磁共振SPGR-T2⋆WI T2⋆值与不同时期出血的高铁血红蛋白含量关系的实验室量化研究

刘兰祥， 韩鸿宾2， 衣慧灵，齐曦明，吴侠

1.秦皇岛市第一医院 核磁科，河北 秦皇岛 066000；

2.北京大学第三医院 放射科，北京100191

磁共振SPGR-T2⋆WI T2⋆值与不同时期出血的高铁血红蛋白含量关系的实验室量化研究

刘兰祥1， 韩鸿宾2， 衣慧灵1，齐曦明1，吴侠1

1.秦皇岛市第一医院 核磁科，河北 秦皇岛 066000；

2.北京大学第三医院 放射科，北京100191

目的探讨磁共振SPGR-T2*WI序列的T2*值与体外不同时期高铁血红蛋白（MHB）含量之间的关系，以及利用T2*值鉴别出血分期的可能性。方法分别对10名志愿者采集动脉血10mL后立即注入管内，定期每12 h 进行SPGR-T2*WI序列、T1WI序列、T2WI序列、T2-FLAIR序列、DWI序列、ESWAN序列扫描，并在同时间段对平行样本进行生化分析，记录总血红蛋白（HB）及MHB含量，计算不同时期实验室标本的T2*值、并进行统计学分析。结果MHB的含量是动态增加的，并没有严格的分期界限，96 h 前信号变化也是逐渐发生的，出血标本的MHB含量与T2*值呈正相关，96～132 h之间呈动态变化，132 h 后T2*值骤然下降。结论T2*值与MHB的含量在一定范围内有很明显的相关性，但是用SPGR-T2*WI定量分析法鉴别出血分期存在困难。

磁共振成像；扰相梯度回波；出血；高铁血红蛋白；双波长分光光度计；血细胞分析仪

0 前言

近年来，核磁共振成像（MRI）检查可以取代CT诊断早期脑出血已被多数学者证实[1]，且MRI可以提供比CT更加全面的信息，但是在常规MR序列中脑出血的信号变化复杂，某些时期的信号和钙化影像表现非常容易混淆，其鉴别问题一直困扰临床。本文在实验室采用更为直观的T2*值的定量分析法，对于不同时间点的出血T2*值进行观察分析，并对红细胞的某些指标进行平行检测，探讨不同时期出血测得的定量指标T2*值与高铁血红蛋白（Methemoglobin，MHB）含量、红细胞（Red blood cell ，RBC）计数之间的关系。

1 资料

1.1 一般资料

研究对象：志愿者10人，其中，男性6位，女性4位，年龄最大70岁，最小61岁，中位年龄63岁。对于10位志愿者分别进行桡动脉穿刺采血10 mL，采血后立即注入肝素抗凝管内，每份血样均在无菌条件下分装密封于14个无菌塑料样本管中，并在37℃恒温保存，定期每12 h进行SPGRT2*WI序列、T1WI序列、T2WI序列、T2-FLAIR序列、DWI序列、ESWAN序列MRI序列扫描[2]。在同时间段记录MHB、RBC含量；计算不同时期实验室标本的T2*值，进行统计学分析比较。

1.2 样本检测与设备

1.2.1 实验室血液样本检测

在MRI扫描时，由检验科医师同时采用双波长分光光度计（UL759 紫外-可见分光光度计）及MHB试剂盒（南京建成生物工程研究所，批号：20100409），检测模型血样中血红蛋白（Hemoglobin，HB）总量和MHB含量，应用SysMaxF-800血细胞分析仪进行RBC测定。

1.2.2 MR设备及扫描参数（表1）

MR检查使用超导型 MR机（GE Signa EXCIIE 1.5T）、8通道头线圈。行常规序列扫描（ESWAN，SPGR-T2*WI、DWI，T1WI、T2WI、T2-FLAIR）。

表1 具体序列扫描参数选择

2 观察指标与统计方法

2.1 MR图像中选取感兴趣区

用GE工作站内ADW4.3版FUNCTOOL软件对所得数据进行处理，将图象放大，采用圆形感兴趣区（ROI）约6 mm2，距离外周试管壁边距2 mm，尽可能将ROI放在选择组织的中心（图1），避免部分容积效应的影响。

在同层SPGR-T2*WI序列图像中，在TE=15 ms，选择ROI，并记录（图2）；复制ROI至同层SPGR-T2*WI图像TE=30 ms处，并记录（图3）。

图1 两份样本1、2选取的ROI位置

图2 同层SPGR-T2⋆WI序列图像，在TE=15 ms时选择的ROI

图3 与图2同层的SPGR-T2⋆WI序列图像，在TE=30 ms时选择的ROI

2.2 观察指标与统计方法

记录S1、S2值，并计算出该感兴趣区的T2* 值。

T2*值的测量方法。

应用公式[3]：

其中， M0为初始磁化强度矢量； 1/T2*=Ln(S1/S2)/15，(TE=15 ms、TE=30 ms)；T1 组织的自旋晶格弛豫时间；θ翻转角；TR重复时间；TE回波时间[4]。

比较试管中心血液的T2*值之间的统计学差异，所得的数据用中位数表示。所有测量均由两名放射科医师分别进行,结果取平均值。数据统计应用SPSS13.0软件，采用单变量方差分析，计量数据采用均数±标准差（）表示。

3 结果

3.1 10位志愿者样本的统计学分析（表2）。

表2 10位志愿者样本的T2⋆值、MHB、RBC分布均数及标准差

3.2 T2＊值与MHB的拟合曲线（图4）。

图4 T2⋆值与MHB拟合后随时间变化曲线

曲线示高铁血红蛋白的含量是动态增加的，并没有严格的分期界限，血液标本MHB与T2*值呈正相关，96 h后T2*值部分减低，后又有小幅回高,至132～144 h后明显下降。RBC数也是在132 h后有明显的下降趋势。

3.3 显微镜下的RBC图像（图5～8）。

图5 72 h RBC涂片，100×显微镜观察图像

图6 96 h RBC涂片，100×显微镜观察图像

图7 120 h RBC涂片，100×显微镜观察图像

图8 144 h RBC涂片，100×显微镜观察图像

由图5～7，可见RBC逐渐破坏，出现“鬼影细胞”，至图8，RBC较前破坏明显，与图4MHB曲线变化相符合。

4 讨论

本研究为了探讨T2*值与脑出血灶中HB含量的变化，特别是对于时间与周围磁场影响最大的顺磁性MHB含量变化的相关性，我们进行了实验室研究。① 选择志愿者10人均有脑出血危险因素[5]，年龄分布在61～70岁（中位年龄为63岁）[6]，于桡动脉采用动脉穿刺法采集动脉血（因为脑出血多数为动脉血[7]）。② 实验器皿选择纯度较高的塑料试管，主要原因是，玻璃试管虽易进行无菌消毒处理，但玻璃试管在MRI扫描时往往会出现伪影，分析原因是试管部分成分对局部磁场的均匀性产生了影响。故选择了塑料试管，经过特殊方法灭菌而后应用于实验。③ 扫描序列选择SPGR-T2*WI、DWI、ESWAN，此序列对于局部磁场的均匀性比较敏感。④ 对于抗凝剂的选择，一是根据MHB试剂盒要求肝素抗凝，二是根据文献[8]报道，肝素对维持血细胞及蛋白正常结构的功效显著。

样本采集完毕后，在无菌无氧条件分装密封，尽量避免细菌污染高营养的血液样本进而影响图像和采集信息的准确性。37℃恒温保存，使其尽量接近颅内出血环境，MR扫描时也保持水浴恒温，同时因为血液样本质量小，信息量也小，水浴的存在可以增加信噪比，提高图像的清晰度。以往实验采用临床理论分期时间为采集时间点，即超急性期（＜24 h）、急性期（1～3 d)、亚急性早期（4～7 d)、亚急性晚期（8～14 d)、 慢性期（＞2 w），各期的其中1 d作为生化数据和MR数据采集点[9]。本次试验之所以每份样本先行无菌分装于14个无菌管内，采用的是每12 h为1个时间点，共采集了14个时间点，7 d的数据。这样采集分装的原因是由于血红蛋白的变化复杂，T2*值变化也很复杂。这种数据采集方法避免了数据在采集点之间的遗漏[9]。通过模拟体内条件下的客观记录，探讨T2*值与MHB的含量随时间变化之间的关系。实验结构测量时，选取ROI面积约6 mm2、边距2 mm，是为了防止靠近边缘部分容积效应对于MR信号造成影响，进而影响T2*值的测量准确性。

实验的结果表明：MHB的含量是动态增加的，0～96 h，没有严格的分期界限，后期T2*值的波动（96～132 h）可以由MHB本身位于细胞内外的顺磁性不同来解释。因为MHB的含量是动态增加，急性期末期脱氧血红蛋白（Deoxyhemoglobin，DHB）逐渐转变为MHB，T2*值又呈现上升。原子核外层中不成对的电子虽然质量小，但磁动性很强，可使局部磁场波动增强，促使氢质子弛豫加快，从而使T1和T2缩短，因而T2*也受其影响，这种效应即为“质子－电子偶极－偶极”质子弛豫增强（Proton Electron Dipole Dipole Proton Relaxation Enhancement，PEDDPRE）。T2的质子弛豫增强也被称为T2 PRE效应。由于MHB在RBC内弥散不均匀，可同时存在发生PEDDPRE效应和T2 PRE效应，但是96～132 h期间同时伴有RBC的破裂以及MHB的生成（增加）；细胞外的MHB仅具有PEDDPRE效应而不具有T2 PRE效应。因此，T2*值会在此期间呈动态变化。亚急性期后特别是132h时间点后红细胞大量破坏，MHB细胞外稀释的效应已经远超过细胞内的MHB的PEDDPRE效应和T2 PRE效应，从而造成T2*值的明显减低[10]。这些实验室结果表明：T2*值与MHB在一定范围内有很明显的相关性，可以作为临床选用T2*值进行出血分析的理论依据。

由图4和表1可知MHB的含量在0～96 h是动态增加的，并没有严格的分期界限，血液标本MHB与T2*值呈正相关，96h后T2*值部分减低，后又有小幅回高，直至132～144 h后明显下降。RBC数也是在132 h后有明显的下降趋势。血液样本中的MHB含量与T2*值在常规分期的急性期是平行的，后期的含量变化并不平行，所以以T2*值反推，该出血属于哪一分期，还存在困难。

本研究的局限性在于资料为小样本，如果继续扩大样本量，可减少误差；增加时间点以扩大有效数据量、增加血液其他指标检查的统一分析，都将为出血及T2*值的变化提供更多的信息，为临床不同时期颅内出血与扰相梯度回波T2*值的相关性研究提供更为充足的依据。

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[2] 衣慧灵,刘兰祥． SPGR-T2⋆ WT2⋆值定量分析鉴别脑出血和钙化[J]．中国医学影像技术,2011,(9):1766-1769．

[3] Ma B,Kf K,Xj Z．Handbook of MRI pulse sequences[M]．Elsevier,2004．

[4] 韩鸿宾．临床磁共振序列设计与应用[M]．北京:北京大学医学出版社,2003．

[5] 熊国华,华海庆．脑出血的高危因素Logistic分析[J]．实用预防医学,2001,8(6):63-65．

[6] 陈秀金,乐少忠． 370例脑出血病例统计学分析[J]．中国医药指南,2008,6(24):34-35．

[7] Weingarten K,Zimmerman RD, Deo-Narine V,et al．MR imaging of acute intracranial hemorrhage:findings on sequential spin-echo and gradient-echo images in a dog model[J]．AJNR Am J Neuroradiol,1991,12(3):457-467．

[8] 郑书家．抗凝血生物材料的血液相容性研究[D]．重庆:重庆大学,2004．

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[10] Von Anne G,Osborn Sibk．Diagnostic imaging:brain[M]．AMIRSYS, 2004．

Quantitative Study of Dynamic Relation between SPGR-T2＊WI T2＊Values and Content of Methemoglobin of Different Bleeding Stage in Laboratory

LIU Lan-xiang1, HAN Hong-bin2, YI Hui-ling1, QI XI-ming1, WU Xia1

1. Department of MRI, No.1 Hospital of Qinhuangdao, Qinhuangao Hebei 066000, China; 2. Department of Radiology, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China

ObjectiveTo explore dynamic relation between T2* values of SPGR-T2*WI sequence and content of methemoglobin (MHB) in vitro at different stages, and to identify the possibility of bleeding stages by using T2* values.Methods10 mL radial artery blood samples from 10 volunteers are respectively collected and injected into tubes immediately. Each blood sample is scanned by SPGRT2*WI sequence, T1WI sequences, T2WI sequences, T2-FLAIR sequences, DWI sequences and ESWAN every 12 hours, and biochemical analysis of parallel samples is taken at the same time. The content of hemoglobin and MHB is recorded. T2 * value is calculated and analyzed statistically in different periods.ResultsThe MHB content is increased dynamically, and there is no strict boundaries of stage, where the signal change has occured gradually before 96 hours.MHB content of blood samples is positively related to T2* values, and shows dynamic change during 96～132 h. T2* values abruptly decline after 132 hours.ConclusionMHB content is positively related to T2* values in a certain range, but it is difficult to identify bleeding stages by using quantitative study of SPGR-T2*WI.

MRI; spoiled gradient echo; bleeding; methemoglobin; double wavelength spectrophotometer; hematology analyzer

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.006

1674-1633(2013)05-0017-04

2012-09-27

2013-04-02

北京大学第三医院临床学科重点项目（ YLZD-08-14-02）。

本文作者：刘兰祥，主任医师。

韩鸿宾，主任医师，教授。

作者邮箱：liulanxiang66@sina．com