引用本文： 周燚, 宋彬, 胡富碧, 袁放. 磁共振定量技術在腹部實質性臟器鐵過載中的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2017, 24(9): 1139-1144. doi: 10.7507/1007-9424.201707066 復制
鐵過載是由于機體內鐵供給超過鐵需求，而導致鐵在某些組織器官儲存增加的一種病理現象。任何形式的鐵過載均可導致組織鐵沉積和多器官功能損害[1]。由于鐵元素可促進過氧化氫轉變成自由基，進而破壞細胞膜、蛋白質和 DNA，因此鐵過載會導致機體器官損害。引起鐵過載的原因有很多，且鐵過載的病情隱匿，進展緩慢，癥狀和體征表現多樣、無特異性，組織和器官受累程度不一，常在顯著受損后才能明確診斷。因而早期準確診斷鐵過載對及時治療和避免發生不可逆性臟器損害至關重要。近年來，隨著磁共振設備和成像序列的不斷發展，各種磁共振定量技術已應用于鐵過載的診斷和監測中，并顯示出了重要的臨床價值。筆者現對鐵過載磁共振定量技術的基本原理、研究進展及其在腹部實質性臟器中的應用現狀進行綜述。
1 鐵過載概述
正常鐵濃度在人體的生理活動中起著重要作用。鐵是血紅蛋白、肌紅蛋白、細胞色素類和各種非血紅素酶的重要組成部分，生理狀態下鐵穩態的維持是靠鐵的吸收和存儲來完成的，而當鐵過載時機體缺乏有效維持鐵平衡的調控機制，組織學上體內過量的鐵主要儲存于肝臟和網狀內皮系統。鐵過載會導致脂質和蛋白質的氧化損傷，同時可引起 DNA 損傷，表現為線粒體和溶酶體功能障礙、鐵代謝相關基因表達異常和腫瘤抑制基因表達異常。
導致鐵過載的主要原因為原發性和繼發性血色病。原發性血色病是一種常染色體隱性遺傳性疾病，由于腸道鐵吸收過多導致體內鐵過載，主要累及肝臟、胰腺、心臟、垂體、甲狀腺及性腺[2]，其診斷主要通過基因檢測確診。繼發性血色病主要是某些血液系統疾病，如地中海貧血、骨髓增生綜合征等，或因多次反復輸血及長期服用鐵劑導致體內鐵過載，主要累及網狀內皮系統，如脾臟和 Kupffer 細胞。
肝臟是鐵最主要的代謝和儲存器官，同時肝臟也是受累最早和最嚴重的器官[3]，臨床上常通過評價肝臟鐵過載的程度來反映體內鐵沉積情況，因此準確評估肝臟的鐵負荷顯得尤為重要。
2 鐵過載的檢測方法
目前用于檢測鐵濃度的方法主要包括：肝組織活檢、包括血清鐵蛋白（serum ferritin，SF）和轉鐵蛋白飽和度（transferrin saturation，TS）檢測在內的實驗室檢查、超導量子干涉儀（superconducting quantum electromagnetic interference，SQUID）、計算機斷層攝影（computed tomography，CT）及磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）。
2.1 肝組織活檢
盡管肝組織穿刺活檢是目前評價肝鐵過載的金標準，然而由于肝組織穿刺活檢存在取樣誤差，而且具有侵入性，不宜多次重復取材，存在并發癥風險。此外，肝活檢組織的鐵濃度不一定代表整個器官的鐵濃度[2]，因此肝穿刺活檢并不是用于檢測鐵過載和監測治療療效的理想方法。
2.2 實驗室檢查
SF 和 TS 是評價鐵過載常用的實驗室指標。SF 和 TS 雖然能夠反映機體整體含鐵水平，即外周血中鐵含量，但與器官鐵沉積無明顯相關性，不能夠反映器官鐵沉積程度。此外，SF 的準確性受到其他因素影響，如炎癥、肝病、腫瘤、溶血、酗酒等[4]。
2.3 SQUID 檢測
SQUID 雖然量化肝鐵濃度相當準確，但設備價格昂貴，同時需專業人員進行數據測量采集和設備維護，并且 SQUID 僅能定量量化肝臟和脾臟中的鐵含量[5]，故在臨床上的廣泛應用受到一定限制。
2.4 CT 檢查
鐵濃度的增加與 X 射線的衰減是呈一定比例的。CT 用于肝臟鐵濃度的測量已經長達 40 年。然而 CT 檢查具有電離效應，會對患者造成輻射損傷，因此不適用于需要多次重復檢測的患者和兒童[6]。
2.5 MRI 檢查
當前，尋找一種能夠無創、可靠、準確性高和可重復性好的鐵過載評價方法，這是國內外學者研究的重點和熱點。近年來，越來越多的影像學新技術應用于鐵過載評價，包括 CT 和 MR 成像，這些技術可以無創、定量反映器官鐵過載程度，并可以監測鐵過載治療的療效。其中，各種磁共振定量技術在鐵過載的診斷、嚴重程度評價和療效監測上扮演著越來越重要的角色。
MRI 基于肝臟鐵對水質子的影響而間接測量肝鐵濃度，由于鐵沉積引起肝內水質子擴散的磁性不均勻，故可對肝臟信號改變進行檢測[7]。研究[7-11]已經表明，MRI 對鐵過載的檢測及定量分析結果能夠很好地與肝組織穿刺活檢結果相對應，為定量檢測鐵過載程度提供了新的方法。MRI 檢查對于鐵過載引起的肝纖維化、肝硬變及肝癌具有較高的敏感性，有利于疾病的早期發現。MRI 鐵評估采集技術徹底改變了多種器官鐵過載的研究模式[11]。
目前國內外用于檢測鐵過載的 MRI 方法主要有：信號強度測量法〔包括信號強度比（signal intensity ratio，SIR）和同反相位信號強度差異〕、T2/R2 測量法（如多回波 mapping 技術和 Ferri Scan 技術）、T2*/R2*測量法、Dixon 及其衍生技術、超短回波時間（ultroshort echo time，UTE）成像技術及磁敏感加權成像技術〔包括常規磁敏感加權成像和定量磁敏感圖（quantitative susceptibility mapping，QSM）〕。
2.5.1 信號強度測量法 信號強度測量法主要包括早期應用的 SIR 和同反相位信號強度差異。SIR 是在肝鐵濃度與肝臟信號強度（signal intensity，SI）具有相關性的基礎上，通過測量計算肝臟和同一層面不含鐵肌肉組織（如豎脊肌）SI 的比率，從而對鐵過載進行半定量診斷，主要用于肝臟鐵濃度的檢測。應用 SIR 可減小不同設備及磁場不均勻所產生的誤差，使肝鐵濃度的檢測更為準確。SIR 反映了肝鐵濃度和 SI 之間復雜的非線性關系，適用于對中等程度鐵過載患者的評估。Ernst 等[12]研究發現，SIR 能夠檢測 50～300 μmol/g 的肝鐵濃度，對于小于 50 μmol/g、大于 300 μmol/g 肝鐵過載的檢測準確性較低。
由于過量鐵以三價鐵形式存在于機體中，而鐵是順磁性物質，可縮短 T1 和 T2 的松弛時間。在自旋回波序列中，T1 縮短會增加 SI，而 T2 縮短將會減少 SI，因而在非常低的鐵濃度下，T1 縮短遠遠大于 T2 縮短，導致輕度肝鐵過載患者的漏診[13]，反之同理。因而目前 SIR 技術幾乎被淘汰。
同反相位信號強度差異是基于肝鐵過載患者部分伴有脂肪沉積，而未通過同反相位化學位移序列校正所測得的肝鐵濃度低于實際肝鐵濃度。同反相位信號強度差異適用于肝臟鐵過載伴脂肪沉積的患者，減少了脂肪對肝鐵濃度的影響。雖然基于化學位移的脂肪飽和度可以減少脂肪對肝臟信號的影響，但是同反相位信號強度差異方法無法量化肝鐵濃度。
2.5.2 T2/R2 測量法 鐵含量是基于橫向弛豫比率來確定的，即為 MR 信號衰減的橫向弛豫時間的倒數[2]。T2 自旋回波（spin echo，SE）序列是隨時間消逝的序列，由于 T2 SE 序列橫向弛豫時間取決于組織的含鐵量，因而可以判定不同組織的鐵濃度。T2 的倒數為 R2。R2 信號衰減主要是由不可逆的自旋回波 R2 組成，另外還包括可逆的由氫原子核自旋相互作用而產生的 R2’。這是因不同組織磁化率的局部差異和原子核的拉莫爾頻率不同、影響磁場均勻性而產生的。這一現象在肝臟含鐵血黃素沉積中特別明顯，尤其是鐵含量增加的情況下[2]。R2 與肝鐵含量之間存在非線性關系[14-15]。有研究者[16]發現，體外肝組織單個自旋回波 R2 值高于前期體內的測量值，這主要是由于時間不同所引起的，所以多回波 mapping 技術應運而生，該技術相較于需要多次激發單獨測量所得的校正 R2 更為準確，已廣泛應用于肝臟和心臟鐵過載的檢測。
皮埃爾等通過對一組特定的成像參數進行分析得到了單指數衰減模型常數，將獲得的 R2 測量值進行轉換，這種校準方法稱為 Ferri Scan[17]。經鐵過載地中海貧血患者證實，Ferri Scan 給臨床鐵過載的安全和無創監測提供了可靠和準確的評估方法，目前它也是唯一已經得到校準和驗證的 MRI 技術[18]。該校準曲線不受 MRI 設備、患者年齡，肝纖維化分期、壞死等級、炎癥分級、螯合劑治療等的影響，相較于 R2 檢測的肝鐵濃度，該方法的檢測結果與活檢所得的肝鐵濃度更接近。但由于脂肪質子在 T2/R2 序列不容易測量，肝臟脂肪同時也影響肝臟 T2*/R2*測量的準確性，所以 Ferri Scan 與活檢相比其局限性在于不能量化活檢肝組織中的脂肪含量[19]。當患者同時存在肝臟鐵過載和脂肪化時，Ferri Scan 序列檢測鐵過載存在混合效應，此時即使患者具有嚴重的鐵過載，其測量值也明顯低于實際值[20]。
2.5.3 T2*/R2*測量法 目前已經證實可以通過 T2*值的測量來評估肝臟的鐵過載[11]。關于 T2*序列已有幾個數據分析方法被提出[21]，而這些數據分析方法各自對于數據采集和后處理具有不同的要求。在 SE 序列中，質子旋轉去相位被逆轉后重新聚焦的 180°脈沖只可觀察到不可逆的橫向弛豫率，即 R2。這種重新聚焦在漸變回波方法中被消除，此時橫向弛豫比率是 R2 和 R2’ 之和，稱為 R2*。R2*是梯度回波 T2*的橫向弛豫時間的倒數。其中 R2*的數據分析和信號強度比率對 MR 圖像信號均勻性的要求較高[2]。
正常人肝臟的 R2*值一般在 50 Hz 左右，根據機器型號及場強不同而略有所不同。T2*/R2*測量法對肝鐵濃度的測定通過以下 3 個步驟完成，首先確定肝 R2*弛豫速率，然后計算來自肝組織和參考組織的信號比例，最后測定磁化率[2]。
肝臟的 R2*值隨著患者鐵過載程度的加重也會不斷升高。R2*值與肝穿刺活檢組織學研究得到的肝鐵濃度具有明顯的相關性[22]。服從萊斯分布的 R2*對高鐵負荷的評估較高 R2*條件下的結果更為可靠，同時和信噪比變化情況最為一致[23]。一般情況下 T2*檢測較 R2*更為靈敏[10]。由于不同的回波時間在梯度回波法中是必需的，用于確定橫向弛豫比率 R2*，因而此時必須考慮到可能存在脂肪變性的情況，以防止不正確的結果[2, 4]。R2*對于測量肝組織中較低濃度鐵含量較為準確，而對肝組織中較高濃度鐵含量的敏感性較差。
正常胰腺的 R2*<40 Hz，目前將 MRI 檢測胰腺 T2*值<21 ms 及 R2*>100 Hz 作為診斷胰腺鐵過載的核磁診斷標準[8]。有研究[24]表明，胰腺是潛在的心臟鐵濃度的早期預測因子，胰腺 R2*的風險閾值為 100 Hz。胰腺 R2*還具有預測內分泌功能的作用。有學者[20]研究發現，胰腺鐵過載會導致胰腺細胞的死亡和胰腺脂肪化，引起胰腺功能障礙和胰島素分泌異常，從而影響胰腺的內分泌功能，引起糖耐量異常，甚至導致糖尿病的發生。研究[10]還表明，大多數心臟鐵過載 R2*異常的患者同時伴有明顯的糖尿病，超過 50% 的胰腺鐵過載具有葡萄糖失調的臨床表現。
使用與肝臟相同的數據分析和采集技術，脾臟 R2*值很容易測量。雖然脾臟鐵過載與 R2*值校準曲線的相關性尚未被直接驗證，但是間接方法已被應用。目前脾臟鐵過載的功能意義尚未確定[25]。
2.5.4 Dixon 及其衍生技術 Dixon 技術其實屬于 T2*加權序列，它能夠實現水脂分離，作為一種可定量脂肪的檢查方法，主要應用于肝臟的精確脂肪定量研究，同時根據 T2*得到的 R2* mapping 也可以用于肝臟、心臟等器官鐵沉積的研究。Dixon 技術自出現后成像方法不斷改進，由最初的兩點采集發展至三點采集。兩點式 Dixon 成像的缺點在于水和脂肪容易受磁場不均勻的干擾，這種磁場不均勻性會改變二者的進動頻率，最終導致圖像上水和脂肪交界區域結構顯示模糊，水脂分離不徹底。為了克服上述缺點，人們發明了三點式 Dixon 水脂分離成像技術。三點式 Dixon 成像的特點是采集的 3 個回波中，中間一個信號與傳統的自旋回波/快速自旋回波（fast spin echo，FSE）序列采集的時間相同，180°相位回聚脈沖正好位于激發脈沖和采集信號之間。另兩個是對稱性位于這個信號兩邊的反相位信號。在三點式 Dixon 成像的水脂分離中，水脂分離程度取決于水和脂肪的含量，以及這些信號采集的位置。Dixon 技術無論作為現階段科學研究的手段還是未來獨立的臨床檢測項目，都有十分樂觀的應用前景。
Dixon 衍生技術主要包括 Multi-echo Dixon 技術、定量非對稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation，IDEAL-IQ）技術和可變容積加速肝臟采集（liver acquisition with volume acceleration-flexible，LAVA-Flex）技術。Multi-echo Dxion 技術在 T2*加權的基礎上使用多回波的 MRI 序列，能夠簡單、快速及準確地檢測并定量心臟和肝臟鐵含量。Chandarana 等[26]以組織病理學檢查作為參考標準，證實使用呼吸門控的 Multi-echo Dxion 技術對于肝鐵濃度的檢測和定量分析具有極高的靈敏性和特異性。
相對于相位回聚脈沖來說，當激發脈沖與采集信號之間沒有對稱關系時，我們就稱之為非對稱性采集。為了保證最短的掃描時間，臨床常用的采集時間點是–π/6、π/2 和 7π/6，這種成像方式即為 IDEAL-IQ，并且為 GE 公司所特有的 MRI 技術。它克服了 Dixon 技術水脂分離的缺點，減少磁場不均對水脂分離的影響，保證足夠的信號強度，組織結構交界處清晰，水脂分離徹底。
IDEAL-IQ 技術通過并行采集技術提高了圖像獲取速度，全部掃描可在單次屏氣內完成，通過一次掃描同時獲得水像、脂像、脂肪百分數圖像和 R2*弛豫圖像。IDEAL-IQ 重建采用了多回波技術來預測 R2*衰減率，并且把這個因素包含在水脂分離的計算之中。IDEAL-IQ 的臨床應用包括：內臟器官脂肪含量的測量和分析、骨骼肌肉系統疾病中脂肪定量技術的應用，并且還可應用于鐵定量測量，如阿爾茨海默癥以及帕金森疾病患者中樞神經系統鐵沉積檢測、實質性臟器及內分泌腺體的鐵過載定量分析，其不受臟器限制，心臟、肝臟、胰腺及脾臟均可應用。目前國內外大多數已發表的鐵過載研究主要是基于 IDEAL-IQ 技術[27]，IDEAL-IQ 技術憑借快速掃描、全自動圖像重建、精確水脂分離和 R2*測量，將在臨床上發揮著重要作用。
LAVA-Flex 序列是基于 Dixon 技術的三維擾相梯度回波序列，應用機器對原始數據進行后處理，可以獲得純水像、純脂肪像、同相位像和反相位像，然后聯合應用于測定肝臟有無鐵過載。當肝臟同時出現鐵過載和脂肪變性，如果單純利用化學位移序列的正反相位圖判定鐵過載和脂肪肝很困難[27]，而使用 LAVA-Flex 序列可以快速檢測肝臟是否鐵過載，以及是否合并脂肪變性[5]。
2.5.5 UTE 技術 超高場 MRI（3T 及以上）用于肝鐵定量檢測仍然受到信號強度快速衰變的限制，當場強從 1.5T 增加到 3T 時，R2 受場強增加的影響而信號衰減翻倍，信號強度快速衰減導致信號采集不足，進而引起肝鐵濃度降低，這促使了 UTE 序列的發展，UTE 序列大大縮短了可實現的 TE。UTE 在軟骨和骨骼結構成像中已經展示出了應用前景。在 1.5T MRI 上，肝鐵濃度的檢測上限約為 40 mg/g 干重[28]。3.0T MRI 檢測同一肝鐵濃度時 T2*值近似 1.5T T2*值的 2 倍[29]，UTE 序列增加了 1.5T 的動態范圍，因而解決了 1.5T MRI 40 mg/g 肝鐵濃度的上限問題[30]。UTE 序列能夠對不同濃度的肝鐵含量進行臨床評估，除了準確地評估高濃度肝鐵濃度，同時很可能是量化低中程度肝鐵濃度的方法，并且對于脂肪分離技術具有協同作用[31]。
2.5.6 磁敏感加權成像與 QSM 技術磁敏感加權成像是根據不同組織的磁敏感系數差異提供影像對比，基本原理是在 T2*加權梯度回波序列基礎上進行高分辨力三維梯度回波成像，主要用于探測不同組織間磁敏感性的差異，從而產生影像對比[32]。掃描時可同時獲得幅度圖和相位圖，通過定量測量信號值而對組織內的鐵含量進行半定量測量，其對鐵的敏感性明顯優于常規梯度回波序列。同時磁敏感加權成像也是使用相位圖進行 QSM 的前身。
磁敏感加權成像已成為一種臨床廣泛使用的工具，用于大腦出血、腦內微出血和顱內鈣化灶的鑒別。隨診 MRI 技術應用于鐵過載的檢測，肝鐵過載磁敏感加權成像的研究日益增多，而磁敏感加權成像較 T2 SE、T2*梯度回波（gradient recalled echo，GRE）等其他幾種 MRI 成像更具優勢，磁敏感加權成像可以提高輕度肝鐵沉積的檢出率[33]，并且對于肝硬變含鐵小結節的靈敏度更高[32]。雖然磁敏感加權成像技術在肝鐵過載的診斷中取得了進步，但是應用磁敏感加權成像技術對肝鐵含量的定量測量有待進一步研究[6]。
QSM 可以通過使用短 TE 來減少相位混淆和 T2 信號衰減，并且磁敏感加權成像和 QSM 結合使用可以避免常規磁敏感加權成像的幾何依賴性，可以更精確地顯示具有高度磁敏感性的物質成分或結構，如氣體和骨骼[34]。目前針對腹部的 QSM 技術的開發，驗證了 QSM 用于肝鐵過載患者檢測的可行性[35]。Sharma 等[36]研究證實，基于生物磁效應的肝磁化率定量磁敏感圖技術（quantitative susc-eptibility mapping-based biomagnetic liver susc-eptometry，QSM-BLS）能夠準確定位信號，從而提供清晰的 3D 空間圖像，并且 QSM 測得的磁化率與 R2*之間具有很強的相關性，QSM 可以校正 R2*用于評估肝鐵過載，特別是當 SQUID 設備不可用時，可用于定量組織鐵濃度。
綜上所述，在臨床應用中雖然鐵過載檢測方法較多，但 MRI 由于它的無創性、準確性、可重復性等優點，已經成為檢測機體不同器官鐵濃度的重要工具，尤其在腹部實質性器官中的應用較多，且 MRI 定量技術有望成為檢測肝鐵過載的首選方法，并有助于提高鐵過載患者胰腺損傷的早期檢出率。但是現有的大多數基于 MRI 對器官鐵濃度的檢測效果的研究結果只有大致的陽性預測值和陰性預測值，所使用的序列較為單一，需要進一步優化 MRI 序列并建立更為完善、規范的數據分析方法，從而推廣 MRI 在診斷鐵過載和監測去鐵治療療效中的臨床應用。
鐵過載是由于機體內鐵供給超過鐵需求，而導致鐵在某些組織器官儲存增加的一種病理現象。任何形式的鐵過載均可導致組織鐵沉積和多器官功能損害[1]。由于鐵元素可促進過氧化氫轉變成自由基，進而破壞細胞膜、蛋白質和 DNA，因此鐵過載會導致機體器官損害。引起鐵過載的原因有很多，且鐵過載的病情隱匿，進展緩慢，癥狀和體征表現多樣、無特異性，組織和器官受累程度不一，常在顯著受損后才能明確診斷。因而早期準確診斷鐵過載對及時治療和避免發生不可逆性臟器損害至關重要。近年來，隨著磁共振設備和成像序列的不斷發展，各種磁共振定量技術已應用于鐵過載的診斷和監測中，并顯示出了重要的臨床價值。筆者現對鐵過載磁共振定量技術的基本原理、研究進展及其在腹部實質性臟器中的應用現狀進行綜述。
1 鐵過載概述
正常鐵濃度在人體的生理活動中起著重要作用。鐵是血紅蛋白、肌紅蛋白、細胞色素類和各種非血紅素酶的重要組成部分，生理狀態下鐵穩態的維持是靠鐵的吸收和存儲來完成的，而當鐵過載時機體缺乏有效維持鐵平衡的調控機制，組織學上體內過量的鐵主要儲存于肝臟和網狀內皮系統。鐵過載會導致脂質和蛋白質的氧化損傷，同時可引起 DNA 損傷，表現為線粒體和溶酶體功能障礙、鐵代謝相關基因表達異常和腫瘤抑制基因表達異常。
導致鐵過載的主要原因為原發性和繼發性血色病。原發性血色病是一種常染色體隱性遺傳性疾病，由于腸道鐵吸收過多導致體內鐵過載，主要累及肝臟、胰腺、心臟、垂體、甲狀腺及性腺[2]，其診斷主要通過基因檢測確診。繼發性血色病主要是某些血液系統疾病，如地中海貧血、骨髓增生綜合征等，或因多次反復輸血及長期服用鐵劑導致體內鐵過載，主要累及網狀內皮系統，如脾臟和 Kupffer 細胞。
肝臟是鐵最主要的代謝和儲存器官，同時肝臟也是受累最早和最嚴重的器官[3]，臨床上常通過評價肝臟鐵過載的程度來反映體內鐵沉積情況，因此準確評估肝臟的鐵負荷顯得尤為重要。
2 鐵過載的檢測方法
目前用于檢測鐵濃度的方法主要包括：肝組織活檢、包括血清鐵蛋白（serum ferritin，SF）和轉鐵蛋白飽和度（transferrin saturation，TS）檢測在內的實驗室檢查、超導量子干涉儀（superconducting quantum electromagnetic interference，SQUID）、計算機斷層攝影（computed tomography，CT）及磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）。
2.1 肝組織活檢
盡管肝組織穿刺活檢是目前評價肝鐵過載的金標準，然而由于肝組織穿刺活檢存在取樣誤差，而且具有侵入性，不宜多次重復取材，存在并發癥風險。此外，肝活檢組織的鐵濃度不一定代表整個器官的鐵濃度[2]，因此肝穿刺活檢并不是用于檢測鐵過載和監測治療療效的理想方法。
2.2 實驗室檢查
SF 和 TS 是評價鐵過載常用的實驗室指標。SF 和 TS 雖然能夠反映機體整體含鐵水平，即外周血中鐵含量，但與器官鐵沉積無明顯相關性，不能夠反映器官鐵沉積程度。此外，SF 的準確性受到其他因素影響，如炎癥、肝病、腫瘤、溶血、酗酒等[4]。
2.3 SQUID 檢測
SQUID 雖然量化肝鐵濃度相當準確，但設備價格昂貴，同時需專業人員進行數據測量采集和設備維護，并且 SQUID 僅能定量量化肝臟和脾臟中的鐵含量[5]，故在臨床上的廣泛應用受到一定限制。
2.4 CT 檢查
鐵濃度的增加與 X 射線的衰減是呈一定比例的。CT 用于肝臟鐵濃度的測量已經長達 40 年。然而 CT 檢查具有電離效應，會對患者造成輻射損傷，因此不適用于需要多次重復檢測的患者和兒童[6]。
2.5 MRI 檢查
當前，尋找一種能夠無創、可靠、準確性高和可重復性好的鐵過載評價方法，這是國內外學者研究的重點和熱點。近年來，越來越多的影像學新技術應用于鐵過載評價，包括 CT 和 MR 成像，這些技術可以無創、定量反映器官鐵過載程度，并可以監測鐵過載治療的療效。其中，各種磁共振定量技術在鐵過載的診斷、嚴重程度評價和療效監測上扮演著越來越重要的角色。
MRI 基于肝臟鐵對水質子的影響而間接測量肝鐵濃度，由于鐵沉積引起肝內水質子擴散的磁性不均勻，故可對肝臟信號改變進行檢測[7]。研究[7-11]已經表明，MRI 對鐵過載的檢測及定量分析結果能夠很好地與肝組織穿刺活檢結果相對應，為定量檢測鐵過載程度提供了新的方法。MRI 檢查對于鐵過載引起的肝纖維化、肝硬變及肝癌具有較高的敏感性，有利于疾病的早期發現。MRI 鐵評估采集技術徹底改變了多種器官鐵過載的研究模式[11]。
目前國內外用于檢測鐵過載的 MRI 方法主要有：信號強度測量法〔包括信號強度比（signal intensity ratio，SIR）和同反相位信號強度差異〕、T2/R2 測量法（如多回波 mapping 技術和 Ferri Scan 技術）、T2*/R2*測量法、Dixon 及其衍生技術、超短回波時間（ultroshort echo time，UTE）成像技術及磁敏感加權成像技術〔包括常規磁敏感加權成像和定量磁敏感圖（quantitative susceptibility mapping，QSM）〕。
2.5.1 信號強度測量法 信號強度測量法主要包括早期應用的 SIR 和同反相位信號強度差異。SIR 是在肝鐵濃度與肝臟信號強度（signal intensity，SI）具有相關性的基礎上，通過測量計算肝臟和同一層面不含鐵肌肉組織（如豎脊肌）SI 的比率，從而對鐵過載進行半定量診斷，主要用于肝臟鐵濃度的檢測。應用 SIR 可減小不同設備及磁場不均勻所產生的誤差，使肝鐵濃度的檢測更為準確。SIR 反映了肝鐵濃度和 SI 之間復雜的非線性關系，適用于對中等程度鐵過載患者的評估。Ernst 等[12]研究發現，SIR 能夠檢測 50～300 μmol/g 的肝鐵濃度，對于小于 50 μmol/g、大于 300 μmol/g 肝鐵過載的檢測準確性較低。
由于過量鐵以三價鐵形式存在于機體中，而鐵是順磁性物質，可縮短 T1 和 T2 的松弛時間。在自旋回波序列中，T1 縮短會增加 SI，而 T2 縮短將會減少 SI，因而在非常低的鐵濃度下，T1 縮短遠遠大于 T2 縮短，導致輕度肝鐵過載患者的漏診[13]，反之同理。因而目前 SIR 技術幾乎被淘汰。
同反相位信號強度差異是基于肝鐵過載患者部分伴有脂肪沉積，而未通過同反相位化學位移序列校正所測得的肝鐵濃度低于實際肝鐵濃度。同反相位信號強度差異適用于肝臟鐵過載伴脂肪沉積的患者，減少了脂肪對肝鐵濃度的影響。雖然基于化學位移的脂肪飽和度可以減少脂肪對肝臟信號的影響，但是同反相位信號強度差異方法無法量化肝鐵濃度。
2.5.2 T2/R2 測量法 鐵含量是基于橫向弛豫比率來確定的，即為 MR 信號衰減的橫向弛豫時間的倒數[2]。T2 自旋回波（spin echo，SE）序列是隨時間消逝的序列，由于 T2 SE 序列橫向弛豫時間取決于組織的含鐵量，因而可以判定不同組織的鐵濃度。T2 的倒數為 R2。R2 信號衰減主要是由不可逆的自旋回波 R2 組成，另外還包括可逆的由氫原子核自旋相互作用而產生的 R2’。這是因不同組織磁化率的局部差異和原子核的拉莫爾頻率不同、影響磁場均勻性而產生的。這一現象在肝臟含鐵血黃素沉積中特別明顯，尤其是鐵含量增加的情況下[2]。R2 與肝鐵含量之間存在非線性關系[14-15]。有研究者[16]發現，體外肝組織單個自旋回波 R2 值高于前期體內的測量值，這主要是由于時間不同所引起的，所以多回波 mapping 技術應運而生，該技術相較于需要多次激發單獨測量所得的校正 R2 更為準確，已廣泛應用于肝臟和心臟鐵過載的檢測。
皮埃爾等通過對一組特定的成像參數進行分析得到了單指數衰減模型常數，將獲得的 R2 測量值進行轉換，這種校準方法稱為 Ferri Scan[17]。經鐵過載地中海貧血患者證實，Ferri Scan 給臨床鐵過載的安全和無創監測提供了可靠和準確的評估方法，目前它也是唯一已經得到校準和驗證的 MRI 技術[18]。該校準曲線不受 MRI 設備、患者年齡，肝纖維化分期、壞死等級、炎癥分級、螯合劑治療等的影響，相較于 R2 檢測的肝鐵濃度，該方法的檢測結果與活檢所得的肝鐵濃度更接近。但由于脂肪質子在 T2/R2 序列不容易測量，肝臟脂肪同時也影響肝臟 T2*/R2*測量的準確性，所以 Ferri Scan 與活檢相比其局限性在于不能量化活檢肝組織中的脂肪含量[19]。當患者同時存在肝臟鐵過載和脂肪化時，Ferri Scan 序列檢測鐵過載存在混合效應，此時即使患者具有嚴重的鐵過載，其測量值也明顯低于實際值[20]。
2.5.3 T2*/R2*測量法 目前已經證實可以通過 T2*值的測量來評估肝臟的鐵過載[11]。關于 T2*序列已有幾個數據分析方法被提出[21]，而這些數據分析方法各自對于數據采集和后處理具有不同的要求。在 SE 序列中，質子旋轉去相位被逆轉后重新聚焦的 180°脈沖只可觀察到不可逆的橫向弛豫率，即 R2。這種重新聚焦在漸變回波方法中被消除，此時橫向弛豫比率是 R2 和 R2’ 之和，稱為 R2*。R2*是梯度回波 T2*的橫向弛豫時間的倒數。其中 R2*的數據分析和信號強度比率對 MR 圖像信號均勻性的要求較高[2]。
正常人肝臟的 R2*值一般在 50 Hz 左右，根據機器型號及場強不同而略有所不同。T2*/R2*測量法對肝鐵濃度的測定通過以下 3 個步驟完成，首先確定肝 R2*弛豫速率，然后計算來自肝組織和參考組織的信號比例，最后測定磁化率[2]。
肝臟的 R2*值隨著患者鐵過載程度的加重也會不斷升高。R2*值與肝穿刺活檢組織學研究得到的肝鐵濃度具有明顯的相關性[22]。服從萊斯分布的 R2*對高鐵負荷的評估較高 R2*條件下的結果更為可靠，同時和信噪比變化情況最為一致[23]。一般情況下 T2*檢測較 R2*更為靈敏[10]。由于不同的回波時間在梯度回波法中是必需的，用于確定橫向弛豫比率 R2*，因而此時必須考慮到可能存在脂肪變性的情況，以防止不正確的結果[2, 4]。R2*對于測量肝組織中較低濃度鐵含量較為準確，而對肝組織中較高濃度鐵含量的敏感性較差。
正常胰腺的 R2*<40 Hz，目前將 MRI 檢測胰腺 T2*值<21 ms 及 R2*>100 Hz 作為診斷胰腺鐵過載的核磁診斷標準[8]。有研究[24]表明，胰腺是潛在的心臟鐵濃度的早期預測因子，胰腺 R2*的風險閾值為 100 Hz。胰腺 R2*還具有預測內分泌功能的作用。有學者[20]研究發現，胰腺鐵過載會導致胰腺細胞的死亡和胰腺脂肪化，引起胰腺功能障礙和胰島素分泌異常，從而影響胰腺的內分泌功能，引起糖耐量異常，甚至導致糖尿病的發生。研究[10]還表明，大多數心臟鐵過載 R2*異常的患者同時伴有明顯的糖尿病，超過 50% 的胰腺鐵過載具有葡萄糖失調的臨床表現。
使用與肝臟相同的數據分析和采集技術，脾臟 R2*值很容易測量。雖然脾臟鐵過載與 R2*值校準曲線的相關性尚未被直接驗證，但是間接方法已被應用。目前脾臟鐵過載的功能意義尚未確定[25]。
2.5.4 Dixon 及其衍生技術 Dixon 技術其實屬于 T2*加權序列，它能夠實現水脂分離，作為一種可定量脂肪的檢查方法，主要應用于肝臟的精確脂肪定量研究，同時根據 T2*得到的 R2* mapping 也可以用于肝臟、心臟等器官鐵沉積的研究。Dixon 技術自出現后成像方法不斷改進，由最初的兩點采集發展至三點采集。兩點式 Dixon 成像的缺點在于水和脂肪容易受磁場不均勻的干擾，這種磁場不均勻性會改變二者的進動頻率，最終導致圖像上水和脂肪交界區域結構顯示模糊，水脂分離不徹底。為了克服上述缺點，人們發明了三點式 Dixon 水脂分離成像技術。三點式 Dixon 成像的特點是采集的 3 個回波中，中間一個信號與傳統的自旋回波/快速自旋回波（fast spin echo，FSE）序列采集的時間相同，180°相位回聚脈沖正好位于激發脈沖和采集信號之間。另兩個是對稱性位于這個信號兩邊的反相位信號。在三點式 Dixon 成像的水脂分離中，水脂分離程度取決于水和脂肪的含量，以及這些信號采集的位置。Dixon 技術無論作為現階段科學研究的手段還是未來獨立的臨床檢測項目，都有十分樂觀的應用前景。
Dixon 衍生技術主要包括 Multi-echo Dixon 技術、定量非對稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation，IDEAL-IQ）技術和可變容積加速肝臟采集（liver acquisition with volume acceleration-flexible，LAVA-Flex）技術。Multi-echo Dxion 技術在 T2*加權的基礎上使用多回波的 MRI 序列，能夠簡單、快速及準確地檢測并定量心臟和肝臟鐵含量。Chandarana 等[26]以組織病理學檢查作為參考標準，證實使用呼吸門控的 Multi-echo Dxion 技術對于肝鐵濃度的檢測和定量分析具有極高的靈敏性和特異性。
相對于相位回聚脈沖來說，當激發脈沖與采集信號之間沒有對稱關系時，我們就稱之為非對稱性采集。為了保證最短的掃描時間，臨床常用的采集時間點是–π/6、π/2 和 7π/6，這種成像方式即為 IDEAL-IQ，并且為 GE 公司所特有的 MRI 技術。它克服了 Dixon 技術水脂分離的缺點，減少磁場不均對水脂分離的影響，保證足夠的信號強度，組織結構交界處清晰，水脂分離徹底。
IDEAL-IQ 技術通過并行采集技術提高了圖像獲取速度，全部掃描可在單次屏氣內完成，通過一次掃描同時獲得水像、脂像、脂肪百分數圖像和 R2*弛豫圖像。IDEAL-IQ 重建采用了多回波技術來預測 R2*衰減率，并且把這個因素包含在水脂分離的計算之中。IDEAL-IQ 的臨床應用包括：內臟器官脂肪含量的測量和分析、骨骼肌肉系統疾病中脂肪定量技術的應用，并且還可應用于鐵定量測量，如阿爾茨海默癥以及帕金森疾病患者中樞神經系統鐵沉積檢測、實質性臟器及內分泌腺體的鐵過載定量分析，其不受臟器限制，心臟、肝臟、胰腺及脾臟均可應用。目前國內外大多數已發表的鐵過載研究主要是基于 IDEAL-IQ 技術[27]，IDEAL-IQ 技術憑借快速掃描、全自動圖像重建、精確水脂分離和 R2*測量，將在臨床上發揮著重要作用。
LAVA-Flex 序列是基于 Dixon 技術的三維擾相梯度回波序列，應用機器對原始數據進行后處理，可以獲得純水像、純脂肪像、同相位像和反相位像，然后聯合應用于測定肝臟有無鐵過載。當肝臟同時出現鐵過載和脂肪變性，如果單純利用化學位移序列的正反相位圖判定鐵過載和脂肪肝很困難[27]，而使用 LAVA-Flex 序列可以快速檢測肝臟是否鐵過載，以及是否合并脂肪變性[5]。
2.5.5 UTE 技術 超高場 MRI（3T 及以上）用于肝鐵定量檢測仍然受到信號強度快速衰變的限制，當場強從 1.5T 增加到 3T 時，R2 受場強增加的影響而信號衰減翻倍，信號強度快速衰減導致信號采集不足，進而引起肝鐵濃度降低，這促使了 UTE 序列的發展，UTE 序列大大縮短了可實現的 TE。UTE 在軟骨和骨骼結構成像中已經展示出了應用前景。在 1.5T MRI 上，肝鐵濃度的檢測上限約為 40 mg/g 干重[28]。3.0T MRI 檢測同一肝鐵濃度時 T2*值近似 1.5T T2*值的 2 倍[29]，UTE 序列增加了 1.5T 的動態范圍，因而解決了 1.5T MRI 40 mg/g 肝鐵濃度的上限問題[30]。UTE 序列能夠對不同濃度的肝鐵含量進行臨床評估，除了準確地評估高濃度肝鐵濃度，同時很可能是量化低中程度肝鐵濃度的方法，并且對于脂肪分離技術具有協同作用[31]。
2.5.6 磁敏感加權成像與 QSM 技術磁敏感加權成像是根據不同組織的磁敏感系數差異提供影像對比，基本原理是在 T2*加權梯度回波序列基礎上進行高分辨力三維梯度回波成像，主要用于探測不同組織間磁敏感性的差異，從而產生影像對比[32]。掃描時可同時獲得幅度圖和相位圖，通過定量測量信號值而對組織內的鐵含量進行半定量測量，其對鐵的敏感性明顯優于常規梯度回波序列。同時磁敏感加權成像也是使用相位圖進行 QSM 的前身。
磁敏感加權成像已成為一種臨床廣泛使用的工具，用于大腦出血、腦內微出血和顱內鈣化灶的鑒別。隨診 MRI 技術應用于鐵過載的檢測，肝鐵過載磁敏感加權成像的研究日益增多，而磁敏感加權成像較 T2 SE、T2*梯度回波（gradient recalled echo，GRE）等其他幾種 MRI 成像更具優勢，磁敏感加權成像可以提高輕度肝鐵沉積的檢出率[33]，并且對于肝硬變含鐵小結節的靈敏度更高[32]。雖然磁敏感加權成像技術在肝鐵過載的診斷中取得了進步，但是應用磁敏感加權成像技術對肝鐵含量的定量測量有待進一步研究[6]。
QSM 可以通過使用短 TE 來減少相位混淆和 T2 信號衰減，并且磁敏感加權成像和 QSM 結合使用可以避免常規磁敏感加權成像的幾何依賴性，可以更精確地顯示具有高度磁敏感性的物質成分或結構，如氣體和骨骼[34]。目前針對腹部的 QSM 技術的開發，驗證了 QSM 用于肝鐵過載患者檢測的可行性[35]。Sharma 等[36]研究證實，基于生物磁效應的肝磁化率定量磁敏感圖技術（quantitative susc-eptibility mapping-based biomagnetic liver susc-eptometry，QSM-BLS）能夠準確定位信號，從而提供清晰的 3D 空間圖像，并且 QSM 測得的磁化率與 R2*之間具有很強的相關性，QSM 可以校正 R2*用于評估肝鐵過載，特別是當 SQUID 設備不可用時，可用于定量組織鐵濃度。
綜上所述，在臨床應用中雖然鐵過載檢測方法較多，但 MRI 由于它的無創性、準確性、可重復性等優點，已經成為檢測機體不同器官鐵濃度的重要工具，尤其在腹部實質性器官中的應用較多，且 MRI 定量技術有望成為檢測肝鐵過載的首選方法，并有助于提高鐵過載患者胰腺損傷的早期檢出率。但是現有的大多數基于 MRI 對器官鐵濃度的檢測效果的研究結果只有大致的陽性預測值和陰性預測值，所使用的序列較為單一，需要進一步優化 MRI 序列并建立更為完善、規范的數據分析方法，從而推廣 MRI 在診斷鐵過載和監測去鐵治療療效中的臨床應用。