深圳先进院磁共振全身脂肪定量成像技术研究取得新进展

　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院保罗·C·劳特伯生物医学成像中心磁共振团队在磁共振脂肪定量技术上取得新进展。团队提出的新型基于转换区域检测的水脂分离方法使脂肪定量的精确度和稳定性大幅提高，对肝脏代谢性病变的早期精准定量展现出突出应用潜力，该工作以“Fat-water Separation Based on Transition Region Extraction”为题被磁共振国际期刊Magnetic Resonance in Medicine 选为当期封面。该文章第一作者为博士研究生彭浩及副研究员邹超，通讯作者为研究员郑海荣。

　　非酒精性脂肪肝（NAFLD）是一种由于机体脂肪代谢异常导致的肝脏病变。据统计我国非酒精性脂肪肝患病率超过26%，已成为危害生命健康的重大肝脏疾病。非酒精性脂肪肝在早期属于可逆性病变，脂肪肝一旦引发炎症并进展至肝硬化，其预后差，甚至会引发肝癌，因此非酒精性脂肪肝的早期精准诊断至关重要。

　　磁共振成像是目前肝脏脂肪定量准确的手段，其独特的质子密度脂肪分数（PDFF）能够精准反映肝脏细胞中脂肪比例，并且与病理结果高度一致。然而，在临床肝脏扫描中，为了避免水脂T1差异对定量结果造成影响，通常使用小角度激发的快速梯度回波序列，并配合并行成像等快速成像技术以保证扫描速度，这些因素均会导致图像信噪比的急剧下降，使得磁共振脂肪定量技术中固有的水脂二义性的问题在低信噪比图像中暴露出来，并影响最终定量结果。

　　课题组针对现有脂肪定量技术在低信噪比图像中不稳定的问题，提出了水脂转换区域检测新算法（Transition Region Extraction, TREE），通过水脂交界的特殊性解决该区域的二义性问题，并以该区域的解作为初始解推算整个图像的解；该新算法采取了块处理的方式，将临近且解相似的像素点聚合为子区域，大幅降低了该方法的计算量，并且使得该方法在低信噪比的图像中表现尤为出色。该方法的提出为实现肝脏脂肪定量临床广泛应用奠定重要的技术基础。该方法已进入国产磁共振设备技术转化和临床测试应用。

　　新方法不仅能用于肝脏的脂肪定量，还能应用于人体各个部位的脂肪定量。实际上人体内存在两种不同的脂肪：白色脂肪和棕色脂肪。白色脂肪存储多余的能量，是导致肥胖的主要原因，尤其是腹腔内的白色脂肪被认为是引起糖尿病、心血管疾病的“坏脂肪”。而棕色脂肪是人体内一种以消耗能量为功能的“好脂肪”，近年来研究显示，通过增加体内棕色脂肪的体积并提高其活性能够增加机体代谢率，达到消耗多余能量、调节葡萄糖代谢、改善胰岛素抵抗等作用，棕色脂肪组织已成为抵抗肥胖、糖尿病等相关代谢性疾病的新靶点。可以看出，人体中不同类型的脂肪分布、体积以及代谢活性的精准定量对于早期预测肥胖、糖尿病等脂肪代谢异常疾病十分重要。课题组将基于该方法进一步开展能够准确定量人体棕色脂肪等“好脂肪”的体积以及代谢活性；测量腹腔内白色脂肪等“坏脂肪”的体积；获取肝脏、心脏、胰腺、脊柱和肌肉内脂肪含量信息，全面反映全身脂肪分布特征，为建立脂肪代谢异常类疾病的筛查提供重要基础。

图1：Magnetic Resonance in Medicine 2019年7月刊选择了本文作为封面文章

图2：TREE方法在低信噪比图像中依然表现稳定

图3：TREE方法用于全身脂肪定量，不仅能计算肝脏脂肪含量，还能定量皮下脂肪、腹腔脂肪体积

图4：棕色脂肪被认为是具有消耗能量的“好脂肪”。组织内的脂肪含量（FF）是区分棕色脂肪和白色脂肪的重要指标