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在线分享会 | 水脂分离&脂肪定量原理篇

磁共振影像俱乐部 · 公众号 · 医学 · 2017-07-14 14:14

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前言

脂肪相关技术的在线分享会总共举办了两期。首先，介绍了传统的脂肪抑制和脂肪检测技术（插入相关链接）。随后，在第四期分享会上，张静博士为我们介绍了水脂分离技术，以及脂肪定量技术的相关特点和临床应用。

本篇推文就是第四期分享会的文字汇总。主要涵盖以下几个话题：

水脂分离技术：Flex技术、Ideal技术

脂肪定量技术：Ideal IQ技术

第三期分享会介绍了传统的脂肪抑制和脂肪检测技术。但是此类技术有一个局限，要想获得信噪比高、压脂均匀、且不会受到磁场是否均匀干扰的高质量的压脂图像，会非常困难。

针对这一难题的技术解决方案，就是今天将要进一步探讨的水脂分离技术，和在其基础上的脂肪定量技术。

水脂分离技术可以把水的信号和脂肪的信号单独显示出来，单独成像获得水像和脂像，一幅水像相当于完全把脂肪剔除的压脂图像，在GE的磁共振应用平台上，水脂分离技术有-Flex技术和Ideal技术。

在水脂分离技术基础上，可以进行精确的脂肪定量技术，在GE平台上比较有优势的技术叫做Ideal IQ技术，本期的内容就是和大家分享这些技术的技术特点及其临床应用。

水脂分离技术

水脂分离技术有-Flex技术和Ideal技术，其基础是Dixon技术。在介绍水脂分离技术之前，我们首先了解一下传统的Dixon技术。

Dixon

由于化学效应的存在，水和脂中氢质子的进动频率不同，这也是Dixon技术的立足点。1984年，Thomas Dixon先生首先提出了Dixon两点法，它利用同相位和反相位的数学运算获得水像和脂像：

但是这种两点法获得的水像和脂像只是通过简单的数学运算和图像后处理得到的，并没有考虑一些相关的影响因素，比如主磁场的不均匀可能会导致水和脂肪中氢质子的进动频率差异发生变化，会出现相位累积的错误，如果不能很好地对水和脂肪中的氢质子的相位误差进行校正的话，这种简单的图像加减并不能得到准确的脂像和水像。

1991年，有学者针对Dixon两点法提出了进一步的技术改进，也就是Dixon三点法，其利用三个回波采集三幅图像，利用其中两幅相位相差2π的图像卷积来确定B0场，从而消除相位累积的错误，进而实现水像和脂像的准确获得，该方法提出后有了一定的应用，但是在实践应用中发现，当水和脂肪的比例为1时，得到的水像和脂像就不可行了。当然，还有Dixon单点法，该方法过去在永磁型设备中，但是对磁场的均匀度要求很高。

FLEX技术

下面为大家介绍一下水脂分离技术在GE平台推出的LAVA FLEX技术。

该技术是2004年GE平台上推出的革命性技术，该技术基于Dixon两点法，但远远高于传统的Dixon法，其结合了革新性的区域增长法和相位校正法。

#区域增长法是GE工程师获得的专利，原理是如果要分离脂肪，需要把脂肪设为一个种子点，然后计算种子邻近的像素和种子像素之间的相位差异，如果该差异小于设定的阈值，就将其归为同一物质；如果大于设定的阈值，就略过。通过这种方法可以快速地将水和脂肪分离出来。#

GE区域增长和相位校正法使得LAVA-FLEX可以很好地克服磁场均匀度，得到非常准确的水像和脂像，而且这种技术一次成像可以得到四种对比度：水像，脂像，同相位和反相位；并且，LAVA-FLEX采用自校准的并行采集技术，能够实现非常快速的扫描；此外还可以进行腹部的大范围成像。加之FLEX技术得到的水像剔除脂肪的效果非常均匀，LAVA-FLEX在多期动态增强扫描、腹部大范围成像都有很好的应用。

FLEX这种技术也可以用于乳腺，我们称之为Vibrant-FLEX。名称的差异在于乳腺由于解剖结构复杂，在进行乳腺检查时双侧的乳腺要置于乳腺两侧的线圈孔洞里，进行分别的匀场。为了区分用于腹部和盆腔的LAVA-FLEX技术，在乳腺上使用时叫做Vibrant-FLEX，同样可以得到非常好的乳腺的水像，脂像，同相位和反相位。

Lava-FLEX产生的水像可完全剔除脂肪，那么有没有和采用Special技术的LAVA或Vibrant扫描得到的压脂图像进行比较呢？大家可以看到，下图中乳腺，包括腋窝的淋巴结，还有子宫内膜显示的几组图像的对比。采用Flex技术进行水脂分离得到的水像，与采用Special技术压脂后的效果相比，剔除脂肪效果更彻底，更利于对于病变的显示。

Ideal 技术

在GE的磁共振平台上，除了FLEX技术外，还有Ideal技术。

Ideal技术 全称是非对称采集与迭代最小二乘水脂分离方法。这种技术实际上可以利用三个或更多回波来进行水脂分离的采集，GE平台上采用的是三个回波结合FSE序列进行水脂分离成像的。利用FSE成像获得的信噪比进一步提高，而且更能有效克服磁场不均匀的干扰，从而得到准确的水脂分离成像。

Ideal技术的优势在于可以采用多种快速采集的方式，包括部分K空间填充，多回波采集，并行采集等的方式，利用该技术可进行脊柱、颈部等由于解剖结构复杂易受到磁场均匀度干扰的部位成像，其可得到更加均匀的剔除脂肪的水像。此外，Ideal还可以用于骨关节的成像。

脂肪定量技术

前面我们介绍了水脂分离技术，正是在该技术的基础上，可以进一步得到脂肪的精确定量。在GE的磁共振平台上，推出的精确的脂肪定量技术是Ideal IQ技术。

该技术结合六个回波的采集，获得了六组水和脂肪在不同的相位差异时的图像，利用六组图像分离出水像和脂像，进一步得到脂肪分数图。脂肪分数图实际上反映了各个像素脂肪分数的对比度。

脂肪分数

脂肪分数可定义为单位像素内，脂肪中的氢质子的信号强度占水和脂肪中总的氢质子信号强度的比值。

那么，Ideal IQ的脂肪分数是怎么计算的？

Ideal IQ运用了强大的数学运算，在得到水脂分离和脂肪分数的过程中，去除了诸多混杂因素，包括T2*效应的干扰，涡流效应，脂肪多谱峰模型等因素。

上图反映了Ideal IQ在进行信号拟合过程中得到的T2*曲线的过程，利用六个回波采集可以得到T2*信号衰减的情况，进而拟合出T2*的曲线，得到T2*值。

这里还要引出一个概念，就是R2*，即弛豫率。

T2*的倒数即R2*,为什么要进行R2*的测量呢，实践中发现R2*跟铁的含量是密切相关的。

Ideal IQ技术

Ideal IQ的扫描较简单，肝脏的成像只需屏气20秒左右，即可完成全肝脏的容积扫描，操作非常便捷。它不仅能得到脂肪分数，而且得到R2*值，可进行脂肪和铁的双定量。

Ideal IQ扫描可以得到六种对比度的图像，其中脂肪分数图和R2*这两个定量参数是我们要获得的主要指标，并且这两个定量参数测量时无需额外的后处理软件，可直接打开序列进行数值测量。

对于定量技术Ideal IQ，其脂肪分数测量的准确性有没有得到过相关临床研究验证呢？答案是肯定的。在2011年和2012年，Radiology曾发表多篇文章，对Ideal IQ技术得到的脂肪分数进行了准确性验证。

以下列举其中两篇，分别是将Ideal IQ技术与波谱和病理活检的对比研究

上图是将Ideal IQ脂肪分数测量与波谱测量结果进行对比的研究结果。波谱分析一直被认为是脂肪定量的金标准的影像学方法，但是该方法的操作和后处理比较复杂，临床实用性不强。而与波谱分析相比而言，采用Ideal IQ技术，得到的结果准确性、敏感度和特异度都达到了100%。并且Ideal IQ的操作非常便捷，因此值得作为脂肪分数测量非常准确和实用的方法在临床实践中使用。

下图引用自Ideal IQ脂肪分数图和病理结果做对照的临床研究，通过与数十例非酒精性脂肪肝病理穿刺结果对照，结果显示，Ideal IQ得到的脂肪分数和病理结果是完全一致的。