广泛认可的指标，也常用于临床监测活动期TAO患者抗炎治疗效果。SIR可半定量评估TAO患者眼眶组织炎症程度，判断TAO活动性，眼外肌、泪腺SIR均与CAS呈正相关^{[20, 21, 32, 33]}。近年来，也有学者认为MR定量技术（mapping技术）可以量化眼眶组织的弛豫时间，定量反映组织炎症程度^[34]。ZHAI等^[35]通过比较脂肪抑制T2 mapping和常规T2 mapping眼外肌直方图参数在预测活动性及中重度TAO患者静脉糖皮质激素治疗反应中的效能，发现脂肪抑制序列在预测方面优于常规T2WI。但定量技术并非常规扫描序列，且需要稍烦琐的后处理，限制了其在临床的应用。

       与传统的脂肪抑制技术及脂肪饱和法相比，Dixon技术通过更突出的信号强度及更好的图像质量，提高了TAO眼外肌炎症的检出率^{[15, 16]}。本研究进一步发现，T2WI-Dixon水相中眼外肌、泪腺SIR与CAS的相关性均高于T2WI-SPAIR图像，而且眼外肌SIR与CAS的相关性也高于泪腺SIR。采用ROC曲线法分析显示，Dixon水相中眼外肌SIR评估TAO活动性敏感度和特异度均高于T2WI-SPAIR图像。这表明Dixon提供了更好的脂肪抑制质量，突出了球后组织的炎性水肿对信号强度的贡献。眼外肌和泪腺炎症水肿高信号在T2WI-Dixon水相表现得更加明显，因此T2WI-Dixon水相较T2WI-SPAIR图像能更敏感地识别球后组织炎性水肿。

       本研究发现部分CAS分类为非活动期的患者在MRI检查中眼外肌或泪腺SIR值很高，影像表现为炎性水肿，可能处于疾病活动期。我们推测原因可能是眼眶深部组织炎症的浅表症状较轻，临床上难以观察。因此，单独使用CAS评分难以评估TAO球后组织炎症情况，而MRI联合CAS可能会更有效地评估眼眶组织炎症程度及TAO活动性。当然，这一假设需要在未来的研究中得到证实。

3.3 局限性及展望

       本研究存在一定局限性。第一，本研究为回顾性研究，可能存在选择偏倚。第二，本研究样本量有限，因为选择了同时行Dixon和SPAIR序列扫描的患者，未来将纳入更多的病例来完善本研究结果。第三，缺乏病理结果与影像图像、CAS评分一一对应，缺乏评估TAO活动性的金标准。未来将引入更多的影像学标准如定量方法来完善本研究。

4 结论

       综上所述，本研究通过对T2WI-Dixon水相和T2WI-SPAIR图像比较，发现T2WI-Dixon水相较T2WI-SPAIR图像的图像质量更高，脂肪抑制效果更好，伪影更少，噪声更低，SNR及CNR值更高。在TAO应用价值方面，T2WI-Dixon水相较T2WI-SPAIR图像表现出更强评估眼外肌和泪腺炎性水肿的能力，对TAO的诊断和活动性分期具有更高诊断效能。Dixon技术为TAO患者的MRI检查提供了一种优秀的脂肪抑制技术，也为下一步探讨TAO活动性评估及疗效预测的影像学标准提供一定研究基础。