定量磁化率成像中脂肪与顺磁性物质相互作用的专用体模研究及其在肝脏组织表征中的应用

为解决肝脏等富含脂肪器官中定量磁化率成像（QSM）技术受脂肪信号干扰的问题，德国哈勒大学医院的研究团队开发了一种模拟肝脏组织的球形琼脂体模，通过掺杂铁纳米颗粒（Fe3O4）和花生油，复现了健康与病理状态下的R2弛豫率和质子密度脂肪分数（PDFF）。研究证实脂肪校正可显著减少QSM图像伪影，并建立了R2与磁化率的线性关系，为腹部QSM优化提供了标准化工具。

　　

在医学影像领域，准确量化肝脏等富含脂肪器官的组织特性面临重大挑战。肝脏铁过载是遗传性血色素沉着症等疾病的关键指标，传统活检因侵入性和采样误差受限，而磁共振成像（MRI）技术如R₂^*弛豫测量易受脂肪信号干扰。尽管定量磁化率成像（QSM）在脑部研究中已成熟，但其腹部应用因脂肪化学位移效应和顺磁性物质（如铁）的复杂相互作用而进展缓慢。现有体模多采用塑料容器，易引入界面伪影，且缺乏对病理条件的全面模拟。

为解决这些问题，德国哈勒大学医院Simon Graf团队设计了一种创新球形琼脂体模，直径14厘米，内嵌9个小球（3厘米），分别掺杂铁纳米颗粒或锰氯化物（MnCl₂）及花生油，模拟健康（PDFF<5%）至脂肪变性（PDFF>20%）和轻度铁过载（R₂≤250 s^-1）的肝脏组织。该体模通过消除塑料界面，实现了无屏障环境，更贴近真实组织特性。研究通过3T MRI多模态扫描（包括R₁/R₂/R₂弛豫测量、水脂分离成像和QSM），结合¹H-MR光谱分析脂肪谱，验证了体模的短期重复性和14个月长期稳定性。

关键技术包括：1）化学位移编码重建（迭代图割算法）校正脂肪对局部磁场的影响；2）多取向COSMOS（Calculation of Susceptibility through Multiple Orientation Sampling）作为金标准验证单取向QSM结果；3）SHARP（Sophisticated Harmonic Artifact Removal for Phase data）去噪处理。

结果部分
体模表征：铁体模的PDFF（4.4%-21.2%）和R₂（24.2-211.3 s^-1）覆盖临床相关范围。锰体模显示类似趋势，但R₂-磁化率关系更分散（图5c）。

脂肪校正效应：未校正的QSM图中，铁-脂肪混合区域出现条纹伪影（图3橙色箭头），而校正后伪影减少，磁化率值提高（如I9球体从285±25 ppb升至348±29 ppb）。

线性关系验证：铁浓度与磁化率呈强线性（斜率1088 ppb/mM，R²=0.99），但脂肪存在时截距升高86 ppb（图4），表明脂肪会系统性高估铁含量。

稳定性验证：扫描-重扫及长期随访显示各参数变异<5%（图6），ANOVA分析无统计学差异（p>0.05）。

讨论与意义
该研究首次通过无界面体模系统评估了脂肪对QSM的干扰机制，证实脂肪校正可提升腹部磁化率测量的准确性。锰氯化物作为低成本铁替代物的可行性为后续研究提供新思路。局限性在于未模拟肝纤维化（可通过添加镍盐改进）及超高铁浓度（>250 s^-1）场景。临床转化需建立PDFF-磁化率校正模型，以解决脂肪导致的铁定量偏差（如20%脂肪时误差达40%）。

论文发表于《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》，为腹部QSM标准化及肝脏疾病无创诊断提供了重要工具。未来工作可扩展至脂肪-铁-纤维化多参数体模开发，推动QSM在代谢性疾病中的应用。