引用本文： 周燚, 宋彬, 胡富碧, 袁放. 磁共振定量技术在腹部实质性脏器铁过载中的研究进展. 中国普外基础与临床杂志, 2017, 24(9): 1139-1144. doi: 10.7507/1007-9424.201707066 复制
铁过载是由于机体内铁供给超过铁需求，而导致铁在某些组织器官储存增加的一种病理现象。任何形式的铁过载均可导致组织铁沉积和多器官功能损害[1]。由于铁元素可促进过氧化氢转变成自由基，进而破坏细胞膜、蛋白质和 DNA，因此铁过载会导致机体器官损害。引起铁过载的原因有很多，且铁过载的病情隐匿，进展缓慢，症状和体征表现多样、无特异性，组织和器官受累程度不一，常在显著受损后才能明确诊断。因而早期准确诊断铁过载对及时治疗和避免发生不可逆性脏器损害至关重要。近年来，随着磁共振设备和成像序列的不断发展，各种磁共振定量技术已应用于铁过载的诊断和监测中，并显示出了重要的临床价值。笔者现对铁过载磁共振定量技术的基本原理、研究进展及其在腹部实质性脏器中的应用现状进行综述。
1 铁过载概述
正常铁浓度在人体的生理活动中起着重要作用。铁是血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素类和各种非血红素酶的重要组成部分，生理状态下铁稳态的维持是靠铁的吸收和存储来完成的，而当铁过载时机体缺乏有效维持铁平衡的调控机制，组织学上体内过量的铁主要储存于肝脏和网状内皮系统。铁过载会导致脂质和蛋白质的氧化损伤，同时可引起 DNA 损伤，表现为线粒体和溶酶体功能障碍、铁代谢相关基因表达异常和肿瘤抑制基因表达异常。
导致铁过载的主要原因为原发性和继发性血色病。原发性血色病是一种常染色体隐性遗传性疾病，由于肠道铁吸收过多导致体内铁过载，主要累及肝脏、胰腺、心脏、垂体、甲状腺及性腺[2]，其诊断主要通过基因检测确诊。继发性血色病主要是某些血液系统疾病，如地中海贫血、骨髓增生综合征等，或因多次反复输血及长期服用铁剂导致体内铁过载，主要累及网状内皮系统，如脾脏和 Kupffer 细胞。
肝脏是铁最主要的代谢和储存器官，同时肝脏也是受累最早和最严重的器官[3]，临床上常通过评价肝脏铁过载的程度来反映体内铁沉积情况，因此准确评估肝脏的铁负荷显得尤为重要。
2 铁过载的检测方法
目前用于检测铁浓度的方法主要包括：肝组织活检、包括血清铁蛋白（serum ferritin，SF）和转铁蛋白饱和度（transferrin saturation，TS）检测在内的实验室检查、超导量子干涉仪（superconducting quantum electromagnetic interference，SQUID）、计算机断层摄影（computed tomography，CT）及磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）。
2.1 肝组织活检
尽管肝组织穿刺活检是目前评价肝铁过载的金标准，然而由于肝组织穿刺活检存在取样误差，而且具有侵入性，不宜多次重复取材，存在并发症风险。此外，肝活检组织的铁浓度不一定代表整个器官的铁浓度[2]，因此肝穿刺活检并不是用于检测铁过载和监测治疗疗效的理想方法。
2.2 实验室检查
SF 和 TS 是评价铁过载常用的实验室指标。SF 和 TS 虽然能够反映机体整体含铁水平，即外周血中铁含量，但与器官铁沉积无明显相关性，不能够反映器官铁沉积程度。此外，SF 的准确性受到其他因素影响，如炎症、肝病、肿瘤、溶血、酗酒等[4]。
2.3 SQUID 检测
SQUID 虽然量化肝铁浓度相当准确，但设备价格昂贵，同时需专业人员进行数据测量采集和设备维护，并且 SQUID 仅能定量量化肝脏和脾脏中的铁含量[5]，故在临床上的广泛应用受到一定限制。
2.4 CT 检查
铁浓度的增加与 X 射线的衰减是呈一定比例的。CT 用于肝脏铁浓度的测量已经长达 40 年。然而 CT 检查具有电离效应，会对患者造成辐射损伤，因此不适用于需要多次重复检测的患者和儿童[6]。
2.5 MRI 检查
当前，寻找一种能够无创、可靠、准确性高和可重复性好的铁过载评价方法，这是国内外学者研究的重点和热点。近年来，越来越多的影像学新技术应用于铁过载评价，包括 CT 和 MR 成像，这些技术可以无创、定量反映器官铁过载程度，并可以监测铁过载治疗的疗效。其中，各种磁共振定量技术在铁过载的诊断、严重程度评价和疗效监测上扮演着越来越重要的角色。
MRI 基于肝脏铁对水质子的影响而间接测量肝铁浓度，由于铁沉积引起肝内水质子扩散的磁性不均匀，故可对肝脏信号改变进行检测[7]。研究[7-11]已经表明，MRI 对铁过载的检测及定量分析结果能够很好地与肝组织穿刺活检结果相对应，为定量检测铁过载程度提供了新的方法。MRI 检查对于铁过载引起的肝纤维化、肝硬变及肝癌具有较高的敏感性，有利于疾病的早期发现。MRI 铁评估采集技术彻底改变了多种器官铁过载的研究模式[11]。
目前国内外用于检测铁过载的 MRI 方法主要有：信号强度测量法〔包括信号强度比（signal intensity ratio，SIR）和同反相位信号强度差异〕、T2/R2 测量法（如多回波 mapping 技术和 Ferri Scan 技术）、T2*/R2*测量法、Dixon 及其衍生技术、超短回波时间（ultroshort echo time，UTE）成像技术及磁敏感加权成像技术〔包括常规磁敏感加权成像和定量磁敏感图（quantitative susceptibility mapping，QSM）〕。
2.5.1 信号强度测量法 信号强度测量法主要包括早期应用的 SIR 和同反相位信号强度差异。SIR 是在肝铁浓度与肝脏信号强度（signal intensity，SI）具有相关性的基础上，通过测量计算肝脏和同一层面不含铁肌肉组织（如竖脊肌）SI 的比率，从而对铁过载进行半定量诊断，主要用于肝脏铁浓度的检测。应用 SIR 可减小不同设备及磁场不均匀所产生的误差，使肝铁浓度的检测更为准确。SIR 反映了肝铁浓度和 SI 之间复杂的非线性关系，适用于对中等程度铁过载患者的评估。Ernst 等[12]研究发现，SIR 能够检测 50～300 μmol/g 的肝铁浓度，对于小于 50 μmol/g、大于 300 μmol/g 肝铁过载的检测准确性较低。
由于过量铁以三价铁形式存在于机体中，而铁是顺磁性物质，可缩短 T1 和 T2 的松弛时间。在自旋回波序列中，T1 缩短会增加 SI，而 T2 缩短将会减少 SI，因而在非常低的铁浓度下，T1 缩短远远大于 T2 缩短，导致轻度肝铁过载患者的漏诊[13]，反之同理。因而目前 SIR 技术几乎被淘汰。
同反相位信号强度差异是基于肝铁过载患者部分伴有脂肪沉积，而未通过同反相位化学位移序列校正所测得的肝铁浓度低于实际肝铁浓度。同反相位信号强度差异适用于肝脏铁过载伴脂肪沉积的患者，减少了脂肪对肝铁浓度的影响。虽然基于化学位移的脂肪饱和度可以减少脂肪对肝脏信号的影响，但是同反相位信号强度差异方法无法量化肝铁浓度。
2.5.2 T2/R2 测量法 铁含量是基于横向弛豫比率来确定的，即为 MR 信号衰减的横向弛豫时间的倒数[2]。T2 自旋回波（spin echo，SE）序列是随时间消逝的序列，由于 T2 SE 序列横向弛豫时间取决于组织的含铁量，因而可以判定不同组织的铁浓度。T2 的倒数为 R2。R2 信号衰减主要是由不可逆的自旋回波 R2 组成，另外还包括可逆的由氢原子核自旋相互作用而产生的 R2’。这是因不同组织磁化率的局部差异和原子核的拉莫尔频率不同、影响磁场均匀性而产生的。这一现象在肝脏含铁血黄素沉积中特别明显，尤其是铁含量增加的情况下[2]。R2 与肝铁含量之间存在非线性关系[14-15]。有研究者[16]发现，体外肝组织单个自旋回波 R2 值高于前期体内的测量值，这主要是由于时间不同所引起的，所以多回波 mapping 技术应运而生，该技术相较于需要多次激发单独测量所得的校正 R2 更为准确，已广泛应用于肝脏和心脏铁过载的检测。
皮埃尔等通过对一组特定的成像参数进行分析得到了单指数衰减模型常数，将获得的 R2 测量值进行转换，这种校准方法称为 Ferri Scan[17]。经铁过载地中海贫血患者证实，Ferri Scan 给临床铁过载的安全和无创监测提供了可靠和准确的评估方法，目前它也是唯一已经得到校准和验证的 MRI 技术[18]。该校准曲线不受 MRI 设备、患者年龄，肝纤维化分期、坏死等级、炎症分级、螯合剂治疗等的影响，相较于 R2 检测的肝铁浓度，该方法的检测结果与活检所得的肝铁浓度更接近。但由于脂肪质子在 T2/R2 序列不容易测量，肝脏脂肪同时也影响肝脏 T2*/R2*测量的准确性，所以 Ferri Scan 与活检相比其局限性在于不能量化活检肝组织中的脂肪含量[19]。当患者同时存在肝脏铁过载和脂肪化时，Ferri Scan 序列检测铁过载存在混合效应，此时即使患者具有严重的铁过载，其测量值也明显低于实际值[20]。
2.5.3 T2*/R2*测量法 目前已经证实可以通过 T2*值的测量来评估肝脏的铁过载[11]。关于 T2*序列已有几个数据分析方法被提出[21]，而这些数据分析方法各自对于数据采集和后处理具有不同的要求。在 SE 序列中，质子旋转去相位被逆转后重新聚焦的 180°脉冲只可观察到不可逆的横向弛豫率，即 R2。这种重新聚焦在渐变回波方法中被消除，此时横向弛豫比率是 R2 和 R2’ 之和，称为 R2*。R2*是梯度回波 T2*的横向弛豫时间的倒数。其中 R2*的数据分析和信号强度比率对 MR 图像信号均匀性的要求较高[2]。
正常人肝脏的 R2*值一般在 50 Hz 左右，根据机器型号及场强不同而略有所不同。T2*/R2*测量法对肝铁浓度的测定通过以下 3 个步骤完成，首先确定肝 R2*弛豫速率，然后计算来自肝组织和参考组织的信号比例，最后测定磁化率[2]。
肝脏的 R2*值随着患者铁过载程度的加重也会不断升高。R2*值与肝穿刺活检组织学研究得到的肝铁浓度具有明显的相关性[22]。服从莱斯分布的 R2*对高铁负荷的评估较高 R2*条件下的结果更为可靠，同时和信噪比变化情况最为一致[23]。一般情况下 T2*检测较 R2*更为灵敏[10]。由于不同的回波时间在梯度回波法中是必需的，用于确定横向弛豫比率 R2*，因而此时必须考虑到可能存在脂肪变性的情况，以防止不正确的结果[2, 4]。R2*对于测量肝组织中较低浓度铁含量较为准确，而对肝组织中较高浓度铁含量的敏感性较差。
正常胰腺的 R2*<40 Hz，目前将 MRI 检测胰腺 T2*值<21 ms 及 R2*>100 Hz 作为诊断胰腺铁过载的核磁诊断标准[8]。有研究[24]表明，胰腺是潜在的心脏铁浓度的早期预测因子，胰腺 R2*的风险阈值为 100 Hz。胰腺 R2*还具有预测内分泌功能的作用。有学者[20]研究发现，胰腺铁过载会导致胰腺细胞的死亡和胰腺脂肪化，引起胰腺功能障碍和胰岛素分泌异常，从而影响胰腺的内分泌功能，引起糖耐量异常，甚至导致糖尿病的发生。研究[10]还表明，大多数心脏铁过载 R2*异常的患者同时伴有明显的糖尿病，超过 50% 的胰腺铁过载具有葡萄糖失调的临床表现。
使用与肝脏相同的数据分析和采集技术，脾脏 R2*值很容易测量。虽然脾脏铁过载与 R2*值校准曲线的相关性尚未被直接验证，但是间接方法已被应用。目前脾脏铁过载的功能意义尚未确定[25]。
2.5.4 Dixon 及其衍生技术 Dixon 技术其实属于 T2*加权序列，它能够实现水脂分离，作为一种可定量脂肪的检查方法，主要应用于肝脏的精确脂肪定量研究，同时根据 T2*得到的 R2* mapping 也可以用于肝脏、心脏等器官铁沉积的研究。Dixon 技术自出现后成像方法不断改进，由最初的两点采集发展至三点采集。两点式 Dixon 成像的缺点在于水和脂肪容易受磁场不均匀的干扰，这种磁场不均匀性会改变二者的进动频率，最终导致图像上水和脂肪交界区域结构显示模糊，水脂分离不彻底。为了克服上述缺点，人们发明了三点式 Dixon 水脂分离成像技术。三点式 Dixon 成像的特点是采集的 3 个回波中，中间一个信号与传统的自旋回波/快速自旋回波（fast spin echo，FSE）序列采集的时间相同，180°相位回聚脉冲正好位于激发脉冲和采集信号之间。另两个是对称性位于这个信号两边的反相位信号。在三点式 Dixon 成像的水脂分离中，水脂分离程度取决于水和脂肪的含量，以及这些信号采集的位置。Dixon 技术无论作为现阶段科学研究的手段还是未来独立的临床检测项目，都有十分乐观的应用前景。
Dixon 衍生技术主要包括 Multi-echo Dixon 技术、定量非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation，IDEAL-IQ）技术和可变容积加速肝脏采集（liver acquisition with volume acceleration-flexible，LAVA-Flex）技术。Multi-echo Dxion 技术在 T2*加权的基础上使用多回波的 MRI 序列，能够简单、快速及准确地检测并定量心脏和肝脏铁含量。Chandarana 等[26]以组织病理学检查作为参考标准，证实使用呼吸门控的 Multi-echo Dxion 技术对于肝铁浓度的检测和定量分析具有极高的灵敏性和特异性。
相对于相位回聚脉冲来说，当激发脉冲与采集信号之间没有对称关系时，我们就称之为非对称性采集。为了保证最短的扫描时间，临床常用的采集时间点是–π/6、π/2 和 7π/6，这种成像方式即为 IDEAL-IQ，并且为 GE 公司所特有的 MRI 技术。它克服了 Dixon 技术水脂分离的缺点，减少磁场不均对水脂分离的影响，保证足够的信号强度，组织结构交界处清晰，水脂分离彻底。
IDEAL-IQ 技术通过并行采集技术提高了图像获取速度，全部扫描可在单次屏气内完成，通过一次扫描同时获得水像、脂像、脂肪百分数图像和 R2*弛豫图像。IDEAL-IQ 重建采用了多回波技术来预测 R2*衰减率，并且把这个因素包含在水脂分离的计算之中。IDEAL-IQ 的临床应用包括：内脏器官脂肪含量的测量和分析、骨骼肌肉系统疾病中脂肪定量技术的应用，并且还可应用于铁定量测量，如阿尔茨海默症以及帕金森疾病患者中枢神经系统铁沉积检测、实质性脏器及内分泌腺体的铁过载定量分析，其不受脏器限制，心脏、肝脏、胰腺及脾脏均可应用。目前国内外大多数已发表的铁过载研究主要是基于 IDEAL-IQ 技术[27]，IDEAL-IQ 技术凭借快速扫描、全自动图像重建、精确水脂分离和 R2*测量，将在临床上发挥着重要作用。
LAVA-Flex 序列是基于 Dixon 技术的三维扰相梯度回波序列，应用机器对原始数据进行后处理，可以获得纯水像、纯脂肪像、同相位像和反相位像，然后联合应用于测定肝脏有无铁过载。当肝脏同时出现铁过载和脂肪变性，如果单纯利用化学位移序列的正反相位图判定铁过载和脂肪肝很困难[27]，而使用 LAVA-Flex 序列可以快速检测肝脏是否铁过载，以及是否合并脂肪变性[5]。
2.5.5 UTE 技术 超高场 MRI（3T 及以上）用于肝铁定量检测仍然受到信号强度快速衰变的限制，当场强从 1.5T 增加到 3T 时，R2 受场强增加的影响而信号衰减翻倍，信号强度快速衰减导致信号采集不足，进而引起肝铁浓度降低，这促使了 UTE 序列的发展，UTE 序列大大缩短了可实现的 TE。UTE 在软骨和骨骼结构成像中已经展示出了应用前景。在 1.5T MRI 上，肝铁浓度的检测上限约为 40 mg/g 干重[28]。3.0T MRI 检测同一肝铁浓度时 T2*值近似 1.5T T2*值的 2 倍[29]，UTE 序列增加了 1.5T 的动态范围，因而解决了 1.5T MRI 40 mg/g 肝铁浓度的上限问题[30]。UTE 序列能够对不同浓度的肝铁含量进行临床评估，除了准确地评估高浓度肝铁浓度，同时很可能是量化低中程度肝铁浓度的方法，并且对于脂肪分离技术具有协同作用[31]。
2.5.6 磁敏感加权成像与 QSM 技术磁敏感加权成像是根据不同组织的磁敏感系数差异提供影像对比，基本原理是在 T2*加权梯度回波序列基础上进行高分辨力三维梯度回波成像，主要用于探测不同组织间磁敏感性的差异，从而产生影像对比[32]。扫描时可同时获得幅度图和相位图，通过定量测量信号值而对组织内的铁含量进行半定量测量，其对铁的敏感性明显优于常规梯度回波序列。同时磁敏感加权成像也是使用相位图进行 QSM 的前身。
磁敏感加权成像已成为一种临床广泛使用的工具，用于大脑出血、脑内微出血和颅内钙化灶的鉴别。随诊 MRI 技术应用于铁过载的检测，肝铁过载磁敏感加权成像的研究日益增多，而磁敏感加权成像较 T2 SE、T2*梯度回波（gradient recalled echo，GRE）等其他几种 MRI 成像更具优势，磁敏感加权成像可以提高轻度肝铁沉积的检出率[33]，并且对于肝硬变含铁小结节的灵敏度更高[32]。虽然磁敏感加权成像技术在肝铁过载的诊断中取得了进步，但是应用磁敏感加权成像技术对肝铁含量的定量测量有待进一步研究[6]。
QSM 可以通过使用短 TE 来减少相位混淆和 T2 信号衰减，并且磁敏感加权成像和 QSM 结合使用可以避免常规磁敏感加权成像的几何依赖性，可以更精确地显示具有高度磁敏感性的物质成分或结构，如气体和骨骼[34]。目前针对腹部的 QSM 技术的开发，验证了 QSM 用于肝铁过载患者检测的可行性[35]。Sharma 等[36]研究证实，基于生物磁效应的肝磁化率定量磁敏感图技术（quantitative susc-eptibility mapping-based biomagnetic liver susc-eptometry，QSM-BLS）能够准确定位信号，从而提供清晰的 3D 空间图像，并且 QSM 测得的磁化率与 R2*之间具有很强的相关性，QSM 可以校正 R2*用于评估肝铁过载，特别是当 SQUID 设备不可用时，可用于定量组织铁浓度。
综上所述，在临床应用中虽然铁过载检测方法较多，但 MRI 由于它的无创性、准确性、可重复性等优点，已经成为检测机体不同器官铁浓度的重要工具，尤其在腹部实质性器官中的应用较多，且 MRI 定量技术有望成为检测肝铁过载的首选方法，并有助于提高铁过载患者胰腺损伤的早期检出率。但是现有的大多数基于 MRI 对器官铁浓度的检测效果的研究结果只有大致的阳性预测值和阴性预测值，所使用的序列较为单一，需要进一步优化 MRI 序列并建立更为完善、规范的数据分析方法，从而推广 MRI 在诊断铁过载和监测去铁治疗疗效中的临床应用。
铁过载是由于机体内铁供给超过铁需求，而导致铁在某些组织器官储存增加的一种病理现象。任何形式的铁过载均可导致组织铁沉积和多器官功能损害[1]。由于铁元素可促进过氧化氢转变成自由基，进而破坏细胞膜、蛋白质和 DNA，因此铁过载会导致机体器官损害。引起铁过载的原因有很多，且铁过载的病情隐匿，进展缓慢，症状和体征表现多样、无特异性，组织和器官受累程度不一，常在显著受损后才能明确诊断。因而早期准确诊断铁过载对及时治疗和避免发生不可逆性脏器损害至关重要。近年来，随着磁共振设备和成像序列的不断发展，各种磁共振定量技术已应用于铁过载的诊断和监测中，并显示出了重要的临床价值。笔者现对铁过载磁共振定量技术的基本原理、研究进展及其在腹部实质性脏器中的应用现状进行综述。
1 铁过载概述
正常铁浓度在人体的生理活动中起着重要作用。铁是血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素类和各种非血红素酶的重要组成部分，生理状态下铁稳态的维持是靠铁的吸收和存储来完成的，而当铁过载时机体缺乏有效维持铁平衡的调控机制，组织学上体内过量的铁主要储存于肝脏和网状内皮系统。铁过载会导致脂质和蛋白质的氧化损伤，同时可引起 DNA 损伤，表现为线粒体和溶酶体功能障碍、铁代谢相关基因表达异常和肿瘤抑制基因表达异常。
导致铁过载的主要原因为原发性和继发性血色病。原发性血色病是一种常染色体隐性遗传性疾病，由于肠道铁吸收过多导致体内铁过载，主要累及肝脏、胰腺、心脏、垂体、甲状腺及性腺[2]，其诊断主要通过基因检测确诊。继发性血色病主要是某些血液系统疾病，如地中海贫血、骨髓增生综合征等，或因多次反复输血及长期服用铁剂导致体内铁过载，主要累及网状内皮系统，如脾脏和 Kupffer 细胞。
肝脏是铁最主要的代谢和储存器官，同时肝脏也是受累最早和最严重的器官[3]，临床上常通过评价肝脏铁过载的程度来反映体内铁沉积情况，因此准确评估肝脏的铁负荷显得尤为重要。
2 铁过载的检测方法
目前用于检测铁浓度的方法主要包括：肝组织活检、包括血清铁蛋白（serum ferritin，SF）和转铁蛋白饱和度（transferrin saturation，TS）检测在内的实验室检查、超导量子干涉仪（superconducting quantum electromagnetic interference，SQUID）、计算机断层摄影（computed tomography，CT）及磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）。
2.1 肝组织活检
尽管肝组织穿刺活检是目前评价肝铁过载的金标准，然而由于肝组织穿刺活检存在取样误差，而且具有侵入性，不宜多次重复取材，存在并发症风险。此外，肝活检组织的铁浓度不一定代表整个器官的铁浓度[2]，因此肝穿刺活检并不是用于检测铁过载和监测治疗疗效的理想方法。
2.2 实验室检查
SF 和 TS 是评价铁过载常用的实验室指标。SF 和 TS 虽然能够反映机体整体含铁水平，即外周血中铁含量，但与器官铁沉积无明显相关性，不能够反映器官铁沉积程度。此外，SF 的准确性受到其他因素影响，如炎症、肝病、肿瘤、溶血、酗酒等[4]。
2.3 SQUID 检测
SQUID 虽然量化肝铁浓度相当准确，但设备价格昂贵，同时需专业人员进行数据测量采集和设备维护，并且 SQUID 仅能定量量化肝脏和脾脏中的铁含量[5]，故在临床上的广泛应用受到一定限制。
2.4 CT 检查
铁浓度的增加与 X 射线的衰减是呈一定比例的。CT 用于肝脏铁浓度的测量已经长达 40 年。然而 CT 检查具有电离效应，会对患者造成辐射损伤，因此不适用于需要多次重复检测的患者和儿童[6]。
2.5 MRI 检查
当前，寻找一种能够无创、可靠、准确性高和可重复性好的铁过载评价方法，这是国内外学者研究的重点和热点。近年来，越来越多的影像学新技术应用于铁过载评价，包括 CT 和 MR 成像，这些技术可以无创、定量反映器官铁过载程度，并可以监测铁过载治疗的疗效。其中，各种磁共振定量技术在铁过载的诊断、严重程度评价和疗效监测上扮演着越来越重要的角色。
MRI 基于肝脏铁对水质子的影响而间接测量肝铁浓度，由于铁沉积引起肝内水质子扩散的磁性不均匀，故可对肝脏信号改变进行检测[7]。研究[7-11]已经表明，MRI 对铁过载的检测及定量分析结果能够很好地与肝组织穿刺活检结果相对应，为定量检测铁过载程度提供了新的方法。MRI 检查对于铁过载引起的肝纤维化、肝硬变及肝癌具有较高的敏感性，有利于疾病的早期发现。MRI 铁评估采集技术彻底改变了多种器官铁过载的研究模式[11]。
目前国内外用于检测铁过载的 MRI 方法主要有：信号强度测量法〔包括信号强度比（signal intensity ratio，SIR）和同反相位信号强度差异〕、T2/R2 测量法（如多回波 mapping 技术和 Ferri Scan 技术）、T2*/R2*测量法、Dixon 及其衍生技术、超短回波时间（ultroshort echo time，UTE）成像技术及磁敏感加权成像技术〔包括常规磁敏感加权成像和定量磁敏感图（quantitative susceptibility mapping，QSM）〕。
2.5.1 信号强度测量法 信号强度测量法主要包括早期应用的 SIR 和同反相位信号强度差异。SIR 是在肝铁浓度与肝脏信号强度（signal intensity，SI）具有相关性的基础上，通过测量计算肝脏和同一层面不含铁肌肉组织（如竖脊肌）SI 的比率，从而对铁过载进行半定量诊断，主要用于肝脏铁浓度的检测。应用 SIR 可减小不同设备及磁场不均匀所产生的误差，使肝铁浓度的检测更为准确。SIR 反映了肝铁浓度和 SI 之间复杂的非线性关系，适用于对中等程度铁过载患者的评估。Ernst 等[12]研究发现，SIR 能够检测 50～300 μmol/g 的肝铁浓度，对于小于 50 μmol/g、大于 300 μmol/g 肝铁过载的检测准确性较低。
由于过量铁以三价铁形式存在于机体中，而铁是顺磁性物质，可缩短 T1 和 T2 的松弛时间。在自旋回波序列中，T1 缩短会增加 SI，而 T2 缩短将会减少 SI，因而在非常低的铁浓度下，T1 缩短远远大于 T2 缩短，导致轻度肝铁过载患者的漏诊[13]，反之同理。因而目前 SIR 技术几乎被淘汰。
同反相位信号强度差异是基于肝铁过载患者部分伴有脂肪沉积，而未通过同反相位化学位移序列校正所测得的肝铁浓度低于实际肝铁浓度。同反相位信号强度差异适用于肝脏铁过载伴脂肪沉积的患者，减少了脂肪对肝铁浓度的影响。虽然基于化学位移的脂肪饱和度可以减少脂肪对肝脏信号的影响，但是同反相位信号强度差异方法无法量化肝铁浓度。
2.5.2 T2/R2 测量法 铁含量是基于横向弛豫比率来确定的，即为 MR 信号衰减的横向弛豫时间的倒数[2]。T2 自旋回波（spin echo，SE）序列是随时间消逝的序列，由于 T2 SE 序列横向弛豫时间取决于组织的含铁量，因而可以判定不同组织的铁浓度。T2 的倒数为 R2。R2 信号衰减主要是由不可逆的自旋回波 R2 组成，另外还包括可逆的由氢原子核自旋相互作用而产生的 R2’。这是因不同组织磁化率的局部差异和原子核的拉莫尔频率不同、影响磁场均匀性而产生的。这一现象在肝脏含铁血黄素沉积中特别明显，尤其是铁含量增加的情况下[2]。R2 与肝铁含量之间存在非线性关系[14-15]。有研究者[16]发现，体外肝组织单个自旋回波 R2 值高于前期体内的测量值，这主要是由于时间不同所引起的，所以多回波 mapping 技术应运而生，该技术相较于需要多次激发单独测量所得的校正 R2 更为准确，已广泛应用于肝脏和心脏铁过载的检测。
皮埃尔等通过对一组特定的成像参数进行分析得到了单指数衰减模型常数，将获得的 R2 测量值进行转换，这种校准方法称为 Ferri Scan[17]。经铁过载地中海贫血患者证实，Ferri Scan 给临床铁过载的安全和无创监测提供了可靠和准确的评估方法，目前它也是唯一已经得到校准和验证的 MRI 技术[18]。该校准曲线不受 MRI 设备、患者年龄，肝纤维化分期、坏死等级、炎症分级、螯合剂治疗等的影响，相较于 R2 检测的肝铁浓度，该方法的检测结果与活检所得的肝铁浓度更接近。但由于脂肪质子在 T2/R2 序列不容易测量，肝脏脂肪同时也影响肝脏 T2*/R2*测量的准确性，所以 Ferri Scan 与活检相比其局限性在于不能量化活检肝组织中的脂肪含量[19]。当患者同时存在肝脏铁过载和脂肪化时，Ferri Scan 序列检测铁过载存在混合效应，此时即使患者具有严重的铁过载，其测量值也明显低于实际值[20]。
2.5.3 T2*/R2*测量法 目前已经证实可以通过 T2*值的测量来评估肝脏的铁过载[11]。关于 T2*序列已有几个数据分析方法被提出[21]，而这些数据分析方法各自对于数据采集和后处理具有不同的要求。在 SE 序列中，质子旋转去相位被逆转后重新聚焦的 180°脉冲只可观察到不可逆的横向弛豫率，即 R2。这种重新聚焦在渐变回波方法中被消除，此时横向弛豫比率是 R2 和 R2’ 之和，称为 R2*。R2*是梯度回波 T2*的横向弛豫时间的倒数。其中 R2*的数据分析和信号强度比率对 MR 图像信号均匀性的要求较高[2]。
正常人肝脏的 R2*值一般在 50 Hz 左右，根据机器型号及场强不同而略有所不同。T2*/R2*测量法对肝铁浓度的测定通过以下 3 个步骤完成，首先确定肝 R2*弛豫速率，然后计算来自肝组织和参考组织的信号比例，最后测定磁化率[2]。
肝脏的 R2*值随着患者铁过载程度的加重也会不断升高。R2*值与肝穿刺活检组织学研究得到的肝铁浓度具有明显的相关性[22]。服从莱斯分布的 R2*对高铁负荷的评估较高 R2*条件下的结果更为可靠，同时和信噪比变化情况最为一致[23]。一般情况下 T2*检测较 R2*更为灵敏[10]。由于不同的回波时间在梯度回波法中是必需的，用于确定横向弛豫比率 R2*，因而此时必须考虑到可能存在脂肪变性的情况，以防止不正确的结果[2, 4]。R2*对于测量肝组织中较低浓度铁含量较为准确，而对肝组织中较高浓度铁含量的敏感性较差。
正常胰腺的 R2*<40 Hz，目前将 MRI 检测胰腺 T2*值<21 ms 及 R2*>100 Hz 作为诊断胰腺铁过载的核磁诊断标准[8]。有研究[24]表明，胰腺是潜在的心脏铁浓度的早期预测因子，胰腺 R2*的风险阈值为 100 Hz。胰腺 R2*还具有预测内分泌功能的作用。有学者[20]研究发现，胰腺铁过载会导致胰腺细胞的死亡和胰腺脂肪化，引起胰腺功能障碍和胰岛素分泌异常，从而影响胰腺的内分泌功能，引起糖耐量异常，甚至导致糖尿病的发生。研究[10]还表明，大多数心脏铁过载 R2*异常的患者同时伴有明显的糖尿病，超过 50% 的胰腺铁过载具有葡萄糖失调的临床表现。
使用与肝脏相同的数据分析和采集技术，脾脏 R2*值很容易测量。虽然脾脏铁过载与 R2*值校准曲线的相关性尚未被直接验证，但是间接方法已被应用。目前脾脏铁过载的功能意义尚未确定[25]。
2.5.4 Dixon 及其衍生技术 Dixon 技术其实属于 T2*加权序列，它能够实现水脂分离，作为一种可定量脂肪的检查方法，主要应用于肝脏的精确脂肪定量研究，同时根据 T2*得到的 R2* mapping 也可以用于肝脏、心脏等器官铁沉积的研究。Dixon 技术自出现后成像方法不断改进，由最初的两点采集发展至三点采集。两点式 Dixon 成像的缺点在于水和脂肪容易受磁场不均匀的干扰，这种磁场不均匀性会改变二者的进动频率，最终导致图像上水和脂肪交界区域结构显示模糊，水脂分离不彻底。为了克服上述缺点，人们发明了三点式 Dixon 水脂分离成像技术。三点式 Dixon 成像的特点是采集的 3 个回波中，中间一个信号与传统的自旋回波/快速自旋回波（fast spin echo，FSE）序列采集的时间相同，180°相位回聚脉冲正好位于激发脉冲和采集信号之间。另两个是对称性位于这个信号两边的反相位信号。在三点式 Dixon 成像的水脂分离中，水脂分离程度取决于水和脂肪的含量，以及这些信号采集的位置。Dixon 技术无论作为现阶段科学研究的手段还是未来独立的临床检测项目，都有十分乐观的应用前景。
Dixon 衍生技术主要包括 Multi-echo Dixon 技术、定量非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation，IDEAL-IQ）技术和可变容积加速肝脏采集（liver acquisition with volume acceleration-flexible，LAVA-Flex）技术。Multi-echo Dxion 技术在 T2*加权的基础上使用多回波的 MRI 序列，能够简单、快速及准确地检测并定量心脏和肝脏铁含量。Chandarana 等[26]以组织病理学检查作为参考标准，证实使用呼吸门控的 Multi-echo Dxion 技术对于肝铁浓度的检测和定量分析具有极高的灵敏性和特异性。
相对于相位回聚脉冲来说，当激发脉冲与采集信号之间没有对称关系时，我们就称之为非对称性采集。为了保证最短的扫描时间，临床常用的采集时间点是–π/6、π/2 和 7π/6，这种成像方式即为 IDEAL-IQ，并且为 GE 公司所特有的 MRI 技术。它克服了 Dixon 技术水脂分离的缺点，减少磁场不均对水脂分离的影响，保证足够的信号强度，组织结构交界处清晰，水脂分离彻底。
IDEAL-IQ 技术通过并行采集技术提高了图像获取速度，全部扫描可在单次屏气内完成，通过一次扫描同时获得水像、脂像、脂肪百分数图像和 R2*弛豫图像。IDEAL-IQ 重建采用了多回波技术来预测 R2*衰减率，并且把这个因素包含在水脂分离的计算之中。IDEAL-IQ 的临床应用包括：内脏器官脂肪含量的测量和分析、骨骼肌肉系统疾病中脂肪定量技术的应用，并且还可应用于铁定量测量，如阿尔茨海默症以及帕金森疾病患者中枢神经系统铁沉积检测、实质性脏器及内分泌腺体的铁过载定量分析，其不受脏器限制，心脏、肝脏、胰腺及脾脏均可应用。目前国内外大多数已发表的铁过载研究主要是基于 IDEAL-IQ 技术[27]，IDEAL-IQ 技术凭借快速扫描、全自动图像重建、精确水脂分离和 R2*测量，将在临床上发挥着重要作用。
LAVA-Flex 序列是基于 Dixon 技术的三维扰相梯度回波序列，应用机器对原始数据进行后处理，可以获得纯水像、纯脂肪像、同相位像和反相位像，然后联合应用于测定肝脏有无铁过载。当肝脏同时出现铁过载和脂肪变性，如果单纯利用化学位移序列的正反相位图判定铁过载和脂肪肝很困难[27]，而使用 LAVA-Flex 序列可以快速检测肝脏是否铁过载，以及是否合并脂肪变性[5]。
2.5.5 UTE 技术 超高场 MRI（3T 及以上）用于肝铁定量检测仍然受到信号强度快速衰变的限制，当场强从 1.5T 增加到 3T 时，R2 受场强增加的影响而信号衰减翻倍，信号强度快速衰减导致信号采集不足，进而引起肝铁浓度降低，这促使了 UTE 序列的发展，UTE 序列大大缩短了可实现的 TE。UTE 在软骨和骨骼结构成像中已经展示出了应用前景。在 1.5T MRI 上，肝铁浓度的检测上限约为 40 mg/g 干重[28]。3.0T MRI 检测同一肝铁浓度时 T2*值近似 1.5T T2*值的 2 倍[29]，UTE 序列增加了 1.5T 的动态范围，因而解决了 1.5T MRI 40 mg/g 肝铁浓度的上限问题[30]。UTE 序列能够对不同浓度的肝铁含量进行临床评估，除了准确地评估高浓度肝铁浓度，同时很可能是量化低中程度肝铁浓度的方法，并且对于脂肪分离技术具有协同作用[31]。
2.5.6 磁敏感加权成像与 QSM 技术磁敏感加权成像是根据不同组织的磁敏感系数差异提供影像对比，基本原理是在 T2*加权梯度回波序列基础上进行高分辨力三维梯度回波成像，主要用于探测不同组织间磁敏感性的差异，从而产生影像对比[32]。扫描时可同时获得幅度图和相位图，通过定量测量信号值而对组织内的铁含量进行半定量测量，其对铁的敏感性明显优于常规梯度回波序列。同时磁敏感加权成像也是使用相位图进行 QSM 的前身。
磁敏感加权成像已成为一种临床广泛使用的工具，用于大脑出血、脑内微出血和颅内钙化灶的鉴别。随诊 MRI 技术应用于铁过载的检测，肝铁过载磁敏感加权成像的研究日益增多，而磁敏感加权成像较 T2 SE、T2*梯度回波（gradient recalled echo，GRE）等其他几种 MRI 成像更具优势，磁敏感加权成像可以提高轻度肝铁沉积的检出率[33]，并且对于肝硬变含铁小结节的灵敏度更高[32]。虽然磁敏感加权成像技术在肝铁过载的诊断中取得了进步，但是应用磁敏感加权成像技术对肝铁含量的定量测量有待进一步研究[6]。
QSM 可以通过使用短 TE 来减少相位混淆和 T2 信号衰减，并且磁敏感加权成像和 QSM 结合使用可以避免常规磁敏感加权成像的几何依赖性，可以更精确地显示具有高度磁敏感性的物质成分或结构，如气体和骨骼[34]。目前针对腹部的 QSM 技术的开发，验证了 QSM 用于肝铁过载患者检测的可行性[35]。Sharma 等[36]研究证实，基于生物磁效应的肝磁化率定量磁敏感图技术（quantitative susc-eptibility mapping-based biomagnetic liver susc-eptometry，QSM-BLS）能够准确定位信号，从而提供清晰的 3D 空间图像，并且 QSM 测得的磁化率与 R2*之间具有很强的相关性，QSM 可以校正 R2*用于评估肝铁过载，特别是当 SQUID 设备不可用时，可用于定量组织铁浓度。
综上所述，在临床应用中虽然铁过载检测方法较多，但 MRI 由于它的无创性、准确性、可重复性等优点，已经成为检测机体不同器官铁浓度的重要工具，尤其在腹部实质性器官中的应用较多，且 MRI 定量技术有望成为检测肝铁过载的首选方法，并有助于提高铁过载患者胰腺损伤的早期检出率。但是现有的大多数基于 MRI 对器官铁浓度的检测效果的研究结果只有大致的阳性预测值和阴性预测值，所使用的序列较为单一，需要进一步优化 MRI 序列并建立更为完善、规范的数据分析方法，从而推广 MRI 在诊断铁过载和监测去铁治疗疗效中的临床应用。