黎麗 劉干輝 趙國棟 廖學(xué)清 陳琳

脊柱及關(guān)節(jié)磁共振成像是磁共振成像最廣泛的臨床應(yīng)用部位之一。由于患者檢查量日益增多與檢查設(shè)備相對匱乏之間的矛盾使得臨床工作中需要合理設(shè)定掃描參數(shù)并確保更優(yōu)異的圖像質(zhì)量。在脊柱及關(guān)節(jié)成像過程中T2及P D加權(quán)圖像是重要的組成序列，而在日常工作中這些序列可調(diào)的參數(shù)相對較多，也因此變得更復(fù)雜。如果掃描人員不能充分理解每個參數(shù)對圖像的影響而任意修改參數(shù)，將從根本上降低圖像質(zhì)量并降低圖像的診斷性能。本研究以最具代表性的腰椎和膝關(guān)節(jié)為研究對象，通過前瞻性的參數(shù)設(shè)置并對掃描圖像進(jìn)行回顧性分析，旨在闡明序列掃描過程中的質(zhì)控因素。盡管在參數(shù)界面中有很多可以調(diào)整的參數(shù)，但據(jù)作者的工作經(jīng)驗(yàn)，在掃描不同部位時操作者調(diào)整參數(shù)的目的會有所不同，在腰椎等脊柱T2加權(quán)序列掃描時操作者往往會通過回波鏈長度的調(diào)整來縮短掃描時間，同時為了獲取更高的信噪比又可能同時降低接收帶寬。而在關(guān)節(jié)掃描過程中為了更加清晰的顯示細(xì)微結(jié)構(gòu)，有部分操作人員會主觀上增加矩陣。這些參數(shù)調(diào)整對最終的圖像產(chǎn)生的影響,我們通過30例志愿者不同參數(shù)對比掃描來探討。

1　材料與方法

1.1招募30 例志愿者進(jìn)行腰椎及膝關(guān)節(jié)掃描。30 例志愿者中男18 例，女12 例，年齡25～47 歲，平均29.5 歲。30 例志愿者中除1 例有膝關(guān)節(jié)外傷史外余均為健康志愿者。掃描過程中所有志愿者可以完全配合并能很好制動。①所有志愿者在掃描前均進(jìn)行嚴(yán)格的安全檢查并排除磁共振檢查禁忌證，同時向志愿者詳細(xì)解釋檢查過程中可能的感受，如一定程度的工作噪音等；②事先設(shè)定好相關(guān)的掃描協(xié)議，腰椎掃描協(xié)議共設(shè)兩組對照序列，一組是改變回波鏈長度：回波鏈長度17、回波鏈長度31，兩組均采用相同的接收帶寬41.57kHz，所用序列為FRFSE，TR 2 500ms，TE106ms；另一組是改變接收帶寬：接收帶寬分別為15.63kHz 和41.67 kHz，兩組均采用相同的回波鏈長度23，所用序列為FRFSE，TR 2 500ms，TE 98ms；③膝關(guān)節(jié)掃描設(shè)定一組對照：采集矩陣分別為頻率編碼320 和512，所用序列為FRFSE，TR 2 025ms，TE 30ms，回波鏈長度7，接收帶寬22.73 kHz。所有腰椎T2 像均進(jìn)行矢狀位成像，所有膝關(guān)節(jié)PD 像為冠狀位成像。

1.2設(shè)備和方法 所用設(shè)備為GE公司Signa 1.5 THDxt磁共振，采用相控陣8通道CTL專用線圈和專用正交發(fā)射接收一體化膝關(guān)節(jié)線圈。

1.3質(zhì)控因素 所有志愿者在掃描過程中均嚴(yán)格制動，部分在掃描過程中不自主運(yùn)動的志愿者進(jìn)行相關(guān)序列的重新掃描。

1.4圖像分析 在不告知具體掃描參數(shù)或掃描方法的前提下由三位副主任醫(yī)師對圖像質(zhì)量進(jìn)行盲評并綜合討論后進(jìn)行評分，圖像質(zhì)量：優(yōu)異5分，良好4分，模糊或偽影干擾嚴(yán)重3分。腰椎T2加權(quán)像評判主要從椎間盤信號及組織對比、椎體邊緣是否銳利三個維度進(jìn)行評價，膝關(guān)節(jié)P D像主要從軟骨、半月板和骨紋理三個維度進(jìn)行評價。如果結(jié)果出現(xiàn)分歧，本研究采用少數(shù)服從多數(shù)原則。

2　結(jié)果

2.1腰椎T2加權(quán)像不同ETL對比 對比兩組不同ETL腰椎T2加權(quán)圖像，在回波鏈長度為17組獲得5分者24例，椎間盤信號亮，椎體邊緣銳利；4例4分者圖像信噪比稍低，這4例志愿者相對偏胖，背部脂肪較厚；2例3分者圖像內(nèi)可見少許血管搏動偽影，該2例志愿者腰椎生理曲度偏大。見表1、圖1。

表1　腰椎T2加權(quán)像不同ETL圖像質(zhì)量對比（例）

圖1　不同回波鏈掃描圖像

2.2腰椎T2加權(quán)像不同接收帶寬圖像對比 當(dāng)接收帶寬選擇15.63 kHz時圖像整體質(zhì)量明顯差，主要體現(xiàn)在圖像對比度差，椎間盤信號不亮，椎體邊緣模糊；而在接收帶寬為41.67 kHz時整體圖像質(zhì)量評分高，23例被評為5分，被評為3分者僅2例，主要原因是圖像中存在一定的偽影。見表2、圖2。

表2　腰椎T2加權(quán)像不同接收帶寬圖像質(zhì)量對比（例）

圖2　不同接收帶寬腰椎T2圖像

2.3膝關(guān)節(jié)PD加權(quán)像不同矩陣圖像對比 兩組對比顯示低矩陣組圖像質(zhì)量評分明顯高于高矩陣組，高矩陣組圖像整體細(xì)節(jié)顯示差且信噪比明顯偏低。低矩陣組中評分為3分的2例是因?yàn)閳D像中存在一定的血管搏動偽影干擾。見表3、圖3。

表3　膝關(guān)節(jié)不同矩陣圖像質(zhì)量對比（例）

圖3　不同矩陣膝關(guān)節(jié)圖像

3　討論

3.1有關(guān)FSE序列的幾個基本概念 本組研究中所采用的脈沖序列是FRFSE即快速恢復(fù)、快速自旋回波，是在常規(guī)FSE序列基礎(chǔ)之上施加一個180度加-90度脈沖，使得我們能夠在相對短的TR時間內(nèi)獲得更加權(quán)重的T2及質(zhì)子密度對比（Proton density，PD）。該序列的基礎(chǔ)是FSE序列，其圖像質(zhì)量也主要有FSE序列的幾個基本因素如回波鏈長度、信號接收帶寬及采集矩陣等影響。在此我們有必要澄清FSE序列的幾個基本概念。

3.1.1回波鏈長度 FSE序列在一個射頻激發(fā)脈沖后會施加多個相位聚焦脈沖，所施加的相位聚焦脈沖的個數(shù)就是所說的回波鏈長度（Echo train length，ETL），有些公司稱之為 FSE factor 或Turbo factor[1]。一般而言，在某一允許的固定掃描層數(shù)，回波鏈越長則對應(yīng)的掃描時間越短，但一旦超過了允許的最大層數(shù)則掃描時間會增加甚至加倍。

3.1.2回波間隔 是指在FSE序列的回波鏈中相鄰兩個回波之間的間隔時間?；夭ㄩg隔取決于頻率編碼矩陣、信號接收帶寬[2]。當(dāng)頻率編碼矩陣增大時系統(tǒng)在采集每個回波信號的時間都會延長。信號接收帶寬決定了采集每個信號點(diǎn)的時間，簡單理解信號接收帶寬的倒數(shù)就是采集每個點(diǎn)的時間，所以一般接收帶寬越大系統(tǒng)用以采集讀出信號的時間就越短。但由于隨著信號接收帶寬的增大，系統(tǒng)所使用的頻率編碼梯度的場強(qiáng)就越高，而通常系統(tǒng)是在梯度爬升到平臺期開始采集信號，那就意味著所使用的信號接收帶寬越大，系統(tǒng)所需要的爬升時間就越長，對于回波間隔而言我們尚需把系統(tǒng)從所使用的最大梯度場強(qiáng)回歸到梯度為零點(diǎn)的時間也計(jì)算進(jìn)去，所以就某個系統(tǒng)而言總有一個拐點(diǎn)在達(dá)到某一接收帶寬后回波間隔會逐漸延長。理解回波間隔在我們使用FSE序列時進(jìn)行質(zhì)量控制和參數(shù)優(yōu)化至關(guān)重要。

3.2圖像評分結(jié)果及質(zhì)量控制因素

3.2.1腰椎T2加權(quán)像不同回波鏈對比 通過對比分析我們發(fā)現(xiàn)回波鏈長度為17這組圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于回波鏈為31這組圖像質(zhì)量（如圖1 C、1 D所示）。在FSE序列當(dāng)選擇一個回波鏈長度時便決定了信號采集的回波時間范圍，對應(yīng)TE時間的最小和最大，這個回波時間的采集范圍不僅能夠決定所獲取圖像的對比度，同時還能決定圖像的信噪比和銳利度。對比圖1 C和圖1 D不難發(fā)現(xiàn)在ETL為17時椎間盤信號亮，椎體邊緣銳利；而在ETL為31時椎間盤信號低，椎體邊緣模糊，整體圖像信噪比也偏低。在進(jìn)行這兩個序列成像時所使用的TR、TE、采集矩陣等完全相同，唯一的區(qū)別就是回波鏈長度不同。事實(shí)上當(dāng)選擇不同的ETL時盡管TE時間相同，但此時整個回波鏈的信號采集時間范圍不同，如圖1所示，ETL17時回波時間采集范圍為13.4～152.2，而當(dāng)ETL31時回波時間采集范圍為13.4～277.5。在實(shí)際工作中很多操作人員常通過調(diào)整回波鏈長度來縮短掃描時間，但回波鏈過長會導(dǎo)致回波信號的采集時間過長，這種過長的信號采集時間一則會帶來圖像的模糊，而導(dǎo)致圖像模糊的根本原因是圖像對比度的嚴(yán)重下降[3]，二則會導(dǎo)致圖像信噪比明顯下降，盡管在參數(shù)界面內(nèi)所看到的Rel.SNR并沒有發(fā)生改變，但參數(shù)界面中的是相對信噪比，該相對信噪比沒有把信號采集時間的延長所導(dǎo)致的信噪比降低計(jì)算進(jìn)去。

3.2.2腰椎T2加權(quán)像不同接收帶寬對比 接收帶寬即操作界面上的B and width，它代表在讀出梯度方向上的信號采集頻率范圍[4]。在不同公司采用了不同的表述方法，如在GE磁共振平臺上顯示的是半帶寬，因此選擇41.67 kHz時系統(tǒng)實(shí)際的采樣頻率范圍是83.3 kHz。在其他廠商的磁共振掃描儀上通常給出的是像素帶寬，如500 Hz/Pixel，這樣要計(jì)算總帶寬就需要用這個像素帶寬乘以所使用的頻率編碼。根據(jù)Larmol方程可知采用的接收帶寬越大，那么對應(yīng)的梯度場強(qiáng)也就越強(qiáng)。也會帶來兩個方面的影響：一方面系統(tǒng)用于讀取每個信號的時間變短，而另一方面爬升到所用的讀出梯度場強(qiáng)耗費(fèi)的時間會變長，這兩者間是對立統(tǒng)一的，其平衡點(diǎn)取決于系統(tǒng)的梯度爬升率性能。

在未達(dá)到這個平衡點(diǎn)前采用窄帶寬會導(dǎo)致回波間隔延長，而相對寬的帶寬則回波間隔變短。本研究對比圖2 C、圖2 D可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)接收帶寬為41.67時椎間盤信號亮，椎間盤內(nèi)組織對比清晰，椎體邊緣銳利，而當(dāng)接收帶寬為15.63時椎間盤信號低，椎間盤內(nèi)組織對比度差，椎體邊緣模糊。接收帶寬發(fā)生變化會導(dǎo)致最小TE、最大TE和相對信噪比變化。如當(dāng)帶寬為41.67時對應(yīng)的最小、最大TE和相對信噪比分別為：15.9、244.5、100%，而當(dāng)帶寬為15.63時對應(yīng)的最小、最大和相對信噪比則為：30.2、462.6、163%。很多操作人員之所以會采用更小的接收帶寬是因?yàn)榘呀缑嬷械南鄬π旁氡日`認(rèn)為是絕對信噪比。但是我們可以直觀的發(fā)現(xiàn)當(dāng)接收帶寬變小時會導(dǎo)致回波間隔明顯延長從而導(dǎo)致相同的回波鏈長度下信號采集的回波時間范圍明顯變大，當(dāng)TE時間過長時不僅會導(dǎo)致圖像對比度變差、圖像模糊外，同時也可導(dǎo)致圖像的實(shí)際信噪比下降。接收帶寬變小會導(dǎo)致采集回波信號中每個點(diǎn)的時間延長，從而導(dǎo)致回波間隔變長[5]。參數(shù)界面中的相對信噪比和接收帶寬的平方根成反比，當(dāng)接收帶寬從41.67縮小到15.63（此時變化的倍數(shù)是2.66倍），其相對信噪比會提高到原來的2.66的平方根倍即1.63。但系統(tǒng)無法計(jì)算，因?yàn)樾盘柌杉瘯r間的延長所導(dǎo)致的信噪比下降，因此盲目的通過接收帶寬而獲取所謂高的信噪比是完全不可取的。3.2.3膝關(guān)節(jié)P D加權(quán)像不同矩陣圖像對比 在高場磁共振進(jìn)行骨關(guān)節(jié)掃描時通常會選擇脂肪抑制質(zhì)子密度加權(quán)像來顯示軟骨、半月板等精細(xì)結(jié)構(gòu)。因?yàn)檐浌恰朐掳宓奶厥饨Y(jié)構(gòu)決定其信號亮度具有高度的TE（回波時間）依賴性，換言之當(dāng)選擇比較長的TE時間時通常其由于病變而導(dǎo)致的高信號無法顯示。以往在低場磁共振為了顯示軟骨、半月板這類結(jié)構(gòu)一般會采用梯度回波序列來獲取準(zhǔn)T2加權(quán)像，因?yàn)樘荻然夭ㄐ蛄锌梢栽谙鄬Χ痰腡E時間內(nèi)獲取比較明顯的類似T2對比。但是由于骨髓內(nèi)有骨小梁等結(jié)構(gòu)，加之骨髓成分的復(fù)雜性會產(chǎn)生比較明顯的磁敏感效應(yīng)，不利于顯示骨髓內(nèi)病變。在高場磁共振，因?yàn)閾碛谢瘜W(xué)脂肪抑制技術(shù)，所以可以采用質(zhì)子密度加權(quán)像結(jié)合脂肪抑制來更加清晰的顯示軟骨、半月板等精細(xì)結(jié)構(gòu)。在使用質(zhì)子密度加權(quán)像時一定采用相對短的回波鏈，同時要密切注意回波間隔變化，因?yàn)楹芏鄷r候?yàn)榱俗非蠹?xì)節(jié)顯示而不斷提高采集矩陣，結(jié)果正好相反。對比圖3可以發(fā)現(xiàn)頻率編碼矩陣為320的圖3 E和圖3 F在顯示骨髓內(nèi)病變及半月板病變明顯優(yōu)于頻率編碼為512的圖3 C和圖3 D。圖3 C、圖3 E骨紋理及半月板顯示更加清晰，而圖3 D、圖3 F無論是骨紋理和半月板都顯示不佳，圖像整體模糊、對比度差。理論上提高頻率編碼矩陣時圖像的像素會隨之變小，這樣圖像的空間分辨率會有所提高，但實(shí)際結(jié)果相反。對比圖3 A及圖3 B的參數(shù)調(diào)整界面可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)頻率編碼矩陣為320時對應(yīng)的信號采集時間范圍為10.5和73.7，而當(dāng)頻率編碼矩陣為512時對應(yīng)的信號采集時間范圍則為14.8和103.3，因?yàn)檫@是一個質(zhì)子密度加權(quán)像，所以選擇的TE時間是30。顯然當(dāng)頻率編碼矩陣為512時導(dǎo)致回波間隔時間延長從而導(dǎo)致信號采集時間范圍明顯偏大，這樣一味增加頻率編碼矩陣不僅未能獲取更高的分辨率，反而是因?yàn)樾盘柌杉瘯r間范圍的明顯變大而降低了圖像的對比度和信噪比，這樣會導(dǎo)致圖像的實(shí)際分辨率明顯下降。

磁共振參數(shù)可以分為基本參數(shù)和導(dǎo)出參數(shù)，基本參數(shù)就是界面上可以直接改動的參數(shù)，導(dǎo)出參數(shù)指的是由初級參數(shù)變化所導(dǎo)致的圖像屬性變化，包括對比度、信噪比、空間分辨率等。通過本研究所獲得的圖像對比我們的體會是磁共振參數(shù)之間總是相互影響相互制約的，每一個參數(shù)的變化都會導(dǎo)致一系列的變化。作為操作者一定要學(xué)會透過明線看暗線的思維模式。對于FSE這樣采用回波鏈采集技術(shù)的序列，回波鏈長度、信號接收帶寬以及采樣矩陣之間有著錯綜復(fù)雜的聯(lián)動關(guān)系，在變化其中任何一個參數(shù)時要充分考慮所能導(dǎo)致的連鎖變化。

1 楊正漢，馮逢，王霄英. 磁共振成像技術(shù)指南：快速自旋回波序列及其衍生序列[M]. 北京：人民軍醫(yī)出版社，2010：71-85

2 楊正漢，馮逢，王霄英. 磁共振成像技術(shù)指南：MR 序列常用參數(shù)的調(diào)整[M]. 北京：人民軍醫(yī)出版社，2010：402-403

3 Constable RT，Anderson AW，Zhong J，et al.Factors influencing contrast in fast spin-echo MR imaging[M]. Magn Reson Imaging，1992，10：497-511

4 Matt A Bernstein，Kevin F King，XiaoHong Joe Zhou.Handbook of MRI Pulse Sequences[M].Academic Bess，2004,9:367-378

5 Hennig J，Nauerth A，F(xiàn)riedburg H. RARE imaging： A fast imaging method for clinical MR[M].Magn Reson Med，1986，3：823-833