比较优化STIR和IDEAL两种脂肪抑制技术在金属植入物MRI的应用价值

刘杰，王传兵，陈晓宇

1.南京医科大学附属儿童医院 放射科，江苏 南京 210008；2.南京医科大学第一附属医院 放射科，江苏 南京 210029；3.苏州吉美瑞医疗器械股份有限公司，江苏 张家港 215625

引言

随着医疗技术的不断发展和MRI扫描技术的提高，脊柱手术金属内固定的应用及术后磁共振检查的需求也越来越多。人体脊柱中含有大量的脂肪，脂肪组织在磁共振T1、T2加权成像中均表现为高信号，由于磁共振成像部分容积效应的存在会使高信号的脂肪组织周边的等信号和低信号病灶信号升高，带来病灶漏诊或误诊，脂肪抑制技术可以使病变组织与正常组织之间的对比增加，给疾病诊断及鉴别诊断提供可靠真实的依据[1-4]。金属植入物会造成脂肪抑制不均匀、产生金属伪影，影响磁共振图像质量。合理选择脂肪抑制技术不仅可以明显提高图像质量，还可减轻因金属植入物而产生的磁化率伪影，增加病变的检出率。

短时反转恢复（Short TI Inversion Recovery，STIR）的脂肪抑制技术磁敏感伪影较小、对主磁场的均匀性不敏感，现已成为金属内固定患者脂肪抑制的首选方法[5-7]。三点非对称法脂肪抑制技术（Iterative Dixon of Water-fat with Echo Asymmetry and Least-squares Estimation，IDEAL） 是一种全新的Dixon水脂分离技术，它结合了非对称采集技术与迭代最小二乘水脂分离算法，三次采集的时间点分别是-π/6，π/2，7π/6，因磁场不均匀导致的相位差可以由此计算出来，在此基础上还可以对T2衰减、脂肪的多谱峰分布等进行矫正，可以得到更精确的图像[8-11]。本文采用的IDEAL脂肪抑制技术和优化STIR（在STIR序列基础上适当增加带宽、减小回波时间）脂肪抑制技术作对比，探讨其在金属内固定患者脂肪抑制的可行性，为IDEAL脂肪抑制技术服务临床提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 病例资料

本研究为前瞻性研究且经过南京医科大学第一附属医院医学伦理委员会批准（批准文号：2014-SR-050），排除植入非兼容性心脏起搏器、胰岛素泵等磁共振绝对禁忌症患者，所有受试者均已签署知情同意书。选取南京医科大学第一附属医院腰椎金属内固定术后且需行磁共振检查患者30例，男19例，女11例，年龄42～73岁；平均（64±5）岁。

1.1.2 使用器材

GE Signal HDe3.0 T MR 成像设备，16通道腰椎线圈，锐科影像存储和传输系统（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）软件。

1.2 检查方法

所有患者采用头先进、仰卧位，扫描范围包括检查所有椎体，除常规标准序列外加做矢状位T2-优化STIR序列和T2-IDEAL序列，以T2-优化STIR序列组为对照组、T2-IDEAL序列组为实验组，所有矢状位采用相同定位方式以保证各层面解剖位置相同。各序列扫描参数设置如表1所示。

表1 腰椎检查优化STIR和IDEAL技术扫描参数

1.3 测量方法

将所有所得磁共振图像上传到锐科PACS软件进行分析。使用软件自带的测量工具，分别在腰1椎体中心、椎体后方腰大肌区域、椎体外区域设置感兴趣区。要求所有感兴趣区的面积相同，测量信号强度的平均值及其标准差。方法如图1～2所示。

图1 优化STIR序列信号测量示意图

图2 IDEAL序列信号测量示意图

测量理论依据：信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）是指图像中信号强度与背景噪声的比值，SNR=SI组织/SD背景，其中SI组织为椎体的信号强度，SD背景为椎体外空气区域信号标准差。对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）是指不同组织间信号强度差值与背景噪声的比值，CNR=| SI1-SI2|/ SD背景，其中SI1为椎体信号强度，SI2为椎体后缘腰大肌信号强度，SD背景为椎体外空气区域信号标准差。

1.4 图像分析

由2名具有经验的影像医师分别对30组图像行双盲评分。评分标准参照 Brook5分法评分（1～5级）：1级，伪影严重，周边及远处结构完全不能显示；2级，伪影较重，周边及远处结构基本不能显示；3级，伪影较小，周边结构基本显示、远处结构不影响；4级，伪影小，周边结构显示清晰；5级，无伪影[4]。脂肪抑制均匀性的参考标准如下：1分：脂肪抑制非常不均匀；2分：脂肪抑制不均匀；3分：脂肪抑制一般；4分：脂肪抑制较均匀；5分：脂肪抑制非常均匀。

1.5 统计学分析

采用SPSS 19.0统计软件对数据进行分析。计量资料采用均数±标准差（±s）表示，组间比较采用t检验，主观评分采用非参数秩和检验，均以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 主观评价

含金属内固定磁共振检查中采用优化STIR和IDEAL两种序列脂肪抑制均匀性主观评分。秩和检验结果为3.47±0.51、3.63±0.50（z=-1.342，P=0.187）。客观评价 ：优化STIR和IDEAL两种序列客观指标：SNR、CNR、金属伪影大小结果，见表2。

表2 优化STIR和IDEAL两种方法结果比较

2.2 患者影像图片

30例腰椎内固定患者中，优化STIR序列显示椎体附件区及椎旁软组织水肿23处，术区见积液影5处，相邻软组织轻度肿胀8处，椎管内脊髓局部轻度水肿5处，IDEAL序列发现椎体附件区及椎旁软组织水肿25处，术区见积液影5处，相邻软组织轻度肿胀8处，椎管内脊髓局部轻度水肿7处。图3和图4图像为男性46岁腰椎间盘金属内固定术后患者（图3中a～c白箭头处与图4中a～c白箭头处相比高信号区明显大）。

图3 优化STIR脂肪抑制技术

图4 IDEAL脂肪抑制技术

3 讨论

金属植入部位易发生并发症包括感染、疤痕黏连、硬膜外血肿、移位、磨损、破裂等。磁共振成像技术特别是其脂肪抑制技术对于植入物周围病变诊断具有很高的特异性，它在骨科疾病的诊断和后期评价中起到不可替代的作用。但是，金属植入物破坏磁场局部的均匀性引起几何失真和信号强度失真，产生伪影进而影响局部图像诊断。

3.1 优化STIR脂肪抑制技术的应用

STIR技术是利用脂肪组织的短T1特性，在脂肪组织的纵向磁化矢量为零时发射射频脉冲，通过此种激励方式可以抑制脂肪组织信号。STIR技术对磁场的均匀性要求较低，对植入物造成的不均匀性不敏感，产生的金属伪影较小，抑制脂肪效果更好，能够降低金属植入物对周围组织的影响，避免信号丢失，在显示术后疤痕黏连、金属植入物周围感染及硬膜外血肿等并发症更加清楚[12-15]。本文使用的优化STIR抑脂序列是在STIR序列的基础上增加扫描带宽、减小回波时间，增加扫描带宽有助于减少MR信号的位移，使脂肪抑制更加均匀，减少金属伪影效果更好[16]。但由于STIR技术选择性低，若体内某一组织的T1值与脂肪组织接近，它的信号就会同时被抑制掉，正常组织的信号随之丢失，所以SNR和CNR相对低于IDEAL技术，这也与本文结果相一致。

3.2 IDEAL脂肪抑制技术的应用

IDEAL技术是在快速自旋回波序列基础上发展而来的，它的180°聚焦脉冲可以弥补磁场的不均匀造成的氢质子快速失相位，使信号丢失得到改善。因此，IDEAL技术可以有效减小因金属植入物造成的质子失相位而形成的明暗相间的伪影。

另外，IDEAL技术的三次非对称采集，相当于MR参数卡里激发次数设为3，这大大提高了图像SNR。同一次扫描就可以得到水相、脂相、同相位、反相位四种对比，而且水相位图像可以取代普通的T2加权图像，相较于优化STIR技术还可以间接减少扫描时间，提供更多的诊断信息。

近年来，关于椎体脂肪抑制技术的应用多为化学位移成像法、翻转恢复成像法，对于IDEAL技术应用特别在金属内固定中应用报道较少。有学者报道利用化学位移成像对脊柱病变进行研究得出化学位移法脂肪抑制对于脊柱病变良恶性诊断有较好的效果，但对于金属植入物患者因其伪影较大显示有用诊断信息有限，我们前期对于金属植入物患者应用STIR技术和化学位移法做了比较，结果显示STIR技术对于金属伪影显示较好，但其SNR会降低[15]。一些学者应用IDEAL技术应用于眼眶及颈部等磁敏感伪影较大的部位获得良好的抑脂效果，用于腰椎金属内固定患者脂肪抑制尚未见报道[17-20]。本项目创新性利用了IDEAL技术对磁场均匀性不敏感这一特性，在30例腰椎内固定患者应用中获得良好的效果。

目前关于减少磁共振金属伪影的研究有一些新的序列设计，像可变共振图像选择性激发采集技术，它是结合可变共振图像技术和片编码金属伪影矫正技术，可以保证在高SNR的情况下显著减少金属所致的磁敏感伪影[21-23]。此技术是在原理上施加额外的序列激发脉冲，但对设备硬件要求较高，目前国内此类磁共振机型非常少，应用性不高，而各厂家都有类似的IDEAL技术，应用比较广泛。

综上所述，当金属植入物扰乱磁场时，IDEAL技术不仅可以减少金属伪影，得到更高的SNR和CNR，还可以间接缩短扫描时间。因此IDEAL技术可以作为脊柱金属内固定术后患者行磁共振检查脂肪抑制成像的可靠选择。