MRI場(chǎng)強(qiáng)及設(shè)備類(lèi)型對(duì)同反相位成像定量分析健康志愿者腰椎脂肪含量的影響

李承啟，曹代榮，邢 振，張宇陽(yáng)

（1.福建省三明市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院影像科，福建 三明 365001；2.福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像科，福建 福州 350000）

MRI場(chǎng)強(qiáng)及設(shè)備類(lèi)型對(duì)同反相位成像定量分析健康志愿者腰椎脂肪含量的影響

李承啟1，曹代榮2，邢 振2，張宇陽(yáng)2

（1.福建省三明市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院影像科，福建 三明 365001；2.福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像科，福建 福州 350000）

目的：探討1.5 T與3.0 T及不同1.5 T MRI設(shè)備化學(xué)位移同反相位成像技術(shù)測(cè)量健康志愿者腰椎骨髓信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)的穩(wěn)定性。方法：利用3臺(tái)MRI掃描儀對(duì)32例健康志愿者行腰椎化學(xué)位移同反相位成像，測(cè)量椎體平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)，分析不同場(chǎng)強(qiáng)及同一場(chǎng)強(qiáng)不同設(shè)備間椎體平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)的差異性。結(jié)果：Seimens 3.0 T、GE 1.5 T、Toshiba 1.5 T設(shè)備上，腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)分別為（70.9±5.4）%、（71.2±8.4）%、（71.5±8.1）%。不同場(chǎng)強(qiáng)下（Siemens 3.0 T與GE 1.5 T，Siemens 3.0 T與Toshiba 1.5 T）腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.498，P＞0.05；t=0.881，P＞0.05），相同場(chǎng)強(qiáng)的不同設(shè)備（GE 1.5 T與Toshiba 1.5 T）間的腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.489，P＞0.05）。在3臺(tái)不同設(shè)備中同一解剖節(jié)段腰椎信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論：場(chǎng)強(qiáng)及設(shè)備類(lèi)型對(duì)化學(xué)位移同反相位成像技術(shù)定量分析腰椎脂肪無(wú)影響。

腰椎；磁共振成像

MRI化學(xué)位移同反相位成像技術(shù)是一種可同時(shí)顯示組織內(nèi)脂肪和水成分特性的檢查技術(shù)，它對(duì)病灶及組織內(nèi)微量脂肪的檢出具有較高的敏感性、特異性，可為診斷及鑒別診斷提供有價(jià)值的信息。研究結(jié)果［1-2］顯示，在化學(xué)位移反相位上，椎體良性病變具有一定的特征性，而惡性病變卻有不同的特征，且它們之間反相位信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)存在臨界值。研究所用MRI設(shè)備及場(chǎng)強(qiáng)不同、掃描參數(shù)不同、病變的病理不同，都有可能導(dǎo)致臨界值存在差異。筆者通過(guò)選用1.5 T和3.0 T及不同的1.5 T MRI掃描儀測(cè)量健康志愿者的腰椎信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)，以探討不同場(chǎng)強(qiáng)和相同場(chǎng)強(qiáng)的不同設(shè)備對(duì)椎體的信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)是否存在影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 共32例健康志愿者納入本研究，男22例，女10例；年齡23～53歲，平均（35.3±9.3）歲。志愿者均無(wú)腰部外傷史、手術(shù)史，無(wú)急、慢性腰背部疼痛病史及可導(dǎo)致骨髓信號(hào)改變的相關(guān)疾病史。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 儀器與方法 選用3臺(tái)MRI掃描儀：Siemens Magneton Verio 3.0 T超導(dǎo)型掃描儀，GE Signa Twinspeed 1.5 T MRI掃描儀，Toshiba Vantage Atlas1.5 T MRI掃描儀。

32例志愿者先后行腰椎常規(guī)序列及腰椎化學(xué)位移同反相位掃描，志愿者在1周內(nèi)完成3臺(tái)MRI掃描儀掃描，選擇L3椎體為中心掃描，均采用 SE矢狀位T1WI（TR/TE 500 ms/10 ms）、FSE矢狀位T2WI（TR/TE 4 000ms/110ms）、矢狀位STIR（TR/TE 3 500ms/65ms）。選用快速擾相梯度回波（FSPGR）序列采集矢狀位同相位及反相位圖像，掃描參數(shù)：3.0 T同相位（TR 192ms/TE 2.4ms）、反相位（TR 192ms/TE 5.8ms），2臺(tái)1.5T設(shè)備同相位（TR 192ms/TE 4.8ms），反相位（TR 192ms/TE 2.4ms）。翻轉(zhuǎn)角均為70°，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣256×256，層厚4mm，層距1mm。

1.3 數(shù)據(jù)分析 將獲得的化學(xué)位移圖像傳輸至PACS工作站，由2名臨床診斷醫(yī)師分別對(duì)同相位與反相位圖像相同位置ROI進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量。ROI設(shè)置在椎體中心，面積為1 cm×1.5 cm矩形區(qū)域，確保同反相位圖上ROI位置一致。信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量選擇在掃描正中矢狀面及相鄰兩層面圖像上進(jìn)行，并取這3個(gè)層面所測(cè)得信號(hào)強(qiáng)度的平均值作為最終測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度值。將同相位與反相位圖像上測(cè)量的椎體信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行比較，通過(guò)公式：椎體信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)=［（SI同相位-SI反相位）/SI同相位］×100%，其中SI為信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算出椎體信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 利用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件，椎體信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)在Siemens 3.0 T與GE 1.5 T之間、Siemens 3.0T與Toshiba 1.5T之間、Toshiba 1.5T與GE 1.5 T之間采用配對(duì)資料t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。不同解剖節(jié)段椎體信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)用單因素方差分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

所有志愿者均完成3次掃描，所得圖像質(zhì)量均無(wú)明顯偽影，符合信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量要求（圖1），32例健康志愿者各腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

在不同場(chǎng)強(qiáng)下，腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Siemens 3.0 T與GE 1.5 T相比，t= 0.498，P＞0.05；Siemens 3.0 T與Toshiba 1.5 T相比，t=0.881，P＞0.05）。2臺(tái)不同1.5 T設(shè)備腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Toshiba 1.5 T與GE 1.5 T相比，t=0.489，P＞0.05）。

同一設(shè)備不同解剖節(jié)段腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Siemens 3.0 T F=0.293，P=0.882＞0.05；GE 1.5 T F=0.383，P=0.821＞0.05；Toshiba 1.5 T F=0.915，P=0.457＞0.05）；3臺(tái)MRI設(shè)備間測(cè)量的同一解剖節(jié)段椎體平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（L1F=1.278，P=0.257＞0.05；L2F=0.211，P=0.810＞0.05；L3F=0.307，P=0.737＞0.05；L4F=0.073，P=0.930＞0.05；L5F=0.052，P=0.949＞0.05）。

表1 各腰椎在不同設(shè)備上的平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)（×100%，x±s）

3 討論

3.1 腰椎信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)的影響因素 脊柱病變是臨床常見(jiàn)病、多發(fā)病，常見(jiàn)病因有外傷、骨質(zhì)疏松、炎癥、原發(fā)或轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤、代謝性疾病及血液病等，病因不同治療原則也不同，因此鑒別診斷尤為重要。脊柱病變?cè)赬線、CT、骨顯像中常缺乏特異性表現(xiàn)，尤其在病變?cè)缙?，雖然常規(guī)MRI對(duì)骨髓病變檢出有很高的敏感性，但仍缺乏特異性，常難以準(zhǔn)確診斷，給臨床治療帶來(lái)困難［3-4］，因此MRI新技術(shù)，如化學(xué)位移同反相位成像、DWI、PWI及1H-MRS等在骨髓病變?cè)\斷中的應(yīng)用受到關(guān)注?；瘜W(xué)位移同反相位成像技術(shù)作為一種快速、簡(jiǎn)單的脂肪抑制技術(shù)最初由Mitchell等［5］應(yīng)用于腎上腺腺瘤的診斷，已廣泛應(yīng)用于腹盆部含有脂肪和水成分病變的診斷及鑒別診斷［6-8］。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者［2-4，9-10］發(fā)現(xiàn)化學(xué)位移反相位圖像上病變信號(hào)的改變對(duì)脊柱病變?cè)\斷有一定的價(jià)值，且反相位信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)可作為半定量指標(biāo)，為脊柱良惡性病變的鑒別診斷提供依據(jù)。

除了脊柱病變本身的病理特性外，還有很多因素可能會(huì)影響信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)，如MRI設(shè)備場(chǎng)強(qiáng)和軟硬件差異、化學(xué)位移同反相位掃描序列、掃描參數(shù)等。不同場(chǎng)強(qiáng)或相同場(chǎng)強(qiáng)的不同設(shè)備上測(cè)量得到的信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)是否具有可比性目前尚不明確，因此，筆者對(duì)不同場(chǎng)強(qiáng)或相同場(chǎng)強(qiáng)的不同設(shè)備對(duì)健康志愿者腰椎的信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)的影響進(jìn)行研究。

3.2 主磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)腰椎信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)的影響水分子中氫質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率要比脂肪分子中氫質(zhì)子稍快些，其差別約3.5 ppm，相當(dāng)于150Hz/T［11］。MRI的主磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，獲得同相位及反相位的TE值亦不同，因此在臨床實(shí)際工作中需要根據(jù)不同場(chǎng)強(qiáng)的掃描儀選擇合適的TE。其計(jì)算公式如下：同相位TE=1 000ms÷［150 Hz/T×場(chǎng)強(qiáng)（T）］，反相位TE=同相位TE÷2。擾相梯度回波序列中選擇不同TE可得到同一掃描層面反相位和同相位圖像，由于T2*衰減效應(yīng)，在梯度回波序列上信號(hào)強(qiáng)度隨TE增加而下降。理論上來(lái)說(shuō)，為保證反相位上信號(hào)下降是由于反相位效應(yīng)而不是T2*衰減效應(yīng)所致，反相位序列的TE時(shí)間應(yīng)短于同相位序列。3.0 T MRI設(shè)備中要在1.1ms和2.2ms同一次閉氣下采集第1個(gè)反相位回波及第1個(gè)同相位回波，這需要很高的接收帶寬，目前的軟硬件還難以達(dá)到這一要求。最好的解決辦法是分次采集獲得第1個(gè)反相位回波和第1個(gè)同相位回波，但這又無(wú)法保證反相位和同相位采集的是同一層面，對(duì)定量分析特別是小的病變定量分析是不可靠的。因此，主要設(shè)備廠家（如Siemens，GE）在3.0 T掃描儀目前推薦的是采集第1個(gè)反相位信號(hào)和第2個(gè)同相位信號(hào)或第1個(gè)同相位信號(hào)和第3個(gè)反相位信號(hào)。本研究中3.0 T掃描儀采用的同反相位的TE值分別為2.4ms、5.8ms，為該設(shè)備同反相位成像的預(yù)設(shè)參數(shù)，可得到良好的同相位和反相位圖像。Namimoto等［12］研究表明，快速擾相梯度回波序列同反相位TE分別為4.4ms和2.2ms，T2*衰減程度不到1%。TE很短時(shí)，T2*衰減對(duì)回波信號(hào)強(qiáng)度的影響可以忽略，對(duì)信號(hào)影響的主要因素為質(zhì)子密度和T1。Schindera等［13］對(duì)體外水脂模型的研究結(jié)果顯示，3.0 T采用同相位（TE=2.4ms）、反相位（TE=5.8ms），與1.5 T采用反相位（TE=2.4ms）、同相位（TE=5ms），二者的信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)相似。本研究采用同相位在前、反相位在后的掃描方式，結(jié)果表明3.0T與1.5T測(cè)量的腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，3臺(tái)設(shè)備測(cè)量的同一解剖節(jié)段腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。不同場(chǎng)強(qiáng)的不同解剖節(jié)段椎體間平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)曲線不完全相同，L1椎體在不同場(chǎng)強(qiáng)設(shè)備信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異較大，原因可能是場(chǎng)強(qiáng)越高，梯度回波序列的磁敏感效應(yīng)越強(qiáng)。3.0 T磁敏感偽影較1.5 T明顯，雖然實(shí)驗(yàn)中在腰椎上方增加預(yù)飽和帶，但仍無(wú)法完全消除偽影（圖1）。

3.3 相同場(chǎng)強(qiáng)的不同設(shè)備對(duì)腰椎信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)的影響 在相同場(chǎng)強(qiáng)的不同設(shè)備方面，我們比較了同為1.5 T的GE掃描儀和Toshiba掃描儀所測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同解剖節(jié)段椎體信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)曲線基本一致，腰椎平均信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示在掃描參數(shù)一致的情況下不同廠家相同場(chǎng)強(qiáng)的掃描儀測(cè)量腰椎信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)具有良好的可重復(fù)性。

3.4 腰椎信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)的可重復(fù)性對(duì)臨床骨髓病變?cè)\斷的意義 一些研究［1-2］對(duì)化學(xué)位移同反相位成像技術(shù)測(cè)量脊柱信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)作為脊柱良惡性鑒別診斷的定量指標(biāo)給予了肯定，在骨髓彌散性疾病的分布、浸潤(rùn)程度及治療反應(yīng)等方面都有重要價(jià)值［14-16］，同時(shí)可用于評(píng)價(jià)健康人群骨髓分布的變化，以觀察不同性別、年齡及不同生理狀況引起的骨髓分布變化［17-19］。但對(duì)其在不同場(chǎng)強(qiáng)及設(shè)備類(lèi)型設(shè)備的可重復(fù)性研究均未見(jiàn)報(bào)道。本研究結(jié)果提示，不同場(chǎng)強(qiáng)及設(shè)備類(lèi)型對(duì)健康志愿者腰椎骨髓脂肪定量分析具有可重復(fù)性。在保持相同的成像參數(shù)的前提下，信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)的測(cè)量和比較在不同場(chǎng)強(qiáng)及設(shè)備類(lèi)型是可行的，這為進(jìn)一步對(duì)疾病組進(jìn)行可重復(fù)性的研究提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

3.5 本研究的不足之處 志愿者年齡段相對(duì)集中，未能兼顧不同年齡的健康人群，特別是絕經(jīng)后婦女；樣本量偏小，且僅以腰椎為研究對(duì)象，未能對(duì)頸椎、胸椎進(jìn)行研究；無(wú)法深入探討掃描參數(shù)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度指數(shù)測(cè)量的影響，有待于進(jìn)一步研究。

圖1 健康男性，38歲，不同設(shè)備同反相位圖 圖1a～1f 分別為Siemens 3.0 T同相位、Siemens 3.0 T反相位、GE 1.5 T同相位、GE 1.5 T反相位、Toshiba 1.5 T同相位、Toshiba 1.5 T反相位。3臺(tái)設(shè)備反相位信號(hào)強(qiáng)度均較正相位有明顯下降，測(cè)得信號(hào)強(qiáng)度下降指數(shù)分別為77.0%、74.8%、73.8%，3.0 T MRI在胸椎部分可見(jiàn)磁敏感偽影

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Influence of different field strength and different MR scanner w ith same field on quantitative analysis for lumbar bone

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LI Chengqi，CAO Dairong*，XING Zhen，ZHANG

Yuyang.*Department of Radiology，the First Affiliated Hospital of Fujian Medical University，F(xiàn)uzhou，350000，China.

Objective：To investigate the reproducibility of quantitative analysis for lumbar bone marrow fat content by using in-phase and opposed-phase MR imaging at 3.0 T vs.1.5 T and at 1.5 T of different scanners in healthy volunteers.Methods：Lumbar scanning with chemical shift MR imaging was performed on 32 healthy volunteers by using Seimens Magneton Verio 3.0 T，GE Signa Twinspeed 1.5 T，Toshiba Vantage Atlas 1.5 T MR scanners.The proportional change in signal intensity on in-phase compared with opposed-phase images was calculated，analysis of lumbar average signal intensity index difference be tween different field and different scanners on the same field strength.Results：The mean signal intensity index of lumbar at Seimens 3.0 T，GE 1.5 T and Toshiba 1.5 T were（70.9±5.4）%，（71.2±8.4）% and（71.5±8.1）%，respectively.For different field strength MR，there was no significant difference in signal intensity index of lumbar（Siemens 3.0 T vs.GE 1.5 T t=0.498，P＞0.05，Siemens 3.0 T vs.Toshiba 1.5 T t=0.881，P＞0.05）.For the same field of different scanners（Toshiba 1.5 T and GE 1.5 T）there was no significant difference in signal intensity index of lumbar（t=0.489，P＞0.489）.In different scanners the signal intensity index of the different lumbar body had no significance difference（P＞0.05）.Conclusion：Quantitative analysis for lumbar fat content with in-phase and opposed-phase MR imaging in different field MR and different scanners of the same field strength MR may be comparable.

Lumbar vertebrae；Magnetic resonance imaging

2014-10-08）

10.3969/j.issn.1672-0512.2015.02.002

曹代榮，E-mail：dairongcao@163.com。