磁化准备真稳态进动快速成像序列在颅脑肿瘤增强中的应用

李 友，张树桐，余梦琴

1华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院影像科，武汉 430014

2华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科，武汉 430030

磁共振增强扫描采用钆对比剂影响组织弛豫时间来增加组织间信号差异、提高组织间对比度，因此常用于脑部疾病的诊断及鉴别诊断，不同组织间对比度越强，越容易识别病变组织[1- 3]。头部磁共振增强扫描常用二/三维扰相梯度回波(two/three dimensional spoiled gradient recalled，2/3D-SPGR)T1WI、自旋回波T1WI(spin echo T1WI，SE-T1WI)序列，其信号T1效应远大于T2效应，因对比剂在常规剂量下对T1效应的作用比对T2效应更加明显，故常用于增强[4- 7]，但利用T1WI增强只能显示血脑屏障破坏程度，对肿瘤的浸润边界有着局限性。也有报道将具有轻微T1效应的T2对比加权液体抑制反转恢复(T2-fluid attenuated inversion recovery，T2-FLAIR)序列应用于头部某些疾病的增强研究，并取得不错效果[8]。

Carr[9]于1958年提出真稳态进动快速成像(true fast imaging with steady state precession，True-FISP)序列，其信号强度取决于T2/T1值，比值越高信号越高，反之就越低，具有T1、T2双重效应。根据信号特点可用钆对比剂改变T1值来改变T2/T1值从而改变组织信号，提供组织间多种对比度。利用钆对比剂对True-FISP序列信号的改变，可将True-FISP序列用于头部增强。二维磁化准备真稳态进动快速成像(two dimensional magnetization-prepared true fast imaging with steady state precession，2D-MP-True-FISP)是在真实稳态自由进动梯度回波前施加1个磁化准备反转恢复脉冲，可以选择合适的反转时间来抑制相应的组织信号，从而提高对比度。本研究评估了2D-MP-True-FISP序列在颅脑肿瘤增强中的应用价值。

资料和方法

资料来源2020年6月至2021年4月华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院放射科行头部增强磁共振扫描(西门子SKYRA3.0)的患者60例，其中，男32例，女28例，平均年龄(58.7±9.8)岁(37～80岁)，平均体质量(63.4±9.8)kg(49～80 kg)；转移瘤24例，胶质瘤27例，脑膜瘤9例。本研究经华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书[院-文-伦函(2021)005]。

检查方法所有患者检查前告知相关注意事项，利用头颈联合线圈，增强前行常规平扫及研究序列平扫，增强后行研究序列扫描。采用钆布醇对比剂，按剂量0.1 ml/kg、流速2.5 ml/s，注射1min后行研究序列交叉扫描，研究序列包括2D-SPGR和2D-MP-TrueFISP。2D-SPGR序列参数：TR 250 ms，TE 2.49 ms，翻转角 70°，层厚6 mm，间距1.8 mm，层数20，分辨率0.7×0.7×6，采集时间72 s。2D-MP-TrueFISP序列参数：TR 7000 ms，TI 2500 ms，回波间隔3.8 ms，TE 1.9 ms，翻转角 90°，层厚 6 mm，间距1.8 mm，层数20，分辨率0.5×0.5×6，采集时间147 s。

数据处理将研究序列图像导入工作站，由2名具有5年以上神经系统诊断经验的医师对图像进行独立主观评分，意见不统一时，由第3名医师(10年经验)联合2名医师进行一致性评价，包括：(1)病灶的强化程度；(2)病灶边界的显示；(3)图像噪声。评分标准：1分，强化程度不明显、病灶边界显示不清、图像噪声大；2分，强化程度一般、病灶边界显示一般、图像噪声中度；3分，强化程度明显、病灶边界显示清晰、图像噪声小。利用交叉累积性评分(如1个病灶强化明显、边界显示不清晰、图像噪声中度，得：3+1+2=6分)。利用圆形感兴趣区(region of interest，ROI)(面积0.01cm2，像素5)在2D-SPGR与2D-MP-TrueFISP序列上同一层面测量病灶增强前后的信号强度各3次，测量白质信号3次，测量脑脊液信号3次，取3次测量信号平均值，利用公式对比度(contrast ratio，CR)=(SI病灶：平均值-SI白质：平均值/脑脊液：平均值)/SI白质：平均值/脑脊液：平均值计算信号强度比率，其中，SI为信号强度。

统计学处理采用SPSS 23.0统计软件，符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用配对样本t检验；不符合正态分布的计量资料以以M(Q1，Q3)表示，组间比较采用配对样本Wilcoxon符合秩和检验；P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

病灶在2D-MP-TrueFISP增强后的累积评分为9.0(9.0，9.0)分，明显高于2D-SPGR的7.0(6.0，7.0)分(Z=-6.86，P=0.00)(图1～3)。

2D-SPGR：二维扰相梯度回波；2D-MP-TrueFISP：二维磁化准备真稳态进动快速成像2D-SPGR：two-dimensional spoiled gradient recalled echo；2D-MP-TrueFISP：two-dimensional magnetization-prepared true fast imaging with steady-state precessionA.2D-SPGR平扫；B.2D-SPGR增强；C.2D-MP-TrueFISP平扫；D.2D-MP-TrueFISP增强A.2D-SPGR plain scan；B.2D-SPGR enhancement；C.2D-MP-TrueFISP plain scan；D.2D-MP-TrueFISP enhancement图1 女，45岁，胶质瘤(WHO 3级)患者，2D-SPGR平扫及增强上肿瘤和水肿分界不清，瘤体在2D-MP-TrueFISP增强上更加显著，肿瘤边界更清晰、完整(箭头)Fig 1 Glioma(WHO grade 3)of a 45-year-old female patient，the 2D-SPGR plain scan and enhanced scan showed the unclear boundary between tumor and edema，while 2D-MP-TrueFISP enhanced scan presented clear tumor and tumor boundary(arrows)

A.2D-SPGR平扫；B.2D-SPGR增强；C.2D-MP-TrueFISP平扫；D.2D-MP-TrueFISP增强A.2D-SPGR plain scan；B.2D-SPGR enhancement；C.2D-MP-TrueFISP plain scan；D.2D-MP-TrueFISP enhancement图2 男，55岁，转移瘤患者，瘤体在2D-MP-TrueFISP增强上更加显著，肿瘤边界更清晰、完整、显示瘤周水肿(箭头)Fig 2 Metastatic tumor of a 55-year-old male patient，the tumor was more significant in 2D-MP-TrueFISP enhanced scan，with clearer and more complete boundary，and peritumoral edema(arrows)

A.2D-SPGR平扫；B.2D-SPGR增强；C.2D-MP-TrueFISP平扫；D.2D-MP-TrueFISP增强A.2D-SPGR plain scan；B.2D-SPGR enhancement；C.2D-MP-TrueFISP plain scan；D.2D-MP-TrueFISP enhancement图3 男，29岁，非典型脑膜瘤患者，瘤体在2D-MP-TrueFISP增强上边界更清晰、完整，显示瘤周水肿(箭头)Fig 3 Atypical meningioma of a 29-year-old male patient，the 2D-MP-TrueFISP showed clearer and more complete boundary of tumor and peritumoral edema(arrows)

病灶在2D-SPGR和2D-MP-TrueFISP增强前后的CR差异均有统计学意义(P均<0.01)(表1)。病灶在2D-MP-TrueFISP 序列增强后的CR值，与白质比较和与脑脊液比较分别为1.58±0.46和8.50±2.47，均明显高于2D-SPGR的0.57±0.29(t=-17.38，P=0.00)和2.64±0.85(t=-19.71，P=0.00)。

表1 病灶在2D-SPGR与2D-MP-TrueFISP增强前后的CRTable 1 CRs of lesions before and after 2D-SPGR and 2D-MP-TrueFISP enhancement

讨 论

为了提高颅内病变的发现率、定位定性诊断的正确率，帮助临床术前评估和预后治疗，磁共振平扫联合增强扫描已在MRI中越来越普及。增强扫描的目的在于利用信号变化提高图像固有CR和信噪比，观察病变在增强作用下的信号变化，了解血脑屏障的完整性及血供情况，显示病变的内部结构，如变性、坏死、囊变、出血等，也能显示病变对周围正常组织的浸润情况[10- 11]。

梯度回波序列利用小角度激发，在很短的重复时间内利用回绕梯度对剩余横向磁化强度进行相位重聚，经过几个周期便可形成稳态自由进动(steady state free precession，SSFP)，此脉冲序列在3个空间编码梯度方向(相位梯度、选层梯度、频率梯度)上都进行了相位补偿，称此序列为TrueFISP，产生的信号强度依靠组织的T2/T1值[12]。因在3个编码梯度方向都进行了相位补偿，不易造成流动质子失相位，且流动质子的T2/T1值比较大，所以目前TrueFISP序列多用于心血管成像，成为心脏检查的金标准，可评估心功能及无对比剂冠状动脉成像[13- 15]。因大多数组织的T1值大于T2值，且钆对比剂在常规剂量下对T1值的改变比对T2值的改变更加明显，所以用钆对比剂缩短组织的T1值来改变T2/T1值，进而增加T2/T1值，就可以使吸收钆剂的组织在此序列上产生比较强的信号，从而应用于增强扫描中。由于脑脊液在此序列上表现为高信号，降低了CR，故设计在此信号采集前先施加1个磁化准备反转脉冲，选择合适的反转时间TI，抑制脑脊液的信号，提高CR，本研究中反转时间TI值取2500ms，对脑脊液具有很好的信号抑制。

SE-T1WI在脑部增强中会产生明显的搏动伪影，因此2D-SPGR序列已经成为颅脑增强的常用梯度回波序列[16]。2D-SPGR增强只能显示血脑屏障破坏程度，而非肿瘤的浸润边界。2D-MP-TureFISP序列是在TureFISP序列的基础上施加1个反转脉冲抑制相应组织的信号，目前用在无对比剂肾动脉成像中较多，少见用于增强[17]。本研究利用反转脉冲抑制脑脊液的信号，病灶周围的水肿得以显示，因此在2D-MP-TureFISP序列增强上能使肿瘤的边界与周围水肿的组织CR增强，提高了肿瘤边界的显示率，对临床手术有指导性作用[18]。由于2D-MP-TureFISP的基础信号取决于T2/T1值，当组织吸收钆对比剂后的T1值极有可能缩短到等于小于组织的T2值，导致组织信号及CR大幅度提升，有研究指出在增强作用下Ture FISP序列的CR是2D-SPGR序列的4倍[19]。本研究结果也显示，在增强作用下2D-MP-TureFISP序列的CR是2D-SPGR序列的4倍左右，推测其原因可能是扫描顺利的缘故，本研究使用的是交叉扫描，当2D-SPGR在前，2D-MP-TureFISP在后，随着对比剂浓度的升高及病灶对对比剂更多的吸收才可能导致这样的结果。

为了显示病灶周围的水肿，有时利用T2-FALIR序列行增强扫描，但T2-FALIR序列增强扫描对对比剂的浓度比较敏感，在低剂量下效果比较明显[20]。这也是其扫描的优势，但是对扫描时间的控制有一定的困难[21]。相较于T2-FALIR序列增强扫描来说，2D-MP-TureFISP序列也能在增强作用下很好地显示病灶周围的水肿，且因序列信号依靠组织T2/T1值的特点，在常规剂量下对对比剂的剂量敏感性与常规T1WI序列一样，所以对扫描时间的控制比较容易。由于T2-FALIR序列具有流空效应，可以排除血管的干扰，对脑膜强化及微小病灶强化病灶具有一定优势，虽血管2D-MP-TureFISP表现为高信号，但这也带来了一定的优势，本研究中可见肿瘤中来自于大脑中动脉的供血。

本研究存在以下不足之处：(1)纳入的病例数及病例种类较少，结果可能出现偶然性，未来应扩展病例数及病例种类进行深入研究。(2)因2D-MP-TureFISP不易造成流动质子失相位，且流动质子的T2/T1值比较大，导致血管在此序列上表现为高信号，这对脑膜强化及微小病灶强化病灶与血管的区分有一定的局限性。(3)启动增强扫描的时间过早，在对比剂吸收期进行不同的序列扫描，因序列间扫描时间的差异，可能会导致不同序列在不同浓度下进行，从而给结果带来一定的误差，虽本研究采用的是交叉扫描，但还是存在着一定的个体差异。

综上，本研究结果显示，MP-TureFISP相较于2D-SPGR用于脑部增强有着一定的优势，在日常增强扫描中，可以使用该序列作为普通增强的补充。