對比水-脂分離成像技術與頻率選擇飽和法在頭頸部增強MRI中的脂肪抑制效果

鄧文明，康文焱，文 潔，劉 周，黃 華，王云飛，張 艷，羅德紅

(1.國家癌癥中心/中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院深圳醫院放射科，廣東 深圳 518116；2.國家癌癥中心/中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院影像診斷科，北京 100021)

頭頸部解剖結構復雜，有多處氣-骨交界，且頸背部脂肪厚度不一。目前臨床常用的MR脂肪抑制方法為短時反轉恢復序列(short time inversion recovery, STIR)，可獲得良好的脂肪抑制效果[1]，但其SNR較差，不適合用于增強檢查，故在傳統增強MR檢查中，最常以頻率選擇飽和法(frequency-selective saturation, FS)進行脂肪抑制，但易受金屬、氣-骨交界、偏磁場中心等因素的影響而抑制脂肪不徹底，從而影響圖像質量。水-脂分離技術(Dixon技術)是利用水和脂肪組織化學位移的差異，對水和脂肪中質子的同、反相位信息進行運算，獲得單純的脂相(fat-phase)和單純的水相(water-phase)，水相即是基于Dixon技術的脂肪抑制圖像[2]。本研究比較Dixon技術與FS的脂肪抑制效果，探討其在頭頸部增強MR檢查中的應用價值。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2017年6月—12月在我院接受頸部增強MR掃描的49例患者，男21例，女28例，年齡25～79歲，平均(47.6±12.6)歲，其中10例有不可摘除的金屬義齒。所有患者均無MR檢查禁忌證，并簽署知情同意書。

1.2儀器與方法 采用Siemens Magentom Avanto 1.5T MR掃描儀、Syngo工作站和專用頸部4通道矩陣線圈。檢查時囑患者仰臥，頭先進，以前正中線與下頜體的交點為掃描中心。對比劑采用釓噴酸葡胺，0.2 ml/kg體質量，流率2 ml/s，注射完畢后以相同流率推注20 ml生理鹽水。動態增強掃描后，再分別行Dixon技術和FS延遲增強矢狀位FSE T1WI，掃描順序隨機，具體參數見表1。

1.3圖像評價

1.3.1主觀評價 由2名放射科主治醫師采用盲法評價Dixon和FS圖像的脂肪抑制效果，記錄圖像中脂肪抑制效果不佳的區域，即脂肪組織、骨松質等正常含脂組織在脂肪抑制圖像上呈高信號，且信號不均勻。

1.3.2客觀評價 以美國電氣制造商協會(National Electrical Manufacturers Association, NEMA)推薦的方法計算圖像SNR和CNR。以正中矢狀面、經右側顳頜關節的矢狀面作為磁場中心層面和偏離磁場中心層面，分別進行評價。放置ROI的組織包括磁場中心層面小腦扁桃體及延髓；偏離磁場中心層面顳葉、咬肌和鎖骨骨松質(圖1)。ROI為圓形，大小為(0.15±0.02)cm2，勾畫時盡量避開空腔、血管、偽影明顯的區域。測量方法：①在上述組織內放置ROI，記錄其信號強度(signal intensity, SI)；②在圖像背景的4個角放置ROI，記錄其標準差(standard deviation, s)，并計算平均值(mean standard deviation,)，計算圖像噪聲(noise, N)，N=/0.66，0.66為噪聲校正因子；③計算SNR，SNR=SI/N；④計算CNR[3]，磁場中心層面CNR=丨小腦SNR-延髓SNR丨/N、偏離磁場中心層面CNR=丨顳葉SNR-咬肌SNR丨/N。

1.4統計學分析 采用SPSS 24.0統計分析軟件，以Shapiro-Wilk法對數據進行正態性檢驗，符合正態分布的計量資料以±s表示，采用配對t檢驗比較2種圖像的噪聲、SNR、CNR。以Kappa檢驗評估2名醫師評價脂肪抑制效果的一致性，Kappa≤0.40為一致性較差，0.400.75為一致性好。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1主觀評價 49例患者的Dixon圖像中，2名醫師分別記錄14處和17處脂肪抑制效果不佳的區域，一致性好(Kappa=0.858，P<0.001，圖2)；FS圖像中分別記錄192處和175處脂肪抑制效果不佳區域，一致性好(Kappa=0.890，P<0.001，圖3)。

對10例有金屬義齒的患者，Dixon圖像中2名醫師分別記錄9處和8處脂肪抑制效果不佳的區域，一致性較好(Kappa=0.615，P=0.035，圖4A)；FS圖像中分別錄43處和44處脂肪抑制效果不佳區域，一致性好(Kappa=0.861，P<0.001，圖4B)。

2.2客觀評價

2.2.1磁場中心層面 在磁場中心層面，Dixon圖像的噪聲小于FS圖像，小腦SNR、延髓SNR和圖像CNR均大于FS圖像，差異均有統計學意義(P均<0.05)。見表2。

2.2.2偏離磁場中心層面 在偏離磁場中心層面，Dixon圖像噪聲小于FS圖像，咬肌SNR大于FS圖像，鎖骨SNR小于FS圖像，差異均有統計學意義(P均<0.05)；2種圖像間顳葉SNR和圖像CNR差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表3。

表1 2種脂肪抑制方法增強矢狀位FSE序列T1WI參數

表2 2種脂肪抑制方法磁場中心層面圖像噪聲、SNR、CNR比較(±s，n=49)

表2 2種脂肪抑制方法磁場中心層面圖像噪聲、SNR、CNR比較(±s，n=49)

脂肪抑制方法噪聲小腦SNR延髓SNRCNRDixon4.44±1.45106.42±54.05122.80±41.867.64±7.90FS5.14±1.7183.20±46.2491.85±28.125.65±7.72t值-4.0065.3496.6412.275P值<0.001<0.001<0.0010.027

表3 2種脂肪抑制方法偏離磁場中心層面圖像噪聲、SNR、CNR比較(±s，n=49)

表3 2種脂肪抑制方法偏離磁場中心層面圖像噪聲、SNR、CNR比較(±s，n=49)

脂肪抑制方法噪聲顳葉SNR咬肌SNR鎖骨SNRCNRDixon3.52±0.86154.88±39.20168.38±49.5775.23±39.0456.12±46.51FS3.85±1.02145.72±39.11148.48±41.71125.57±65.4065.48±73.02t值-2.6681.5213.489-6.455-1.010P值0.0100.1350.001<0.0010.318

圖1 ROI放置示意圖 A.磁場中心層面； B.偏離磁場中心層面 圖2 Dixon圖像脂肪抑制均勻、效果良好 A.磁場中心層面； B.偏離磁場中心層面 圖3 FS圖像顯示頸肩部、頸背部、頦下、氣管前信號不均勻，脂肪抑制效果欠佳(箭) A.磁場中心層面； B.偏離磁場中心層面 圖4 存在金屬義齒患者的脂肪抑制圖像 A.Dixon圖像脂肪抑制效果良好，義齒周圍結構顯示較清晰； B.FS圖像金屬偽影明顯，周圍結構信號不均勻，圖像失真(箭)

3 討論

FS是根據水和脂肪組織內氫質子的進動頻率差異，給予與脂肪中氫質子進動頻率相同的預脈沖，使脂肪中氫質子處于飽和狀態，不能被成像脈沖激發，從而達到脂肪抑制的目的[4]。FS高度依賴設備場強及磁場的均勻性，局部磁場不均勻會造成脂肪抑制失敗。Dixon技術基本原理也是利用水和脂肪組織內氫質子的進動頻率差異，在二者相位相同和相反時各采集1次信號，應用2次采集的信息計算獲得純水像和純脂像[4-5]。Dixon技術實質上也受磁場不均勻性的影響，可使水-脂相位計算誤差導致分離失敗；但經過區域增長算法、相位解卷繞、取向濾波器等后處理方法進行相位誤差校正后，水-脂分離的準確性和穩定性可獲得明顯提高[6-7]。此外，在實際臨床工作中，通過增加采集次數或關閉并行采集等簡單方法也可提高Dixon圖像的SNR，減少水脂質子相位運算錯誤的情況[8]。

目前臨床頭頸部增強T1W檢查中常以FS為首選脂肪抑制技術。本研究結果顯示，FS脂肪抑制效果不佳區域主要集中在頸肩部、頸背部、頦下、上頜竇底壁、氣管前等區域，多位于FOV邊緣、脂肪層厚薄不均、氣-骨組織交界等處，因局部磁場不均勻而造成FS脂肪抑制失敗，而通過Dixon技術可明顯改善上述區域的脂肪抑制效果。Gaddikeri等[9]的研究也證實，頸部Dixon技術脂肪抑制圖像較STIR具有更好的圖像質量和均勻性。此外，隨著場強升高，組織邊緣的振鈴偽影越發明顯，Dixon技術能減輕此類偽影，這也正是其脂肪抑制均勻性高的原因之一[10]。

Dixon技術抑制脂肪具有良好的均勻性和準確性，更適用于對比增強檢查。Zhadanov等[11]認為脊柱對比增強Dixon成像較傳統T1WI可更敏感地檢出骨髓病變中脂肪增加；Kalovidouri等[12]發現乳腺增強檢查中Dixon技術可使乳房皮下及靠近腋窩區的脂肪得到高效抑制。國內學者的研究[13]表明，在解剖結構復雜的頭頸部，Dixon技術對眼眶脂肪抑制具有明顯優勢。本研究結果亦發現Dixon圖像較FS圖像對鄰近上頜竇頂壁的眶內脂肪抑制效果更徹底、更均勻。本研究10例有金屬義齒的患者中，Dixon圖像金屬偽影明顯較輕、脂肪抑制效果不佳區域明顯少于FS圖像，與Park等[14-15]應用Dixon技術可顯著降低膝關節和脊柱金屬內固定偽影的研究結果相符。

臨床工作中，增強T1W結合脂肪抑制是觀察病變及其周圍結構的重要序列。本研究表明，在頭頸部T1W增強檢查中，在磁場中心層面和偏離磁場中心層面，基于Dixon技術的脂肪抑制圖像噪聲小于FS圖像，小腦SNR、延髓SNR、咬肌SNR、鎖骨SNR均大于FS圖像，差異均有統計學意義(P均<0.05)，提示Dixon技術具有噪聲小、SNR及CNR高、脂肪抑制效果均勻等優點，可作為頭頸部增強T1W的首選脂肪抑制技術，建議臨床優先采用，尤其是存在金屬異物時，Dixon技術較FS技術更具優勢。