集成MR序列T1、T2弛豫定量的可重復(fù)性研究

徐良洲，徐霖，賀夢(mèng)吟，黃波

MRI因其優(yōu)異的軟組織對(duì)比，在全身多系統(tǒng)、多部位病變的檢出、診斷及預(yù)后評(píng)價(jià)中的價(jià)值已得到廣泛認(rèn)可。然而，臨床上不同的MR儀在場(chǎng)強(qiáng)、脈沖序列參數(shù)設(shè)置以及勻場(chǎng)條件等多個(gè)方面均存在差異，造成目前MR圖像的判讀仍以信號(hào)的相對(duì)高低為主，而不同個(gè)體之間信號(hào)改變并不能進(jìn)行絕對(duì)的比較。

縱向弛豫時(shí)間(longitudinal relaxation time，T1)及橫向弛豫時(shí)間(transverse relaxation time，T2)等是組織的特征性參數(shù)，不受參數(shù)設(shè)置等因素的影響，因此對(duì)這些參數(shù)的準(zhǔn)確定量就為不同患者之間的比較提供了可能。然而，傳統(tǒng)的T1-mapping、T2-mapping需要采集多個(gè)序列成像，掃描時(shí)間長(zhǎng)，并不適合于常規(guī)臨床應(yīng)用。集成磁共振成像(synthetic MRI，SyMRI)是一種全新的MR掃描方法，這種技術(shù)通過(guò)一次掃描即可得到T1、T2等多個(gè)組織弛豫時(shí)間[1]。這種成像方法的穩(wěn)定性目前尚未有報(bào)道，本研究對(duì)比兩個(gè)中心的數(shù)據(jù)，研究SyMRI在T1、T2弛豫定量的可重復(fù)性。

表2 各腦區(qū)組內(nèi)及組間T1、T2值對(duì)比結(jié)果相關(guān)性分析

材料與方法

1.一般資料

本研究通過(guò)了兩家醫(yī)院倫理委員會(huì)的審核，并獲得所有受試者的知情同意。2019年2月-6月納入8名健康志愿者進(jìn)行SyMRI掃描。其中男4例，女4例，年齡22～54歲，平均(38.2±5.8)歲。

2.儀器與方法

采用GE 1.5T Explorer MR掃描儀，頭頸聯(lián)合線圈。常規(guī)掃描序列包括橫軸面T2WI、T1FLAIR、T2FLAIR、DWI及3D T1BRAVO。SyMRI基于Qmap (quantitative mapping)序列，其掃描參數(shù)為：視野24 cm×24 cm，TR 4000 ms，TE 21 ms或95 ms，回波鏈12，矩陣320×256，層厚4 mm，層間距1 mm，掃描時(shí)間為5分36秒。為進(jìn)行可重復(fù)性研究，每位志愿者均在有同樣機(jī)型及平臺(tái)的兩家醫(yī)院進(jìn)行掃描，并在同一臺(tái)MR上不同時(shí)間掃描兩次，即每位志愿者均掃描4次，每次掃描參數(shù)完全一致。

3.圖像分析

用Qmap后處理軟件進(jìn)行后處理，生成所有層面的T1-mapping及T2-mapping圖像。使用SPM 12.0軟件將腦實(shí)質(zhì)進(jìn)行分割，首先將T1-mapping和3D T1圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，將配準(zhǔn)后的T1圖像從個(gè)體化空間非線性的標(biāo)準(zhǔn)化至Montreal Neurological Institute(MNI)空間，這樣將量化圖譜轉(zhuǎn)化為MNI空間，最后使用AAL灰質(zhì)模板和JHU-ICBM白質(zhì)模板提取各個(gè)腦區(qū)的定量參數(shù)值。測(cè)量4個(gè)灰質(zhì)區(qū)(額葉灰質(zhì)、顳葉灰質(zhì)、枕葉灰質(zhì)及丘腦)及4個(gè)白質(zhì)區(qū)(胼胝體、內(nèi)囊、外囊及放射冠)的組織T1值及T2值。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

測(cè)量結(jié)果采用SPSS 23.0軟件(Chicago，IL，USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass co rrelation coeff icient，ICC)評(píng)價(jià)同一臺(tái)MR前后掃描(組內(nèi))及不同MR之間(組間)測(cè)量結(jié)果的一致性。采用Bland-Altman散點(diǎn)圖顯示組內(nèi)及組間測(cè)量結(jié)果的一致性。采用K-S擬合優(yōu)度檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分布，志愿者的T1及T2值測(cè)量結(jié)果均符合正態(tài)分布，故采用t檢驗(yàn)對(duì)比組間及組內(nèi)測(cè)量結(jié)果。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

志愿者Qmap掃描生成的T1-mapping及T2-mapping圖像見(jiàn)圖1。組間及組內(nèi)可重復(fù)性研究 ICC和Bland-Altman顯示所有部位組間及組內(nèi)的測(cè)量結(jié)果均表現(xiàn)出很好的一致性(表1，圖2)，同時(shí)組間及組內(nèi)測(cè)量結(jié)果差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。

表1 各腦區(qū)組內(nèi)及組間T1、T2值測(cè)量ICC結(jié)果

討 論

本研究分別在同一機(jī)型的MR進(jìn)行組間及組內(nèi)的SyMRI，同時(shí)對(duì)相應(yīng)生成的T1及T2弛豫圖進(jìn)行了基于體素的分析，最后比較組間及組內(nèi)的定量結(jié)果。結(jié)果表明，無(wú)論是組間還是組內(nèi)，腦灰質(zhì)及白質(zhì)區(qū)的T1值和T2值均表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

目前臨床上MR成像主要是加權(quán)成像，即通過(guò)TE或TR等參數(shù)的設(shè)定突出T1或者T2的權(quán)重，因此無(wú)論是T1或是T2加權(quán)，其圖像對(duì)比也含有組織其他弛豫信息。當(dāng)計(jì)算組織的T1或T2弛豫時(shí)間時(shí)，則需要不同TE或TR時(shí)間的多個(gè)序列生成不同權(quán)重的T1或T2對(duì)比，再通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度曲線擬合計(jì)算T1或者T2值，簡(jiǎn)而言之是先成像后定量。SyMRI的成像過(guò)程與傳統(tǒng)方法完全不同，以本研究中的Qmap序列為例，首先在一個(gè)序列中直接采集多個(gè)回波、多個(gè)延遲時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度，一次性計(jì)算出T1、T2、質(zhì)子密度(proton density，PD)及射頻場(chǎng)B1值，在根據(jù)以上的值調(diào)整TE及TR時(shí)間生成不同的圖像對(duì)比，因此是先定量后成像。正因SyMRI可得到組織的特征性弛豫值，因此理論上SyMRI可以得到“純正”的T1或T2對(duì)比的圖像，這和傳統(tǒng)的加權(quán)成像也不相同。已有國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，無(wú)論是成人還是兒童，SyMRI的成像質(zhì)量完全可與傳統(tǒng)的成像方法媲美[2-6]，且T1、T1FLAIR的對(duì)比要優(yōu)于傳統(tǒng)方法，同時(shí)，SyMRI還能生成傳統(tǒng)方法不易得到的相位敏感翻轉(zhuǎn)恢復(fù)成像(phase sensitive inversion recovery，PSIR)、單純灰質(zhì)成像等對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)這些對(duì)比在多發(fā)性硬化[7-9]、顏面血管瘤病綜合癥[10-11]等病變的診斷中具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。

圖1 女，28歲，正常志愿者。a)T1-mapping圖； b) T2-mapping圖。

圖2組間及組內(nèi)Bland-Altman圖。Bland-Altman散點(diǎn)圖及95%的可信區(qū)間表明組內(nèi)及組間測(cè)量結(jié)果具有很好的一致性。

弛豫定量已廣泛應(yīng)用于全身多個(gè)系統(tǒng)病變的診斷，如T2值評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)軟骨[12]及診斷前列腺癌[13]，T1值變化診斷心肌梗死[14]及纖維化[15]等。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面，弛豫定量在癲癇、多發(fā)性硬化、創(chuàng)傷以及腫瘤等方面的研究也有報(bào)道，然而目前弛豫定量的方法各個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)并未統(tǒng)一，同時(shí)掃描時(shí)間長(zhǎng)，還受患者配合因素影響，因而在臨床并未廣泛開(kāi)展。和傳統(tǒng)方法相比，Qmap序列參數(shù)便于統(tǒng)一，顯著縮短了掃描時(shí)間，從而顯著提高了掃描的成功率，因此納入日常臨床實(shí)踐是可行的。此外，Qmap還可同時(shí)獲得B1場(chǎng)的分布，進(jìn)行B1場(chǎng)校正，因此理論上Qmap得到的弛豫定量值會(huì)更準(zhǔn)確。本研究初步證實(shí)健康志愿者定量結(jié)果具有可靠的穩(wěn)定性，為下一步長(zhǎng)期隨訪研究、多中心研究奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)一步即可進(jìn)行病變的研究。

本研究存在一些不足之處。首先，研究對(duì)象的均為健康志愿者，而且年齡范圍有限。增加樣本量，同時(shí)納入不同類型的病變是下一步的研究方向。其次，因掃描時(shí)間的限制，本研究并未掃描常規(guī)T1-mapping及T2-mapping與Qmap的結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，但已有研究報(bào)道SyMRI獲得的結(jié)果與常規(guī)方法基本吻合[16]。此外，為了減少影響研究結(jié)果的變量，所有掃描采用的參數(shù)是完全一致的，而不同參數(shù)是否獲得穩(wěn)定的結(jié)果也需要進(jìn)一步探討，以便能開(kāi)展廣泛的多中心研究。

綜上所述，Qmap生成的組織弛豫T1及T2值有很好的穩(wěn)定性，因此可作為長(zhǎng)期隨訪研究或多中心研究的有效影像指標(biāo)。