SPAIR 和Dixon 技術(shù)在脊柱磁共振成像脂肪抑制效果的對比研究

馮菲菲 李文俊 孫 靜 何嘉捷

福建醫(yī)科大學(xué)腫瘤臨床醫(yī)學(xué)院 福建省腫瘤醫(yī)院放診科，福建福州 350014

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）過程中的主要信號來源于水和脂肪中的氫質(zhì)子，由于水和脂肪中氫質(zhì)子周圍的電子密度云密度不同導(dǎo)致兩者間相差3.5ppm 的化學(xué)位移，這個化學(xué)位移在MRI 過程中會導(dǎo)致化學(xué)位移偽影的產(chǎn)生。同時脂肪在MRI T1、T2中呈較高信號，常常會掩蓋其他組織的信號，故在MRI 的臨床應(yīng)用中，良好的脂肪抑制效果對磁共振影像評價至關(guān)重要。常規(guī)的MRI 脂肪抑制技術(shù)根據(jù)原理可分為頻率選擇法、時間選擇法、水脂分離法及混合法等[1]。本研究通過比較矢狀位T2WI 頻率衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（spectral attenuated inversion recovery，SPAIR）和水脂分離（Dixon）兩種技術(shù)的脂肪抑制效果，分析兩者在脊柱MRI 的優(yōu)缺點(diǎn)，探討其應(yīng)用價值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2021 年12 月至2022 年4 月于福建省腫瘤醫(yī)院行脊柱MRI 檢查患者的影像資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①臨床診斷為椎體腫瘤、椎間盤突出、腫瘤骨轉(zhuǎn)移等，需行脊柱MRI 檢查；②無MRI 檢查禁忌證。排除標(biāo)準(zhǔn)：①脊柱有異物植入；②配合欠佳，自主運(yùn)動導(dǎo)致的運(yùn)動偽影。共60 例患者納入本研究，其中男34 例，女26 例；年齡26～71 歲，平均（49±11）歲，頸椎20 例，胸椎20 例，腰椎20 例。本研究經(jīng)福建省腫瘤醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（批件號：K2022-131-01），所有患者均對本研究知情同意。

1.2 檢查方法

采用Siemens Magnetom Prisma 3.0T 超導(dǎo)型MR掃描儀，采用頭頸聯(lián)合線圈及相控陣脊柱線圈。患者取仰臥位，頭先進(jìn)。所有患者均行快速自旋回波序列平掃，即矢狀位SPAIR T2WI 和Dixon T2WI，具體掃描參數(shù)見表1。

表1 兩種掃描技術(shù)具體參數(shù)

1.3 圖像分析

1.3.1 脂肪抑制均勻性 由兩名醫(yī)生分別觀察兩種技術(shù)圖像，采用雙盲法對圖像脂肪抑制效果進(jìn)行評估，采用4 分法進(jìn)行評分，意見不一致時，結(jié)果通過共同協(xié)商得出。1 分：脂肪抑制效果很差，圖像無法診斷；2 分：脂肪抑制效果差，提供部分診斷信息；3 分：脂肪抑制效果良好；圖像質(zhì)量略有下降，仍可診斷；4 分：脂肪抑制效果優(yōu)秀。

1.3.2 偽影度評估 由兩名醫(yī)生分別觀察兩種技術(shù)圖像，采用雙盲法對影像質(zhì)量進(jìn)行評估，采用4 分法進(jìn)行評分，意見不一致時，結(jié)果通過共同協(xié)商得出。1 分：嚴(yán)重偽影，偽影導(dǎo)致無法診斷；2 分：中等偽影，偽影會降低檢查的診斷質(zhì)量；3 分：輕微偽影，圖像質(zhì)量略有下降，仍可診斷；4 分：基本無偽影。

1.3.3 信噪比 將掃描得到的圖像傳輸至西門子syngo MR E11 工作站進(jìn)行處理。測量T2WI-SPAIR和T2WI-Dixon 圖像信噪比（signal to noise ratio，SNR），在椎體對應(yīng)區(qū)選取相同大小的感興趣區(qū)（region of interest，ROI），每個ROI 面積約80 個像素，盡量避開血管、病灶等異常信號區(qū)域。測量ROI信號強(qiáng)度（signal intensity，SI）及其標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，SD）；在背部后方背景內(nèi)畫出相同大小的ROI，測量ROI 的SI。SNR=（SI錐體-SI背景）/SD，SI錐體為錐體區(qū)域信號強(qiáng)度平均值，SI背景為背景區(qū)域信號強(qiáng)度平均值，SD 為錐體區(qū)域信號強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析處理所有數(shù)據(jù)。計(jì)量資料符合正態(tài)分布的用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，比較采用配對樣本t檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種技術(shù)的脂肪抑制效果和偽影度評估比較

Dixon 技術(shù)在頸椎、胸椎部位的脂肪抑制效果顯著優(yōu)于SPAIR 技術(shù)（P＜0.05），兩種技術(shù)在腰椎部位的脂肪抑制效果比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表2。SPAIR 技術(shù)在胸椎部位的偽影度優(yōu)于Dixon技術(shù)（P＜0.05），兩種技術(shù)在頸椎、腰椎部位的偽影度比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表3。

表2 兩種技術(shù)的脂肪抑制效果比較（，分）

表2 兩種技術(shù)的脂肪抑制效果比較（，分）

表3 兩種技術(shù)的偽影度比較（，分）

表3 兩種技術(shù)的偽影度比較（，分）

2.2 兩種技術(shù)的SNR 比較

Dixon 技術(shù)在頸椎、胸椎、腰椎部位的SNR 均顯著優(yōu)于SPAIR 技術(shù)（P＜0.05），見表4。

表4 兩種技術(shù)的SNR 比較（）

表4 兩種技術(shù)的SNR 比較（）

3 討論

SPAIR 技術(shù)是應(yīng)用絕熱反轉(zhuǎn)脈沖對脂肪中的氫質(zhì)子進(jìn)行選擇性反轉(zhuǎn)，將其縱向磁化矢量偏轉(zhuǎn)180°，等待一定反轉(zhuǎn)時間，對成像所有組織進(jìn)行激發(fā)，此時脂肪組織的磁化矢量為零，不產(chǎn)生信號，從而達(dá)到脂肪抑制的效果。SPAIR 技術(shù)的優(yōu)勢在于對B1場的不均勻不敏感，脂肪抑制更均勻，同時有一定飽和血流信息的能力。不同于短時反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列，SPAIR 是選擇性地反轉(zhuǎn)脂肪，所以組織的對比不受影響，可用于增強(qiáng)掃描，SPAIR 技術(shù)成像具有以下優(yōu)勢：①腦脊液的流動偽影、血管的搏動偽影少；②對脊髓的顯示均勻度好；③對關(guān)節(jié)軟骨、韌帶、關(guān)節(jié)囊等軟組織有明顯優(yōu)越性；④圖像SNR 較高；⑤成像時間稍短[2,3]。但它對主磁場B0不均勻敏感，對場強(qiáng)有依賴性。Dixon 技術(shù)是利用水和脂肪有3.5ppm 的化學(xué)位移，控制采集時間得到水中氫質(zhì)子和脂肪中氫質(zhì)子具有不同相位的圖像，通過后處理計(jì)算出4 種對比度圖像（同相位、反相位、水相、脂相），對磁場不均勻性不敏感，即使在磁敏感變化大的部位及偏中心部位也能保證質(zhì)量穩(wěn)定的抑脂效果[4]。但是Dixon 技術(shù)的缺點(diǎn)在于對運(yùn)動特別敏感，如主動運(yùn)動、血管博動等，且Dixon 技術(shù)需要在兩個單獨(dú)的重復(fù)時間內(nèi)分別采集同相位信號或反相位信號，掃描時間較長。

本研究中，Dixon 技術(shù)的脂肪抑制效果優(yōu)于SPAIR 技術(shù)，主要表現(xiàn)在頸椎和胸椎部分。頸部組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前方有氣管，后方有腦脊液，且形狀不規(guī)則，兩側(cè)有大量空間，組織與空氣交界處，磁場均勻性比較難保證。所以SPAIR 技術(shù)頸椎脂肪抑制不均勻區(qū)域主要分布在頸胸交界處的皮下脂肪區(qū)，特別是后背皮下脂肪厚的肥胖患者[5]。在胸椎部分，視野上下邊緣會出現(xiàn)部分皮下脂肪抑制不均勻，中心區(qū)域脂肪抑制效果良好。在進(jìn)行大視野掃描時，周邊的主磁場均勻度下降，影響SPAIR 的脂肪抑制效果。而在腰椎部分，由于腰椎的結(jié)構(gòu)均勻，幾何形狀方正，且腰部位置磁場均勻度好，故SPAIR 和Dixon 均能獲得比較高質(zhì)量的脂肪抑制圖像。

頸部血管搏動和喉咽部的吞咽動作可造成運(yùn)動偽影，影響頸椎的圖像質(zhì)量；心臟大血管和呼吸運(yùn)動的偽影，影響胸腰椎的圖像質(zhì)量[6]。針對上述問題，可采用以下解決措施：①對于自主運(yùn)動，應(yīng)耐心與患者溝通，取得患者的配合，疼痛煩躁的患者必要時給予鎮(zhèn)靜劑，盡量采用快速掃描序列縮短掃描時間；②可在喉部、大血管施加飽和帶，使流入的質(zhì)子得以飽和從而減少偽影；③改變相位編碼方向、增加重復(fù)時間、增加激發(fā)次數(shù)等；④使用流動補(bǔ)償（flow compensation，F(xiàn)C）技術(shù)[7]。FC 技術(shù)主要用于消除慢速流動的血液和腦脊液引起的流動偽影，但不適用于管徑較大的血流速度較快的動脈血管和心臟的周期性搏動而產(chǎn)生的運(yùn)動偽影[8]，頸椎Dixon應(yīng)用FC 技術(shù)和喉部飽和帶可大大減少運(yùn)動偽影。主動脈在胸段流速最快，造成的搏動影響最大，同時胸椎曲度比較大，這種情況不能貼合錐體加用飽和帶，且Dixon 屬長回波序列，對運(yùn)動和相移的敏感度高，此外受水-脂肪交換偽影等因素的影響，其在胸椎部分的偽影度劣于SPAIR 技術(shù)，但兩種技術(shù)在腰椎部分的偽影度比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在本研究中，Dixon 技術(shù)的SNR 均顯著優(yōu)于SPAIR 技術(shù)，進(jìn)一步說明磁場強(qiáng)度是影響進(jìn)動頻率的關(guān)鍵因素，在場強(qiáng)不均勻的情況下，會改變水和脂肪的進(jìn)動頻率，造成水和脂肪無法完全分開，導(dǎo)致水脂結(jié)構(gòu)模糊，圖像的SNR 降低。Dixon 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也會受到磁場不均勻的影響，使水脂相位計(jì)算出現(xiàn)誤差導(dǎo)致分離失敗，但經(jīng)過相位解卷繞、取向?yàn)V波器、區(qū)域增長算法等多種后處理方法進(jìn)行相位誤差校準(zhǔn)后，水脂分離的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度得到大幅度提升[9]；使用兩點(diǎn)、三點(diǎn)或四點(diǎn)Dixon 技術(shù)，與不對稱回波重建算法相結(jié)合，可進(jìn)一步降低對B0不均勻的敏感度，同時縮短采集時間和降低回波間隔來減少模糊[10]。研究表明，場強(qiáng)越高，組織邊緣的振鈴偽影表現(xiàn)越明顯，水脂分離技術(shù)能夠減輕振鈴偽影，保證良好的均勻性，進(jìn)一步提高SNR[11]。

綜上所述，在頸椎磁共振脂肪抑制掃描中，無論是T2WI 還是增強(qiáng)掃描，優(yōu)先使用Dixon 技術(shù)。在胸椎部分，要綜合考慮患者的情況及臨床診斷需求，結(jié)合SPAIR 和Dixon 的優(yōu)缺點(diǎn)，合理選擇掃描技術(shù)。腰椎部分，優(yōu)先選擇Dixon 技術(shù)。