MAVRIC-SL技術(shù)抑制頸椎前路術(shù)后STIR圖像上金屬偽影的可行性

楊仁杰，查云飛，范陽(yáng)，張宇

磁共振成像具有良好的軟組織分辨率和多方位成像 的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前脊柱疾病的最佳檢查方法[1]。但是隨著脊柱外科中金屬植入物的使用越來(lái)越廣泛，它在MRI檢查中所造成的金屬磁化率偽影嚴(yán)重影響了對(duì)金屬植入物本身及其周?chē)M織的觀察[2-3]。因此，如何最大程度地減小金屬偽影、改善對(duì)金屬植入物及其周?chē)馄式Y(jié)構(gòu)的觀察，在臨床實(shí)踐中具有重要意義[4-5]。除了金屬偽影的限制，脂肪抑制不完全也會(huì)嚴(yán)重影響診斷信心，良好的脂肪抑制效果可以明顯提高對(duì)金屬植入物周?chē)乃[、積液、炎癥和腫瘤等病變的檢出率[6-9]。因此，更小的金屬偽影和均勻一致的脂肪抑制效果對(duì)于脊柱金屬植入術(shù)后患者的MRI評(píng)價(jià)至關(guān)重要。

層面編碼金屬偽影校正(slice encoding for metal artifact correction，SEMAC)技術(shù)和多采集與可變諧圖像結(jié)合(multi-acquisition with variable resonance image combination，MAVRIC)技術(shù)等金屬磁化率偽影抑制技術(shù)已逐漸應(yīng)用于臨床。近年來(lái)，將SEMAC和MAVRIC技術(shù)進(jìn)行整合而開(kāi)發(fā)出的一種獨(dú)特的金屬偽影抑制技術(shù)-層面選擇(slab selectivity，SL)-MAVRIC技術(shù)，發(fā)揮了前兩種技術(shù)在減小金屬偽影方面的優(yōu)勢(shì)[10]。為了實(shí)現(xiàn)脂肪抑制，MAVRIC-SL技術(shù)還可以與180°反轉(zhuǎn)脈沖相結(jié)合。本研究通過(guò)對(duì)比分析頸椎前路術(shù)后患者的帶寬優(yōu)化短反轉(zhuǎn)時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)(short TI inversion recovery，STIR)和MAVRIC-SL STIR序列的圖像質(zhì)量，旨在探討MAVRIC-SL STIR序列在抑制金屬偽影方面的臨床應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.一般資料

2017年5月-2017年12月將20例頸椎前路金屬植入術(shù)后擬行MRI檢查的患者納入本研究。其中，男11例，女9例，平均年齡(54.6±15.5)歲，MRI檢查與手術(shù)的間間隔為5天～6年。所有患者外科手術(shù)中所使用的接骨板為符合GB/T 13810規(guī)定的TC4鈦合金材料，椎間融合器由符合YY/T 0660標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的聚醚醚酮材料制成。

2.MRI檢查方法

使用GE Discovery 750w 3.0T磁共振儀和全脊柱相控陣線圈。頸椎常規(guī)掃描序列包括矢狀面T2WI、T1WI和橫軸面T2WI；矢狀面帶寬優(yōu)化STIR序列：TR 3500 ms，TE 40 ms，TI 175 ms激勵(lì)次數(shù)2，層厚3 mm，帶寬125 kHz，采集時(shí)間2 min 13 s；矢狀面MAVRIC-SL STIR序列：TR 4960 ms，TE 7～8 ms，TI 175 ms，激勵(lì)次數(shù)0.5，層厚3 mm，帶寬125 kHz，脈沖單元數(shù)量24，間隔1 kHz，采集時(shí)間11 min 5 s)。

3.圖像后處理和分析

定量評(píng)價(jià)：所有測(cè)量工作由1位具有8年以上骨肌診斷經(jīng)驗(yàn)的MRI醫(yī)師在GE AW4.4工作站上完成。選取同一患者的MAVRIC-SL STIR 序列和帶寬優(yōu)化STIR序列中相匹配的正中矢狀面圖像，手動(dòng)勾畫(huà)感興趣區(qū)(ROI)，測(cè)量金屬偽影的面積，包括信號(hào)缺失所形成的暗區(qū)、信號(hào)堆積所形成的亮區(qū)以及金屬植入物周?chē)膸缀问д鎱^(qū)域[11]。

定性評(píng)價(jià)：由2位具有10年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的骨肌方向的MRI醫(yī)師在不知道序列的情況下分別對(duì)脊髓的可見(jiàn)性和脂肪抑制的均勻性進(jìn)行評(píng)分，評(píng)價(jià)不一致時(shí)則共同閱片直至達(dá)成一致意見(jiàn)。脊髓的可見(jiàn)性評(píng)價(jià)采用3分制：1分，脊髓受偽影影響明顯，無(wú)法診斷；2分，脊髓受偽影的輕度影響，診斷受限；3分，脊髓顯示清晰，診斷明確[7]。脂肪抑制效果的評(píng)價(jià)采用3分制：1分，在所有層面的圖像上脂肪均表現(xiàn)為明顯的高信號(hào)；2分，部分層面的圖像上僅少量脂肪呈高信號(hào)；3分，所有層面的圖像上脂肪均未表現(xiàn)為高信號(hào)[7]。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，兩種序列間金屬偽影面積的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)；兩種序列間總體圖像質(zhì)量、脊髓的可見(jiàn)性以及脂肪抑制效果的比較采用配對(duì)設(shè)計(jì)的Wilcoxon秩和檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.定量評(píng)價(jià)結(jié)果

MAVRIC-SL STIR和帶寬優(yōu)化STIR序列圖像上金屬偽影的面積分別為(422±189)和(774±394) mm2，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-6.033，P=0.000)，MAVRIC-SL STIR序列圖像上金屬偽影的面積顯著小于STIR序列(圖1、2)。

2.定性評(píng)價(jià)結(jié)果

兩種序列圖像上的定性評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。帶寬優(yōu)化STIR序列對(duì)脊髓的顯示及脂肪抑制的效果均優(yōu)于MAVRIC-SL STIR序列(圖1、2)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001)。

表1 兩種序列間圖像質(zhì)量主觀評(píng)分的比較

討 論

隨著金屬植入物的廣泛應(yīng)用，金屬偽影明顯降低了MRI的診斷效能，在高場(chǎng)強(qiáng)條件下尤為嚴(yán)重。金屬偽影的產(chǎn)生的原因是金屬所導(dǎo)致的周?chē)植看艌?chǎng)的不均勻性，在MR圖像上主要表現(xiàn)為信號(hào)丟失所形成的暗區(qū)、信號(hào)過(guò)度積累所形成的亮區(qū)以及組織結(jié)構(gòu)的幾何形變等。常規(guī)快速自旋回波序列經(jīng)過(guò)參數(shù)優(yōu)化以后可以在一定程度上減小金屬偽影、提高圖像質(zhì)量，包括增加采集帶寬、減小層厚和加大采集矩陣以減小體素、改變頻率編碼的方向及縮短回波時(shí)間等。其中，采集帶寬的增加對(duì)減小金屬偽影的作用最為明顯[12-13]。然而，即使使用參數(shù)優(yōu)化的FSE序列，金屬偽影仍然會(huì)不同程度地掩蓋金屬周?chē)Y(jié)構(gòu)的顯示，尤其是在高場(chǎng)強(qiáng)條件下。因此，各大制造商開(kāi)發(fā)了多種專門(mén)的金屬偽影抑制技術(shù)來(lái)提高金屬周?chē)M織的成像質(zhì)量。具有代表性的就是層面編碼金屬偽影校正(SEMAC)技術(shù)和多采集與可變諧圖像結(jié)合(MAVRIC)技術(shù)，兩者均是基于3D-FSE序列。其中SEMAC技術(shù)為選擇性地激勵(lì)多個(gè)層面，然后使用視角傾斜技術(shù)來(lái)抑制層面內(nèi)的形變，3D自旋回波的采集主要是用于解決每個(gè)激勵(lì)層面間的幾何形變[14]。已有研究證實(shí)，SEMAC技術(shù)可應(yīng)用于脊柱金屬植入術(shù)后患者的MRI檢查中[15-16]。而MAVRIC技術(shù)是利用一系列有限帶寬的激發(fā)脈沖去減小層面內(nèi)的形變，但是此技術(shù)并未在層面方向補(bǔ)償相位編碼梯度場(chǎng)，屬于非層面選擇性的，因此限制了此技術(shù)在脊柱MRI中的臨床應(yīng)用。本研究中采用的MAVRIC-SL技術(shù)是SEMAC和MAVRIC技術(shù)的融合，整合了兩者所有的優(yōu)勢(shì)，層面選擇性為脊柱金屬植入術(shù)后的MRI提供了支撐，在減小脊柱金屬偽影方面表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

圖1 女，52歲，頸椎前路椎間盤(pán)切除并椎體融合術(shù)后8天。a)MAVRIC-SL STIR序列，金屬偽影面積為579mm2，金屬植入物的輪廓顯示清晰、無(wú)明顯斷裂和移位，但后頸部皮下脂肪的信號(hào)抑制不徹底(星)，脊髓的模糊效應(yīng)和低對(duì)比度導(dǎo)致脊髓顯示欠佳；b)帶寬優(yōu)化STIR序列，金屬偽影面積為964mm2，脊髓內(nèi)線樣長(zhǎng)T2信號(hào)的病灶顯示清晰(箭)。 圖2 男，55歲，頸椎前路金屬植入術(shù)后10天。MAVRIC-SL STIR序列與帶寬優(yōu)化STIR序列比較，金屬偽影面積更小，金屬植入物輪廓顯示清晰，無(wú)明顯斷裂和移位，但是后頸部皮下脂肪抑制效果欠佳(星)，脊髓的對(duì)比度和銳利度也有所下降(箭)。a)MAVRIC-SL STIR序列；b)帶寬優(yōu)化STIR序列。

本研究結(jié)果顯示，MAVRIC-SL STIR序列圖像上金屬偽影的面積較帶寬優(yōu)化STIR序列顯著減小，對(duì)金屬植入物的形態(tài)和位置顯示更加清晰，有利于判斷金屬植入物是否存在斷裂和移位等。而且，更小的金屬偽影有利于對(duì)周?chē)＝馄式Y(jié)構(gòu)及病灶的顯示。MAVRIC-SL STIR序列圖像上金屬偽影的面積顯著減小主要?dú)w功于以下3個(gè)方面的原因：第一，不再使用常規(guī)的整體連續(xù)的射頻脈沖進(jìn)行激勵(lì)，而采用多個(gè)偏中心的有限帶寬的離散且獨(dú)立的高斯脈沖單元進(jìn)行激勵(lì)，每個(gè)獨(dú)立的射頻脈沖單元都可以重建出單獨(dú)的MR原始圖像，將所有的射頻脈沖單元獲得的不同偽影特點(diǎn)的原始圖像經(jīng)過(guò)模糊數(shù)學(xué)算法進(jìn)行后處理，即可獲得偽影顯著減小的合成圖像，并且提高例圖像的信噪比[2]。第二，MAVRIC-SL STIR作為3D采集序列，除了在層面方向施加常規(guī)的相位編碼梯度場(chǎng)進(jìn)行層面定位之外，還在層面方向施加了一個(gè)與層面內(nèi)相位編碼梯度場(chǎng)完全相同的補(bǔ)償梯度，可以減小氫質(zhì)子在層面間的位移效應(yīng)，有利于減小層面方向的幾何形變[17]。第三，MAVRIC-SL STIR技術(shù)中對(duì)信號(hào)的讀出方式采用了視角傾斜技術(shù)，通過(guò)在層面方向施加一個(gè)與頻率編碼梯度場(chǎng)完全相同的補(bǔ)償梯度來(lái)糾正氫質(zhì)子在層面內(nèi)的位移效應(yīng)，從而減小層面內(nèi)的幾何形變[18]。第四，與帶寬優(yōu)化STIR序列相比，MAVRIC-SL STIR序列使用了更小的有效TE，減小了氫質(zhì)子的位移，從而有利于獲得更小的金屬偽影；而且可以將回波鏈中信號(hào)強(qiáng)度更高的前面的回波填充到K空間中心的相位編碼線，有利于提高信噪比和降低模糊效應(yīng)?；谏鲜鏊膫€(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，MAVRIC-SL STIR序列圖像上金屬偽影的面積得以顯著減小。

本研究結(jié)果還顯示，與帶寬優(yōu)化STIR序列相比，MAVRIC-SL STIR序列圖像對(duì)基本未被金屬偽影所遮蓋的脊髓的顯示效果卻明顯降低。這一情況的出現(xiàn)主要?dú)w咎于兩個(gè)方面的因素：第一，組織對(duì)比度較低。圖像的組織對(duì)比主要反映的是組織之間質(zhì)子密度的差異，MAVRIC-SL STIR序列所采用的有效回波時(shí)間(effective TE)為7～8 ms，使得T2信號(hào)對(duì)比被抑制，所以對(duì)脊髓的顯示質(zhì)量受組織對(duì)比度低的影響而下降，這是一個(gè)恒定的影響因素。第二， 模糊效應(yīng)。圖像的模糊效應(yīng)來(lái)源于三個(gè)方面：①長(zhǎng)回波鏈(20)?；夭ㄦ溤介L(zhǎng)，回波之間信號(hào)強(qiáng)度的差異越明顯，造成圖像重建過(guò)程中相位計(jì)算錯(cuò)誤而形成模糊偽影，這也是一個(gè)恒定的影響因素；②圖像算法。因成像過(guò)程中獲得的一系列不同偽影特點(diǎn)的原始圖像經(jīng)模糊數(shù)學(xué)算法進(jìn)行后處理來(lái)糾正偽影，這一圖像算法必定會(huì)造成所合成圖像顯示較模糊，這是另一個(gè)恒定的影響因素；③運(yùn)動(dòng)偽影。MAVRIC-SL STIR序列的采集時(shí)間約為11 min，某些患者可能會(huì)因?yàn)闄z查時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而發(fā)生體位的變化。而且，MAVRIC-SL技術(shù)與相位過(guò)采樣(phase oversampling)技術(shù)不兼容，所以為了避免圖像卷褶，相位編碼方向只能設(shè)置為前后方向，則無(wú)法克服患者的吞咽運(yùn)動(dòng)所形成的運(yùn)動(dòng)偽影，從而加重了圖像模糊，但是每例患者的配合程度不同，所以這是一種隨機(jī)影響因素。Gutierrez等[10]將MAVRIC-SL技術(shù)應(yīng)用于不同部位的金屬植入物(全髖關(guān)節(jié)置換、膝關(guān)節(jié)置換、股骨頸螺釘?shù)?的MRI檢查中，其結(jié)果顯示和與常規(guī)2D-FSE序列相比，MAVRIC-SL圖像上骨與植入物的交界面顯示更加清晰，對(duì)周?chē)浗M織的遮蓋范圍更小，但是最大的缺點(diǎn)仍然是圖像存在不同程度的模糊效應(yīng)。

脊柱金屬植入物所造成的局部磁場(chǎng)不均勻性為脂肪抑制技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)[19-21]。當(dāng)靜磁場(chǎng)(B0)不均勻時(shí)，使用特定頻率飽和脈沖的頻率選擇脂肪飽和技術(shù)很難獲得均勻一致的脂肪抑制效果[22]。STIR序列是目前臨床上廣泛應(yīng)用的一種脂肪抑制技術(shù)，基于脂肪組織的短T1特性，而并不依賴氫質(zhì)子的化學(xué)位移，所以對(duì)靜磁場(chǎng)的不均勻性不敏感[23-24]，有利于克服金屬偽影的影響和取得更好的脂肪抑制效果。但是本研究結(jié)果顯示，與MAVRIC-SL STIR序列相比，帶寬優(yōu)化STIR序列圖像上脂肪抑制更加徹底，脂肪抑制效果更佳。筆者認(rèn)為造成上述結(jié)果的原因主要有兩個(gè)方面：首先，雖然兩個(gè)序列進(jìn)行脂肪抑制的原理是相同的，即通過(guò)施加短反轉(zhuǎn)時(shí)間(TI)的180°反轉(zhuǎn)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)脂肪抑制，但是MAVRIC-SL技術(shù)采用多個(gè)相互部分重疊的高斯脈沖進(jìn)行激勵(lì)，雖然提高了圖像的信噪比，但脂肪組織的信號(hào)也在增加；另一方面，長(zhǎng)回波鏈所造成的磁化轉(zhuǎn)移效應(yīng)和J-偶聯(lián)效應(yīng)進(jìn)一步增加了脂肪組織的信號(hào)強(qiáng)度。但是從另外的角度來(lái)看，本研究中發(fā)現(xiàn)MAVRIC-SL STIR序列圖像上脂肪抑制效果不佳的部位主要為項(xiàng)背部的皮下脂肪，但其基本不會(huì)影響到對(duì)脊柱術(shù)后效果的評(píng)價(jià)，MAVRIC-SL技術(shù)結(jié)合脂肪抑制仍然有利于對(duì)金屬植入物周?chē)≡畹娘@示。

本研究存在的不足之處：第一，兩個(gè)序列并未使用相同的TE，在一定程度上減弱了二者的可比性；第二，本研究的樣本量較小，還需在今后的研究中繼續(xù)增加樣本量；第三，僅將頸椎前路術(shù)后的患者納入研究，對(duì)其它部位脊柱內(nèi)固定術(shù)后患者的MRI顯示效果尚不明確；第四，本研究中患者的植入物材料一致，今后擬將其它材料的金屬植入物納入研究。

綜上所述，MAVRIC-SL STIR序列可以明顯減輕頸椎前路術(shù)后患者M(jìn)R圖像上的金屬偽影，但是對(duì)椎管內(nèi)脊髓的顯示和頸部脂肪的抑制效果并不優(yōu)于帶寬優(yōu)化STIR序列。