李友，張樹(shù)桐，王艷芳，蔣嚴(yán)，黃增發(fā)，馬鋒

因具有較高的軟組織對(duì)比度,磁共振成為診斷臂叢病變的首選方法。為了提高臂叢的對(duì)比度和分辨率,多采用三維單反轉(zhuǎn)恢復(fù)可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波序列(three-dimensional short inversion time inversion recovery sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolution,3D-STIR-SPACE)增強(qiáng)掃描進(jìn)行臂叢磁共振成像[1]。

3D-STIR-SPACE目前在增強(qiáng)作用下所用對(duì)比劑劑量多以說(shuō)明書(shū)推薦的單倍劑量為方案,利用順磁性對(duì)比劑縮短橫向馳豫(T2)和縱向馳豫(T1)對(duì)臂叢周?chē)牧馨?、血管高信?hào)進(jìn)行抑制,因血管—神經(jīng)屏障的存在使臂叢神經(jīng)不吸收對(duì)比劑從而得到很好的對(duì)比顯示[2]。對(duì)比劑對(duì)組織弛豫的改變依托于對(duì)比劑的濃度,低濃度下以縮短縱向弛豫時(shí)間(T1)為主,提高對(duì)比劑濃度將縮短橫向弛豫(T2)。釓對(duì)比劑經(jīng)腎臟排泄,可能會(huì)增加發(fā)生腎源性系統(tǒng)纖維化(nephrogenic systemic fibrosis,NSF)的風(fēng)險(xiǎn)[3]。研究表明線性和大環(huán)類含釓對(duì)比劑均會(huì)在大腦及其他組織中發(fā)生痕量釓沉積[4]。使得對(duì)比劑的安全用量成為現(xiàn)在日益關(guān)注的話題,滿足圖像診斷需求的同時(shí)降低對(duì)比劑用量已達(dá)成共識(shí)。

滿足基于對(duì)比劑的特性和組織間弛豫的差別,本研究擬采用低劑量對(duì)比劑增強(qiáng)三維雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波序列(three-dimensional double inversion time inversion recovery sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolution,3D-DIR-SPACE)進(jìn)行臂叢神經(jīng)成像,獲得了較好的圖像質(zhì)量,特報(bào)告如下。

材料與方法

1.資料

搜集2019年1-11月在西門(mén)子Skyra3.0T磁共振上因臨床疑有神經(jīng)功能障礙行磁共振臂叢掃描的患者,分兩組。對(duì)照組:男女各20例,年齡32～76歲(平均53.3±14.09歲),體重40～98kg(平均63.5±14.39kg)。研究組:男21例,女19例,年齡33～85歲(平均55.95±13.47歲),體重46～90 kg(平均64.25±11.02kg)。

2.檢查方法

兩組在增強(qiáng)前均掃描實(shí)圖重建反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(two-dimensional short inversion time inversion recovery，2D-STIR)、3D-DIR-SPACE、3D-STIR-SPACE,在推藥3分鐘后對(duì)照組行3D-STIR-SPACE掃描、研究組行3D-DIR-SPACE掃描。增強(qiáng)采用Medtron廠家雙流高壓注射器,A管為對(duì)比劑,B管為生理鹽水,對(duì)比劑為釓貝葡胺注射液(Gd-BOPTA),濃度0.5mol/L。對(duì)照組程序1 Concentration設(shè)置100%,程序2 Concentration設(shè)置0%,劑量為建議劑量0.2mL/kg,流率2.5mL/s,跟15mL生理鹽水沖管；研究組程序1 Concentration設(shè)置50%,程序2 Concentration設(shè)置0%,劑量為低劑量0.1mL/kg,跟15mL生理鹽水沖管。掃描序列參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 序列參數(shù)表

3.圖像處理與分析

搜集兩組平掃數(shù)據(jù)：將2D-STIR上傳工作站行最小MIP重建,重建厚度25 mm,層間距3 mm。利用圓形ROI(面積:0.01 cm2、像素:5)在神經(jīng)顯示完整的層面,測(cè)量神經(jīng)近端、中端、遠(yuǎn)端信號(hào)各1次,取平均值。測(cè)量神經(jīng)周?chē)牧馨汀⒀苄盘?hào)各3次,取平均值(將信號(hào)相近的淋巴與血管定義為組織1,將信號(hào)低于淋巴的血管定義為組織2),測(cè)量背景信號(hào)3次。取標(biāo)準(zhǔn)差平均值,作圖像背景噪聲,利用公式SNR=SI/SD計(jì)算信噪比，此次測(cè)量數(shù)字和計(jì)算結(jié)果皆取絕對(duì)值。將3D-STIR-SPACE、3D-DIR-SPACE上傳工作站建最大MIP像,建厚度25 mm,層間距3 mm,利用ROI(面積:0.01 cm2、像素:5)在神經(jīng)顯示較好的層面測(cè)量神經(jīng)近端、中端、遠(yuǎn)端信號(hào)各3次,取平均值。測(cè)量同層面肌肉信號(hào)3次,取平均值,測(cè)量同層面背景信號(hào)3次,取標(biāo)準(zhǔn)差的平均值作為圖像噪聲。利用公式CNR=(SI神經(jīng)-SI肌肉)/SD背景計(jì)算神經(jīng)對(duì)比度噪聲比。

圖1 2D-STIR序列,組織1信號(hào)強(qiáng)-797.2(3)與神經(jīng)信號(hào)-355.4(1)相差較大,組織2信號(hào)-353.4(4)與神經(jīng)信號(hào)-355.4(1)相差不大。 圖2 a)3D-STIR-SPACE掃描MIP像；b)3D-DIR-SPACE掃描MIP像；兩種掃描序列臂叢呈高信號(hào),顯示良好,走行完整,神經(jīng)周?chē)?、淋巴高信?hào)影響神經(jīng)對(duì)比度。 圖3 a)單倍劑量3D-STIR-SPACE MIP像；b)低劑量3D-DIR-SPACE MIP像；兩種掃描方法血管和淋巴信號(hào)有所減低,臂叢神經(jīng)顯示良好,走行完整,對(duì)比度增高。

搜集兩組增強(qiáng)數(shù)據(jù)并上傳工作站行最大MIP處理,層厚25 mm,層間距3 mm,由具有5年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師通過(guò)主觀觀察進(jìn)行評(píng)分。觀察對(duì)象為組織1/2的信號(hào)改變及神經(jīng)顯示情況,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：1分，組織1/2高信號(hào)、神經(jīng)走行顯示不佳；2分，組織1/2高信號(hào)、神經(jīng)走行顯示較清晰；3分，組織1/2稍低信號(hào)、神經(jīng)走行顯示不清；4分，組織1/2稍低信號(hào)、神經(jīng)走行顯示較為清晰；5分，組織1/2低信號(hào)、神經(jīng)走行顯示清晰。

4.統(tǒng)計(jì)分析

結(jié) 果

神經(jīng)與組織1在SI、SNR上有明顯差異(P1=0.00,表2、圖1),神經(jīng)與組織2在SI、SNR上無(wú)明顯差異(P2=0.77/0.93)。3D-STIR/DIR-SPACE序列在臂叢掃描中的CNR無(wú)明顯差異(P=0.06,表3、圖2)。神經(jīng)在低劑量下3D-DIR-SPACE與建議劑量下3D-STIR-SPACE增強(qiáng)后的評(píng)分無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.10,表4、圖3)。

表2 在2D-STIR序列下神經(jīng)與組織1/2 在SI、SNR間的比較

注：χ12：神經(jīng)與組織1間的比較；χ22：神經(jīng)與組織2間的比較

表3 神經(jīng)在3D-STIR/DIR-SPACE平掃下的CNR比較

注：t=-1.84，P=0.06

表4 神經(jīng)在3D-DIR/STIR-SPACE增強(qiáng)后的累計(jì)評(píng)分

注:U=660，P=0.10

討 論

1992年Filler等[5]報(bào)告了磁共振神經(jīng)成像技術(shù)以來(lái)，根據(jù)神經(jīng)組織的結(jié)構(gòu)功能特性采取不同的技術(shù)進(jìn)行成像已經(jīng)日益完善[6]。因臂叢神經(jīng)束內(nèi)膜富含液體在磁共振上為長(zhǎng)T1長(zhǎng)T2信號(hào),目前神經(jīng)成像主要是利用液體的長(zhǎng)T2特點(diǎn)[7]。3D-STIR-SPACE序列應(yīng)具有很高的分辨率和采集效率而在臂叢神經(jīng)掃描中被廣泛應(yīng)用,對(duì)于神經(jīng)走行周?chē)牧馨?、血管也呈高信?hào)神經(jīng)對(duì)比度差,對(duì)此多以增強(qiáng)進(jìn)行對(duì)高信號(hào)的抑制[8]。采用短時(shí)反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)(STIR)對(duì)脂肪進(jìn)行抑制,技術(shù)原理為先施加一個(gè)180°反轉(zhuǎn)脈沖把正向磁化矢量反轉(zhuǎn)到與靜磁場(chǎng)相反的負(fù)方向,脈沖停止后磁化矢量向正向恢復(fù),變化過(guò)程為磁化矢量從負(fù)向最大減小到零,再?gòu)牧阕兊秸蜃畲?在過(guò)零點(diǎn)時(shí)施加一個(gè)90°脈沖,此時(shí)過(guò)零點(diǎn)的組織因不具有縱向磁化矢量而不產(chǎn)生信號(hào)。STIR依靠組織縱向弛豫時(shí)間T1值,在增強(qiáng)作用下組織的縱向弛豫時(shí)間(T1)發(fā)生改變,設(shè)置合適的反轉(zhuǎn)時(shí)間TI可抑制相應(yīng)的組織信號(hào)。

組織固有弛豫的倒數(shù)我們稱之為弛豫率,據(jù)順磁性對(duì)比劑增強(qiáng)原理機(jī)制得知,在對(duì)比劑作用下組織弛豫隨之改變且與濃度相關(guān),在低濃度下T1縮短比T2縮短明顯,高濃度下T2縮短較為明顯[9]。因血-神經(jīng)屏障,神經(jīng)束不能吸收對(duì)比劑,淋巴和血管吸收對(duì)比劑后其弛豫改變。對(duì)此可有3種注射方案：一是提高劑量縮短T2弛豫進(jìn)行抑制[10,11]。二是以建議劑量注射,此方案濃度以縮短T1為主，輕微改變T2值,配以單反轉(zhuǎn)技術(shù)選取合適的反轉(zhuǎn)時(shí)間TI進(jìn)行抑制[12]。三是以小劑量為注射方案,以改變T1值為基礎(chǔ),根據(jù)組織間的弛豫差別配合雙反轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)行抑制[13]。

MRI數(shù)據(jù)矩陣是由實(shí)部和虛部組成的,在傅里葉變換后也是復(fù)數(shù)矩陣,往常的磁共振成像中采集的都是磁化矢量的模圖,也就是磁化矢量的絕對(duì)值,信號(hào)強(qiáng)度為正,這樣的圖像背景為黑色。本研究用的是反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(2D STIR)實(shí)圖重建磁化矢量具有方向、大小,當(dāng)組織的磁化矢量過(guò)零被抑制時(shí),被抑制的組織和背景為灰色,信號(hào)強(qiáng)度為零,T1值長(zhǎng)于被抑制的組織顯示為黑色,信號(hào)強(qiáng)度為負(fù)值,T1值短于被抑制的組織顯示為白色,信號(hào)強(qiáng)度為正值[14]。通過(guò)本次掃描可以得出脂肪的T1值短于神經(jīng)與組織1/2的T1值,組織1的T1值長(zhǎng)于組織2的T1值,此重建方式可以比較各組織在反轉(zhuǎn)脈沖下磁化矢量的恢復(fù)情況及各組織的縱向弛豫大小,借此可以設(shè)置合適的雙反轉(zhuǎn)參數(shù)對(duì)兩種組織的抑制。

本研究采用3D-DIR-SPACE序列,利用雙反轉(zhuǎn)脈沖激發(fā),選擇合適的反轉(zhuǎn)時(shí)間可以行臂叢神經(jīng)成像。利用組織間弛豫時(shí)間的差異配合低劑量增強(qiáng)改變組織的縱向弛豫時(shí)間來(lái)對(duì)組織進(jìn)行抑制,利用低劑量對(duì)比劑將組織2的T1值縮短至脂肪T1至附近,組織1的T1值縮短至脂肪與神經(jīng)之間,選取合適的雙反轉(zhuǎn)時(shí)間TI進(jìn)行對(duì)組織1/2和脂肪的信號(hào)抑制從而實(shí)現(xiàn)低劑量對(duì)比劑在神經(jīng)成像中的應(yīng)用。本研究采用對(duì)比劑為釓貝葡胺注射液(Gd-BOPTA),在3.0T磁場(chǎng)下、37℃血漿中釓貝葡胺注射液的縱向弛豫率、橫向弛豫率分別為5.5L/mmol/s、11.0Lmmol/s,具有較高的弛豫率,為降低劑量和濃度創(chuàng)造了可能[15]。雙反轉(zhuǎn)時(shí)間參數(shù)的設(shè)置依靠對(duì)比劑對(duì)組織T1值的改變程度,因此值得注意的是在配置低濃度低劑量的情況下選擇不同的對(duì)比劑應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的反轉(zhuǎn)參數(shù)以到達(dá)背景的抑制和神經(jīng)的顯示。

本研究不足：研究采用的雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列的參數(shù)設(shè)置依靠場(chǎng)強(qiáng)大小和對(duì)比劑的性質(zhì),此次只在3.0T磁場(chǎng)下進(jìn)行的單一對(duì)比劑的研究,未來(lái)應(yīng)在不同場(chǎng)強(qiáng)和不同對(duì)比劑兩個(gè)方面進(jìn)行研究補(bǔ)充。此次研究采集數(shù)據(jù)的多為神經(jīng)功能正常,缺少功能受損病例進(jìn)行深入分層比較,未來(lái)應(yīng)擴(kuò)展病例進(jìn)行補(bǔ)充研究。

綜上所述,與常規(guī)掃描(對(duì)照組)相比采用低劑量增強(qiáng)3D-DIR-SPACE在臂叢神經(jīng)成像中能對(duì)神經(jīng)周?chē)牧馨汀⒀苓M(jìn)行抑制,提高了神經(jīng)對(duì)比度,獲得較好的圖像質(zhì)量,達(dá)到診斷效果的同時(shí)并降低了對(duì)比劑的用量。