颅脑磁共振波谱成像技术及其质量控制*

2020-06-08付丽媛梁永刚许尚文陈自谦

中国医学装备 2020年5期

付丽媛梁永刚钟群肖慧许尚文陈自谦*

磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)技术是一种无创活体生化分析方法，可从生化代谢方面对病变诊断提供依据，近些年被广泛用于疾病的诊断，尤其是将MRS技术应用于颅脑占位性疾病的检查，为疾病诊断提供生化代谢信息，有利于颅脑疾病的影像学精准诊断[1-6]。颅脑MRS主要通过磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)设备检测胆碱(choline，Cho)化合物、N-乙酰天门冬氨酸(N-acetyl aspartate，NAA)和肌酸(creatine，Cr)等代谢产物的比值实现鉴别颅脑占位性病变的性质，从而为患者提供精准的术前诊断，并提供重要的临床评估依据[7-9]。本研究旨在分析颅脑占位性病变患者的MRS检查资料，归纳总结颅脑MRS失败及成像质量不满足诊断要求的原因，同时提出了质量控制措施，为进一步做好颅脑MRS检查提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2015年9月至2018年12月间在解放军联勤保障部队第900医院就诊的124例颅脑MRS检查资料，其中女性43例，男性81例；年龄5～78岁，平均年龄(45.59±16.74)岁，所有患者均为颅脑占位性病变，临床及影像检查资料齐全。所有患者检查前均签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①患有颅脑占位性病变的患者；②MRI检查前未行手术、放化疗或其他干预治疗；③能够耐受高场强MRI检查；④MRI检查结束后1～2周内行手术，能够获取病变的病理结果。

(2)排除标准：①病变最小径＜8 mm；②有MRI检查禁忌症。

1.3 仪器设备

采用Siemens Skyra型及Trio 3.0T MRI设备(德国西门子公司)。

1.4 检查方法

采用Siemens Skyra型及Trio 型3.0T MRI，多通道相控阵头线圈。患者仰卧于检查床，头先进，用泡沫垫固定头部，激光定位灯十字交叉对准两眉间连线中点，对患者行颅脑MRS扫描。

1.5 扫描序列及参数

(1)矢状位T2WI-3D序列扫描：扫描参数为重复时间(repetition time，TR)为3200 ms，回波时间(echo time，TE)为400 ms，视野(field of view，FOV)为250 mm×250 mm，扫描层厚1.0 mm，层间距0 mm，扫描层数176层，矩阵256×256，激励次数(number of excitation，NEX)为1，重建病灶区域轴位与冠状位图像，用于后续MRS扫描定位。

(2)颅脑常规序列扫描：包括轴位T1WI、轴位液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery，FLAIR)及轴位弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)，于增强扫描前进行颅脑MRS检查。MRS扫描采用多体素3D化学位移成像技术，扫描参数TR为1700 ms，TE为135 ms，平均激励次数3次，体素大小根据病灶大小灵活调整，约为10 mm×10 mm×10 mm，扫描方位轴位，扫描时间为6 min 35 s。感兴趣区域(region of interest，ROI)的感兴趣容积(volume of interesting，VOI)应包含颅脑病变区域及周围的正常脑组织，并尽量避开血管、脑脊液、空气、脂肪、坏死组织、钙化区和骨骼。FOV通常为VOI的2～3倍，于VOI前后、左右及上下6个方向添加预饱和带，采用手动匀场对磁场均匀性进行调节，要求半高宽≤20 Hz方能进行MRS扫描。扫描过程中患者制动。扫描结束后数据自动传送至后处理工作站对MRS进行规范化后处理。颅脑MRS定位见图1。

2 结果

2.1 高质量颅脑MRS的谱线表现

图1 颅脑MRS定位示意图

在124例患者中，有109例患者的颅脑MRS脂肪抑制及水抑制好，谱线基线平稳，代谢物化学位移位置正常，谱线质量较高，较好的反映了颅脑各化合物代谢情况，对颅脑占位性疾病的诊断提供了较为可靠的依据，见图2。

图2 颅脑MRS谱线高质量表现

2.2 成像质量低的颅脑MRS谱线表现

在124例患者中，有15例患者因多种原因导致MRS失败或波谱成像质量不满足诊断要求，其中1例因抑脂抑水效果不佳导致谱线杂乱，见图3。

图3 抑水抑脂效果对颅脑MRS谱线的影响

有4例因患者配合欠佳导致谱线基线不稳、波谱谱线形态差；10例因匀场效果不佳导致谱线基线不稳、谱线杂乱，见图4。

3 讨论

图4 颅脑随机运动与磁场均匀度对颅脑MRS谱线的影响

MRS可无创观察组织代谢及生化变化，越来越多的被用于颅脑占位性病变的诊断及鉴别诊断。MRS结合结构成像可得到更多的诊断信息，从而极大提高诊断准确率。由于MRS检出的化合物的信号非常弱，且影响因素众多，要求须对其整个扫描流程进行质量控制[10]。

3.1 检查前准备与配合

MRS检查成功的最基本条件是患者检查前的充分准备与良好配合。检查前需与患者做好沟通，告知其检查过程，签署知情同意书，克服恐惧及紧张心理，尽量取得患者的良好配合，尤其是要告知患者在检查中制动，对于配合欠佳的儿童患者在必要的情况下可口服水合氯醛镇静，该方法成功率高、刺激小、操作简单且起效快[11]。

3.2 空间定位技术

MRS空间定位技术一般分为单体素技术和多体素技术。单体素技术采集的仅为一个体素内的回波信号，适合单发病灶，但由于其提供的生化代谢信息有限，故在临床颅脑占位性病变检查中很少使用；多体素采集技术可分为2D及3D的多体素采集，其优点是一次采集覆盖的范围大，在选定的VOI内可得到多个体素的代谢物谱线[1]。颅脑MRS既需要病灶区域的谱线，同时又需要正常脑组织代谢物谱线作为对照，故在日常工作中颅脑波谱多采用3D多体素成像技术。

颅脑MRS扫描序列定位要尽量避开血管、脑脊液、空气、脂肪、坏死组织、钙化区和骨骼，这些区域易产生磁敏感伪影，降低分辨率和敏感性，掩盖代谢物的检出。VOI应包含颅脑病变区域及周围的正常脑组织，以在诊断时方便进行对比。FOV设置为VOI的2倍，接下来按顺序添加6条饱和带以减少周围组织信号对MRS的影响。6条饱和带分别设置在VOI区域的前后、上下和左右，从而最大程度减少周围组织信号的影响。为提高磁场均匀度，可采用手动匀场对磁场均匀性进行调节，以获得更高的谱线质量。

3.3 扫描参数优化设置

要想得到高质量的MRS谱线，需合理设置以下重要的参数：①选择恰当的TE时间。MRS检查TE值的设置范围为30～270 ms，颅脑MRS的TE值设置为135～145 ms比较合适，不但能够良好显示代谢物，同时保证了足够的信噪比[12]；②体素大小。体素大小可根据病灶的大小灵活设置，病灶大体素可适当调大，但注意不能超过病灶的范围，病灶小，体素也要减小；③平均次数的设置。由于MRS所获得的信号要弱得多，因此MRS采样必须重复多次，推荐3～6次，扫描时间在6 min左右，扫描时间以患者可以耐受且信噪比也能达到诊断要求；④脂肪抑制和水抑制的设置。脂肪抑制和水抑制可以减轻MRS谱线的脂肪和水的污染，以得到更加稳定的基线和准确的代谢物。

3.4 手动匀场保证较好的主磁场均匀度

做好MRS需要主磁场必须十分均匀，否则会导致MRS共振频率波峰宽大，因此推荐采用手动匀场的方法对磁场均匀性进行调节后再进行MRS扫描。具体方法为：进入手动匀场选项，依次进行频率调节、射频幅度调节、水抑制及交互匀场，保证半高全宽≤20 Hz，然后再进行MRS扫描[13]。

3.5 规范化的后处理及显示与评估

扫描结束，数据传送至后处理工作站，使用专用后处理软件进行规范化后处理，在显示与评估过程中需要注意以下事项。①选择的MRS算法模型TE值要与扫描用的TE值一致；②精准定位体素，以保证所评估的体素是真正的VOI所定位到的体素；③以彩图的格式显示测量值，彩色打印并上传至影像归档及传输系统(picture archiving and communication systems，PACS)系统。