人体内铁沉积常见于地中海贫血、血色病以及其他需要长期输血来预防贫血（或称为输血依赖性贫血）的患者中，这些患者大部分需要定期摄入定量的血红素铁。长期高量的输血，导致骨髓无效红细胞的生成以及消化系统铁吸收的增加，最终造成体内铁的超负荷^[1]。因此地中海贫血或其他输血依赖性贫血的患者是铁超负荷的高危人群。当体内的铁含量累积到一定阈值将出现明显的中毒表现，如果没有积极的去铁治疗，这些患者常常死于铁沉积引起的心脏衰竭、肝脏衰竭、肝细胞癌或内分泌系统损害等严重并发症。因此监测这些患者体内铁的含量非常重要，是临床极为关注的研究课题。磁共振作为一种无创性评估手段，其准确性和应用范围也逐渐受到重视。现就目前存在的测量方法、磁共振T2^*技术的原理、验证方法和应用等方面对铁沉积进行综述。

1　铁沉积测量的方法

       血清铁蛋白（简称铁蛋白）是评估铁负荷的常用检测方法，相对便宜且简单易行。但这种方法容易受一些因素干扰，只有在空腹、无感染、无炎症、肝功能正常等情况下得出的检查结果才能比较准确地反映体内铁负荷状况^[2]。因此，这种方法有检测误差的严重缺点。由于肝是体内铁的主要存储器官，肝铁浓度(liver iron concentration, LIC)最能反映体内铁含量的情况，从而出现了肝穿刺活检的方法。此方法被视为肝铁含量测量的金标准，但它具有侵入性、价格贵、程序繁琐、取样误差以及可重复性差等缺点，在一定程度上限制了其在临床上的广泛应用。随后一些非侵袭性的检测技术也相继被提出，例如超导量子干涉仪(superconducting quantum interference device, SQUID)^[3]、定量CT(quantitative computed tomography, qCT)^[4]以及MRI方法^[5,6,7,8,9]等。其中SQUID方法虽然具有非侵袭性、可靠度很高，但价格昂贵，离临床应用较远；qCT也具有非侵袭性、较可靠，但缺点是易受脂肪影响、有电离辐射。而MRI具有敏感度高、可行性和可重复性好、数据采集方便等优点，决定了它在人体铁沉积评估中的重要性。

2　MRI测量铁沉积的原理、技术、测量以及验证方法

2.1　原理

       人体内主要是以铁蛋白和含铁血黄素的形式来存储铁的，这两种物质都是顺磁性物质。对于正常组织来讲，其磁场均匀性好，探测到的信号所产生的图像较为明亮。当组织中含有铁时，由于其顺磁性的影响，磁场的均匀性受到破坏，导致其周围氢质子的弛豫时间缩短，从而造成信号强度降低，图像亮度变暗。磁共振正是通过含铁组织弛豫时间改变的大小来评估铁沉积的程度。

2.2　技术

       早期的磁共振铁沉积研究，主要是运用自旋回波序列（spin Echo, SE）T2加权成像技术。但由于采集的时间较长，容易出现运动伪影或呼吸运动引起的伪影。自旋回波信号是采用180°聚焦脉冲获得的，而若不采用180°聚焦脉冲仅采用读出梯度场的切换获取梯度回波（gradient Echo, GRE）信号则反映的是T2^*弛豫信息。近几年来，由于GRE序列产生的T2^*值可以很好地反映组织内磁敏感对组织信号的影响，且采集时间短、运动伪影或呼吸运动伪影较少^[10]，日益受到重视。从理论上来讲，T2^*弛豫包含了由质子小磁场相互作用造成的磁场不均匀性（真正的T2弛豫）和因主磁场不均匀性造成的弛豫，可以用如下公式表示T2^*与T2之间的关系^[11]：

       其中γ表示磁旋比，△Binhom是磁场变化幅度。T2^*由于受到磁场不均匀性的影响，衰减快于T2，因此同一种组织的T2^*总是小于T2。在人体组织中，随着回波时间变长，横向磁化矢量逐渐衰减，图像变暗。若组织中铁含量越高，主磁场的不均匀性越明显，组织的T2^*值会越短，图像随着回波的时间变暗的速度也越快。为了方便反映铁含量的大小，引入了R2^*值。它仅仅是T2^*的倒数，没有其他物理含义，计算公式为R2^*=1000/T2^*，其中R2^*和T2^*的单位分别为Hz和ms。

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2.3　肝脏铁沉积测量以及验证

       肝脏是铁最主要的存储器官，当人体内铁含量过多时肝脏最容易受到影响。肝脏铁沉积是由于各种病因引起体内铁含量增高，从而导致铁在肝脏内的弥漫沉着，所以它又被称为肝含铁血黄素沉积症。它可以分为两大类，第一类为肝细胞内沉积：其主要病因为原发性血色素沉着，是因肠道铁吸收增多导致肝脏细胞内铁沉积过多，可引起肝功能异常；另一种为网状内皮细胞内铁沉积过多，主要病因为血液病、严重慢性贫血及肾衰竭等治疗过程中反复大量输血造成的。下面从测量和验证两个角度分析肝脏的铁沉积。

2.3.1　测量

       目前，磁共振检查中，肝脏的铁沉积主要是利用上述提到的T2^*技术（常用R2^*值来表示）进行测量。测量主要涉及以下几个方面：

       (1)采集的技术：采集的技术有单回波采集和多回波采集两种。在早些磁共振场强比较低的情况下，主要以单回波采集为主；随着中高场机的日趋普遍，采集的速度越来越快，多回波的采集技术也得到广泛的应用。多回波可以设计多个TE值，观察肝实质随着TE值的增加，信号衰减的程度。Westwood等^[12]的研究发现，不论是单回波还是多回波的采集，R2^*的值是相近的，这样即使在不同采集技术的条件下，不同场强之间的R2^*值也是可以进行比较的。

       (2)磁共振场强的选择：Storey等^[13]对20例健康志愿者和14例输血依赖性患者进行1.5 T和3 T的肝脏和心脏磁共振检查，发现不论是健康组还是病例组，磁场强度为1.5 T下肝脏铁的R2^*值与3 T的情况下肝脏铁的R2^*值之间接近一个线性关系，就是说R2^*的值随场强之间的比例成线性变化，即1.5 T下肝脏铁的R2^*值近似3 T下肝脏铁的R2^*值的近似一半；同时Storey等的研究也指出高场的优势在于可高分辨地检测组织铁含量较低的组织，如大脑铁沉积，但其主要劣势是磁敏感伪影较1.5 T场强重，因此不是在特殊情况下，使用1.5 T的场强较为合适。

       (3)ROI的选取：目前在MRI评估肝脏内铁沉积的研究中，大部分研究者都以肝脏小感兴趣区域（大小为5~30 mm）^{[6, 14,15]}为基础。但实际上，肝脏铁沉积并不是均匀地分布于整个肝实质之中，这就使穿刺活检和小ROI的测量存在本质性的误差；同时对于不同的研究人员，即使由同一个患者做出来的检查结果，ROI选取的位置、大小范围不同，也会出现研究人员之间测量结果的差异。因此一些研究人员^[16]提出将整个肝脏作为感兴趣区来测量T2^*（或R2^*）的值，但目前这方面的研究较少。McCarville等^[17]就这方面的问题做了相关工作，他们将41例铁沉积患者行肝穿刺活检和磁共振T2^*检查，3位评估人员独立进行小ROI和整个肝脏R2^*值的测量，结果显示这两种感兴趣区的测量结果都与肝穿刺活检的结果显著相关；但与临床肝穿刺活检的结果相比，小ROI的测量方法比整个肝脏作为感兴趣区的方法更容易导致评估人员之间的差异（两种方法测出来的R2^*值差异大于75 Hz） ，R2^*的值和标准差也会稍高，并且值的范围也会更大。

2.3.2　验证

       R2^*值（或T2^*值）的验证是与肝穿刺活检的测量结果进行比对的。目前已经有很多研究表明R2^*的值与肝穿刺活检的测量结果成正相关关系^{[5, 7, 8, 18,19,20,21]}。早在1997年，Ernst等^[5]将收集到的58例血色病患者（49例有铁沉积）进行磁共振梯度回波T1和T2^*加权成像，发现肝脏和肌肉的信号强度比与LIC)之间存在明显的负相关关系。Anderson等^[21]的研究也表明T2^*的值与肝穿刺活检的测量结果成曲线负相关，同时他们用对数的概念对此关系进行描述，可以近似地表示一条直线，其关系可总结为LIC=k×loge(T2^*)，其中LIC是肝脏铁浓度，k是直线的斜率。在Anderson等的研究中，1.5 T场强、屏气8回波、梯度回波序列采集（参数为：TR=200 ms, FA=20°, Matrix=96×128, FOV=35 cm, Sample BW=125 kHz）的情况下，测量出来的正常肝脏、骨骼肌T2^*值分别为（33±7） ms和（30±5） ms。

2.4　心脏铁沉积测量以及验证

       心脏铁沉积的临床测量方法也是穿刺活检，但是由于穿刺活检操作起来非常危险，且结果存在较大的抽样误差和多变性，给磁共振评估和验证铁沉积带来了挑战。Wang等^[22]和Wood ^[23]等分别以沙鼠为动物模型，并得出了类似于肝脏铁沉积与肝活检关系的结果，即心脏T2^*的值与心脏铁沉积成负相关。Wang等也在人体上评估了左心室的射血分数与T2^*之间的关系：T2^*>20 ms的患者射血分数是正常的；T2^*值为10~20 ms的患者存在铁沉积，但尚不危及心功能；T2^*<10 ms的患者存在铁沉积并危及心功能，需要去铁治疗。因此心脏的T2^*值具有重要的临床价值，目前一般认为可作为判断心衰风险的可靠指标，其他铁蛋白、肝铁浓度均非评估心铁过多的可靠指标，因为研究发现^[22]心铁过多的患者，铁蛋白或肝铁并都不是很高，它们之间的无明显相关性。即肝铁浓度很高的患者，心铁不一定高；肝铁浓度不高的患者，心铁不一定低；对该类患者不能单纯的以肝浓度来作为判断心铁高低的指标，临床对这些患者治疗时需要谨慎。

2.5　其他铁沉积累及器官和它们之间的相关性

       对于地中海贫血、血色病以及其他需要长期输血来预防贫血的患者来说，体内的铁沉积不仅仅出现在肝脏或者心脏，实际上也有一部分出现在垂体、肾上腺、骨骼肌、脾脏和胰腺等^{[24,25,26,27,28,29]}组织器官中。这些器官的磁共振铁沉积研究与肝脏和心脏的铁沉积研究相比相关报道较少。实际上，虽然这些器官的铁沉积的含量较少，但少量铁沉积的存在也会造成这些器官功能的破坏，目前这些器官的铁沉积MRI评估研究较少，但临床意义也同样重要。铁沉积致垂体功能障碍可导致的性腺功能低下，Christoforidis^[24]等用磁共振T2^*加权成像来评估具有此类并发症的30例β地中海贫血患者和13例正常志愿者脑垂体铁沉积的情况，结果显示β地中海贫血组的垂体信号与对照组相比明显降低，同时铁蛋白水平与T2^*的值成中度相关（相关系数r=-0.56）。相类似的结果也出现在上述提到的各个组织器官中。有趣的是，各个组织器官之间的铁沉积含量并没有明显的相关性^{[21, 30,31,32]}。例如Argyropoulou等^[31]将37例β地中海贫血患者行磁共振扫描和血清铁蛋白测定，结果显示肝脏、胰腺、垂体和骨骼肌之间的相关系数值非常低。

3　不足和展望

       综上所述，磁共振T2^*技术目前在测量人体肝脏和心脏组织的铁沉积应用较为广泛，组织的铁含量与组织的T2^*的值成反相关关系，不同铁沉积受累组织器官之间的铁含量并没有明显的相关性。针对目前的研究，磁共振T2^*技术应用于铁沉积的研究也存在一定的不足和挑战。

       首先，在做肝脏和心脏磁共振检查时，尽管采用了梯度回波序列，但每个患者的屏气能力不同，有些患者容易出现呼吸运动伪影，这是不可避免的客观因素，对结果的测量有一定的影响；其次，从肝脏T2^*的值（或R2^*值）的测定方法来讲，不同大小和位置的ROI将会出现不同的测量结果，目前主要是以小ROI为基础，但容易出现结果的多变性。若以全肝脏为感兴趣区域，可以对比小ROI和全肝脏的检测结果，选择较优测定方法将会更为有利于肝脏铁沉积的评估；再者，从正常人和异常人角度来讲，通过检测肝、心、脾、肾、骨骼肌、大脑等组织器官R2^*的值，再经大量的统计，得出正常值范围和异常值范围，利于筛查患者是否有铁沉积。目前，这方面的相关报道较少，但其临床意义较大。

       总之，作为较新的测量人体内铁沉积的磁共振T2^*技术，在其研究发展过程中，必然出现不足和挑战；但随着研究的不断深入和技术的不断改进，磁共振T2^*技术凭借其非侵袭性、可靠度高和可重复性好等优点，在人体内各器官铁沉积的评估将有广泛的应用前景。