作者：刘现伟，钟京谕，刘军，丁冀，陆文杰，姚伟武，上海交通大学医学院附属同仁医院影像科

近年来，在磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging,SWI）基础上发展起来的定量磁敏感图（quantitative susceptibility mapping,QSM），迅速成为研究神经影像的重要量化工具，目前，QSM技术在大脑以外区域的临床应用比较活跃，然而由于呼吸和心跳产生的运动伪影，以及邻近脂肪组织区域磁化率的差异产生的伪影等影响，在大脑以外区域应用QSM技术进行临床研究一直是个巨大的挑战。目前研究人员正在努力克服非局部磁场以及QSM重建工作带来的问题，本文旨在简述QSM的原理及在大脑以外区域的临床研究的最新进展。

1. QSM基本原理及重建方法

QSM的成像基础是利用三维梯度回波序列进行数据采集，以此获得相位图和幅度图反映组织间的磁敏感差异，为了从相位图和幅度图中提取局部磁化率，精确计算每个体素的相对磁化率值，需要通过以下图像后处理步骤：1）多回波图像采集；2）参考区域提取；3）相位解缠绕；4）背景场去除；5）磁偶极子反演等5个过程处理得出QSM。

LIU等提出一种利用输入梯度回波数据的总场和R2*自动构造QSM通用自适应预处理器的新算法，消除了传统QSM重建中背景场去除和局部场反演的误差，NGUYEN等开发用于颈动脉斑块的QSM非线性预处理全场反演算法。SATO等研究则是利用水-脂分离的方法将脂肪作为背景磁敏感源去除伪影计算水区的磁敏感率。这种重建方法得出的腹部QSM图可以观察到脱氧血红蛋白随着屏气时间而发生的变化。

2. QSM在颈动脉斑块中的应用

据统计，大约有15%的脑卒中患者是由颈动脉粥样硬化原因引起的，易损的颈动脉粥样硬化斑块与脑血管缺血事件有明显的相关性。易损斑块的特点是斑块内出血，富含脂质的坏死核心、薄的纤维帽。文献报道在活体及离体实验研究中描述了颈动脉斑块的组成，并将斑块内出血和铁沉积的程度与病理结果进行了比较。

指出颈动脉斑块内出血与斑块破裂风险增加有关，并在颈动脉粥样硬化患者未来事件风险分层中起着关键作用。也有研究认为QSM可以作为一种新的成像方法来表征包含斑块内出血、铁沉积、富含脂质坏死核心和钙化在内的颈动脉斑块的组成成分。所以，在颈动脉粥样硬化的发生和发展过程中，血管微结构破坏以及易损斑块成分的检测，使QSM有可能成为一种敏感和具有特异性的血管疾病影像学标志物。

3. QSM在心脏中的应用

相比中枢神经系统退行性疾病、肝脏纤维化等领域的研究，心脏QSM还处于起步阶段，因此还有很多挑战需要解决和克服，其中最明显的挑战是与心脏和呼吸运动、血流量、心外膜和心外膜脂肪之间边界的化学转移效应以及心肌-肺界面的磁敏感伪影等有关。最近有关心血管QSM方向的研究表明，无创性评估血氧饱和度、心肌铁含量、心肌纤维方向是完全可行的。

表明QSM氧合测定法可以为心力衰竭或肺部高压患者提供关键信息，以及确定血氧饱和度降低的原因，用于量身定制治疗和监测治疗。而对于ST段抬高的心肌梗死患者，心肌内出血是严重缺血再灌注的标志，这种现象是由于冠状动脉微血管完整性的丧失，随之而来的红细胞外渗和血红蛋白分解而导致心肌中铁的积累。QSM可以通过心肌内出血铁浓度的间接测量，成为检测心肌梗死新型的理想生物标志物。

QSM作为一种很有前途的测量方法，可以扩大心脏中可测量的、可重复的和准确的CMR生物标志物的范围，能够更好地理解心血管疾病背后复杂的病理生理过程。然而，克服突出的技术挑战和大型临床研究的验证是心血管QSM成功整合到临床实践的关键步骤。

4. QSM在肝脏中的应用

关于QSM在人类腹部的研究中，肝脏是一个普遍研究的脏器，近年来关于肝脏纤维化的研究层出不穷，因为慢性肝病患者很容易出现肝纤维化，肝纤维化进一步可能会进展为肝硬化，以及门静脉高压、肝衰竭和肝细胞性肝癌等晚期并发症。因此，QSM作为无创检测肝纤维化的方法应运而生。

有研究指出QSM可以准确绘制铁沉积图，它比R2*更能准确地显示纤维化和铁沉积以及肝纤维化的进展。同时腹部QSM算法的改进大大降低了图像的偏差性，提高了可重复性和重现性，优化了肝脏铁沉积易感性的定量分析。肝脏QSM可以很好的用于肝纤维化分期与铁沉积的定量评估，为慢性肝病早期临床决策提供参考，指导后续治疗。

5. QSM在肾脏中的应用

肾脏疾病的病理基础主要是由炎症和纤维化改变引起的。无功能MRI在监测急性肾损伤及慢性肾脏疾病等诸多肾脏疾病的发生和发展中具有巨大的潜力。近年来，关于无创评估肾脏损伤、肾功能的研究方法越来越受到重视。BECHLER等研究发现QSM可以通过测量肾脏皮质和髓质磁化率的差异性评价显微肾组织结构信息以及肾间质纤维化。

LUO等在动物肾脏模型研究中认为QSM可以很好地评估肾缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury,IRI）后肾脏的功能，最近的研究证实，铁沉积在肾IRI的发生和发展中起到重要作用，它将导致铁依赖性脂质过氧化物的积累，进而引起急性肾损伤。QSM通过定量分析肾髓质外部的铁沉积浓度，在评价人肾脏IRI方面具有很大的临床应用潜力。QSM技术在研究肾脏炎症、间质纤维化等病理生理学方面提供了强有力的工具。

6. QSM在骨与软骨中的应用

MRI是临床诊断骨关节炎等软骨疾病的最佳工具之一，关节中几种结缔组织结构（包括肌腱、韧带、软骨和半月板）之间有着复杂的界面。每种结缔组织都有不同的功能要求，决定了胶原纤维的方向和排列形式，这对骨关节炎的发生和发展有着重要的作用。既往研究指出使用QSM可以帮助评估骨关节炎的早期关节软骨损伤，并发现患者关节软骨的磁化率降低是由于关节软骨微结构的改变或软骨成分的变化。

骨质疏松症是一种全身性骨骼疾病，拥有骨量减低，骨组织微结构恶化，易发生脆性骨折。有研究发现QSM用于脊柱和股骨骨小梁成像可以很好地评估骨质疏松症骨量的变化。ZHANG等利用软骨图像的自动软骨分割和QSM量化方法评估膝关节骨关节炎的严重程度。因此，QSM有望成为同时评价软骨解剖参数和软骨生化成分的一种非常有前途的临床定量MRI技术。

7. QSM在乳腺中的应用

QSM目前在乳腺中的临床研究相比其他部位少之又少，QSM在乳腺中的应用仍然存在非常大的挑战性，因为存在多种物质，如水、脂肪和潜在的硅胶假体。BOHM等开发一种预处理的水-脂肪-硅胶全场反演算法定量评估乳腺各种物质磁敏感的差异性。而且在乳腺癌的良性钙化和恶性钙化的鉴别诊断中，QSM同样起着相当重要的作用。另外，QSM在乳腺癌的诊断、乳腺假体的评估、新辅助化疗效果评估的相关应用还需要更多的临床研究来验证。

8. QSM在前列腺中的应用

MRI显示钙化方面相较于CT检查一直处于劣势水平。前列腺炎、前列腺增生、前列腺癌等患者中经常会出现钙化成分。和腹部其他脏器遇到的挑战一样，QSM重建所产生的伪影一直是MRI技术亟需解决的问题，SATO等通过将水和脂肪区域分开，利用脂肪区域作为背景磁敏感源去除伪影，计算出水域的敏感性。通过抑制水区域中的伪影提高准确度，该方法有望提高QSM在诊断前列腺癌等疾病中的性能。目前对于前列腺方面的研究仅仅局限在技术层面以及钙化成分的定量测定方面，未来还需要在前列腺癌的临床诊疗决策中开发更多的研究潜力。

9. QSM在新生儿中的应用

围产期窒息是新生儿因缺氧而引起的疾病，可导致脑组织损伤或死亡。缺氧缺血性脑病发生时，整个大脑缺乏足够的氧气供应，可能会导致神经功能障碍。进一步的研究表明QSM可以无创性的评估测量心脏腔内混合静脉血氧饱和度，是无创测量胎盘氧和度的新技术方法。证明了胎盘QSM在孕妇中实施的可行性及巨大潜力。WEBER等研究则认为早产儿和足月新生儿缺氧缺血性脑病的脑静脉血氧饱和度在新生儿和健康对照组之间没有显著的差异。QSM技术在新生儿方面的临床研究目前还处于起步阶段，未来一定会有广阔的应用前景和巨大的社会价值。

综上所述，QSM作为一种新的定量磁敏感技术，在脑肿瘤以及脑血管疾病中得到了一定的应用。但在大脑以外区域的临床研究目前还处于探索阶段，挑战与机遇并存：1）当前研究主要集中在动物模型或离体组织或样本量很少的人体研究中；2）腹部脏器由于呼吸和心跳的伪影，胃肠道蠕动以及脏器水-脂肪界面的影响，QSM重建问题仍然面临很大的困难，技术算法的开发与应用是临床研究人员亟需解决的问题；3）目前关于QSM的重建、测量以及ROI的勾画没有形成统一的标准，所得出的研究结论具有一定的局限性，因此，需要制定统一的标准，扩大样本量的研究进一步验证QSM技术在大脑以外区域中的诊断价值，从而更好的适用于临床。

目前关于腹部脏器、心脏、骨与软骨、新生儿等方面的研究相对而言比较局限，随着QSM技术的不断发展与完善，将为疾病的诊断、分期以及疗效的评估提供非常有用的价值，值得开展进一步的临床研究。QSM技术有着良好的应用前景，有望成为大脑以外区域很多脏器疾病的影像学生物标志物，这为以后QSM新的研究方向提供了广阔的思路。

来源：刘现伟,钟京谕,刘军,等.定量磁敏感图在大脑以外区域临床应用中的研究进展[J].医学影像学杂志,2024,34(08):130-133.

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