畢京鳳，劉欣瑤，隋濱濱，荊京，張英魁

（首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院 國(guó)家神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，北京 100070）

近年來(lái)，隨著磁共振檢查的普及，超高場(chǎng)磁共振在臨床上的應(yīng)用越來(lái)越被關(guān)注，超高場(chǎng)磁共振意味著更高的信噪比，更高的空間分辨率[1-2]，同時(shí)也意味著更多的挑戰(zhàn)。隨著磁共振場(chǎng)強(qiáng)的升高，根據(jù)拉莫爾定律，質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率升高，所需要的激發(fā)脈沖的頻率升高，其波長(zhǎng)縮短。波長(zhǎng)變短不僅會(huì)導(dǎo)致在人體內(nèi)穿透距離變短，同時(shí)與人體作用后會(huì)產(chǎn)生駐波效應(yīng)，這些都會(huì)導(dǎo)致射頻場(chǎng)的空間分布不均勻，最終影響圖像的均勻度[3]；另一方面相控陣線圈的表面線圈效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致圖像的不均勻，這些影響在顱腦磁共振檢查中對(duì)幕下結(jié)構(gòu)更為顯著，不利于幕下病灶的顯示。本文旨在研究圖像濾波函數(shù)對(duì)提高7T 超高場(chǎng)顱腦磁共振成像幕下結(jié)構(gòu)圖像均勻度的價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2021 年11 月—2022 年1 月在北京天壇醫(yī)院國(guó)家神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心進(jìn)行7T超高場(chǎng)顱腦磁共振檢查的白質(zhì)脫髓鞘病變患者的磁共振影像學(xué)資料為研究對(duì)象，共46 例患者，其中男15例，女31例，年齡18～61歲，平均（33.9±11.0）歲。所有患者檢查前均簽署7T 超高場(chǎng)磁共振檢查知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有被檢查者均無(wú)磁共振檢查禁忌癥；②所有被檢查者均能很好的配合完成檢查，磁共振圖像無(wú)明顯運(yùn)動(dòng)偽影。

1.2 儀器與方法

采用西門子公司TERRA 7.0T 磁共振掃描儀，8通道并行發(fā)射模式（pTx）32 通道頭顱相控陣線圈。在常規(guī)檢查組套序列掃描完成后，12 例患者分別加掃勾選均衡化濾波函數(shù)和B1 濾波函數(shù)（B1-filter）的全腦矢狀面3D 各向同性T1-MPRAGE 序列，34例患者僅加掃勾選B1 濾波函數(shù)的全腦矢狀面3D各向同性T1-MPRAGE 序列，兩組圖像的定位與常規(guī)組套中3D 各向同性T1-MPRAGE 定位相同。掃描參數(shù)除勾選參數(shù)卡中的均衡化濾波函數(shù)或者B1濾波函數(shù)外其余與常規(guī)組套中3D T1-MPRAGE 相同。掃描參數(shù)：回波時(shí)TE 3ms,重復(fù)時(shí)間TR 2200ms，視野FOV=224 mm×224 mm，層厚0.7 mm，層間隔0 mm，成像矩陣320×320，反轉(zhuǎn)角5°，反轉(zhuǎn)時(shí)間TI 1 050 ms，采集帶寬250 Hz/Px。掃描時(shí)間為6 分29 秒。用軟海綿墊將患者頭部固定，囑患者檢查過(guò)程中保持不動(dòng)，定位中心在眉心，掃描范圍：包括整個(gè)顱腦。勾選均衡化濾波函數(shù)或者B1 濾波函數(shù)對(duì)掃描時(shí)間無(wú)影響。

1.3 圖像分析

1.3.1 圖像均勻性的主觀評(píng)分

分別將3 組3D T1-MPRAGE 圖像導(dǎo)入西門子工作站自帶的3D 后處理軟件，由一位10 年以上工作經(jīng)驗(yàn)的磁共振工作者在掩去序列相關(guān)信息的情況下進(jìn)行圖像均勻性的主觀判讀評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：圖像出現(xiàn)線樣偽影0 分；圖像信號(hào)明顯不均勻，病變顯示模糊1 分；圖像均勻性較差，病變顯示尚可2 分；圖像信號(hào)較均勻，病變顯示較清晰3 分；圖像信號(hào)均勻，病變顯示清晰4 分。記錄評(píng)分結(jié)果并進(jìn)行分析。

1.3.2 圖像的客觀評(píng)價(jià)

勾選均衡化濾波函數(shù)組圖像存在明顯的重建偽影，影響診斷，不再進(jìn)行進(jìn)一步分析，下面主要對(duì)另外兩組圖像進(jìn)行分析。選取同一患者未勾選圖像濾波函數(shù)和勾選B1 濾波函數(shù)的T1-MPRAGE 圖像，在機(jī)器自帶的圖像瀏覽軟件中打開并找到正中矢狀面，首先在未勾選圖像濾波函數(shù)組的圖像的正中矢狀面畫感興趣區(qū)（Region of interest，ROI），然后利用復(fù)制粘貼的方式畫另外5 個(gè)ROI，將6 個(gè)ROI 分別移動(dòng)到腦干（中腦和延髓位置各1 個(gè)）、腦脊液（四疊體池和第四腦室內(nèi)腦脊液內(nèi)各1 個(gè)）以及小腦半球（近幕下和近顱底各一個(gè)）等需要測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度的位置，然后利用復(fù)制粘貼的方式將各個(gè)ROI 復(fù)制到勾選B1 濾波函數(shù)組的正中矢狀面圖像上，以保證所有ROI 大小相等（ROI 大?。?2 mm2±1 mm2）且兩組圖像ROI 位置完全一致，記錄各個(gè)ROI 內(nèi)圖像信號(hào)的平均值。根據(jù)公式計(jì)算圖像均勻度[4，5]：

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 24.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料采用表示，采用配對(duì)t 檢驗(yàn)分析兩組圖像均勻性的主觀評(píng)分以及圖像均勻度值，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像均勻性的主觀評(píng)分結(jié)果

12 例勾選均衡化濾波函數(shù)組圖像在3D 后處理軟件中均出現(xiàn)明顯線樣重建偽影，在橫斷面重建圖像上線樣偽影呈前后方向走行，在冠狀面重建圖像上，線樣偽影呈頭足方向走行，出現(xiàn)率100%（12/12），主觀評(píng)分得分為0 分；未勾選圖像濾波函數(shù)組和勾選B1 濾波函數(shù)組圖像主觀評(píng)分分別為2.85±0.42 和3.93±0.25，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.00）。

2.2 圖像的客觀評(píng)價(jià)結(jié)果

未勾選圖像濾波函數(shù)組和勾選B1 濾波函數(shù)組圖像的均勻度分別為腦干（0.78±0.03）和（0.97±0.07）、腦脊液（0.79±0.06）和（0.93±0.06）、小腦（0.76±0.08）和（0.91±0.08），勾選B1 濾波函數(shù)組圖像均勻度明顯優(yōu)于未勾選圖像濾波函數(shù)組。差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.00）。

表1 三組3D 各向同性T1-MPRAGE 圖像的主觀評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 未勾選圖像濾波函數(shù)組和勾選B1 濾波函數(shù)組圖像均勻度的比較（）

表2 未勾選圖像濾波函數(shù)組和勾選B1 濾波函數(shù)組圖像均勻度的比較（）

圖1 3D-T1-MPRAGE 序列正中矢狀面?？梢?jiàn)未勾選圖像濾波函數(shù)的圖像（圖1a）明顯不均勻，幕下結(jié)構(gòu)顯示欠佳；勾選B1 濾波函數(shù)的圖像（圖1b）均勻性明顯改善，幕下結(jié)構(gòu)顯示清晰。Figure 1.Midsagittal slices of 3D-T1-MPRAGE with no filter(Figure 1a) and B1 filter(Figure 1b).The image with no filter(Figure 1a) is uneven,and the subtentorial structure is poorly displayed;Compared with Figure 1a,the uniformity of Figure 1b（with B1 filter) is obviously improved,and the subtentorial structure is clearly displayed.

圖2 感興趣區(qū)的繪制方法。在第一組圖像（圖2a）相應(yīng)測(cè)量區(qū)域繪制ROI，利用復(fù)制粘貼的方式將ROI 復(fù)制到第二組圖像（圖2b），確保兩組圖像中的ROI 大小以及位置完全相同。Figure 2.Method of ROI drawing.Draw ROIs on the first set of images (Figure 2a) in corresponding measurement areas,copy and paste them to the second set of images (Figure 2b) to ensure that the size and position of the ROIs in the two sets of images are exactly the same.

3 討論

磁共振圖像的均勻度是磁共振成像中評(píng)估圖像質(zhì)量非常重要的成像參數(shù)之一，指對(duì)均勻物質(zhì)進(jìn)行成像時(shí)，成像系統(tǒng)在整個(gè)掃描體區(qū)域產(chǎn)生相同信號(hào)響應(yīng)的能力。引起磁共振圖像不均勻的原因有很多，主要包括：靜磁場(chǎng)的不均勻、射頻場(chǎng)的不均勻、射頻線圈的制作工藝、近線圈效應(yīng)、梯度脈沖校準(zhǔn)或者渦流校正不完善等[6]。為了提高磁共振圖像的均勻度，各個(gè)廠家的磁共振掃描儀上自帶了多種優(yōu)化圖像的技術(shù)供操作者選擇，以便在圖像重建過(guò)程中對(duì)圖像進(jìn)行處理，以確保獲得更加均勻的圖像信號(hào)。本研究在西門子Terra 7T 成像設(shè)備多源并行發(fā)射模式下，對(duì)臨床常用的兩種優(yōu)化技術(shù)B1 濾波函數(shù)（B1 filter）和均衡化濾波函數(shù)（Normalize）在改善圖像均勻性的效果方面進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)使用B1 濾波函數(shù)能夠在不增加掃描時(shí)間的情況下明顯改善超高場(chǎng)強(qiáng)磁共振成像的圖像均勻度，提高圖像質(zhì)量；而均衡化濾波函數(shù)則會(huì)出現(xiàn)明顯的條狀重建偽影。具體原因：本研究中12 例患者加掃了勾選均衡化濾波函數(shù)組的3D 各向同性T1-MPRAGE 序列，在3D 后處理軟件中橫斷面和冠狀面的重建圖像上均出現(xiàn)了條狀重建偽影，出現(xiàn)率為100%（12/12）。分析其原因，主要是由于該濾波函數(shù)在每一個(gè)層面會(huì)根據(jù)不同的亮暗對(duì)不同位置的信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)或者降低，同時(shí)對(duì)噪聲也有相應(yīng)的增強(qiáng)或者降低，可以改善某一層面內(nèi)的信號(hào)均勻度，但是不能糾正由于B1 場(chǎng)不均勻?qū)е碌膱D像信號(hào)不均勻，對(duì)于7T 超高場(chǎng)磁共振成像來(lái)說(shuō)，由于B1 場(chǎng)不均勻性顯著，所以該方法不能實(shí)現(xiàn)整體圖像均勻性的改善，因而出現(xiàn)在圖像重建時(shí)不同層面之間的條狀偽影。

本研究發(fā)現(xiàn)B1 濾波函數(shù)能夠顯著改善圖像均勻性，主要原因是其能夠在圖像域降低表面線圈單元的B1+效應(yīng)而增加線圈中心部分的B1+效應(yīng)，可以明顯的糾正B1 場(chǎng)的不均勻，從而改善圖像的均勻性[7]。隨著場(chǎng)強(qiáng)的升高，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率升高，用于激發(fā)質(zhì)子產(chǎn)生磁共振信號(hào)的射頻脈沖的頻率越高，快速變化的射頻脈沖即交變電磁波，頻率越高，電磁波的穿透深度越低，更容易產(chǎn)生磁共振偽影。同時(shí)，射頻系統(tǒng)發(fā)射射頻脈沖進(jìn)入人體后，由于人體阻抗不匹配形成以相同頻率反向傳輸?shù)姆瓷?。?duì)于低場(chǎng)磁共振來(lái)說(shuō)，射頻脈沖的頻率比較低，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，遠(yuǎn)大于人體解剖截面。隨著場(chǎng)強(qiáng)的升高，射頻脈沖的頻率升高，波長(zhǎng)變短，當(dāng)波長(zhǎng)等于或者小于人體解剖截面時(shí)，射頻脈沖在人體內(nèi)形成駐波，使得射頻在人體內(nèi)不均勻，掃描后獲得的磁共振圖像不均勻，圖像上出現(xiàn)低信號(hào)區(qū)域[8]。對(duì)于7T 磁共振掃描儀，其進(jìn)動(dòng)頻率更高，波長(zhǎng)更短，進(jìn)入人體后進(jìn)一步衰減，大概只有11 cm，小于人體顱腦橫截面，B1 場(chǎng)不均勻更明顯，駐波效應(yīng)顯著，圖像不均勻更嚴(yán)重[9]。為了減小駐波效應(yīng)對(duì)7T 超高場(chǎng)磁共振成像的影響，硬件設(shè)計(jì)上采用8 通道并行發(fā)射，在一定程度上降低了B1 場(chǎng)不均勻?qū)D像的影響。但是即便如此，7T 顱腦磁共振成像中幕下結(jié)構(gòu)的顯示仍欠佳，不利于幕下病變的診斷。B1 濾波函數(shù)可以明顯糾正B1 場(chǎng)的不均勻，因而可以改善圖像的不均勻性。本研究比較了在7T 磁共振掃描儀上未勾選圖像濾波函數(shù)組與勾選B1 濾波函數(shù)組圖像的均勻度的差異，研究發(fā)現(xiàn)無(wú)論是從主觀評(píng)分（兩組圖像的評(píng)分分別為2.85±0.42 和3.93±0.25），還是從客觀評(píng)價(jià)方面（兩組圖像的均勻度分別為腦干（0.78±0.03）和（0.97±0.07）、腦脊液（0.79±0.06）和（0.93±0.06）、小腦（0.76±0.08）和（0.91±0.08）），勾選B1 濾波函數(shù)組的均勻度均明顯優(yōu)于未勾選圖像濾波函數(shù)組，研究結(jié)果與使用3T 磁共振掃描儀的研究結(jié)果一致[7，10]。

綜上所述，在7T 磁共振掃描儀多源并行發(fā)射模式下，使用B1 濾波函數(shù)能夠在不增加掃描時(shí)間的情況下明顯改善超高場(chǎng)強(qiáng)磁共振成像的圖像均勻度，提高圖像質(zhì)量，建議在常規(guī)掃描中勾選該選項(xiàng)，以提高7T 顱腦磁共振檢查的圖像質(zhì)量，有利于幕下病變的顯示。