定量磁化率成像中脂肪组织处理对膝关节软骨分层对比度的影响研究

本研究针对膝关节骨关节炎(OA)早期诊断需求，创新性地评估了定量磁化率成像(QSM)中脂肪组织排除策略对软骨胶原结构对比度的影响。研究人员通过7T MRI采集18名健康志愿者数据，比较三种掩膜方案（全包含/仅排除骨髓/排除所有脂肪组织）结合化学位移编码成像(CSEI)的重建效果，发现脂肪组织保留可增强软骨深层-表层间0.09 ppm/%的磁化率差异斜率(p<0.05)，为OA胶原基质变化的无创检测提供了优化方案。

　　

膝关节作为人体最复杂的承重关节，其软骨退变引发的骨关节炎(OA)困扰着全球6.5亿患者。传统MRI技术如dGEMRIC和T2-mapping虽能检测软骨成分变化，但对胶原纤维三维结构的解析始终存在局限。近年来兴起的定量磁化率成像(QSM)技术通过测量组织磁化率差异，为揭示软骨深层、中层和表层胶原纤维的定向排列提供了新视角。然而，膝关节周围丰富的脂肪组织（包括骨髓脂肪、Hoffa脂肪垫等）产生的化学位移效应，使得QSM重建面临严峻挑战——究竟该彻底排除脂肪信号，还是保留其物理贡献？这个看似技术细节的问题，实则直接影响着OA早期胶原结构变化的检测灵敏度。

瑞典隆德大学医院影像生理学中心Cornelia Sall团队在《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》发表的研究，首次系统评估了脂肪组织处理策略对膝关节QSM的影响。研究人员采用7T超高场MRI采集18名健康志愿者的梯度回波图像，通过化学位移编码成像(CSEI)校正多脂肪频率组分相位误差，创新性地对比了三种重建方案：全组织包含、仅排除骨髓、排除所有脂肪组织，结合形态学偶极反演(MEDI)和可变核谐波去除(V-SHARP)等背景场去除技术。研究特别设计"软骨深度-磁化率斜率"量化模型，通过线性回归分析揭示胶原分层信息。

关键技术包括：1) 7T MRI多回波梯度序列(TR=30ms, 0.58×0.58×3mm³分辨率)；2) 8峰脂肪模型的迭代线性最小二乘重建；3) 基于质子密度脂肪分数图(PDFF>70%)的智能掩膜生成；4) 三种背景场去除算法(V-SHARP/PDF/LBV)对比；5) 软骨ROI五像素宽度分析规范。

【主要发现】

1. 脂肪组织保留增强对比度
   全组织包含方案显示0.27±0.12 ppm/%的软骨深度-磁化率斜率，显著高于排除骨髓(-0.088 ppm/%, 95%CI:-0.121至-0.055)或全脂肪排除(-0.090 ppm/%)方案。如图3所示，虽然全包含组存在轻微阴影伪影（箭头所示），但保留了最显著的胶原分层信号梯度。

2. 掩膜策略主导重建差异
   三种背景场去除技术差异小于0.017 ppm/%，而不同掩膜方案间差异达0.09 ppm/%，说明脂肪组织处理比算法选择更关键。值得注意的是，当采用拉普拉斯边界值(LBV)法时，掩膜差异影响最小，提示该方法可能更适合脂肪部分保留的重建。

3. 解剖位置特异性响应
   内侧髁软骨的磁化率梯度(0.18-0.27 ppm/%)普遍高于外侧髁，且PDF算法在侧室出现负偏倚。这种几何依赖性提示临床应用中需分区标准化。

4. 数据质量验证
   如图6所示，全组织包含组的相关系数中位数达0.82，显著高于排除组(p<0.05)，证实线性模型可靠性。但排除骨髓组出现3例负相关，反映过度掩膜可能引入噪声。

这项研究确立了膝关节QSM的最佳实践规范：在确保CSEI相位校正的前提下，保留脂肪组织可显著提升软骨胶原分层对比度，这对OA早期诊断具有双重价值。技术层面，该方案避免了繁琐的软骨边缘精准掩膜，简化了临床工作流程；科学层面，0.09 ppm/%的灵敏度提升意味着能更早捕捉胶原网络退化——这正是OA发生的结构基础。研究同时揭示了7T MRI在软骨微结构成像的独特优势，为开发新型QSM-OA生物标志物铺平了道路。正如作者强调的，未来研究需在OA人群中验证该技术的效应量，并探索更高分辨率下的非线性建模可能。这项来自北欧的研究，为全球OA精准诊疗提供了重要的方法论参考。