肝铁定量检测对铁代谢紊乱如原发性血色素病、地中海贫血(TM)、镰状细胞病、再生障碍性贫血以及骨髓增生综合征等铁过载病人具有重要意义，过量铁主要沉积在肝脏（70%～90%）^[1,2]，铁沉积导致组织器官T1、T2和T2^*弛豫参数短缩的机理为MRI无创性评估或铁定量开辟了一种新技术并已经临床及动物基础研究^[3,4,5]证实。其中T2^* (1 /R2^*)成像是目前肝铁定量常用MRI技术之一，笔者拟通过对专用水模及志愿者肝扫描，前瞻性探讨提高梯度场强和射频功率、增加采样带宽、减少频率编码点阵、应用半回波及并行技术以缩短TEmin和ST的梯度多回波序列参数优化可行性，期望提高3.0 T MRI铁过载检测可信度、最大阈值及受检者依从性。

1　材料与方法

1.1　资料

       模拟铁沉积MR专用标准水模一个（澳大利亚Ferriscan公司提供），内含浓度(0~ 3.2) mM氯化锰盐酸混合液小瓶15只，因边缘两小瓶变形被剔除共13只纳入研究。

       2014年7月至8月在我院影像科肝扫描志愿者45例（男29例、女16例），平均年龄40(8~ 76)岁，其中正常肝脏15例，慢性肝病-肝硬化或合并肝细胞癌12例，地中海贫血肝脏18例（包括10例重度铁沉积者），临床病例分组标准：正常肝组为AST、ALT、胆红素指标均正常，SF <300 ug/L，无输血史；非重度铁沉积组为慢性肝病史及AST、ALT、胆红素任意一指标异常，或300 ug/L≤SF≤2500 ug/L；重度铁沉积组为AST、ALT、胆红素异常及SF >2500 ug/L。纳入标准：无幽闭恐惧及磁共振检查禁忌、年龄大于8岁且语言沟通无障碍；研究获我院医学伦理委员会批准，志愿者均完成扫描并纳入研究，志愿者或其监护人签署知情同意书。

1.2　设备与方法

       采用Philips Achieva 3.0 T扫描仪，扫描前水模静置磁体室3 h，扫描以水模等中心定位，应用SENSE HEAD 8 coils先后扫描研究与对照T2^*序列，退出再次进床及次月重复水模校准扫描；志愿者肝扫描应用Sense XL Torso 16 coils配合呼吸门控，仰卧位呼气末单次屏气扫描肝门上一层面横断面，按定位像、匀场与参考扫描、常规横断面T1WI、冠状和横断面T2WI （参数略）、12-echo GRE序列执行，T2^*序列参数设置如表1，TEstudy=0.6、1.3、2.0、2.6、3.3、3.9、4.6、5.3、5.9、6.6、7.3、7.9 ms，TEcontrol=1.3、2.7、4.1、5.5、6.9、8.3、9.7、11.1、12.5、13.9、15.3、16.7 ms，扫描完成后保存原始数据。

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表1  T2^*序列参数设置
Tab. 1  Parameters in T2^* protocol

1.3　数据处理

       由接受良好培训影像医师利用CMR tools或结合特殊设计Excel软件处理MRI扫描数据(DICOM)：(1)测量并记录扫描水模各小瓶、志愿者肝T2^*值，避开肉眼可分辨脉管、局灶病变和伪影，水模ROI位于小瓶内，肝测量ROI约3～ 5 cm²，取右叶3个及左叶2个，软件自动计算水模或肝T2^*值，取三次测量平均为最终结果并推算R2^*(1/T2^*)；(2)读取和记录研究与对照序列首回波值、扫描时间。

1.4　统计学处理

       利用SPSS 16.0软件包，计量资料以±s或＋范围表示。应用配对样本t检验或两相关样本秩和检验探讨研究与对照序列扫描水模间、志愿者肝之间T2^*、TEmin、ST差异；使用多样本非参数检验分析水模研究序列、重复及次月扫描T2^*组间差异性；采用两变量相关与回归研究水模R2^*与PhC相关性；评估序列肝铁定量价值和限度。P<0.05表示有统计学意义。

1.5　活检病理肝铁浓度（LIC）、T2* (1.5 T)值及血清铁蛋白（SF）极重度标准[6]。

       正常LIC≤2 mg/gdw、T2^*≥6.3 ms；轻度铁沉积2 mg/gdw <LIC≤5 mg/gdw、2.7 ms≤T2^* <6.3 ms；中度5 mg/gdw <LIC≤10 mg/gdw、1.4 ms≤T2^*<2.7 ms；重度10 mg/gdw <LIC≤ 15 mg/gdw、0.96 ms≤T2^*<1.4 ms，极重度LIC> 15 mg/gdw、T2^*<0.96 ms、SF< 2500 ug/L。

2　结果

       研究和对照序列TEmin分别为0. 61～ 0.69 (0.62±0.02) ms、1.31~ 1.37 (1.33± 0.01) ms，资料不符合正态分布，经两相关样本非参数检验，两序列间TEmin差值总体均数与0差异有统计学意义(Z=-5.843，P=0.000)，研究序列TEmin缩短约53.0%。

       研究和对照序列ST分别为8.1~ 10.0 (9.3± 0.8) s、14.6~ 17.8 (16.9±1.3) s，资料不符合正态分布，经两相关样本非参数检验，组间ST差值总体均数与0差异有统计学意义(Z=－5.906，P=0.000)，研究序列ST缩短约45.0%。

       志愿者非重度铁沉积35例研究与对照序列扫描肝T2^*分别为2.25~ 27.50 (13.01±8.12) ms和2.29~ 29.85 (12.88±7.84) ms，严重铁沉积10例研究与对照序列扫描肝T2^*分别为0.29～ 0.84 (0.54±0.17) ms和0.68~ 1.98 (1.33±0.39) ms；资料均符合正态分布，T2^*差值分别为(0.21± 0.97) ms、(0.79±0.55) ms；经配对样本t检验，非重度铁沉积肝T2^*差值总体均数与0的差异无统计学意义(t=1.304，P=0.201)，而严重铁沉积肝T2^*差值总体均数与0的差异有显著统计学意义(t= -4.523，P=0.001)，研究序列T2^*检测可信度较高，铁沉积严重病例对照序列甚至无法获得可信结果（图1，图2）。

       研究与对照序列水模13只小瓶T2^*值分别为1.96~ 17.42 (7.22±4.97) ms和1.95～ 17.77 (7.23±4.94) ms，研究序列重复与次月扫描T2^*值分别为1.97~ 16.96 (7.15±4.74) ms和2.00~ 17.17 (7.11±4.82) ms；资料符合正态分布，研究与对照序列T2^*差值为(0.01±0.14) ms，总体均数与0比较无统计学差异(t=0.240，P=0.814)（图3，图4）；经多样本非参数(Fridman)检验，研究序列、重复及次月扫描间T2^*值差异无统计学意义(χ²=1.077，P=0.584)。水模浓度(PhC)与研究序列水模R2^*值如下：0.2~3.2 (1.492±0.926) mM和0.056~0.498 (0.2078±0.130) ms^-1，两变量相关分析与曲线拟合（图5）显示两者线性正相关(r=0.986 ， P=0.000)，直线方程斜率为7.008，截距为0.036，R²=0.973，经检验有统计学意义(F=392.022， P=0.000)。

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图1  β-TM志愿者，女，13岁。血清铁蛋白8965.0 ug/L，相当极重度铁沉积。研究序列肝扫描CMRtools处理(A~ C)结合Excel测算（D）显示：序列TEmin=0.61 ms，T2^*=0.41 ms，拟合曲线R²=0.997。结果符合极重度铁沉积表现
图2  与图1为同一志愿者。对照序列肝扫描CMRtools处理(A~ C)结合Excel测算（D）显示：序列TEmin=1.35 ms，T2^*=1.60 ms，拟合曲线R²=0.968，第4回波后信号受噪声干扰严重，计算结果仅相当轻度铁沉积与病例明显不符而无法接受，由此可见研究序列结果可信度显著提高
图3  水模扫描（图A）及研究序列CMRtools处理结果(B，C)：研究序列TEmin=0.61 ms，T2^*=2.58 ms，R²=0.9998
图4  同上水模扫描（A）及对照序列CMRtools处理结果（B，C）：对照序列TEmin＝1.35 ms，T2^*=2.63 ms，R²=0.9998；由此可见，水模扫描T2^*波动小于5%，研究与对照序列扫描间T2^*无统计学差异
图5  为水模R2^*与PhC之间散点图。实线为两者间拟合直线，虚线为95%CI
Fig. 1  A 13 years old, female patient with β-TM, serum ferritin 8965.0 ug/L, equivalent to a severe iron deposit case. Images from the study sequence, CMRtools procedure (A-C) combined with Excel (D) showed: a black liver (A) with the signal almost close to the background, TEmin=0.61 ms, T2^*=0.41 ms, R²=0.997. Its result was according to the patient’s clinical.
Fig. 2  The same case above, images from the control protocol, CMRtools procedure (A-C) combined with Excel (D) showed: TEmin=1.35ms, T2^*=1.60 ms, R²=0.968, indicating a mild iron deposit, which is disagreeable obviously, thus it can be seen that it is much more reliable for the study sequence.
Fig. 3  MR special model (A) and CMRtools procedure (B, C) from the study sequence showed: TEmin=0.61 ms, T2^*=2.58 ms, R²=0.998.
Fig. 4  The same model above (A) and CMRtools procedure (B, C) from the control protocol showed: TEmin=1.35 ms, T2^* =2.63 ms, R²=0.9998. It follows that model T2^* fluctuation was below 5% and no statistic difference was found for T2^* value between two sequences.
Fig. 5  Scatter plots of R2^* against PhC with the linear fit (solid line) and the 95%CI (dashed line).

3　讨论

       梯度多回波序列是设置多回波采集的稳态自由进动(SSFP)，反映T2^*而非T2弛豫信息。按目的可设计8~ 20个回波，组织信号随TE延长以指数形式衰减，利用适当的拟合曲线和数学算法可计算得到组织T2^* (R2^*=1/T2^*)。CMRtools或结合Excel是目前普遍认可的肝铁定量检测软件之一，可对动物或人体肝、心脏等组织器官弛豫参数T2^*和R2^*

       实现快速、准确、无创和重复检测^[7]。梯度场强、射频功率、采样带宽、频率编码点阵、并行技术、半回波等参数调整^[8]可影响首回波值、序列采集速度、k空间填充方式、图像分辨率和噪声等，不同机型用户多可按目的完成T2^*序列设计。其中选择半回波采集具有缩短TEmin、加快回波采样、增强扫描层数和保持稳态和减少磁敏感伪影优点，缺点是图像信噪比有所降低。并行技术应用可缩短采集时间、增加空间分辨率或成像范围、提高动态或灌注扫描时间分辨率、减少SSEPI伪影或SSFSE的回波链以提高图像质量等。

       本实验扫描发现，研究序列TEmin、ST缩短至均值0.62 ms和9.3 s，主要为半回波应用和2倍并行因子等多参数调整的结果。志愿者肝包括不同年龄和性别组正常、慢性损害及不同程度铁沉积人群，可认为肝选择有临床代表性和科学性。与对照序列相比，水模或志愿者非重度铁沉积肝扫描组间T2^*测量值均无统计学差异，而在严重铁沉积组，优化参数序列则获得了可信度明显高于对照组的检测结果（图1，图2），同时控制图像噪声、分辨率、神经刺激、射频吸收和伪影等在可接受范围内，说明研究序列应用具有可行性并可提高准确性，即便分辨率较低、出现轻微伪影对数据检测也未造成影响。但分析两序列正常肝扫描数据还发现，研究序列T2^*值部分检测准确性欠佳且数值偏小，这可能与序列最后一个回波时间点较短(7.9 ms)，在组织横向弛豫未完成时回波采集已经结束有关，庆幸的是，对于正常肝，临床并不需要确切准确值，因为这些肝脏不存在去铁管理。

       国外学者研究显示组织可测量最小T2^*值约为TEmin的5/7^[9]，此即代表可检测最大肝铁浓度对应弛豫阈值。回顾文献资料发现，近年国内外学者^{[7, 10,11,12,13,14]}不同场强及型号MR扫描仪应用TEmin约0.8~ 6.0 ms不同序列得到肝检测最大阈值约LIC=20.0~ 42.7 mg/gdw，其中Storey等^[12]使用1.5 T和3.0 T扫描仪设计TEmin为1.2~ 2.0 ms，16回波梯度序列对临床20正常和14例输血依赖病人R2^*成像对比研究，发现LIC最大检测阈值约37.0 mg/g干重。St Pierre等^[10]在多中心1.5 T扫描仪应用R²法实现肝铁浓度阈值约42.7 mg/g dw检测。胡粟等^[13]报道采用3.0 T磁共振仪8回波GRE序列(TEmin=1.98 ms)对32只成年铁过载兔肝模型扫描，结果只能完成肝铁浓度小于20 mg/g干重的可信定量，该作者同时认为感兴趣区设置方法影响R2^*的测定^[14]。Hankins等^[15]建议为了获得准确度，LIC >25 mg/gdw时需要发展更敏感的超短回波序列。说明肝铁浓度MRI定量存在饱和上限，尤其应用3.0 T设备更加明显，因为横向弛豫衰减随着磁场提高而失相加速、信号消失更快。笔者本组重度铁沉积扫描亦显示出TEmin=1.33 ms的常规参数序列甚至无法提供可信的检测结果。与常规序列、目前国内外学者^{[3, 12,13,14,15,16,17,18,19]}设置1.5 T或3.0 T同类序列上TEmin约1.2~ 2.5 ms和ST约15~ 18 s相比，研究序列取得更短TEmin值和ST，明显提高T2^*检测可信度（图1，图2）及受检者依从性，这有望提高肝铁沉积检测阈值。水模扫描显示水模R2^*与Mncl2溶液浓度（PhC）线性高度正相关(r=0.986 ，P=0.000)，R²=0.973 ，获得直线方程PhC=0.036+7.008R2^*，这与龙莉玲等^[5]和黄璐等^[18]的研究结果相符。对水模扫描有以下几点主要意义：设备校准，确保一定时间内测量弛豫参数准确性，保证多中心研究结果可比性，以及了解扫描仪硬件或软件更新、序列参数改动、磁场不均匀及其他不可预知因素对测量准确性的影响。本研究不同时间节点水模扫描弛豫值之间均无统计学意义，保证了活体肝检测可比性和准确性。然而水模R2^*与PhC关系的预测公式可能无法直接应用于铁超负荷患者，因为标准水模可能无法模拟动物或人类肝铁沉积病生理特点。

       本研究的问题与不足：(1)实验序列未能提供铁沉积定量阈值评估；(2)缺乏活体肝R2^*与活检原子分光光度计定量关系探索；(3)严重铁沉积病例数较少，可能会造成结论准确性的偏倚；(4)仅完成首回波分别为1.33 ms和0.62 ms、2倍和无并行加速的参数调整与讨论，未对最佳设置评价。这些问题的解决有待于进一步动物基础实验、增加严重铁沉积病例及更科学序列设计的研究。