利用T1定量图谱测定体模钆塞酸二钠溶液浓度并探索其最佳扫描序列

董 帜，冯艳青，王 猛，蔡华崧，李子平，冯仕庭，彭振鹏

（中山大学附属第一医院放射诊断专科，广东广州 510080）

钆塞酸二钠（Gd-EOB-DTPA）是一种肝细胞特异性MRI 对比剂，已广泛应用于肝脏结节的诊断与鉴别诊断［1-4］，并开始应用于肝功能的评价［5］。Gd-EOB-DTPA 被肝细胞摄取的情况可以用肝脏信号强度或T1 定量图谱（T1 mapping）测量。由于组织信号强度的高低受很多因素影响，如脉冲序列、成像参数等，因此可能会带来误差［6-7］。而弛豫是组织的固有特性，在主磁场强度固定的情况下，其T1 值基本保持稳定，故在相同的主场强B0下得到的T1 值可以直接比较［6-7］。目前已有学者测定肝脏T1 弛豫时间并应用于肝功能的评估，但由于其测量所得结果亦存在差异［7-9］。因此选择最佳的扫描序列，快速获得T1 弛豫时间并准确测定是急需解决的问题。本研究拟用体模实验方法验证应用T1 定量图谱软件测量T1 值的准确性，并与目前应用较多的信号强度测量法进行对比，比较两种方法的各自的特点及其准确性，筛选出较优的扫描序列，为进一步临床应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 体模制作

参照Friedman 等［10］的研究方法制作体模。将1 支（10mL）Gd-EOB-DTPA 对比剂溶于1L 蒸馏水中，得到浓度约为1.814 g/L 的磁共振对比剂Gd-EOB-DTPA，再用蒸馏水稀释成12 种不同浓度，分装于每支容量为15 mL 的硬塑料试管中，再集中摆放于统一体模托架中。Gd-EOB-DTPA 与蒸馏水稀释比例及溶液浓度见表1（图1）。试管管径1.5 cm，高12 cm。每支试管内稀释后总的溶液量为10 mL，从试管1 到12 溶液浓度渐次减低，相邻两支试管之间的稀释比为0.6。

表1 体模溶液稀释比例及Gd-EOB-DTPA 浓度Table 1 Dilution rate and Gd-EOB-DTPA concentration of the phantom

图1 Gd-EOB-DTPA 溶液浓度分布Fig.1 Concentration of Gd-EOB-DTPA solution

1.2 扫描方案

检查设备为Magnetom Verio 3.0T 超导MRI（Siemens Heahhcare Sector，Erlangen，Germany），操作系统版本syngo MB17；使用8 通道相控阵体线圈。

实验采用健康志愿者踝关节肌肉作为参照物对比测量信号强度。扫描时志愿者取左侧卧位，左腿屈曲，右腿伸直。体模托架与健康志愿者右侧踝关节并列排放，长轴位于磁场中心并与主磁场平行，保证体模与踝关节处于同一水平。体模内液面保持于同一水平。首先获得体模横、冠、矢状位三个方向T1WI图像（FLASH序列，层厚3 mm，层间距1 mm，反转时间（reversetime，TR）：100 ms，回波时间（echo time，TE）：2.5 ms，翻转角70°），然后对体模溶液中部扫描。扫描序列及参数见表2，包含常用的T1WI 扫描序列以及能应用该MRI 设备所提供的T1Mapping 软件的T1WI 扫描序列。

利用Magnetom Verio 3.0T 超导MRIT1Mapping软件（MapIT software，SiemensHealthcare，Germa⁃ny），程序自动生成两个不同的反转角而保持其他所有参数不变，连续进行两次扫描，则可自动生成T1Mapping 图。

表2 MR 扫描序列及参数Table 2 MR scanning sequences and parameters

1.3 图像及数据分析

扫描结束后将所采集的图像传输至工作站（Siemens Leonardo Syngo 2009B）处理。T1WI 中的测量数据：体模溶液信号强度Sp，同一层面踝关节肌肉信号强度Sm。T1Mapping 扫描序列测量数据包括①体模溶液T1 值T1p；②同一层面踝关节肌肉T1 值T1m；③背景噪声水平T1n（测量层面靠近体模前、后、左、右方空气的噪声值水平的平均值）。

由2 名有15 年MR 诊断经验医师分别进行数据测量，每个部位分别测量3 次，并计算测量的平均值。感兴趣区（region of interest，ROI）的选择原则：尽可能接近体模管腔面积，并采用复制ROI 的方法测量踝关节肌肉信号及邻近体模空气噪声值。肌肉信号测量选取与体模测量同一层面相近水平截面积最大的肌肉，避开T1WI 显示的高信号脂肪间隙。

常规T1WI 扫描序列计算相对信号强度（rela⁃tive signal intensity，RSI），即体模信号强度（signal intensity，SI）与肌肉SI 比值，算式S=Sp/Sm。各T1Mapping 序列计算信噪比（signal to noise ratio，SNR），即体模T1 值与背景噪声的比值，算式：SNR=T1p/T1n。对比噪声比（contrast noise ratio，CNR）为体模T1 值与肌肉T1 值的差值的绝对值与背景噪声的比值，算式：CNR=｜T1p-T1m｜/T1n。

使用SPSS 19.0 for Windows（Statistical Pack⁃age for Social Science，Chicago，USA）统计软件进行统计学分析。采用Spearman 检验比较各种常规T1WI 扫描序列测定的SNR、CNR 以及T1Mapping序列测定的T1 值与对比剂浓度的相关性。用区组设计的方差分析及多重比较，分别比较三种T1Mapping 序列所得图像的SNR、CNR 的差异有无统计学意义。本研究中，均数置信区间设为95%，P值小于0.05 被认为具有统计学有意义。

2 结果

2.1 各种MR扫描序列测量信号强度与Gd-EOBDTPA 浓度的关系

各序列检查测定的体模SI 很好地涵盖了人体各类组织的SI，而0.6 的稀释比又不至于跨度过大，灰度分布及对比良好。随着对比剂浓度的减低，体模图像均逐渐由白变黑，SI 逐渐减低，体模SI 与Gd-EOB-DTPA 浓度分布呈正相关，但不同的扫描序列直接测量的SI 有较明显的差别（图2、3）。

图2 体模示意图及MR 图像Fig.2 Gd-EOB-DTPA phantom and MR image

采用Spearman 检验比较各种常规T1WI 扫描序列测定的SI，各序列测定的SI 与对比剂浓度分布均呈正相关，且相关性均有统计学意义（P<0.05）。从相关系数看三维容积内插体部检查（volume interpolated body examination，VIBE）序列及T1-3DX 序列最好（表3）。

图3 常规T1WI 扫描序列信号强度曲线Fig.3 Signal intensity（SI）cures of conventional T1WI scanning sequences

2.2 各种MR 扫描序列测量相对信号强度与Gd-EOB-DTPA 浓度的关系

以志愿者踝关节肌肉SI 为参照对比测量，绘制体模RSI（S1=Sp/Sm）曲线（图4）。RSI 与Gd-EOB-DTPA 浓度分布呈正相关。采用Spearman 检验比较各种常规T1WI 扫描序列测定的RSI，各序列测定相对信号强度与对比剂浓度分布相关性均有统计学意义（P<0.05）。VIBE、T1-3D 序列的相关性最好（R=1.000；表4）。SI 与RSI 测定对评价对比剂浓度分布几乎没有差别。

2.3 各种T1Mapping 扫描序列T1 值与Gd-EOB-DTPA 浓度的关系

利用T1Mapping 软件，VIBE、T1-fl2d、T1-3D均可获得体模T1 图，在工作站上可以直接测量体模溶液、组织T1 值（表5；图5）。

表3 常规T1WI 扫描序列测定的信号强度与Gd-EOB-DTPA 浓度分布相关性Table 3 Correlation between the signal intensity of traditional T1WI scan and the concentration distribution of Gd-EOB-DTPA solution

图4 常规T1WI 扫描序列相对信号强度曲线Fig.4 Relative signal intensity（RSI）cures of conventional T1WI scanning sequences

表4 常规T1WI 扫描序列测定的相对信号强度与Gd-EOB-DTPA 浓度分布相关性Table 4 Correlation between the related signal intensity of traditional T1WI scan and the concentration distribution of Gd-EOB-DTPA solution

表5 各种T1Mapping 扫描序列T1 值Table 5 T1 value from different T1Mapping scanning sequences

体模溶液T1 值与Gd-EOB-DTPA 浓度分布呈负相关，即Gd-EOB-DTPA 浓度越高，T1 值越低（图6）。不同的扫描序列所得T1 值无明显差异。采用Spearman 检验比较各T1Mapping 序列测定T1值，可见三者相关系数相同，与Gd-EOB-DTPA 浓度分布相关性均有统计学意义（P<0.05；表6）。

2.4 T1Mapping 扫描序列图像质量比较

VIBE、T1-3D和T1-fl2d序列的SNR（F=102.214，P=0.000）、CNR（F=37.989，P=0.000）间具有统计学差异。VIBE 序列的SNR、CNR 均高于T1-3D、T1-fl2d（P<0.05），而T1-3D 与T1-fl2d 的SNR、CNR 差别均无统计学意义（P>0.05；表7、8）。

图5 不同扫描序列获得的T1Mapping 图Fig.5 T1Mapping acquired using different sequences

图6 各种T1Mapping 序列测定T1 值曲线Fig.6 T1 value curves measured by different T1Mapping sequences

3 讨论

Gd-EOB-DTPA 应用于肝脏疾病评价时，RSI测定的方法往往采用肌肉或者脾脏作为SI 对比测量［11-12］。由于肌肉的SI 相对脾脏更稳定、均匀，是良好的参照物，故本实验采用健康志愿者踝关节肌肉作为参照，与体模测定的SI 作为对比研究。

本研究中，各种常规T1WI 扫描序列测定的信号强度与对比剂浓度分布相关性研究中，除SE 序列外，其余各序列测定的SI 及RSI 变化曲线与对比剂浓度曲线均吻合。SI 及RSI 曲线中发现，SE序列在Gd-EOB-DTPA 浓度更高的试管1-2 信号SI 及RSI 反而低于试管3-4，可能与SE 序列扫描时磁场的不均匀有关。上述结果表明，采用SI或RSI 定量Gd-EOB-DTPA 浓度容易出现较大的偏差。原因是T1WI 检测到的信号强度不是组织固有的T1 值［13］，不仅受到主磁场的影响，还受到脉冲序列、成像参数、射频放大器的增益等的影响，其测量值的直接比较会带来较大的误差［6，7］。

表6 T1Mapping 扫描序列测定T1 值与Gd-EOB-DTPA 浓度分布相关性Table 6 Correlation between the T1 value from different T1Mapping scanning sequences and the concentration distribution of Gd-EOB-DTPA solution

表7 T1Mapping 序列图像的信噪比、对比噪声比Table 7 The Signal to Noise Ratio（SNR）and contrast noise ratio（CNR）of T1Mapping sequences

表8 T1Mapping 序列图像的信噪比、对比噪声比的多重比较Table 8 Multiple comparison of the Signal to Noise Ratio（SNR）and contrast noise ratio（CNR）of T1Mapping sequences

因此，要对Gd-EOB-DTPA 的分布情况进行准确的评估及比较，必须测定组织的T1 弛豫时间。组织的T1 值测定往往需要改变某个参数来获得2 组或2 组以上的图像，各次扫描必须保持目标参数外所有成像参数及解剖位置一致［14］。但在体部扫描中因为容易受呼吸等运动的影响，很难做到解剖位置不变［15-16］。既往T1 值测定主要是利用SE 或IR 两种序列［14，17-19］，改变TR 或TI，保持其他参数不变，测量不同图像上组织的信号强度，利用复杂的公式计算T1 值。但这些方法存在费时、容易产生呼吸伪影、误差较大等缺点。

目前已经研发出先进的T1Mapping 软件［20］，自动计算各个像素的T1 值并能合成组织的T1图，能方便快捷地获得组织的T1 图。本研究使用Magnetom Verio 3.0T 超导MRI 扫描仪的三种常用T1WI 序列：VIBE、T1-3D、T1-fl2d，均可获得T1图，可以直接测量体模溶液、组织T1 值。从各T1Mapping 序列测定T1 值曲线可以看到，体模溶液T1 值与Gd-EOB-DTPA 浓度分布呈负相关，即Gd-EOB-DTPA 浓度越高，T1 值越低。不同扫描序列所得T1 值没有明显的差异。采用Spearman检验比较各T1Mapping 序列测定T1 值，三者相关系数相同，与Gd-EOB-DTPA 浓度分布相关性均有统计学意义。在三者的图像质量比较中，VIBE序列SNR、CNR 均高于T1-3D、T1-fl2d，而T1-3D与T1-fl2d 序列的SNR、CNR 差别均无统计学意义，由此可见，VIBE 序列获得的T1 图质量更好。

T1 值的测量过程中影响结果的主要因素是图像的信噪比。而其他的一些因素，如：梯度场的不准确、涡流（eddy current）以及射频激发的不均匀性、不准确性亦可能对测量产生影响［14］。因此，使用VIBE 序列进行T1Mapping 测定能获得更稳定可靠的结果。更重要的是，在扫描所需时间上，VIBE 序列以不同反转角两次扫描获得体模长80 mm 层厚1 mm 的T1Mapping 图仅需22 s，T1-fl2d 序列获得体模长21mm 的T1Mapping 图需要48 s，而T1-3D 序列获得体模长80 mm 层厚1 mm 的T1Mapping 图更是需要16 m 46 s。因此，在临床肝脏检查应用中，T1-fl2d 序列特别是T1-3D 序列难以避免呼吸运动的影响而获得满意的T1 图。

本研究证实了T1Mapping 软件能准确测量Gd-EOB-DTPA 体模的T1 值。在T1Mapping 的各种序列中，VIBE 序列扫描速度快，在层面很薄时仍然保持着很高的信噪比，更适用于Gd-EOBDTPA 肝脏增强MR 检查。