陳森彬，田樹平，王子軍，黃敏華

海軍總醫(yī)院 醫(yī)學影像科，北京100037

磁共振波譜兩脈沖序列的比較

陳森彬，田樹平，王子軍，黃敏華

海軍總醫(yī)院 醫(yī)學影像科，北京100037

目的探討磁共振波譜顱腦質(zhì)子檢測掃描脈沖序列PRESS和STEAM的優(yōu)缺點。方法通過理論計算，再通過實驗改變掃描參數(shù)得出掃描最佳方案。結(jié)果STEAM的掃描時間較長，信噪比較低，但它能觀察到極短T2的信號，能采集到較多的譜峰。而PRESS要觀察極短T2的信號較難，但對于較長T2的物質(zhì)來說，在相同的采集參數(shù)條件下，其信噪比卻要高1倍。結(jié)論PRESS比STEAM要實用，它的掃描時間約節(jié)省一半，但STEAM能觀察到更多的代謝產(chǎn)物。

磁共振波譜；顱腦質(zhì)子檢測；STEAM；PRESS

MRS（Magnetic Resonance Spectroscopy 磁共振波譜）分析是利用磁核在不同的化學環(huán)境而產(chǎn)生的化學位移來檢測的一門技術(shù)，它是檢測體內(nèi)化學組分的無創(chuàng)傷性檢查方法[1-2]?；瘜W位移產(chǎn)生的 MRS 頻率差異很小，體內(nèi)水峰與脂峰 （主要是亞甲基 -CH2）的化學位移約差 3.3ppm（part per million 的縮寫，百萬分之幾，是化學位移單位），對應 1.5T場強的頻域差為 192Hz，它所產(chǎn)生的信息差異也很微小[3]。因此在做波譜時，勻場非常關(guān)鍵。磁場必須十分均勻，均勻度要＜ 0.1ppm，采樣需重復多次以便信號累加，提高信嗓比。磁共振氫譜采用抑制水峰技術(shù)，在無脂肪的顱腦檢測代謝產(chǎn)物的組分。

1 材料和方法

用磁共振頻譜所能檢測到化學物質(zhì)主要有 ：NAA（ 天門氡胺酸）、La（ 乳酸）、glu（谷氨酸）、CR（肌酸）、Cha（膽堿）、MI（肌醇）等[4-5]。

由于做頻譜需很高的場均勻度，目前一般采用 PROBE（Proton Brain Exam ，顱腦質(zhì)子檢測）/SV(Single Volume 單體素 )或 PROBE/MV(Multiple Volume 多體素 )，使感興趣區(qū)內(nèi)的磁場高度均勻，而其他區(qū)域則不要求這么高的場均勻度[6]。

磁共振頻譜脈沖序列一般有兩種 ： PRESS(Point Resolved Spectroscopy，點分解頻譜分析法 ) 和 STEAM（Stimulated Echo Acquisition Mode，激勵回波探測法）。STEAM 及 PRESS的脈沖序列如圖1和圖2所示。

通過計算可以求得 STEAM 序列的回波峰值為 ：

-0.5M*[1-exp(-TR/T1)]*exp(-TE/T2)；

PRESS 序列的回波峰值為 ：

M*[1-exp(-TR/T1)]*exp(-TE/T2)。

式中：M 為平衡靜態(tài)時的縱向磁化矢量，TE為自旋回波時間，T2為自旋自旋馳豫時間。

圖1 STEAM脈沖序列

圖2 PRESS脈沖序列

從以上公式可以得出 ：在相同的情況下，STEAM 序列的信號是 PRESS 序列信號強度的 1/2。

采用 STEAM 和 PRESS 兩序列，用不同的掃描參數(shù)對MRS模進行測量。

TE 的取值及 TR 的取值關(guān)系 ：對于 STEAM 而言，TE取值范圍為：12～1000ms；TR 的取值范圍可推算出應為：（TE＋ 1137）～17000ms之間。而對于 PRESS 而言，TE 取值范圍為 ：25～1000ms ；TR 的取值范圍也可推算出為 ：（TE ＋1123）～17000ms之間。

在做波譜時，無論用 STEAM 或 PRESS 脈沖序列，均需多次采集，累加數(shù)據(jù)信息，以便提高信噪比[7-8]。

掃描模式共有 3 種 ：-1，0，1。模式選“0”可以用于體素定位的確定，所得到的圖像為體素圖像，可以觀察體素的輪廓和形狀，并且可以確認體素內(nèi)無脂肪，這點對接近頭皮的體素很有用 ；模式選“-1”得到的圖像為體素在定位相中的位置和大小尺寸 ；模式選“+1”所得到的是磁共振譜圖。

PROBE/SV 波 譜 的 頻 域 為 ：4.40～0.60ppm(以 水 峰 為4.75ppm 作參考值 )。

圖3和圖4是STEAM和PRESS脈沖序列所測得的譜圖：

圖3 用PRESS脈沖序列對MRS模掃描所得的波譜

圖4 用STEAM脈沖序列對MRS模掃描所得的波譜

2 結(jié)果

分別采用 STEAM、PRESS 序列，改變掃描參數(shù)對 MRS模進行測量，得到的測量結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1，對掃描時間 TR 與 NS（Number of scan，掃描次數(shù)）進行關(guān)聯(lián)，可推算出掃描時間的計算公式：對于STEAM 而言，掃描時間（s）為 ：TR*（NS+16）+60 ；對于 PRESS 而言，掃描時間為 ：TR*（NS+16）。

從表1中可以看出，考慮信噪比不差和掃描時間不很長的情況，其掃描脈沖序列可用 PRESS，最佳掃描參數(shù)為 ：TR=2000ms，TE=35ms，NS=64 次，NEX（Number of Excitation 激勵次數(shù)）=8，體素大小 =（20×20×20）mm3，掃描時間為 168s，信噪比與 NS 的平方根成正比。對于STEAM 而言，掃描時間較長些，但可觀察較多的化學物質(zhì)，其最佳掃描參數(shù)為 ：TR=1500ms，TE=30ms，NS=128次， NEX=8，體素大小＝（20×20×20）mm3，掃描時間為312s。在相同的情況下，STEAM 序列的信號是 PRESS 序列的強度的 1/2。

根據(jù)實驗可觀察到 ：選 TE=144ms時，乳酸峰為負峰 ；而 TE=288ms時，乳酸峰為正峰。

3 討論

大多數(shù)情況下，PRESS 較常用，因為 PRESS 的信噪比約是 STEAM 的 2 倍，無論是 PRESS 還是 STEAM，體素都不能選得太小，一般選（20×20 ×20）mm3，最小體素可選（3 ×3 ×3）mm3，但其信噪比太低，無實際價值 ；對于較小的病變而言，可選（10 ×10 ×10） mm3，脈沖序列用 PRESS。

表1 STEAM和PRESS序列采用不同的掃描參數(shù)對MRS模的測量數(shù)據(jù)

在做波譜時，勻場非常關(guān)鍵，場一定要均勻，否則T2馳豫時間縮短，譜峰將增寬，將引起不同的化學成份重疊而無法鑒別。

TR 的典型數(shù)值為 1500～6000ms，必須大于 T1 馳豫時間的3倍，以使自旋與晶格之間能量進行充分交換，核自旋恢復到平衡態(tài)；另外，TR時間要足夠長，以便水抑制較好，否則水峰信號很強，將影響譜圖的質(zhì)量；但若時間過長，掃描時間也很長[9]。

在做質(zhì)子磁共振波譜時，一定要加上 EDR（Extended Dynamic Range 擴展動態(tài)范圍）[10]，否則累加的數(shù)據(jù)容易溢出，將造成化學位移的信號丟失。

[1] 程流泉,蔡幼銓,高元桂,等．腦質(zhì)子磁共振波譜檢查PRESS與STEAM序列的對比[J]．解放軍醫(yī)學雜志,2000,25(5):349-352．

[2] Callot V, Galanaud D, Fur YL, et al． 1H-MR spectroscopy of human brain tumours:a practical approach[J]．European Journal of Radiology,2008,67:268-274．

[3] 饒海冰,孔抗美,肖壯偉,等．MR頻譜檢測乳酸的脈沖序列優(yōu)化研究[J]．中華放射學雜志, 2004,38(10):1108-1111．

[4] 林艷,沈智威,肖葉玉,等．長回波時間的點解析波譜序列外標準結(jié)合線性擬合模型定量檢測腦肌酸濃度準確性的實驗研究[J]．中華放射學雜志,2008,42(1):34-37．

[5] 林艷,鐃海冰,吳仁華．1H-MRS 定量測定腦代謝物的研究[J]．國外醫(yī)學放射醫(yī)學核醫(yī)學分冊,2005,(29):85-88．

[6] Tong Z, Yamaki T, Harada K, et al． In vivo quantification of the metabolites in normal brain and brain tumors by protom MR spectroscopy using water as an internal standard． [J]．Magn Reson Imaging,2004,22:1017-1024．

[7] 何文進．磁共振影像系統(tǒng)雙梯度技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2010,25(11):51-53．

[8] 郭繡琴,肖葉玉,沈智威,等．STEAM和PRESS序列對磁共振頻譜絕對定量的影響[J]．醫(yī)學影像學雜志,2010,20(6):765-768．

[9] 王志康,孫建忠．磁共振頻譜的影響因素[J]．實用放射學雜志,2003,(19):669-670．

[10] 蘇中振,單鴻,何炳鈞,等．STEAM和PRESS序列在脂肪肝定量診斷中應用價值的對比研究[J]．中國介入影像與治療學,2008,5(2):95-98．

Comparison of the Two Sequence of Magnetic Resonance Spectroscopy

CHEN Sen-bin, TIAN Shu-ping, WANG Zi-jun, HUANG Min-hua
Medical Imaging Department, Navy Hospital, Beijing 100037, China

ObjectiveTo discuss the merit and demerit of scan pulse sequence PRESS and STEAM of Magnetic Resonance Spectroscopy in Proton Brain Exam.MethodsTo obtain optimal protocol by calculating and by experiment with different scan parameter.ResultsScan time of STEAM is longer than Scan time of PRESS, its signal to noise is bad, but it can be observed more spectrum peaks and extremely short T2's material. AT the same scan parameter, the scan time of Proton Brain Exam's Point Resolved Spectroscopy is half of that of Stimulated Echo Acquisition Mode.ConclusionThe Proton Brain Exam's Point Resolved Spectroscopy is more utility than the Stimulated Echo Acquisition Mode, the STEAM scan time is twice of the PRESS scan time, but STEAM method can observe more metabolites. The STEAM can acquire more spectra, and the PRESS can save the scan time. Use PRESS with long TE and use STEAM with short TE.

Magnetic Resonance Spectroscopy; Proton Brain Exam; STEAM; PRESS

R445.2；R313

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.03.008

1674-1633(2011)03-0022-03

2010-10-08

2010-12-30

本文作者：陳森彬，碩士，高級工程師。

田樹平，主治醫(yī)師。

作者郵箱：senbinchen@qq．com