集成MR序列T1、T2弛豫定量的可重復性研究

徐良洲，徐霖，賀夢吟，黃波

MRI因其優異的軟組織對比，在全身多系統、多部位病變的檢出、診斷及預后評價中的價值已得到廣泛認可。然而，臨床上不同的MR儀在場強、脈沖序列參數設置以及勻場條件等多個方面均存在差異，造成目前MR圖像的判讀仍以信號的相對高低為主，而不同個體之間信號改變并不能進行絕對的比較。

縱向弛豫時間(longitudinal relaxation time，T1)及橫向弛豫時間(transverse relaxation time，T2)等是組織的特征性參數，不受參數設置等因素的影響，因此對這些參數的準確定量就為不同患者之間的比較提供了可能。然而，傳統的T1-mapping、T2-mapping需要采集多個序列成像，掃描時間長，并不適合于常規臨床應用。集成磁共振成像(synthetic MRI，SyMRI)是一種全新的MR掃描方法，這種技術通過一次掃描即可得到T1、T2等多個組織弛豫時間[1]。這種成像方法的穩定性目前尚未有報道，本研究對比兩個中心的數據，研究SyMRI在T1、T2弛豫定量的可重復性。

表2 各腦區組內及組間T1、T2值對比結果相關性分析

材料與方法

1.一般資料

本研究通過了兩家醫院倫理委員會的審核，并獲得所有受試者的知情同意。2019年2月-6月納入8名健康志愿者進行SyMRI掃描。其中男4例，女4例，年齡22～54歲，平均(38.2±5.8)歲。

2.儀器與方法

采用GE 1.5T Explorer MR掃描儀，頭頸聯合線圈。常規掃描序列包括橫軸面T2WI、T1FLAIR、T2FLAIR、DWI及3D T1BRAVO。SyMRI基于Qmap (quantitative mapping)序列，其掃描參數為：視野24 cm×24 cm，TR 4000 ms，TE 21 ms或95 ms，回波鏈12，矩陣320×256，層厚4 mm，層間距1 mm，掃描時間為5分36秒。為進行可重復性研究，每位志愿者均在有同樣機型及平臺的兩家醫院進行掃描，并在同一臺MR上不同時間掃描兩次，即每位志愿者均掃描4次，每次掃描參數完全一致。

3.圖像分析

用Qmap后處理軟件進行后處理，生成所有層面的T1-mapping及T2-mapping圖像。使用SPM 12.0軟件將腦實質進行分割，首先將T1-mapping和3D T1圖像進行配準，將配準后的T1圖像從個體化空間非線性的標準化至Montreal Neurological Institute(MNI)空間，這樣將量化圖譜轉化為MNI空間，最后使用AAL灰質模板和JHU-ICBM白質模板提取各個腦區的定量參數值。測量4個灰質區(額葉灰質、顳葉灰質、枕葉灰質及丘腦)及4個白質區(胼胝體、內囊、外囊及放射冠)的組織T1值及T2值。

4.統計學方法

測量結果采用SPSS 23.0軟件(Chicago，IL，USA)進行統計分析。使用組內相關系數(intraclass co rrelation coeff icient，ICC)評價同一臺MR前后掃描(組內)及不同MR之間(組間)測量結果的一致性。采用Bland-Altman散點圖顯示組內及組間測量結果的一致性。采用K-S擬合優度檢驗數據分布，志愿者的T1及T2值測量結果均符合正態分布，故采用t檢驗對比組間及組內測量結果。P<0.05表示差異有統計學意義。

結 果

志愿者Qmap掃描生成的T1-mapping及T2-mapping圖像見圖1。組間及組內可重復性研究 ICC和Bland-Altman顯示所有部位組間及組內的測量結果均表現出很好的一致性(表1，圖2)，同時組間及組內測量結果差異沒有統計學意義(表2)。

表1 各腦區組內及組間T1、T2值測量ICC結果

討 論

本研究分別在同一機型的MR進行組間及組內的SyMRI，同時對相應生成的T1及T2弛豫圖進行了基于體素的分析，最后比較組間及組內的定量結果。結果表明，無論是組間還是組內，腦灰質及白質區的T1值和T2值均表現出很好的穩定性和可重復性。

目前臨床上MR成像主要是加權成像，即通過TE或TR等參數的設定突出T1或者T2的權重，因此無論是T1或是T2加權，其圖像對比也含有組織其他弛豫信息。當計算組織的T1或T2弛豫時間時，則需要不同TE或TR時間的多個序列生成不同權重的T1或T2對比，再通過信號強度曲線擬合計算T1或者T2值，簡而言之是先成像后定量。SyMRI的成像過程與傳統方法完全不同，以本研究中的Qmap序列為例，首先在一個序列中直接采集多個回波、多個延遲時間的信號強度，一次性計算出T1、T2、質子密度(proton density，PD)及射頻場B1值，在根據以上的值調整TE及TR時間生成不同的圖像對比，因此是先定量后成像。正因SyMRI可得到組織的特征性弛豫值，因此理論上SyMRI可以得到“純正”的T1或T2對比的圖像，這和傳統的加權成像也不相同。已有國內外文獻報道，無論是成人還是兒童，SyMRI的成像質量完全可與傳統的成像方法媲美[2-6]，且T1、T1FLAIR的對比要優于傳統方法，同時，SyMRI還能生成傳統方法不易得到的相位敏感翻轉恢復成像(phase sensitive inversion recovery，PSIR)、單純灰質成像等對比，研究發現這些對比在多發性硬化[7-9]、顏面血管瘤病綜合癥[10-11]等病變的診斷中具有獨到優勢。

圖1 女，28歲，正常志愿者。a)T1-mapping圖； b) T2-mapping圖。

圖2組間及組內Bland-Altman圖。Bland-Altman散點圖及95%的可信區間表明組內及組間測量結果具有很好的一致性。

弛豫定量已廣泛應用于全身多個系統病變的診斷，如T2值評價關節軟骨[12]及診斷前列腺癌[13]，T1值變化診斷心肌梗死[14]及纖維化[15]等。在中樞神經系統方面，弛豫定量在癲癇、多發性硬化、創傷以及腫瘤等方面的研究也有報道，然而目前弛豫定量的方法各個醫療機構并未統一，同時掃描時間長，還受患者配合因素影響，因而在臨床并未廣泛開展。和傳統方法相比，Qmap序列參數便于統一，顯著縮短了掃描時間，從而顯著提高了掃描的成功率，因此納入日常臨床實踐是可行的。此外，Qmap還可同時獲得B1場的分布，進行B1場校正，因此理論上Qmap得到的弛豫定量值會更準確。本研究初步證實健康志愿者定量結果具有可靠的穩定性，為下一步長期隨訪研究、多中心研究奠定了基礎，進一步即可進行病變的研究。

本研究存在一些不足之處。首先，研究對象的均為健康志愿者，而且年齡范圍有限。增加樣本量，同時納入不同類型的病變是下一步的研究方向。其次，因掃描時間的限制，本研究并未掃描常規T1-mapping及T2-mapping與Qmap的結果進行對照，但已有研究報道SyMRI獲得的結果與常規方法基本吻合[16]。此外，為了減少影響研究結果的變量，所有掃描采用的參數是完全一致的，而不同參數是否獲得穩定的結果也需要進一步探討，以便能開展廣泛的多中心研究。

綜上所述，Qmap生成的組織弛豫T1及T2值有很好的穩定性，因此可作為長期隨訪研究或多中心研究的有效影像指標。