對比集合序列與常規序列頭部MR圖像質量

劉輝明，尹國平，別 非，權光南，謝傳淼*

(1.中山大學腫瘤防治中心影像科，廣東 廣州 510060；2.通用電氣醫療集團，北京 100176)

MRI具有多平面及多對比度成像的優勢，但掃描需一定的時間，期間患者必須完全制動，否則圖像會出現一系列偽影而影響診斷或導致掃描失敗。集成MRI(synthetic MRI, syMRI)是目前最新的一種MR掃描技術[1]，一次掃描可以得到多種對比圖像且掃描時間短。根據傳統MRI理論，掃描時間縮短意味著圖像質量降低，syMRI能否在提高掃描速度的同時保證圖像質量目前尚未明確。本研究將基于syMRI技術的MRI集合(magnetic resonance image compilation， MAGiC)序列應用于頭部成像，對比分析MAGiC序列與常規序列頭部圖像質量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2017年8月—2018年2月于我院接受腦MR掃描的受檢者96人，其中腦疾病患者64例、健康志愿者32名，男55人，女41人，年齡12～74歲，平均(44.2±24.8)歲。納入標準：完成所有序列的MR掃描；無MR掃描禁忌證，如幽閉恐懼癥。本研究通過我院倫理委員會批準，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa Pioneer 3.0T超導型MR掃描儀，掃描線圈為16通道相控陣頭線圈。分別進行常規序列T1 FSE、T2 FSE、T1 Flair、T2 Flair及MAGiC序列掃描，各序列參數見表1。

1.3 圖像處理及分析 由2名具有12年以上中樞神經系統疾病診斷經驗的放射科醫師獨立閱片，采用盲法評價圖像質量，意見不同時經協商達成一致。將常規序列T1 FSE、T2 FSE、T1 Flair、T2 Flair掃描所獲圖像及MAGiC序列掃描重建的MAGiC T1、MAGiC T2、MAGiC T1 Flair、MAGiC T2 Flair圖像在GE AW 4.6工作站進行后處理，獲取圖像的 SNR。采用5分法評價圖像質量，圖像質量評價指標包括整體質量評分、偽影評分及病灶檢出評分(后者僅評價64例腦疾病患者)。整體質量評分標準：1分，圖像不能用于診斷；2分，圖像質量無法滿足診斷，但在特殊情況下可用于提供參考意見；3分，圖像質量一般，基本滿足診斷要求；4分，圖像較清晰，能較為準確診斷；5分，圖像清晰，能夠確切診斷。偽影評分：1分，整個圖像均為偽影；2分，圖像偽影嚴重，無法診斷；3分，存在運動或搏動偽影，但尚可用于診斷；4分，輕微偽影，不影響診斷；5分，無各類偽影。病灶檢出評分：1分，病灶無法檢出；2分，病灶部分可見，但無法清晰顯示；3分，病灶可全部檢出，但解剖細節欠清晰；4分，病灶可全部檢出，解剖細節較為清晰；5分，病灶明確檢出，解剖細節非常清晰。

1.4 統計學分析 采用SPSS 20.0統計分析軟件。符合正態分布的計量資料以±s表示，等級資料以中位數(上下四分位數)表示。采用配對t檢驗比較MAGiC序列與常規序列圖像SNR的差異，采用配對秩和檢驗比較MAGiC序列與常規序列獲得圖像的整體質量評分、偽影評分及病灶檢出評分的差異。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

在相同分辨率條件下，常規序列和MAGiC序列對腦實質病灶顯示無明顯差異(圖1)。MAGiC序列及常規序列獲得圖像的整體質量評分、偽影評分及病灶檢出評分差異均無統計學意義(Z=-1.808、-1.640、-1.758，P均>0.05，表2)。MAGiC T1圖像的SNR為978.71±152.17，MAGiC T2為592.13±85.51，MAGiC T1 Flair為611.80±142.60，MAGiC T2 Flair為408.07±82.31；常規序列T1 FSE圖像的SNR為124.50±9.04，T2 FSE為76.99±7.46，T1 Flair為111.35±11.07，T2 Flair為76.54±12.19；MAGiC序列重建圖像的SNR均高于對應的常規序列圖像(t=-54.57、-59.30、-34.27、-40.32，P均<0.01)。

表1 MR常規序列及MAGiC序列掃描參數

注：NA：未測

表2 MAGiC序列及常規序列圖像評分比較(人)

注： MAGiC序列及常規序列圖像整體質量、偽影及病灶檢出評分均無1、2分

圖1 患者女，42歲，肺癌腦轉移 A～D.分別為MR T1 FSE(A)、T2 FSE(B)、T1 Flair(C)、T2 Flair(D)序列掃描圖像； E～H.分別為MAGiC T1(E)、MAGiC T2(F)、MAGiC T1 Flair(G)、MAGiC T2 Flair(H)序列重建圖像

3 討論

基于多個延遲多回波(multiple-delay multiple-echo, MDME)序列原理，MAGiC序列在不同TR內施加4個120°飽和脈沖，同時進行雙回波采集，共生成8組對比圖像。MAGiC序列中的多飽和脈沖可定量組織的T1，進而得到T1定量圖；多回波采集可定量T2，進而得到T2定量圖。獲得組織T1值后，可計算出射頻場的大小，即B1值。將T1、T2、B1值代入信號強度計算公式，可得到組織的磁化矢量M0值，進而獲得質子密度(proton density， PD)定量圖。已知T1、T2、B1及PD值后，通過相應的后處理軟件，即可得到基于自旋回波序列任意對比的圖像[3]。

除可得到常規的對比圖像，采用MAGiC序列還可獲得相位敏感翻轉恢復(phase sensitive inversion recovery, PSIR)、雙反轉灰/白質(double inversion recovery-white matter or grey matter, DIR-WM/GM)等臨床相對少用的對比圖像，而這些對比圖像對多發性硬化[4-6]、顏面血管瘤病綜合征[7-8]等病變的診斷價值高于常規序列圖像。雙反轉(double inversion recovery， DIR)具有良好的灰白質對比，通過MAGiC序列可進行灰白質分割[9]。通過后處理軟件對原始數據的TE、TR、TI等參數進行隨機調整后，采用MAGiC序列還可產生任意對比的圖像。MR常規序列掃描得到的圖像均為加權成像，各序列間相互影響，如T1加權成像易受PD及T2的影響。通過MAGiC序列掃描可獲得T1、T2及PD的定量圖，實現組織自身特性的絕對成像，同時為從形態學診斷到量化診斷提供基礎[10]。

本研究結果顯示，在分辨率相同的情況下，采用MAGiC序列和常規序列掃描獲得的T1 FSE、T2 FSE、T1 Flair、T2 Flair圖像整體質量并無顯著差異，解剖形態表現類似，對病變檢出的效果相當。本研究中，在圖像偽影方面MAGiC序列和常規序列表現也很接近，與Tanenbaum等[11]研究結果一致。既往對轉移瘤的研究[12]發現，MAGiC T1 Flair圖像的血管搏動偽影少于常規T1 Flair圖像，該序列更有利于顯示小腦病灶，這可能與MAGiC序列采用的長ETL使血液流空效應更加顯著有關。本研究中MR常規序列掃描總時間為10.5 min，而MAGiC序列在5 min內一次成像即可得到多種對比圖像。有研究[13]報道，縮短掃描時間可減輕運動偽影。此外，對于一些不能長時間配合MR掃描的患者，縮短掃描時間可提高掃描成功率。既往有研究[14-17]報道了MAGiC序列應用于兒童頭部成像的可行性，并認為其對頭部疾病的診斷效能與常規序列相近。

在SNR方面，由于MAGiC序列的原理特殊，MAGiC序列重建圖像的背景噪聲為0，故MAGiC序列圖像的背景噪聲需在原始圖像上測量。本研究在對應的原始圖像相應的背景噪聲處勾畫4個面積為100 mm2的ROI，取4個ROI信號強度標準差的平均值作為MAGiC序列的噪聲強度。本組MAGiC序列重建圖像的SNR均高于對應的常規序列圖像。更高的SNR可以確保MAGiC序列在圖像顯示上的效果不差于常規序列，為MAGiC序列的應用提供了客觀依據。

本研究存在的不足之處：①樣本量少，尤其是缺少兒童病例；②在參數設置方面，MAGiC序列和常規序列的分辨率、層厚和間距保持一致，但二者的帶寬、回波鏈及激勵次數等參數無法設置一致，可能會影響圖像的SNR，造成結果偏倚；③MAGiC序列推薦的掃描時間為<5 min，相對于其他單個常規序列的掃描時間更長，患者在掃描期間可能運動或活動，可能導致圖像質量下降。

綜上所述，在對頭部進行MR掃描時，MAGiC序列具有可與常規序列相媲美的圖像質量，且圖像SNR更高，臨床應用前景廣闊。