3DT1WI用于海馬多體素波譜掃描定位的初步研究

劉任遠，廖文清，武文博，周飛，李茗，張鑫，

俞海平5，朱斌5，張冰5，徐運1

(1.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院 神經內科，江蘇 南京　210008； 2.東南大學生物科學與醫學工程學院 生物電子學實驗室，江蘇 南京　210009； 3.南京醫科大學附屬鼓樓臨床醫學院 神經內科，江蘇 南京　210008； 4.南京醫科大學附屬鼓樓臨床醫學院醫學影像科，江蘇 南京　210008； 5.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院醫學影像科，江蘇 南京　210008)

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3DT1WI用于海馬多體素波譜掃描定位的初步研究

劉任遠1，廖文清2，武文博3，周飛4，李茗5，張鑫5，

俞海平5，朱斌5，張冰5，徐運1

(1.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院 神經內科，江蘇 南京210008； 2.東南大學生物科學與醫學工程學院 生物電子學實驗室，江蘇 南京210009； 3.南京醫科大學附屬鼓樓臨床醫學院 神經內科，江蘇 南京210008； 4.南京醫科大學附屬鼓樓臨床醫學院醫學影像科，江蘇 南京210008； 5.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院醫學影像科，江蘇 南京210008)

[摘要]目的：探討使用二維T2加權成像(2DT2W)和三維T1加權成像(3DT1W)定位對海馬多體素磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)準確性的影響。方法:使用荷蘭Philips公司Achieva 3.0 T TX磁共振成像系統，對7名健康志愿者分別采用2DT2W和3DT1W進行海馬MRS定位，對比兩種定位方法MRS測定的感興趣區覆蓋的海馬體積差異，MRS測得的代謝物N- 乙酰天門冬氨酸(N- acetylaspartate，NAA)、肌醇(myo- inositol，mI)與內參肌酸(creatine，Cr)的相對濃度(NAA/Cr與mI/Cr)差異以及NAA、mI的信噪比差異。結果:與2DT2W定位比較，3DT1W定位MRS感興趣區覆蓋的海馬體積增加，NAA信噪比降低，NAA/Cr升高，但差異均無統計學意義(P>0.05)；mI信噪比降低，差異有統計學意義(P=0.028)。結論:使用3DT1W定位MRS有助于提升定位準確性，但可能伴隨海馬代謝物信噪比降低。更好的定位及更全面的評價方法仍有待進一步研究。

[關鍵詞]多體素氫質子波譜； 海馬波譜成像； 掃描定位技術

阿爾茲海默病(Alzheimer′s disease，AD)作為最常見的老年性癡呆，受到社會廣泛重視[1]。目前研究表明，海馬代謝物濃度的改變早于AD特征性病理改變[2]。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)作為一種無創性活體代謝檢測方法已廣泛應用于AD相關的研究[3- 5]中。精確的波譜定位無疑有助于更好地監測海馬各代謝物濃度的改變情況。本研究旨在探討使用二維T2加權成像(2DT2W)和三維T1加權成像(3DT1W)定位對海馬MRS準確性的影響。

1資料與方法

1.1研究對象

7名健康志愿者參與本項試驗，2男5女，年齡20～78歲，平均42歲。志愿者在磁共振掃描前接受簡易精神狀態評價量表(Mini- mental state examination，MMSE)測定，得分26～30分，平均29分。本研究得到南京大學醫學院附屬鼓樓醫院學術倫理委員會的同意和監督，志愿者均簽署相關知情同意書。

1.2儀器設備

使用荷蘭Philips公司Achieva 3.0 T TX磁共振成像系統，SENSE- 8- HEAD線圈。

1.3檢查方法

2DT2W定位法：首先進行全腦3DT1W成像，選取矢狀位海馬全程顯示最好的層面進行2DT2W定位，獲得T2W海馬長軸位圖像，選取海馬全程顯示最好的層面進行MRS掃描(圖1)。掃描參數：(1) 3DT1W為重復時間(repetition time，TR)/回波時間(echo time，TE)9.7/4.6 ms；翻轉角(flip angle，FA)8 °；視野(field of view，FOV)256×256 mm；層厚1 mm；層數192層；信號平均次數(number of signal averaged，NSA)1次；掃描時間6 min 43 s。(2) 2DT2W為TR/TE 2000/80 ms；FA90 °為FOV230×183 mm；層厚3 mm；層數5層；NSA8次；掃描時間49 s。(3) 2D- PRESS1H MRS為TR/TE 2000/32 ms；FA 70 °；FOV 100×100 mm；體素12×12 mm；重建體素4×4 mm；層厚8 mm；NSA 4次；掃描時間6 min 6 s。

3DT1W定位法：首先進行全腦3DT1W成像，然后在Philips工作站(Extended Workspace，EWS)上使用3DT1W圖像重建出海馬T1W長軸位圖像，選取海馬全程顯示最好的層面進行MRS掃描(圖2)。3DT1W、MRS掃描參數與上述同；3DT1WI海馬重建參數：層厚0.9 mm；層數12層。

1.4數據處理

所得MRS原始數據采用LC Model(Linear combination of model)相對定量技術計算N- 乙酰天門冬氨酸(N- acetylaspartate，NAA)、肌醇(myo- inositol，mI)的含量及兩種代謝物與內參肌酸(creatine，Cr)的比值(NAA/Cr和mI/Cr)。采用FreeSurfer v5.3對全腦3DT1W圖像進行腦區分割，結合LC Model結果使用MatLab計算2D- PRESS序列感興趣區(View of interest，VOI )中每個體素覆蓋的海馬體積百分比，估算VOI覆蓋的海馬體積(mm3)。

1.5統計學處理

采用SPSS 19.0軟件進行相關樣本Wilcoxon檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

3DT1W和2DT2W定位方法相關樣本Wilcoxon檢驗結果見表1。

a.將2DT2W定位在全腦3DT1W矢狀位上海馬全程顯示最好的層面； b.T2W的海馬長軸位圖像； c.定位情況(以左側為例)； d.波譜VOI的覆蓋情況； e與f分別為左側及右側海馬波譜譜線

圖12DT2W定位法

a.在工作站(EWS)上從全腦3DT1W圖像重建出T1W海馬長軸位圖像； b.T1W海馬長軸位圖像； c.定位情況(以左側為例)； d.波譜VOI的覆蓋情況； e和f分別為左側及右側海馬波譜譜線

圖23DT1W定位法

表13DT1W與2DT2W定位方法比較

3DT1W定位法2DT2W定位法P值VOI覆蓋左側海馬體積/mm33270±5083168±8941.000左側海馬NAA/Cr1.06±0.250.98±0.260.612左側海馬mI/Cr0.92±0.181.13±0.140.028左側海馬NAA信噪比15.4±5.8218.1±11.720.345左側海馬mI信噪比4.64±0.996.18±2.530.116VOI覆蓋右側海馬體積/mm33578±4963059±9590.237右側海馬NAA/Cr1.24±0.271.20±0.220.499右側海馬mI/Cr0.92±0.240.94±0.150.672右側海馬NAA信噪比22.7±7.1223.9±8.990.116右側海馬mI信噪比4.97±2.416.68±3.130.028

兩種定位方法比較，3DT1W定位MRS感興趣區覆蓋的海馬體積較2DT2W定位增加，NAA信噪比較2DT2W定位降低，NAA/Cr升高，但差異均無統計學意義(P>0.05)；mI信噪比降低，差異有統計學意義(P=0.028)。

3討論

本研究結果提示，使用3DT1W定位或有助于提高海馬MRS測量質量，其VOI覆蓋的海馬體積均值較2DT2W定位覆蓋的增加，且標準差更小。3DT1W定位測得的左側海馬mI/Cr較2DT2W定位測得的降低(P=0.028)，也符合本研究正常志愿者的預期。

由于T2WI成像具有良好的腦脊液和腦組織對比，且掃描迅速，因此，長期應用于海馬2D MRS的掃描定位。然而2DT2W定位存在以下問題：(1) 為了保證掃描速度使患者順利完成檢查，2DT2WI成像序列層厚分辨率較差；(2) T2WI成像對海馬組織灰白質缺乏有效的對比度，在后處理中只能依照操作醫師經驗選擇海馬區；(3) 使用單次2DT2W軸位成像難以同時覆蓋兩側海馬結構，經常需要二次掃描。

采用3DT1W定位具有以下優點：(1) 可在不增加掃描時間的情況下重建出海馬長軸位圖像，且層厚分辨率達到0.9 mm；(2) 3DT1WI成像對海馬結構有良好的對比度；(3) 3DT1W定位可對雙側海馬分別重建，避免2DT2WI定位不能同時覆蓋兩側海馬的問題。

然而3DT1W定位仍有許多局限。本研究發現3DT1W定位采集的代謝物信噪比低于2DT2W定位，其中右側海馬mI的信噪比降低差異有統計學意義(P=0.028)，考慮可能為3DT1W以海馬為中心的重建方式導致波譜FOV過多的覆蓋到腦外組織，導致整體信噪比降低。故更有效的重建方式尚待進一步研究。

本研究因樣本量過小，兩種定位方法的差異無統計學意義，僅存在變化趨勢。兩種定位方法更全面的比較尚待大樣本的進一步研究。

[參考文獻]

[1] CHAN K，WANG W，WU J，et al.Epidemiology of Alzheimer′s disease and other forms of dementia in China，1990—2010:a systematic review and analysis[J].Lancet，2013，381(9882):2016- 2023．

[2] JACK C，KNOPMAN D，JAQUST W，et al.Hypothetical model of dynamic biomarkers of the Alzheimer′s pathological cascade[J].Lancet Neurol，2010，9(1):119- 128．

[3] GRAFFRADFORD J，KANTARCI K.Magnetic resonance spectroscopy in Alzheimer′s disease[J].Neuropsychiatr Dis Treat，2013，9:687- 696．

[4] KANTARCI K，WEIGAND S，PRZYBELSKI S，et al.MRI and MRSpredictors of mild cognitive impairment in a population- based sample[J].Neurology，2013，81(2):126- 133．

[5] KANTARCI K，WEIGAND S，PETERSEN R，et al.Longitudinal 1H MRS changes in mild cognitive impairment and Alzheimer′s disease[J].Neurobiol Aging，2007，28(9):1330- 1339．

Study of using three- dimensional T1weighted imaging for hippocampus magnetic resonance spectroscopy localization

LIU Ren- yuan1，LIAO Wen- qing2，WU Wen- bo3，ZHOU Fei4，LI Ming5，ZHANG Xin5，YU Hai- ping5，ZHU Bin5，ZHANG Bing5，XU Yun1

(1.DepartmentofNeurology，DrumTowerHospital，AffiliatedtoNanjingUniversityMedicalSchool，Nanjing210008，China;2.SchoolofBiologicalScienceandMedicalEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing210009，China; 3.DepartmentofNeurology，DrumTowerHospital,AffiliatedtoNanjingMedicalUniversity，Nanjing210008，China; 4.DepartmentofRadiology，DrumTowerHospital，AffiliatedtoNanjingMedicalUniversity，Nanjing210008，China; 5.DepartmentofRadiology，DrumTowerHospital，AffiliatedtoNanjingUniversityMedicalSchool，Nanjing210008，China)

[Abstract]Objective： To compare effect of localizing magnetic resonance spectroscopy(MRS)for hippocampus by using of axial two demensional T2 weighted(2DT2W)imaging and whole brain three dimensional T1 weighted(3DT1W) imaging. Methods: MRI examinations were performed at a 3 tesla scanner(Achieva 3.0T TX，Philips Medical Systems，the Netherlands).Seven healthy participants were enrolled in this study.Hippocampal volume covered by the view of interest(VOI)，metabolite relative concentration measured by N- acetylaspartate(NAA)to creatine(Cr)ratio(NAA/Cr)and myo- inositol(mI)to Cr ratio(mI/Cr)and signal- to- noise ratio of the NAA and mI were compared. Results: The 3DT1W approach covered a larger amount of mean hippocampal volume and with a higher NAA/Cr than that of the 2DT2W approach.Signal- to- noise ratio of NAA detected by the 3DT1W approach was lower than that detected by the 2DT2W approach.However，no statistical significance was observed(P>0.05).A lower signal- to- noise ratio of mI was detected by the 3DT1W approach in right hippocampus(P=0.028). Conclusion: The 3DT1W approach might improve the accuracy of localization of hippocampal magnetic resonance spectroscopy.However，reduced signal- to- noise ratio of the metabolites were observed.further researches are needed for a thorough evaluation.

[Key words]three- dimensional T1 weighted imaging; hippocampus; magnetic resonance spectroscopy，localization

doi：10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.02.020

[中圖分類號]R331

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671- 6264(2016)02- 0232- 04

[通信作者]張冰E- mail：zhangbing_nanjing@vip.163.com

[作者簡介]劉任遠(1987-)，男，臺灣臺北人，在讀碩士研究生。E- mail：dimir1987@163.com

[收稿日期]2015- 08- 09[修回日期] 2015- 12- 01

[引文格式] 劉任遠，廖文清，張冰，等.3DT1WI用于海馬多體素波譜掃描定位的初步研究[J].東南大學學報:醫學版，2016，35(2)：232- 235.

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