磁性物质对磁共振波谱的影响

王柯柯，樊伟，倪萍，陈自谦

1. 南京军区福州总医院 a. 医学工程科，b. 医学影像科，福建 福州350025；2. 第四军医大学生物医学工程学院，陕西 西安 710032；3. 南京军区联勤部卫生部，江苏 南京 210002

磁性物质对磁共振波谱的影响

王柯柯1a,2，樊伟3，倪萍1a，陈自谦1b

1. 南京军区福州总医院 a. 医学工程科，b. 医学影像科，福建 福州350025；2. 第四军医大学生物医学工程学院，陕西 西安 710032；3. 南京军区联勤部卫生部，江苏 南京 210002

目的 探讨磁性物质对磁场均匀性的影响，以及对磁共振波谱质量的影响。方法 利用磁共振设备自带磁共振波谱专用体模，放置造影剂与硬币后进行波谱扫描，用来评价磁性物质对于磁共振波谱质量的影响。结果 在放置造影剂和硬币条件下得到的波谱比正常条件下得到的波谱质量明显下降。结论 磁性物质会影响局部磁场，造成感兴趣区域磁场的不均匀，从而影响磁共振波谱质量。

磁共振波谱；造影剂；体模；质量控制

磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS）是利用化学位移和J-耦合现象的作用，对特定原子核及其化合物进行定量分析的方法。它是目前唯一能够无创性研究人体内部器官及组织代谢、生理生化改变的定量分析方法，已广泛应用于脑部肿瘤、癫痫、阿尔茨海默症、前列腺肿瘤的鉴别诊断[1-3]。磁共振波谱与常规磁共振成像相比对于磁场的均匀性的要求尤为苛刻，而影响磁场均匀性的因素很多。本文针对临床MRS检查中常见的影响磁场均匀性的因素（造影剂和硬币）进行仿真实验，探讨铁磁性物质对于磁共振波谱质量的影响。之所以选择造影剂和硬币作为研究对象，是因为实际磁共振检查中，在做磁共振增强与动态成像中，利用高压注射器给患者注射造影剂时偶尔会出现连接管脱落或拔针头造影剂外漏的情况，导致造影剂滴漏到受检部位附近，有的甚至大量沉积在脊柱线圈下的床板上，且造影剂对于MRS的影响仍存在争论[4]。本文则是研究MR造影剂对于MRS质量的影响。而硬币是作为一种金属异物来模拟MR检查中金属物品及对于磁共振波谱的影响。

1 材料与方法

采用SIEMENS MAGNETOM Trio TIM 3T超导磁共振、扫描线圈为Siemens 12通道头线圈、实验体模采用SIEMENS磁共振波谱专用体模 Spherical Phantom D170（Spectr.1H 7576577 K2180）、 磁共振造影剂（钆贝葡胺）、数据分析采用SIEMENS 后处理工作站 SYNGO上的Spectroscopy 软件。

MRI平扫：采用自旋回波序列（SE）、快速小角度激发序列（FLASH）、磁化准备的快速梯度回波成像序列（Turbo-FLASH）。

1H-MRS：采用单体素波谱（single voxel spectroscopy，SVS）检测方法，MRS_SVS_SE_135序列，TR/TE=2000/135 ms，重复次数（Average）=64次，体素大小为10 mm×10 mm×10 mm，接收带宽=1200 Hz，成像时间为136 s；多体素波谱，即化学位移成像（chemical shift imaging，CSI）检测方法，MRS_csi_se_135序列，TR/TE=2000/135 ms，重复次数（Average）=1次，体素大小为10 mm×10 mm×10 mm，接收带宽为1200 Hz，成像时间为136 s[5]。

2 实验设计

本实验是为了探讨常见磁性物质对于磁共振波谱质量的影响，实验设计是基于不同条件下扫描磁共振波谱专用体模的MRI和MRS。我们根据不同实验条件将不同结果分为空白对照组、造影剂组和硬币组，遵循控制变量的原则将其他实验条件保持一致，只改变单一的研究条件，从而我们能够直观地观察磁性物质对于磁共振波谱的影响。

将体模放磁共振头线圈内，将定位中心线对准体模上的十字线，用来保证每次体模扫描的位置都保持一致。分别对体模进行SE序列、FLASH序列和Turbo-FLASH序列扫描，之后对体模进行单体素和多体素波谱扫描。空白对照组是不设置外部条件；造影剂组是将装有20 mL造影剂的玻璃瓶放置在磁共振波谱体模旁边；硬币组是将两枚1元硬币放置在距离体模10 cm的位置。分别对体模进行SE序列、FLASH序列和Turbo-FLASH序列扫描，然后采集体模的单体素和多体素波谱，各个组的实验条件参数都保持一致，体素位置和大小也相同。数据的后处理分析在SIEMENS 后处理工作站SYNGO上的Spectroscopy 软件上进行，并将空白对照组、造影剂组和硬币组进行对比分析。

在实验中只有对实验步骤进行严格的质量控制才能保证实验数据的可靠性。在利用体模进行实验测量的时候需要注意几点事项，首先每次实验保证定位线与体模上十字对准，可以保证每次测量位置相同；待体模稳定一段时间之后再进行测量，因为体模内部液体会因为晃动而在图像中产生伪影，从而影响实验结果的准确性与可靠性[6]。

3 实验结果

3.1 不同序列的平扫图像

三种序列都在造影剂位置出现不同程度的伪影，而FLASH和Turbo-FLASH的伪影较常规序列SE明显,结果见图1。

3.2 单体素MRS

单体素波谱中造影剂组波谱基线的杂峰明显多于空白对照组，信噪比下降，代谢物含量也出现显著改变，硬币组中已检测不到正常代谢峰，见图2与表1。

3.3 多体素MRS

多体素MRS中，造影剂组中分别选取位于右中左三个不同体素的波谱，造影剂放置在体模左侧，随着体素与造影剂的位置越来越近，波谱质量也逐渐降低。而硬币组中无论所取体素的位置与造影剂的距离远近，谱线始终杂乱无章，检测不到正常的代谢峰，如图3所示。

4 讨论

首先我们选择FLASH、SE、Turbo-FLASH序列对造影剂组进行扫描，三种序列都在造影剂位置出现不同程度的伪影，而FLASH和Turbo-FLASH的伪影较常规序列SE明显。这是因为SE序列是用90°射频脉冲激励平衡状态的磁化强度矢量，然后再用180°反转脉冲使磁化矢量在XY平面重新聚相，SE序列中的180°RF脉冲翻转的是磁场不均匀和梯度场产生的相位离散的总和，消除了磁场非均匀性对信号的影响。而FLASH和Turbo-FLASH作为梯度回波中的序列，采用反向梯度仅翻转由梯度磁场产生的相位离散效应，从而较SE序列磁敏感性更强，对于磁场不均匀产生的磁敏感性伪影也就更加显著。

单体素波谱是采用点分辨自旋回波波谱（point-resolved echo spin spectroscopy, PRESS），单体素，是在3个垂直平面相交的体素能够被RF脉冲激发并得到回波，从而得到单个体素的波谱信息。多体素波谱的结果是一个波谱矩阵，测量的是某一层面的代谢物信息。实验体模所含的代谢物为醋酸盐（Acetate）与乳酸（Lactate），对代谢物含量进行测量，在图2的空白对照组和造影剂组单体素波谱对比中，造影剂组基线的杂峰明显多于空白对照组，信噪比降低，同时代谢物的含量（峰下面积）也较空白对照组有所改变。而在多体素波谱结果中，在造影剂组的结果中我们选取了左中右三个不同体素的波谱，（图3f），随着所选体素距造影剂位置距离越近，谱线的杂峰越多，距离造影剂最近的体素波谱谱线基本上已经观察不到明显的代谢峰，峰信息被噪声所淹没，在临床上就属于检查失败的情况。

而在硬币组中，由于磁场对金属品的投掷作用，我们为安全起见，将两枚硬币放置在距离体模大约10 cm的距离，然后测量波谱。结果与空白对照组对比，硬币组中无论单体素还是多体素波谱都检测不到正常的代谢峰，没有实际的临床意义。

通过以上造影剂组和硬币组与空白对照组的结果对比，MR造影剂（钆贝葡胺）作为一种顺磁性物质影响局域磁场[7]，可以发现造影剂对于波谱质量的干扰还是比较显著的，而硬币则直接导致的波谱采集的失败。这就指导我们在MR检查时要及时将造影剂滴漏液体清理干净[8]，定期对脊柱线圈与检查床进行清洁保养，同时MRS最好在注射造影剂之前进行扫描。而对于金属物品，硬币是一种铁磁性物质，对于磁场的影响尤为剧烈。由于MRS对于磁场均匀性要求更为苛刻，要检查病人所有金属异物清除干净后再做MRS检查，也要检查设备前面板等角落是否吸附有金属品，只有排除各项干扰条件才能保证得到高质量的磁共振波谱[9-10]。

5 结束语

磁共振的质量控制不仅仅指定期的质控检测，更在于通过检测及时发现系统性能的漂移，如吸附在磁体周围的铁磁性异物，或者造影剂滴漏造成的磁场不均匀，及时加以清理，保证系统的性能，从而获得优质的图像。磁共振波谱比常规序列对系统的性能要求更高，也更加敏感，要获得准确可靠的磁共振波谱，不仅要求系统性能的稳定性、磁场均匀性，还需要规范的扫描和后处理分析，任何一个环节的错误都会导致检查结果的不可靠。

[1] 韩鸿滨.临床磁共振成像序列的设计与应用[M].北京:北京大学医学出版社:197-200.

[2] 石明国.现代医学影像技术[M].西安:陕西科学技术出版社,2009

[3] Lara A.Brandao,Romeu C.Domingues.脑磁共振波谱成像[M].天津:天津科技翻译出版公司出版:1-7.

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[6] 高阳,牛广明.磁共振图像伪影及其预防[J].内蒙古医学院学报:2007,29(5):322-325.

[7] 张苗,李坤成,卢洁.顺磁性对比剂Gd-DTPA对短暂性缺血性发作1HMRS的影响[J].放射学实践,2007,22(3):238-241.

[8] 倪萍,陈自谦,张鲁闽,等.高场磁共振应用安全和质量控制的规范化管理[J].中国医疗设备,2011,26(02):1-4

[9] 倪萍,陈自谦.磁共振质量保证和质量控制若干问题的探讨[J].中国医疗设备,2008,23(6):87-89.

[10] Marinette van der Graaf,Margarida Julia`-Sape,Franklyn A.Howe.MRS quality assessment in a multicentre study on MRS-based classification of brain tumours[J].NMR Biomed: 2008,21:148-158.

Inf l uence of Magnetic Substances on Magnetic Resonance Spectroscopy

WANG Ke-ke1a,2，FAN Wei3，NI Ping1a，CHEN Zi-qian1b
1.a. Department of Medical Engineering, b. Department of Medial Imaging, Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command, Fuzhou Fujian 350025, China;
2.School of Biomedical Engineering, the Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China; 3. Joint Logistics Department of Nanjing Military Area Command, Nanjing Jiangsu 210000, China

Objective To explore the inf l uence of magnetic substances on homogeneity of magnetic fi eld and quality of magnetic resonance spectroscopy (MRS). Methods Scanned the MRS dedicated phantom with contrast medium or coins, then evaluated the quality of spectrum. Results The quality of magnetic resonance spectroscopy obtained under the condition of contrast medium or coins was apparently decreased compared with the normal. Conclusion The results proved that magnetic substances can lead to asymmetric magnetic fi eld and affect the quality of MRS.

magnetic resonance spectroscopy; contrast medium; phantom; quality control

R197.39；TH789

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.006

1674-1633(2014)11-0022-03

2014-07-09

军事医学计量专项课题（2011-JL2-014）。

倪萍，南京军区福州总医院医学工程科主任，高级工程师，研究方向：磁共振成像质量控制。

通讯作者邮箱：511091680@qq.com