优化REACT技术的T2预脉冲时间和反转延迟时间的初探

2022-09-28陶黎朱嵬张晓宇左子钰刘传杨柳张志伟吕发金

中国医疗设备 2022年9期

陶黎，朱嵬，张晓宇，左子钰，刘传，杨柳，张志伟，吕发金

重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016

引言

磁共振血管造影术（Magnetic Resonance Angiography，MRA）在血管形态学和病理学评估方面临床应用广泛，并具有微创、无电离辐射的优点。由于对比增强（Contrast enhanced，CE）MRA对捕获对比剂第一次通过的有限采集窗口存在限制[1-2]和钆对比剂安全性的问题[3-4]，引起了人们对可重复性高的非对比增强（Non-Contrast Enhanced，NCE）MRA技术的广泛关注[5]。

研究表明，优化的无需对比剂和触发的松弛增强血管造影技术（Relaxation-Enhanced Angiography without Contrast and Triggering，REACT）能够产生良好的血管对比度，并具有强大的脂肪抑制功能，且无须进行图像减影，并可以在自由呼吸状态下，无需门控触发进行扫描[6]。REACT的基本原理是首先采用由4个绝热再聚焦脉冲组成的T2预脉冲，然后再施加短反转时间（Inversion Time，TI）的非选择性绝热反转恢复脉冲（Short Tau Inversion Recovery，STIR），随后应用改良的三维两点化学位移-水脂分离超快速场回波脉冲序列（Modfied Two-Point Chemical-Shift Water-Fat Separated Turbo-Field Echo，mDIXON TFE），该序列使用了半弹性回波时间[7]、磁场畸变的先验信息[8]和七峰脂肪模型重建[9]。其中T2预脉冲通过利用动脉和静脉T2弛豫弛豫时间的差异，以及减少短T2弛豫时间（如骨骼肌）的信号，促进动脉和静脉之间信号分离[10]；而STIR脉冲抑制短至中等T1和T2弛豫时间的组织信号（如内脏和神经）[11]。基于此，本研究旨在通过优化T2预脉冲时间和STIR的TI时间这两个关键参数，以设置最优时间参数、提高REACT技术在中心静脉血管成像的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和图像质量。

1 对象与方法

1.1 一般资料

前瞻性收集2021年4—6月期间健康志愿者。纳入标准：① 身体健康；② 体内无金属植入物。排除标准：① 幽闭恐惧症；② 妊娠期女性；③ 不能耐受长时间检查。最终纳入本研究的志愿者共12名，其中男6名、女6名；年龄24～33岁，平均年龄26.3岁。所有志愿者检查前均已签署知情同意书。本研究已获得我院伦理委员会批准（审批号：2022-028）。

1.2 方法

1.2.1 设备及参数

采用Philips Ingenia DNA 3.0T MRI扫描仪。12名志愿者均采用仰卧位，足先进，自由呼吸状态下进行扫描。REACT主要参数：视野500 mm×420 mm，扫描体素1.4 mm×1.4 mm×3.0 mm，重建体素0.65 mm×0.65 mm×1.50 mm，T2预脉冲时间（ms）和反转延迟时间（ms）待优化，采用改良的水脂分离技术，重复时间 3.70 ms，双回波时间1.31/2.40 ms。翻转角12°，超快速场回波激发时间395 ms，激发间隔3000 ms，激励次数3次，冠状位扫描100层，扫描时间273 s。

1.2.2 T2预脉冲时间和TI设置方法

Yoneyama等[13]将REACT用于3.0 T磁共振，在介绍REACT成像参数时将T2准备时间设置为50 ms，TI设置为100 ms。本研究基于这两个时间点进行设置，在不改变其他参数的情况下，当T2预脉冲时间低于46 ms会出现扫描冲突，当达到110 ms时，中心静脉的图像质量明显下降影响诊断，故将T2预脉冲时间分别设置为46、50、60、70、80、90、100、110 ms；同理将TI分别设置为55、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150 ms，见图 1。每位志愿者均完成两组不同时间设置的扫描。

图1 T2预脉冲时间和反转延迟时间上限设置

1.2.3 中心静脉各段血管SNR测量方法

在Philips的星云三维影像数据中心（IntelliSpace Portal，ISP）上获得升主动脉、上腔静脉、左侧无名静脉、左侧锁骨下静脉、右侧无名静脉及右侧锁骨下静脉的平均（mean）值和标准偏差（Standard Deviation，StdDev）值，SNR=mean值/StdDev值，其中感兴趣区（Region of Interest，ROI）为22 mm2。将每组数据中SNR的最高数值视为该组最佳SNR。

1.2.4 图像后处理方法

所有图像由2名放射科医师独立进行测量计算，取其结果的平均值进行统计学分析，所有数据测量均在ISP获得。

1.3 统计学分析

采用SPSS 20.0软件对数据进行统计分析。取每组SNR数据最高值，统计其出现的频次，分析最佳SNR出现的时间点，计数资料用n（%）表示，采用χ2检验，计量资料用±s表示，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 最佳SNR出现的时间点

T2预脉冲时间在不同时间点各段血管最佳SNR出现的频次情况：46、50、60、70、80、90、100、110 ms分别为13.89%、27.78%、11.11%、22.22%、11.11%、5.56%、2.78%、5.56%（图2a）。TI在不同时间点各段血管最佳信噪比出现的频次情况：55、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150 ms分别为3.45%、3.45%、17.24%、6.9%、10.34%、3.45%、3.45%、6.9%、20.69%、17.24%、3.45%（图2b）。当T2预脉冲时间为50 ms此时TI时间为100 ms时（图2c），以及当TI为130 ms此时T2预脉冲时间为50 ms时（图2d），升主动脉、上腔静脉、左侧无名静脉、左侧锁骨下静脉、右侧无名静脉、右侧锁骨下静脉均表现良好的信噪比。由图3可知，T2预脉冲时间为50 ms时，MIP及VR均能清晰显示中心静脉各段血管，但肺血管显示稍显模糊（图3a～b）；TI为130 ms时，MIP及VR不仅能清晰显示中心静脉各段血管，而且能清晰显示肺血管，而且血管的分支显示更为丰富（图3c～d）。总体上，当TI为130 ms此时T2预脉冲时间为50 ms时整体的信噪比和图像质量均优于当T2预脉冲时间为50 ms此时TI时间为100 ms时。

图2 T2预脉冲时间和TI在不同时间点各段血管最佳SNR出现的频次情况及最佳时间点各段血管SNR情况

图3 T2预脉冲时间为50 ms（a～b）及TI为130 ms（c～d）时图像质量对比

2.2 图像质量主观评价

通过比较，不同的T2预脉冲时间设置时，T2预脉冲时间为50 ms时整体图像质量最佳，随着T2预脉冲时间的增加，图像质量出现不同程度的降低（图4）；不同的TI时间设置时，TI时间在55～140 ms范围内，整体图像质量呈上升趋势，但TI时间为150 ms时，图像质量明显降低（图5）。

图4 不同的T2预脉冲时间设置图像质量的比较

图5 不同的TI时间设置图像质量的比较

3 讨论

REACT利用3D磁化准备双回波DIXON水脂分离脉冲序列，结合非平衡读出梯度，对磁场的不均匀性非常不敏感，即使在大视野扫描时也能提供强大的血液组织对比度和均匀的脂肪抑制，该技术与血流无关，因此不需要心电触发和图像减影，从而缩短扫描时间并避免配准伪影，可同时以良好的空间分辨率评估动脉和静脉，还允许自由呼吸状态下采集图像，这对无法屏气的患者（如儿童）应用效果更佳[12-14]。该技术的最核心特点是IR脉冲是在T2准备脉冲后立即施加，选择短TI，主要抑制短至中T1和T2的静态组织的信号。TI时间具有关键作用，因为T2准备脉冲可以抑制T2较短的组织（如肌肉、神经及内脏），所以选择较短的TI即可消除残余信号。这两种准备脉冲会使长T1的液体组织（如水肿、脑脊液或滑膜积液）表现为高信号，从而导致动脉-静脉对比度降低[15]。故设置合适的T2准备时间和TI至关重要。

目前T2准备时间和TI的设置尚未统一，本研究旨在通过设置不同的时间，得到中心静脉血管SNR和图像质量最优的参数。Yoneyama等[6]将REACT用于3.0 T磁共振，T2准备时间为50 ms，TI为100 ms。Tan等[16]将REACT用于全身血管成像的临床研究中，T2准备时间为 50 ms，TI为 70～105 ms。Dillman等[17]将 REACT用于儿童血管造影，T2准备时间为50 ms，TI为最短73 ms。Pennig等[18]将改良的心电触发的REACT用于先天性心脏病肺血管成像，T2准备时间为30 ms，TI未展示出来。Pennig等[19-20]将REACT用于胸主动脉成像并与CE-MRA用于急性脑卒中颅外动脉的快速成像研究中，T2准备时间均为50 ms，TI均未展示出来。结合近几年的文献报道来看，基本将T2准备时间设为50 ms，而TI时间则各不相同，由于TI时间设置不合理通常会导致较低的SNR和血组织对比度[15]，如何设置这两个重要的准备脉冲时间具有重要意义。

本研究发现T2预脉冲时间为50 ms时各段血管最佳SNR出现的频率最高，为27.78%，这和Yoneyama等[6]的参数设置一致，同时发现中心静脉图像质量随T2预脉冲时间的增加而降低，这与Cukur等[21]研究发现延长T2预脉冲时间会导致血液与组织对比度和SNR降低的结果较为符合；确定T2预脉冲时间为50 ms后设置不同TI，发现当TI为130 ms时各段血管最佳SNR出现的频率最高，为20.69%，这与先前的研究[6,16-17]不同，而且发现当TI为150 ms时，中心静脉成像的质量不稳定，或表现为中心静脉图像质量下降，或表现为完全不显影，推测150 ms可能就是TI设置的拐点，但由于本研究志愿者较少，有待今后扩大样本量进一步证实。本研究结果表明，当T2预脉冲时间为50 ms此时TI时间为100 ms和当TI为130 ms此时T2预脉冲时间为50 ms时，升主动脉、上腔静脉、左侧无名静脉、左侧锁骨下静脉、右侧无名静脉、右侧锁骨下静脉均表现良好的SNR，但本研究发现当T2预脉冲时间为50 ms，TI为130 ms时整体的SNR及图像质量优于Yoneyama等[6]设置的T2预脉冲时间为50 ms，TI时间为100 ms。这可能是因为Yoneyama等[13]将REACT用于全身外周血管成像，而本研究只是针对中心静脉成像，但由于REACT成像并不依赖流速的变化，则本研究可能是一个更优的方案。

本研究存在以下不足：首先由于扫描时间较长，本研究仅分析了T2预脉冲时间和TI时间对图像质量的影响，并未分析其他参数对成像的影响，同时受时间等因素的限制，本研究的志愿者较少；其次本研究仅针对了胸部血管成像，并未进行全身外周血管成像对比研究；最后本研究仅纳入健康志愿者作为研究对象，未与有中心静脉疾病的患者进行对比，因此本研究得到的最优方案是否稳定和适用，有待进一步研究证实。