基于磁敏感性加权成像的胰腺铁沉积定量测定与β细胞功能评价的实验研究

Pancreatic iron accumulation induces beta-cell dysfunction, leading to insulin resistance and hyposecretion, finally causing diabetes，which gradually becomes a significant clinical problem in iron overload. Combined iron chelation has greater efficacy in promoting glucose intolerance than either chelator alone. Early diagnosis plays a crucial role in therapeutic regimen adjustment, effect motoring and prognosis evaluation. MRI is recognized as a potential modality in the diagnosis of pancreatic iron overload and the assistant evaluation of beta-cell function, with higher sensitivity than fasting glucose and insulin. R2*, as the main MRI indicator for iron quantitation, is susceptible to magnetic inhomogeneity, as well as imaging parameters. Meanwhile, great variability induced by fat gland infiltration and volume shrinking poses a great challenge for clinical application. Based on the materials’ fundamental susceptibility, quantitative susceptibility mapping (QSM) is developed as a new technique for quantifying iron deposits, not subjected to imaging parameters. Water and fat images are reconstructed from the source images, thus results are free from fat infiltration. Compared with real pancreatic iron concentration, our study intends to investigate the value of QSM in pancreatic iron overload with quantitative susceptibility value. We expect to explore the relationship between pancreatic iron accumulation and beta-cell function, evaluated by intravenous glucose tolerance test（IVGTT）,aiming at a new method for risk assessment.

胰腺铁沉积可引起β细胞功能障碍，导致胰岛素抵抗和分泌不足,最终引起胰腺铁沉积相关糖尿病，是目前铁过载患者日益突出的临床问题。联合祛铁治疗有助于改善糖代谢。早期诊断对调整治疗方案、疗效监测及预后评估尤为重要。MRI在胰腺铁定量评估及β细胞功能辅助评价存在一定价值，其敏感性高于空腹血糖及胰岛素测定。但R2*作为目前主要定量评估指标，受噪声、磁场不均匀性影响大，同时受成像参数影响。铁沉积所致胰腺脂肪浸润及体积萎缩又引起其定量评估变异较大。定量磁敏感性成像(QSM)是基于物质磁敏感基本特征的MRI重建技术, 不受参数影响，能够定量评估特定区域铁含量，可分离出水图、脂图，剔除脂肪干扰。本项目拟建立铁过载动物模型，以磁化率值为定量指标，通过与实际铁含量比较，探究QSM在胰腺铁定量中的价值；行静脉注射葡萄糖耐量试验（IVGTT），评价胰腺铁含量和β细胞功能之间的关系，以期为胰腺铁过载风险评估提供新手段。

胰腺铁沉积可引起β细胞功能障碍，导致铁沉积相关糖尿病，MR可用于评估铁含量，常用指标是R2*。但R2*受噪声、磁场不均匀性影响大。定量磁敏感性成像(QSM)是基于物质磁敏感特征的重建技术, 不受参数影响，能够定量评估铁含量，本项目拟建立胰腺铁过载动物模型，比较磁化率值与实际的铁含量，探究QSM对胰腺铁定量的价值，评估铁含量和β细胞功能之间关系，以期为胰腺铁过载风险评估提供新手段。实验初期旨在研究用GRE序列扫描，经后处理重建得到QSM，定量评估胰腺铁过载与糖代谢关系，但大鼠胰腺呈薄片状，成像时受运动等因素影响大，无法准确测量磁化率值。经阅读文献及前期结果发现，胰腺铁过载常伴有明显的肝铁过载，后者也与糖代谢的改变密切相关，故在原实验基础上，增加对肝铁定量和生化指标研究。结果表明，GRE序列采集的信号强度与组织磁化率密切相关，对轻中度铁沉积的非常敏感，但对重度铁沉积的评估不足，进而用超短回波序列（UTE），在重度铁沉积情况下，可在极短时间内采集到组织内的衰减信号，有充足信息用于QSM重建。此外，双能CT可用于重度铁沉积评估，但基于第三代双源CT的不同能量组合70/150kVp和90/150kVp测量肝铁的准确性尚无研究。结果显示，UTE结合QSM重建对肝铁定量评估有重要价值，按照临床治疗铁过载的分级标准（1.8, 3.2, 7.0和15.0mg/g），所有分级AUC均>0.96。双能CT不同能量组合对肝铁定量的准确性均很高，CT值均与金标准测得的肝铁浓度（LIC）呈很强的正线性相关（ρ均为 0.98，p < 0.001），所有分级AUC均>0.95。大鼠肝铁含量与糖代谢指标无显著相关性，原因可能是现有造模方法造成的是急性肝损伤，此时过量铁离子可能还未达到能够影响糖代谢指标的程度；外源性铁过载与内生性铁过载致病机理不同。本研究的科学意义是基于超高场强MR实现了采用UTE结合QSM重建精准测定肝脏铁含量。建立了第三代双源CT 70/150kVp和90/150kVp管电压组合的大鼠肝脏扫描方案，可用于肝铁过载的精准分级，为深入研究铁过载奠定基础。