常規磁共振對裸鼠成像的可行性及參數優化

陳 佳，龔明福，楊 華，王衛斌，劉 云，楊 柳，舒通勝

(1.第三軍醫大學新橋醫院放射科，重慶 400037；2.解放軍第四二五醫院放射科，海南 三亞 572212)

常規磁共振對裸鼠成像的可行性及參數優化

陳 佳1，龔明福1，楊 華1，王衛斌2，劉 云1，楊 柳1，舒通勝1

(1.第三軍醫大學新橋醫院放射科，重慶 400037；2.解放軍第四二五醫院放射科，海南 三亞 572212)

目的 探討臨床常規磁共振在裸鼠成像中的可行性。方法 采用小關節線圈及專用小動物線圈對裸鼠肝臟進行MR成像，根據偽影、均勻度與對比度，評價兩種線圈對裸鼠成像的質量。對裸鼠進行T1mapping和T2mapping成像，根據肝臟的T1、T2值確定掃描序列中的TE值，然后采用浮動的TR值進行掃描，最后調整掃描的其它參數實現序列的優化。結果 在FSE T1WI、SE T1WI、FSE T2WI、GRE T2*WI序列中，小動物線圈和3英寸雙環形線圈的圖像質量評分分別為2.6±0.54、3.2±0.84、2.6±0.89、2.4±0.55和3.6±0.55、3.8±0.45、3.2±0.84、2.6±0.55，小動物線圈圖像的信噪比明顯高于3英寸雙環形線圈(P< 0.05)。經過序列優化后，圖像的細節分辨率，對比度明顯提高，圖像信號顯示更均勻。結論 通過線圈的優選及序列的優化，常規臨床磁共振可以進行活體裸鼠磁共振成像。

磁共振成像；裸鼠；可行性；線圈；參數優化

裸鼠是醫學研究中重要的的實驗動物模型，磁共振成像是觀察動物模型的重要方法。常規磁共振仍是目前國內小動物研究的重要成像手段，但由于裸鼠體積小，以常規的方法進行成像，圖像質量往往較差，對模型不能滿意評價。通過選擇合適的成像線圈、優化磁共振掃描序列及掃描參數，有望提高小動物成像質量。本研究采用小關節線圈及專用小動物線圈對裸鼠肝臟進行MR成像，并對成像序列的參數進行優化，以期觀察常規磁共振對裸鼠成像實用價值。

1 材料與方法

1.1 線圈的選擇 健康成年裸鼠5只，2%戊巴比妥鈉按50 mg/kg的劑量進行腹腔注射麻醉，采用自制的裸鼠固定器固定。將裸鼠俯臥位頭先進置于掃描床上，在裸鼠于固定架之間的間隙內輕輕放入棉球，在保暖的同時固定裸鼠，降低裸鼠的呼吸運動。先后分別采用3英寸雙環形線圈和正交小動物專用線圈于3.0 T磁共振掃描儀掃描，視野(FOV)：6 cm×8 cm，矩陣128×256，層厚2 mm，間隔0～0.2 mm，激勵次數(NEX)2次。掃描序列及參數為快速自旋回波(FSE)T1WI(TR/TE=380/16.7 ms)，自旋回波(SE)T1WI(TR/TE=380/30 ms)，快速自旋回波(FSE)T2WI(TR/TE=2000/60.8 ms)和梯度回波(GRE)T2*WI(TR/TE=400/9 ms，FA=20°)。掃描前先對梯度線圈進行勻場，掃描過程中保證裸鼠絕對不動。選取肝臟及背景區進行信號測量，感興趣區大小約6 mm2，計算信號/噪聲比(SNR)，結合圖像的偽影、均勻度和對比度，評價兩個線圈對裸鼠成像的質量。SNR計算公式如下：SNR=S肝-S背/Sd，其中S肝為肝實質信號強度，S背為背景噪聲，Sd肝實質信號標準差。圖像的均勻度及對比度由兩名有經驗的磁共振醫師進行分析評分，意見分歧時協商達成一致。圖像質量采用4級評分標準：Ⅰ級，無偽影，信號均勻，脈管系統與肝實質之間對比度好，整個圖像質量好，4分；Ⅱ級，無明顯的偽影，對比度較好，圖像較均勻，3分；Ⅲ級，邊緣可見偽影，圖像均勻度一般，圖像顯示較模糊，2分；Ⅳ級，偽影較明顯，圖像信號不均勻，嚴重影響信號測量，圖像質量差，1分。最后計算同一線圈同一序列在5只裸鼠的信噪比及評分的均值。

1.2 序列及參數優化 在確定好優選線圈以后，對裸鼠模型的掃描序列進行優化。首先對裸鼠進行T1mapping和T2mapping成像，T1mapping參數為：TR =150 ms、300 ms、600 ms、1200 ms，TE=10 ms，T2mapping參數為：TR=2000 ms，TE=13.7 ms、27.4 ms、41.1 ms、54.8 ms、68.6 ms、82.3 ms、96 ms、109.7 ms。掃描范圍覆蓋肝臟，在GE公司ADW4.4工作站上采用Functool軟件包分析測量肝臟的T1、T2值，根據肝臟的T1、T2值來確定掃描序列中的TE值，然后采用多組TR值進行掃描，掃描方位包括冠狀位及軸位，觀察圖像質量，并記錄下掃描時間。最后調整NEX、層厚、層間距等參數，觀察圖像質量并記錄掃描時間。掃描過程、圖像觀察及分析方法同前。

1.3 統計學方法 采用SPSS 13.0統計軟件進行數據處理。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用t檢驗。P< 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 參數的確定 肝臟的T1值約785 ms，高于鄰近肌肉的T1值(約528 ms)，肝臟的T2值約50 ms，較鄰近肌肉的T2值(約30 ms)延長，再以其標準通過浮動TR的方式來獲取最佳的參數搭配，我們推薦對裸鼠掃描時采用如下參數：軸位SE T1WI： TR=380 ms，TE=14 ms，NEX=2，Thickness/Space=2.0 mm/0.2 mm；軸位FSE T2WI：TR=3000 ms，TE=65 ms，NEX=3，Thickness/Space=2.0 mm/0.2 mm；軸位GRE T2*WI： TR=540 ms，TE=10 ms，NEX=2，Thickness/Space=2.5 mm/0.5 mm，FA=20°；軸位T2mapping：TR=2400 ms，TE=13.7 ms-109.7 ms，NEX=2，Thickness/Space=2.0 mm/0.2 mm。

2.2 圖像質量及評分 圖像信噪比及圖像質量評分見表1。兩種線圈在所有序列采集的圖像均能滿足觀察要求，評分均在2分以上，采用小動物線圈圖像的信噪比明顯高于3英寸雙環形線圈(P< 0.05)。在小動物線圈中，圖像的細節分辨率，對比度明顯提高，圖像信號顯示較均勻(圖1)。

表1 3英寸雙環形線圈和正交小動物專用線圈所得圖像信噪比及圖像質量評分

圖1 3英寸雙環形線圈和正交小動物專用線圈采集裸鼠肝臟圖像比較

3 討論

裸鼠是醫學研究中重要的的實驗動物模型，尤其在免疫學、腫瘤學等方面有著特殊的價值。了解疾病的發生、發展過程需要我們縱向、動態的觀察疾病的狀態，這就要求有一個可靠的、無創的檢測方法，這個方法至少要滿足以下幾個標準：①具有足夠的空間分辨率和信噪比；②具有足夠的對比度以便觀察不同組織的形態；③有較高的時間分辨率[1]。

MRI具有極好的軟組織分辨率，同時具有較高的時間及空間分辨力，使其成為小動物形態學研究重要的檢測工具，尤其是在嚙齒類動物(如小鼠、裸鼠)的研究中。近來，MRI已成為臨床必不可少的影像檢查方法，并且其在臨床前研究中的地位也越來越受到重視[2]。然而，由于小鼠太小，所引起的弛豫信號太弱(一只25 g的小鼠，相對一個60 kg的人來說，其信號要弱2500倍)，給MRI成像帶來了很大的技術挑戰。采用同樣的硬件，觀察人體為10 mm3的體素，在小鼠就變為0.0025 mm3了[3]。

為了解決這個問題，人們開發出場強為4～21 T的小動物專用磁共振成像儀，它可以對小動物進行全面的檢測，包括磁共振波譜以及功能磁共振檢查等，目前這些機型已經商業化[3]。盡管這些小動物專用磁共振機在高級別的專有實驗室內發揮了重要作用，它仍然超出了絕大多數實驗室的應用范圍。小動物專用磁共振的主要缺點在于其價格昂貴，需要單獨占用專門的實驗室，需要專門的維護和操作人員，常規科研機構難以支撐。隨著近年來動物實驗的廣泛開展，越來越多的中、低層科研單位也在進行活體動物的MR成像。為了克服專用磁共振的高消費的問題，越來越多的研究人員采用臨床常規磁共振進行小動物成像。

對于臨床常規MR機器而言，在外磁場恒定的前提下，如何能挖掘這種磁共振的最大能力，掃描得到滿足實驗需要的圖像，是研究人員關心的主要問題。這需要對線圈及磁共振序列進行優化選擇[4，5]。目前，大多數基層科研機構采用表面線圈及相控陣線圈進行小動物實驗，表面線圈能最大限度接近被檢器官，使其充填因子增加，有助于提高MR圖像分辨率及信噪比，磁場的不均勻性是采用表面線圈成像的一大缺點，靠近線圈的部位信號強，遠離線圈的部位信號會減弱。相控陣列線圈多由多個表面線圈陣列組成的，相對于普通正交線圈，相控陣線圈的信噪比會增加，但常規的相控陣線圈動物實驗時填充因子低，不能獲得滿意的信噪比。小動物專用正交線圈則融合表面線圈和相控陣線圈的優點，它采用相控陣線圈的設計方法，在外形尺寸上最大限度地貼合相應小動物的體表，能達到柔性表面線圈的填充因數，而其中多個小線圈分別接受小區域的磁共振信號，在保證磁場均勻性的同時，能進一步增加圖像的信噪比[6]。在本研究中，我們通過T1mapping和T2mapping成像獲取了靶區的T1、T2值，以T1、T2值為參考確定TE時間能最大限度的提高靶區的對比度，在此基礎上再調整TR值能在提高圖像質量的同時，減少試驗摸索的次數。

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