STAR VIBE序列與TSE_T1WI常規序列在脊柱增強MRI圖像質量的對比研究

劉志強，鄧義，歐陽中敏，彭艷，羅錦文

1.廣州醫科大學附屬第五醫院 醫學影像科，廣東 廣州 510799；2.廣州市加速康復腹部外科重點實驗室，廣東 廣州 510799

引言

在脊柱增強MRI掃描過程中，根據其生理解剖特點導致的不足有：① 心臟大血管搏動可能會影響圖像質量；② 呼吸運動可造成運動偽影，從而降低MRI圖像質量[1-2]。為了降低脊柱增強MRI圖像的運動偽影，常規使用快速自旋回波TSE序列。其原理為在一次90°脈沖激發后，利用多個180°聚焦脈沖采集多個自旋回波，就可以填充k空間的多條相位編碼線，序列所需要重復執行的次數即TR需要重復的次數將明顯減少，從而加快成像速度。這種技術被稱為弛豫增強快速采集（Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement，RARE），在臨床上稱為快速自旋回波[3-4]。當相位編碼方向取為前后方向和左右方向，受血管搏動和呼吸運動產生的運動偽影極大；相位編碼方向取為頭足方向，運動偽影可以得到減少，但仍然不能避免。所以TSE_T1WI序列掃描速度雖快，但仍受血管搏動和呼吸運動影響，極易產生運動偽影，尤其是在增強掃描中，運動偽影比較嚴重[5-6]。

而 STAR VIBE（Stack-of-Stars Volumetric Interpolated Breath-Hold Examination）序列常用于胸腹部MRI掃描，是一種自由呼吸T1加權三維梯度回波采集序列，可以消除血管搏動及呼吸運動引起的偽影[7-8]。本研究將STAR VIBE序列應用于脊柱增強MRI掃描，分別對STAR VIBE序列掃描圖像和常規TSE_T1WI序列掃描圖像進行客觀評價和主觀評價，對兩組數據進行對比分析和統計學分析，判斷STAR VIBE序列在脊柱增強MRI掃描中是否能夠消除因血管搏動及呼吸運動偽影，從而為得到高質量的脊柱MRI影像提供新的思路。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析本院2019年7月至2021年5月脊柱增強MRI的病例68例，其中男36例，女32例，年齡9～75歲；其中TSE_T1WI常規序列掃描病例和STAR VIBE序列掃描病例各34例。本研究均對患者進行檢查前準備，確認患者身上無鐵磁性異物、無MR檢查禁忌癥、無釓對比劑過敏史等。本研究符合倫理委員會相關審批要求，并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

所有病例均應用Siemens Magnetom Skyra 3.0T超導性磁共振掃描儀，使用脊柱線圈。先進行MRI平掃，掃描序列為T2_tse_fs-dixon_sag和T1_tse_sag、T2_tse_tra。再進行MRI增強掃描：經肘靜脈注入扎噴酸葡甲胺（Gd-DTPA），用量按體重計算0.1 mmol/kg，注射速度2.0 mL/s；相同掃描序列為T1_tse_sag+C及T1_tse_fs_cor+C，一組行TSE_T1WI常規序列橫斷面掃描，另一組行STAR VIBE序列掃描。TSE_T1WI常規序列：TR 600 ms，TE 11 ms，層厚3.5 mm，層間距1.05 mm，FOV 200 mm×200 mm，層數20層，掃描時間137 s；STAR VIBE序列：TR 2.83 ms，TE 1.48 ms，翻轉角9.0°，層厚3.0 mm，層間距0.6 mm，層數72，FOV 380 mm×380 mm，掃描時間173 s。

1.3 圖像評價

1.3.1 主觀評價五分法

由2名從事MRI診斷工作5年以上的主治醫師分別采用雙盲法獨立分析。評分標準：5分，圖像質量好，無呼吸、血管搏動偽影，噪聲極小，病變顯示清晰；4分，圖像質量較好，存在輕度呼吸、血管搏動偽影，噪聲小，病變顯示清晰；3分，圖像質量中等，有中度呼吸、血管搏動偽影，噪聲輕微，病變顯示欠清晰，輕度影響診斷；2分，圖像質量一般，明顯呼吸、血管搏動偽影，噪聲大，病變顯示不清，嚴重影響診斷；1分，圖像質量很差，病變無法顯示，呼吸、血管搏動偽影嚴重，噪聲極大，無法用于診斷[9-10]。

1.3.2 客觀評價測量法

在Siemens Syngo.via后處理工作站上，測量TSE_T1WI常規序列和STAR VIBE序列圖像的SNR，分別在椎體畫出感興趣區（Region of Interest，ROI），盡量避開血管、病灶等異常信號區域，面積100 mm2，測量ROI信號強度（Signal Intensity，SI）和其SD；于背部后方背景內畫出ROI，面積 100 mm2，測量 ROI的 SI[11-12]。

1.4 數據計算與分析

主觀評價五分法計算統計A、B兩位醫生對STAR VIBE組和TSE_T1WI組圖像的評分，計算各分值的比例，對比分析；采用SPSS 23.0統計軟件分析，使用Kappa檢驗驗證兩名醫生對圖像評價的一致性，>0.76為評分一致性好，0.41～0.75為評分一致性較好，<0.4為評分一致性差。客觀評價測量法測量出椎體的SI椎體、SD和SI背景，將數據代入公式(1)計算信噪比。

式中，SI椎體為椎體區域信號強度；SI背景為背景區域信號強度；SD為椎體區域標準差，即噪聲N。采用SPSS 23.0統計軟件分析，采用Wilcoxon秩和檢驗比較兩組圖像SNR和SD，統計出兩組圖像SNR和椎體SD的顯著性、Z值及P值。P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

兩組主觀評價五分法的結果如表1所示。STAR VIBE組（n=34）A醫生主觀評價圖像質量中，3分占2.9%，4分占26.5%，5分占70.6%；B醫生主觀評價圖像質量中，3分占2.9%，4分占35.3%，5分占61.8%。TSE_T1WI組（n=34）A醫生主觀評價圖像質量中，1分占11.8%，2分占11.8%，3分占55.9%，4分占14.7%，5分占5.8%；B醫生主觀評價圖像質量中，1分占8.8%，2分占14.8%，3分占52.9%，4分占20.6%，5分占2.9%。A、B兩位醫生主觀評價分值STAR VIBE序列掃描圖像基本在（4.5±0.5）分，TSE_T1WI序列掃描圖像基本（3±1）分，圖像質量分值STAR VIBE組明顯高于TSE_T1WI組，兩名醫生一致認為STAR VIBE序列掃描圖像優于TSE_T1WI序列掃描圖像（圖1）。采用統計學Kappa檢驗驗證兩者評分的一致性，兩名醫生評價圖像質量Kappa值分別為0.81、0.86，評分一致性好。

圖1 脊柱橫軸位圖像

表1 STAR VIBE組與TSE_T1WI組主觀評價數據統計分析[n（%）]

客觀評價測量SNR結果如表2所示，STAR VIBE組（n=34）中，≤5.0以下為0，5.1～10.0占2.9%，10.1～15.0占52.9%，15.1～20.0占35.3%，≥20占8.9%；TSE_T1WI組（n=34）中，0.1～5.0占67.6%，5.1～10.0占32.4%，≥10.1為0。客觀評價測量椎體SD結果如表2所示，STAR VIBE組（n=34） 中，0.1～10.0占58.8%，10.1～20.0占41.2%，>20為0；TSE_T1WI組（n=34）中，≤20.0為0，20.1～30.0占8.8%，30.1～40.0占35.3%，>40占55.9%。客觀評價STAR VIBE組SNR主要在10.1～20.0，TSE_T1WI組SNR主要在0.1～10.0，STAR VIBE組SNR普遍高于TSE_T1WI組；客觀評價STAR VIBE組椎體SD主要在0.1～20.0，TSE_T1WI組椎體SD主要在30.1以上，STAR VIBE組椎體SD普遍低于TSE_T1WI組。結合兩組圖像的SNR和SD，顯示STAR VIBE組圖像質量優于TSE_T1WI組；采用Wilcoxon秩和檢驗比較兩組圖像SNR和SD，P<0.01為差異具有統計學意義。

表2 STAR VIBE組與TSE_T1WI組客觀評價SNR與SD數據對比[n(%)]

3 討論

脊柱MRI掃描的解剖生理特點包括：① 靜臥時脊柱本身無明顯的宏觀生理性運動，可以接受相對較長時間的掃描；② 頸部血管搏動和喉咽部的吞咽動作可造成運動偽影，降低頸椎MRI圖像質量；③ 心臟大血管搏動和呼吸運動可造成運動偽影，降低胸、腰椎MRI圖像質量[13]。

消除脊柱增強MRI圖像的運動偽影常規方法為：① 加快掃描速度，選用TSE快速自旋回波序列；② 增加前后方向的飽和帶降低主動脈及心臟搏動產生的偽影；③ 選擇合適的相位編碼方向；④ 使用流動補償技術等[14]。本研究脊柱增強MRI中TSE_T1WI組采用快速自旋回波序列掃描，增加相應的飽和帶，使用流動補償技術，但仍極易產生運動偽影，可能原因為：① TSE_T1WI序列掃描選擇左右相位編碼極易受血管搏動影響，產生的運動偽影嚴重；② 選擇前后相位編碼極易受呼吸運動影響，產生的運動偽影嚴重；③ 選擇頭足相位編碼也容易受到頭足方向的血管搏動和呼吸運動影響，也不能完全消除運動偽影，而且選擇頭足相位編碼為了避免卷褶偽影，需要加大過采樣，掃描時間加長。橫斷面是脊柱疾病診斷的必要方位，而TSE_T1WI序列掃描橫斷位時，相位編碼只能選擇偽影較大的前后方向和左右方向，這些偽影給診斷的準確性帶來不小的影響[15]。通過主觀評價和客觀評價，也充分說明了TSE_T1WI常規掃描序列在脊柱增強MRI掃描中普遍存在圖像運動偽影缺陷。

相比TSE_T1WI序列，STAR VIBE序列采用非笛卡爾填充，其使用“星形堆疊”方案來獲取體積k空間數據，該序列沿層方向（kz）進行笛卡爾采樣，并在平面上進行徑向采樣（沿ky和kx），使用放射狀k空間填充的方式采集信號[16-17]。其優點是：每條采集線都通過k空間中心，消除了相位編碼容易被呼吸運動影響的問題，從而實現自由呼吸掃描；同時，即使在欠采樣的條件下，放射狀采集也能盡可能多的收集k空間中心的信息，提高成像SNR[18-19]。聯合脂肪抑制技術，可明顯抑制血管搏動和呼吸運動造成的運動偽影，在腹部、胸部等呼吸運動偽影比較明顯的部位，可實現自由呼吸成像[20-21]。

為了解決脊柱增強MRI掃描過程中的運動偽影，我們將STAR VIBE序列應用在脊柱MRI增強掃掃描中，通過對比兩種序列掃描圖像質量，分析STAR VIBE序列在脊柱增強MRI掃描中的優缺點以及可靠性。本研究表明在脊柱增強MRI掃描中，主觀評價五分法顯示兩名MRI診斷醫生認為STAR VIBE序列掃描圖像質量優于TSE_T1WI常規掃描序列；客觀評價測量圖像SNR和SD顯示STAR VIBE序列掃描圖像的SNR和SD優于TSE_T1WI常規掃描序列。兩種評價方法都表明STAR VIBE序列在脊柱增強MRI掃描中具有一定的消除運動偽影的優勢。

理論上，STAR VIBE序列也是3D掃描序列采集三維數據，可以對圖像進行多平面重建。雖然TSE_T1WI序列掃描時間比STAR VIBE序列掃描時間短，但TSE序列還需要掃描矢狀位（Median Sagittal Section，SAG）、冠狀位（Coronal，COR），STAR VIBE序列利用3D掃描數據進行MPR三維重建即可得到所需的SAG、COR。

4 結論

本研究具有一定的局限性，TSE序列具有比較優良的空間分辨力和對比度，而STAR VIBE序列是三維梯度回波序列，空間分辨力和對比度有所降低，但完全滿足臨床診斷需求。本研究掃描橫斷位層厚為3.0 mm，層厚較厚，MPR重建的SAG、COR圖像質量較低，應該調試成薄層STAR VIBE的COR或SAG各向同性掃描；脊柱不同病變的病例較少，無法針對單一病變進行研究，只能從圖像質量對比評價兩者圖像質量之間的差別。

綜上所述，在脊柱MRI增強掃描中，STAR VIBE序列掃描圖像可以有效消除因血管搏動及呼吸運動造成的運動偽影，噪聲小，脊柱解剖結構和病灶顯示清晰，圖像質量優良。為了得到高質量的脊柱MRI圖像，可以選擇STAR VIBE序列掃描。對于因血管搏動及呼吸運動造成的運動偽影嚴重的患者，采用STAR VIBE序列掃描，在一定程度上可提高診斷的準確率。