对比集合序列与常规序列头部MR图像质量

刘辉明，尹国平，别 非，权光南，谢传淼*

(1.中山大学肿瘤防治中心影像科，广东 广州 510060；2.通用电气医疗集团，北京 100176)

MRI具有多平面及多对比度成像的优势，但扫描需一定的时间，期间患者必须完全制动，否则图像会出现一系列伪影而影响诊断或导致扫描失败。集成MRI(synthetic MRI, syMRI)是目前最新的一种MR扫描技术[1]，一次扫描可以得到多种对比图像且扫描时间短。根据传统MRI理论，扫描时间缩短意味着图像质量降低，syMRI能否在提高扫描速度的同时保证图像质量目前尚未明确。本研究将基于syMRI技术的MRI集合(magnetic resonance image compilation， MAGiC)序列应用于头部成像，对比分析MAGiC序列与常规序列头部图像质量。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2017年8月—2018年2月于我院接受脑MR扫描的受检者96人，其中脑疾病患者64例、健康志愿者32名，男55人，女41人，年龄12～74岁，平均(44.2±24.8)岁。纳入标准：完成所有序列的MR扫描；无MR扫描禁忌证，如幽闭恐惧症。本研究通过我院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa Pioneer 3.0T超导型MR扫描仪，扫描线圈为16通道相控阵头线圈。分别进行常规序列T1 FSE、T2 FSE、T1 Flair、T2 Flair及MAGiC序列扫描，各序列参数见表1。

1.3 图像处理及分析 由2名具有12年以上中枢神经系统疾病诊断经验的放射科医师独立阅片，采用盲法评价图像质量，意见不同时经协商达成一致。将常规序列T1 FSE、T2 FSE、T1 Flair、T2 Flair扫描所获图像及MAGiC序列扫描重建的MAGiC T1、MAGiC T2、MAGiC T1 Flair、MAGiC T2 Flair图像在GE AW 4.6工作站进行后处理，获取图像的 SNR。采用5分法评价图像质量，图像质量评价指标包括整体质量评分、伪影评分及病灶检出评分(后者仅评价64例脑疾病患者)。整体质量评分标准：1分，图像不能用于诊断；2分，图像质量无法满足诊断，但在特殊情况下可用于提供参考意见；3分，图像质量一般，基本满足诊断要求；4分，图像较清晰，能较为准确诊断；5分，图像清晰，能够确切诊断。伪影评分：1分，整个图像均为伪影；2分，图像伪影严重，无法诊断；3分，存在运动或搏动伪影，但尚可用于诊断；4分，轻微伪影，不影响诊断；5分，无各类伪影。病灶检出评分：1分，病灶无法检出；2分，病灶部分可见，但无法清晰显示；3分，病灶可全部检出，但解剖细节欠清晰；4分，病灶可全部检出，解剖细节较为清晰；5分，病灶明确检出，解剖细节非常清晰。

1.4 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件。符合正态分布的计量资料以±s表示，等级资料以中位数(上下四分位数)表示。采用配对t检验比较MAGiC序列与常规序列图像SNR的差异，采用配对秩和检验比较MAGiC序列与常规序列获得图像的整体质量评分、伪影评分及病灶检出评分的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在相同分辨率条件下，常规序列和MAGiC序列对脑实质病灶显示无明显差异(图1)。MAGiC序列及常规序列获得图像的整体质量评分、伪影评分及病灶检出评分差异均无统计学意义(Z=-1.808、-1.640、-1.758，P均>0.05，表2)。MAGiC T1图像的SNR为978.71±152.17，MAGiC T2为592.13±85.51，MAGiC T1 Flair为611.80±142.60，MAGiC T2 Flair为408.07±82.31；常规序列T1 FSE图像的SNR为124.50±9.04，T2 FSE为76.99±7.46，T1 Flair为111.35±11.07，T2 Flair为76.54±12.19；MAGiC序列重建图像的SNR均高于对应的常规序列图像(t=-54.57、-59.30、-34.27、-40.32，P均<0.01)。

表1 MR常规序列及MAGiC序列扫描参数

注：NA：未测

表2 MAGiC序列及常规序列图像评分比较(人)

注： MAGiC序列及常规序列图像整体质量、伪影及病灶检出评分均无1、2分

图1 患者女，42岁，肺癌脑转移 A～D.分别为MR T1 FSE(A)、T2 FSE(B)、T1 Flair(C)、T2 Flair(D)序列扫描图像； E～H.分别为MAGiC T1(E)、MAGiC T2(F)、MAGiC T1 Flair(G)、MAGiC T2 Flair(H)序列重建图像

3 讨论

基于多个延迟多回波(multiple-delay multiple-echo, MDME)序列原理，MAGiC序列在不同TR内施加4个120°饱和脉冲，同时进行双回波采集，共生成8组对比图像。MAGiC序列中的多饱和脉冲可定量组织的T1，进而得到T1定量图；多回波采集可定量T2，进而得到T2定量图。获得组织T1值后，可计算出射频场的大小，即B1值。将T1、T2、B1值代入信号强度计算公式，可得到组织的磁化矢量M0值，进而获得质子密度(proton density， PD)定量图。已知T1、T2、B1及PD值后，通过相应的后处理软件，即可得到基于自旋回波序列任意对比的图像[3]。

除可得到常规的对比图像，采用MAGiC序列还可获得相位敏感翻转恢复(phase sensitive inversion recovery, PSIR)、双反转灰/白质(double inversion recovery-white matter or grey matter, DIR-WM/GM)等临床相对少用的对比图像，而这些对比图像对多发性硬化[4-6]、颜面血管瘤病综合征[7-8]等病变的诊断价值高于常规序列图像。双反转(double inversion recovery， DIR)具有良好的灰白质对比，通过MAGiC序列可进行灰白质分割[9]。通过后处理软件对原始数据的TE、TR、TI等参数进行随机调整后，采用MAGiC序列还可产生任意对比的图像。MR常规序列扫描得到的图像均为加权成像，各序列间相互影响，如T1加权成像易受PD及T2的影响。通过MAGiC序列扫描可获得T1、T2及PD的定量图，实现组织自身特性的绝对成像，同时为从形态学诊断到量化诊断提供基础[10]。

本研究结果显示，在分辨率相同的情况下，采用MAGiC序列和常规序列扫描获得的T1 FSE、T2 FSE、T1 Flair、T2 Flair图像整体质量并无显著差异，解剖形态表现类似，对病变检出的效果相当。本研究中，在图像伪影方面MAGiC序列和常规序列表现也很接近，与Tanenbaum等[11]研究结果一致。既往对转移瘤的研究[12]发现，MAGiC T1 Flair图像的血管搏动伪影少于常规T1 Flair图像，该序列更有利于显示小脑病灶，这可能与MAGiC序列采用的长ETL使血液流空效应更加显著有关。本研究中MR常规序列扫描总时间为10.5 min，而MAGiC序列在5 min内一次成像即可得到多种对比图像。有研究[13]报道，缩短扫描时间可减轻运动伪影。此外，对于一些不能长时间配合MR扫描的患者，缩短扫描时间可提高扫描成功率。既往有研究[14-17]报道了MAGiC序列应用于儿童头部成像的可行性，并认为其对头部疾病的诊断效能与常规序列相近。

在SNR方面，由于MAGiC序列的原理特殊，MAGiC序列重建图像的背景噪声为0，故MAGiC序列图像的背景噪声需在原始图像上测量。本研究在对应的原始图像相应的背景噪声处勾画4个面积为100 mm2的ROI，取4个ROI信号强度标准差的平均值作为MAGiC序列的噪声强度。本组MAGiC序列重建图像的SNR均高于对应的常规序列图像。更高的SNR可以确保MAGiC序列在图像显示上的效果不差于常规序列，为MAGiC序列的应用提供了客观依据。

本研究存在的不足之处：①样本量少，尤其是缺少儿童病例；②在参数设置方面，MAGiC序列和常规序列的分辨率、层厚和间距保持一致，但二者的带宽、回波链及激励次数等参数无法设置一致，可能会影响图像的SNR，造成结果偏倚；③MAGiC序列推荐的扫描时间为<5 min，相对于其他单个常规序列的扫描时间更长，患者在扫描期间可能运动或活动，可能导致图像质量下降。

综上所述，在对头部进行MR扫描时，MAGiC序列具有可与常规序列相媲美的图像质量，且图像SNR更高，临床应用前景广阔。