前瞻性3.0 T MRI梯度多回波序列參數(shù)優(yōu)化可行性研究

黃海波，周亞麗，李致忠，管俊，覃明

1.解放軍第303醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，南寧 530021

2.解放軍第303醫(yī)院血液科，南寧530021

3.廣西衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧530023

肝鐵定量檢測(cè)對(duì)鐵代謝紊亂如原發(fā)性血色素病、地中海貧血(TM)、鐮狀細(xì)胞病、再生障礙性貧血以及骨髓增生綜合征等鐵過(guò)載病人具有重要意義，過(guò)量鐵主要沉積在肝臟(70%～90%)[1-2]，鐵沉積導(dǎo)致組織器官T1、T2和T2*弛豫參數(shù)短縮的機(jī)理為MRI無(wú)創(chuàng)性評(píng)估或鐵定量開辟了一種新技術(shù)并已經(jīng)臨床及動(dòng)物基礎(chǔ)研究[3-5]證實(shí)。其中T2*(1/R2*)成像是目前肝鐵定量常用MRI技術(shù)之一，筆者擬通過(guò)對(duì)專用水模及志愿者肝掃描，前瞻性探討提高梯度場(chǎng)強(qiáng)和射頻功率、增加采樣帶寬、減少頻率編碼點(diǎn)陣、應(yīng)用半回波及并行技術(shù)以縮短TEmin和ST的梯度多回波序列參數(shù)優(yōu)化可行性，期望提高3.0 T MRI鐵過(guò)載檢測(cè)可信度、最大閾值及受檢者依從性。

1 材料與方法

1.1 資料

模擬鐵沉積MR專用標(biāo)準(zhǔn)水模一個(gè)(澳大利亞Ferriscan公司提供)，內(nèi)含濃度(0～3.2)mM氯化錳鹽酸混合液小瓶15只，因邊緣兩小瓶變形被剔除共13只納入研究。

2014年7月至8月在我院影像科肝掃描志愿者45例(男29例、女16例)，平均年齡40(8～76)歲，其中正常肝臟15例，慢性肝病-肝硬化或合并肝細(xì)胞癌12例，地中海貧血肝臟18例(包括10例重度鐵沉積者)，臨床病例分組標(biāo)準(zhǔn)：正常肝組為AST、ALT、膽紅素指標(biāo)均正常，SF＜300 ug/L，無(wú)輸血史；非重度鐵沉積組為慢性肝病史及AST、ALT、膽紅素任意一指標(biāo)異常，或300 ug/L≤SF≤2500 ug/L；重度鐵沉積組為AST、ALT、膽紅素異常及SF＞2500 ug/L。納入標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)幽閉恐懼及磁共振檢查禁忌、年齡大于8歲且語(yǔ)言溝通無(wú)障礙；研究獲我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，志愿者均完成掃描并納入研究，志愿者或其監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書。

1.2 設(shè)備與方法

采用Philips Achieva 3.0 T掃描儀，掃描前水模靜置磁體室3 h，掃描以水模等中心定位，應(yīng)用SENSE HEAD 8 coils先后掃描研究與對(duì)照T2*序列，退出再次進(jìn)床及次月重復(fù)水模校準(zhǔn)掃描；志愿者肝掃描應(yīng)用Sense XL Torso 16 coils配合呼吸門控，仰臥位呼氣末單次屏氣掃描肝門上一層面橫斷面，按定位像、勻場(chǎng)與參考掃描、常規(guī)橫斷面T1WI、冠狀和橫斷面T2WI(參數(shù)略)、12-echo GRE序列執(zhí)行，T2*序列參數(shù)設(shè)置如表1，TEstudy=0.6、1.3、2.0、2.6、3.3、3.9、4.6、5.3、5.9、6.6、7.3、7.9 ms，TEcontrol=1.3、2.7、4.1、5.5、6.9、8.3、9.7、11.1、12.5、13.9、15.3、16.7 ms，掃描完成后保存原始數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

由接受良好培訓(xùn)影像醫(yī)師利用CMR tools或結(jié)合特殊設(shè)計(jì)Excel軟件處理MRI掃描數(shù)據(jù)(DICOM)：(1)測(cè)量并記錄掃描水模各小瓶、志愿者肝T2*值，避開肉眼可分辨脈管、局灶病變和偽影，水模ROI位于小瓶?jī)?nèi)，肝測(cè)量ROI約3～5 cm2，取右葉3個(gè)及左葉2個(gè)，軟件自動(dòng)計(jì)算水?；蚋蜹2*值，取三次測(cè)量平均為最終結(jié)果并推算R2*(1/T2*)；(2)讀取和記錄研究與對(duì)照序列首回波值、掃描時(shí)間。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

利用SPSS 16.0軟件包，計(jì)量資料以±s或+范圍表示。應(yīng)用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)或兩相關(guān)樣本秩和檢驗(yàn)探討研究與對(duì)照序列掃描水模間、志愿者肝之間T2*、TEmin、ST差異；使用多樣本非參數(shù)檢驗(yàn)分析水模研究序列、重復(fù)及次月掃描T2*組間差異性；采用兩變量相關(guān)與回歸研究水模與PhC相關(guān)性；評(píng)估序列肝鐵定量?jī)r(jià)值和限度。P＜0.05表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.5 活檢病理肝鐵濃度(LIC)、T2*(1.5 T)值及血清鐵蛋白(SF)極重度標(biāo)準(zhǔn)[6]。

正常LIC≤2 mg/gdw、T2*≥6.3 ms；輕度鐵沉積2 mg/gdw＜LIC≤5 mg/gdw、2.7 ms≤T2*＜6.3 ms；中度5 mg/gdw＜LIC≤10 mg/gdw、1.4 ms≤T2*＜2.7 ms；重度10 mg/gdw＜LIC≤15 mg/gdw、0.96 ms≤T2*＜1.4 ms，極重度LIC＞15 mg/gdw、T2*＜0.96 ms、SF＞2500 ug/L。

2 結(jié)果

研究和對(duì)照序列TEmin分別為0.61～0.69(0.62±0.02)ms、1.31～1.37(1.33±0.01)ms，資料不符合正態(tài)分布，經(jīng)兩相關(guān)樣本非參數(shù)檢驗(yàn)，兩序列間TEmin差值總體均數(shù)與0差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-5.843，P=0.000)，研究序列TEmin縮短約53.0%。

研究和對(duì)照序列ST分別為8.1～10.0(9.3±0.8)s、14.6～17.8(16.9±1.3)s，資料不符合正態(tài)分布，經(jīng)兩相關(guān)樣本非參數(shù)檢驗(yàn)，組間ST差值總體均數(shù)與0差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=－5.906，P=0.000)，研究序列ST縮短約45.0%。

志愿者非重度鐵沉積35例研究與對(duì)照序列掃描肝T2*分別為2.25～27.50(13.01±8.12)ms和2.29～29.85(12.88±7.84)ms，嚴(yán)重鐵沉積10例研究與對(duì)照序列掃描肝T2*分別為0.29～0.84(0.54±0.17)ms和0.68～1.98(1.33±0.39)ms；資料均符合正態(tài)分布，T2*差值分別為(0.21±0.97)ms、(0.79±0.55)ms；經(jīng)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，非重度鐵沉積肝T2*差值總體均數(shù)與0的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.304，P=0.201)，而嚴(yán)重鐵沉積肝T2*差值總體均數(shù)與0的差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-4.523，P=0.001)，研究序列T2*檢測(cè)可信度較高，鐵沉積嚴(yán)重病例對(duì)照序列甚至無(wú)法獲得可信結(jié)果(圖1，2)。

研究與對(duì)照序列水模13只小瓶T2*值分別為1.96～17.42(7.22±4.97)ms和1.95～17.77(7.23±4.94)ms，研究序列重復(fù)與次月掃描T2*值分別為1.97～16.96(7.15±4.74)ms和2.00～17.17(7.11±4.82)ms；資料符合正態(tài)分布，研究與對(duì)照序列T2*差值為(0.01±0.14)ms，總體均數(shù)與0比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t=0.240，P=0.814)(圖3，4)；經(jīng)多樣本非參數(shù)(Fridman)檢驗(yàn)，研究序列、重復(fù)及次月掃描間T2*值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=1.077，P=0.584)。水模濃度(PhC)與研究序列水模R2*值如下：0.2～3.2(1.492±0.926)mM和0.056～0.498(0.2078±0.130)ms-1，兩變量相關(guān)分析與曲線擬合(圖5)顯示兩者線性正相關(guān)(r=0.986，P=0.000)，直線方程斜率為7.008，截距為0.036，R2=0.973，經(jīng)檢驗(yàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=392.022，P=0.000)。

3 討論

表1 T2*序列參數(shù)設(shè)置Tab.1 Parameters in T2* protocol

梯度多回波序列是設(shè)置多回波采集的穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)(SSFP)，反映T2*而非T2弛豫信息。按目的可設(shè)計(jì)8～20個(gè)回波，組織信號(hào)隨TE延長(zhǎng)以指數(shù)形式衰減，利用適當(dāng)?shù)臄M合曲線和數(shù)學(xué)算法可計(jì)算得到組織T2*(=1/T2*)。CMRtools或結(jié)合Excel是目前普遍認(rèn)可的肝鐵定量檢測(cè)軟件之一，可對(duì)動(dòng)物或人體肝、心臟等組織器官弛豫參數(shù)T2*和實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、無(wú)創(chuàng)和重復(fù)檢測(cè)[7]。梯度場(chǎng)強(qiáng)、射頻功率、采樣帶寬、頻率編碼點(diǎn)陣、并行技術(shù)、半回波等參數(shù)調(diào)整[8]可影響首回波值、序列采集速度、k空間填充方式、圖像分辨率和噪聲等，不同機(jī)型用戶多可按目的完成T2*序列設(shè)計(jì)。其中選擇半回波采集具有縮短TEmin、加快回波采樣、增強(qiáng)掃描層數(shù)和保持穩(wěn)態(tài)和減少磁敏感偽影優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是圖像信噪比有所降低。并行技術(shù)應(yīng)用可縮短采集時(shí)間、增加空間分辨率或成像范圍、提高動(dòng)態(tài)或灌注掃描時(shí)間分辨率、減少SSEPI偽影或SSFSE的回波鏈以提高圖像質(zhì)量等。

本實(shí)驗(yàn)掃描發(fā)現(xiàn)，研究序列TEmin、ST縮短至均值0.62 ms和9.3 s，主要為半回波應(yīng)用和2倍并行因子等多參數(shù)調(diào)整的結(jié)果。志愿者肝包括不同年齡和性別組正常、慢性損害及不同程度鐵沉積人群，可認(rèn)為肝選擇有臨床代表性和科學(xué)性。與對(duì)照序列相比，水?；蛑驹刚叻侵囟辱F沉積肝掃描組間T2*測(cè)量值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，而在嚴(yán)重鐵沉積組，優(yōu)化參數(shù)序列則獲得了可信度明顯高于對(duì)照組的檢測(cè)結(jié)果(圖1，2)，同時(shí)控制圖像噪聲、分辨率、神經(jīng)刺激、射頻吸收和偽影等在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明研究序列應(yīng)用具有可行性并可提高準(zhǔn)確性，即便分辨率較低、出現(xiàn)輕微偽影對(duì)數(shù)據(jù)檢測(cè)也未造成影響。但分析兩序列正常肝掃描數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)，研究序列T2*值部分檢測(cè)準(zhǔn)確性欠佳且數(shù)值偏小，這可能與序列最后一個(gè)回波時(shí)間點(diǎn)較短(7.9 ms)，在組織橫向弛豫未完成時(shí)回波采集已經(jīng)結(jié)束有關(guān)，慶幸的是，對(duì)于正常肝，臨床并不需要確切準(zhǔn)確值，因?yàn)檫@些肝臟不存在去鐵管理。

圖1 β-TM志愿者，女，13歲。血清鐵蛋白8965.0 ug/L，相當(dāng)極重度鐵沉積。研究序列肝掃描CMRtools處理(A～C)結(jié)合Excel測(cè)算(D)顯示：序列TEmin=0.61 ms，T2*=0.41 ms，擬合曲線R2=0.997。結(jié)果符合極重度鐵沉積表現(xiàn) 圖2 與圖1為同一志愿者。對(duì)照序列肝掃描CMRtools處理(A～C)結(jié)合Excel測(cè)算(D)顯示：序列TEmin=1.35 ms，T2*=1.60 ms，擬合曲線R2=0.968，第4回波后信號(hào)受噪聲干擾嚴(yán)重，計(jì)算結(jié)果僅相當(dāng)輕度鐵沉積與病例明顯不符而無(wú)法接受，由此可見(jiàn)研究序列結(jié)果可信度顯著提高 圖3 水模掃描(圖A)及研究序列CMRtools處理結(jié)果(B，C)：研究序列TEmin=0.61 ms，T2*=2.58 ms，R2=0.9998 圖4 同上水模掃描(A)及對(duì)照序列CMRtools處理結(jié)果(B，C)：對(duì)照序列TEmin=1.35 ms，T2*=2.63 ms，R2=0.9998；由此可見(jiàn)，水模掃描T2*波動(dòng)小于5%，研究與對(duì)照序列掃描間T2*無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 圖5 為水模與PhC之間散點(diǎn)圖。實(shí)線為兩者間擬合直線，虛線為95%CIFig.1 A 13 years old,female patient with β-TM,serum ferritin 8965.0 ug/L,equivalent to a severe iron deposit case.Images from the study sequence,CMRtools procedure(A—C)combined with Excel(D)showed:a black liver(A)with the signal almost close to the background,TEmin=0.61 ms,T2*=0.41 ms,R2=0.997.Its result was according to the patient’s clinical.Fig.2 The same case above,images from the control protocol,CMRtools procedure(A—C)combined with Excel(D)showed:TEmin=1.35ms,T2*=1.60 ms,R2=0.968,indicating a mild iron deposit,which is disagreeable obviously,thus it can be seen that it is much more reliable for the study sequence.Fig.3 MR special model(A)and CMRtools procedure(B,C)from the study sequence showed:TEmin=0.61 ms,T2*=2.58 ms,R2=0.998.Fig.4 The same model above(A)and CMRtools procedure(B,C)from the control protocol showed:TEmin=1.35 ms,T2*=2.63 ms,R2=0.9998.It follows that model T2* fl uctuation was below 5% and no statistic difference was found for T2* value between two sequences.Fig.5 Scatter plots of R2* against PhC with the linear fi t(solid line)and the 95%CI(dashed line).

國(guó)外學(xué)者研究顯示組織可測(cè)量最小T2*值約為TEmin的5/7[9]，此即代表可檢測(cè)最大肝鐵濃度對(duì)應(yīng)弛豫閾值?；仡櫸墨I(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，近年國(guó)內(nèi)外學(xué)者[7，10-14]不同場(chǎng)強(qiáng)及型號(hào)MR掃描儀應(yīng)用TEmin約0.8～6.0 ms不同序列得到肝檢測(cè)最大閾值約LIC=20.0～42.7 mg/gdw，其中Storey等[12]使用1.5 T和3.0 T掃描儀設(shè)計(jì)TEmin為1.2～2.0 ms，16回波梯度序列對(duì)臨床20正常和14例輸血依賴病人成像對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)LIC最大檢測(cè)閾值約37.0 mg/g干重。St Pierre等[10]在多中心1.5 T掃描儀應(yīng)用R2法實(shí)現(xiàn)肝鐵濃度閾值約42.7 mg/g dw檢測(cè)。胡粟等[13]報(bào)道采用3.0 T磁共振儀8回波GRE序列(TEmin=1.98 ms)對(duì)32只成年鐵過(guò)載兔肝模型掃描，結(jié)果只能完成肝鐵濃度小于20 mg/g干重的可信定量，該作者同時(shí)認(rèn)為感興趣區(qū)設(shè)置方法影響R2*的測(cè)定[14]。Hankins等[15]建議為了獲得準(zhǔn)確度，LIC＞25 mg/gdw時(shí)需要發(fā)展更敏感的超短回波序列。說(shuō)明肝鐵濃度MRI定量存在飽和上限，尤其應(yīng)用3.0 T設(shè)備更加明顯，因?yàn)闄M向弛豫衰減隨著磁場(chǎng)提高而失相加速、信號(hào)消失更快。筆者本組重度鐵沉積掃描亦顯示出TEmin=1.33 ms的常規(guī)參數(shù)序列甚至無(wú)法提供可信的檢測(cè)結(jié)果。與常規(guī)序列、目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者[3，12-19]設(shè)置1.5 T或3.0 T同類序列上TEmin約1.2～2.5 ms和ST約15～18 s相比，研究序列取得更短TEmin值和ST，明顯提高T2*檢測(cè)可信度(圖1，2)及受檢者依從性，這有望提高肝鐵沉積檢測(cè)閾值。

本研究的問(wèn)題與不足：(1)實(shí)驗(yàn)序列未能提供鐵沉積定量閾值評(píng)估；(2)缺乏活體肝與活檢原子分光光度計(jì)定量關(guān)系探索；(3)嚴(yán)重鐵沉積病例數(shù)較少，可能會(huì)造成結(jié)論準(zhǔn)確性的偏倚；(4)僅完成首回波分別為1.33 ms和0.62 ms、2倍和無(wú)并行加速的參數(shù)調(diào)整與討論，未對(duì)最佳設(shè)置評(píng)價(jià)。這些問(wèn)題的解決有待于進(jìn)一步動(dòng)物基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、增加嚴(yán)重鐵沉積病例及更科學(xué)序列設(shè)計(jì)的研究。

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