半劑量對比劑增強(qiáng)雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列臂叢成像研究

李友，張樹桐，王艷芳，蔣嚴(yán)，黃增發(fā)，馬鋒

因具有較高的軟組織對比度,磁共振成為診斷臂叢病變的首選方法。為了提高臂叢的對比度和分辨率,多采用三維單反轉(zhuǎn)恢復(fù)可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波序列(three-dimensional short inversion time inversion recovery sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolution,3D-STIR-SPACE)增強(qiáng)掃描進(jìn)行臂叢磁共振成像[1]。

3D-STIR-SPACE目前在增強(qiáng)作用下所用對比劑劑量多以說明書推薦的單倍劑量為方案,利用順磁性對比劑縮短橫向馳豫(T2)和縱向馳豫(T1)對臂叢周圍的淋巴、血管高信號進(jìn)行抑制,因血管—神經(jīng)屏障的存在使臂叢神經(jīng)不吸收對比劑從而得到很好的對比顯示[2]。對比劑對組織弛豫的改變依托于對比劑的濃度,低濃度下以縮短縱向弛豫時間(T1)為主,提高對比劑濃度將縮短橫向弛豫(T2)。釓對比劑經(jīng)腎臟排泄,可能會增加發(fā)生腎源性系統(tǒng)纖維化(nephrogenic systemic fibrosis,NSF)的風(fēng)險[3]。研究表明線性和大環(huán)類含釓對比劑均會在大腦及其他組織中發(fā)生痕量釓沉積[4]。使得對比劑的安全用量成為現(xiàn)在日益關(guān)注的話題,滿足圖像診斷需求的同時降低對比劑用量已達(dá)成共識。

滿足基于對比劑的特性和組織間弛豫的差別,本研究擬采用低劑量對比劑增強(qiáng)三維雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波序列(three-dimensional double inversion time inversion recovery sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolution,3D-DIR-SPACE)進(jìn)行臂叢神經(jīng)成像,獲得了較好的圖像質(zhì)量,特報告如下。

材料與方法

1.資料

搜集2019年1-11月在西門子Skyra3.0T磁共振上因臨床疑有神經(jīng)功能障礙行磁共振臂叢掃描的患者,分兩組。對照組:男女各20例,年齡32～76歲(平均53.3±14.09歲),體重40～98kg(平均63.5±14.39kg)。研究組:男21例,女19例,年齡33～85歲(平均55.95±13.47歲),體重46～90 kg(平均64.25±11.02kg)。

2.檢查方法

兩組在增強(qiáng)前均掃描實圖重建反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(two-dimensional short inversion time inversion recovery，2D-STIR)、3D-DIR-SPACE、3D-STIR-SPACE,在推藥3分鐘后對照組行3D-STIR-SPACE掃描、研究組行3D-DIR-SPACE掃描。增強(qiáng)采用Medtron廠家雙流高壓注射器,A管為對比劑,B管為生理鹽水,對比劑為釓貝葡胺注射液(Gd-BOPTA),濃度0.5mol/L。對照組程序1 Concentration設(shè)置100%,程序2 Concentration設(shè)置0%,劑量為建議劑量0.2mL/kg,流率2.5mL/s,跟15mL生理鹽水沖管；研究組程序1 Concentration設(shè)置50%,程序2 Concentration設(shè)置0%,劑量為低劑量0.1mL/kg,跟15mL生理鹽水沖管。掃描序列參數(shù)見表1。

表1 序列參數(shù)表

3.圖像處理與分析

搜集兩組平掃數(shù)據(jù)：將2D-STIR上傳工作站行最小MIP重建,重建厚度25 mm,層間距3 mm。利用圓形ROI(面積:0.01 cm2、像素:5)在神經(jīng)顯示完整的層面,測量神經(jīng)近端、中端、遠(yuǎn)端信號各1次,取平均值。測量神經(jīng)周圍的淋巴、血管信號各3次,取平均值(將信號相近的淋巴與血管定義為組織1,將信號低于淋巴的血管定義為組織2),測量背景信號3次。取標(biāo)準(zhǔn)差平均值,作圖像背景噪聲,利用公式SNR=SI/SD計算信噪比，此次測量數(shù)字和計算結(jié)果皆取絕對值。將3D-STIR-SPACE、3D-DIR-SPACE上傳工作站建最大MIP像,建厚度25 mm,層間距3 mm,利用ROI(面積:0.01 cm2、像素:5)在神經(jīng)顯示較好的層面測量神經(jīng)近端、中端、遠(yuǎn)端信號各3次,取平均值。測量同層面肌肉信號3次,取平均值,測量同層面背景信號3次,取標(biāo)準(zhǔn)差的平均值作為圖像噪聲。利用公式CNR=(SI神經(jīng)-SI肌肉)/SD背景計算神經(jīng)對比度噪聲比。

圖1 2D-STIR序列,組織1信號強(qiáng)-797.2(3)與神經(jīng)信號-355.4(1)相差較大,組織2信號-353.4(4)與神經(jīng)信號-355.4(1)相差不大。 圖2 a)3D-STIR-SPACE掃描MIP像；b)3D-DIR-SPACE掃描MIP像；兩種掃描序列臂叢呈高信號,顯示良好,走行完整,神經(jīng)周圍血管、淋巴高信號影響神經(jīng)對比度。 圖3 a)單倍劑量3D-STIR-SPACE MIP像；b)低劑量3D-DIR-SPACE MIP像；兩種掃描方法血管和淋巴信號有所減低,臂叢神經(jīng)顯示良好,走行完整,對比度增高。

搜集兩組增強(qiáng)數(shù)據(jù)并上傳工作站行最大MIP處理,層厚25 mm,層間距3 mm,由具有5年以上診斷經(jīng)驗的醫(yī)師通過主觀觀察進(jìn)行評分。觀察對象為組織1/2的信號改變及神經(jīng)顯示情況,評分標(biāo)準(zhǔn)如下：1分，組織1/2高信號、神經(jīng)走行顯示不佳；2分，組織1/2高信號、神經(jīng)走行顯示較清晰；3分，組織1/2稍低信號、神經(jīng)走行顯示不清；4分，組織1/2稍低信號、神經(jīng)走行顯示較為清晰；5分，組織1/2低信號、神經(jīng)走行顯示清晰。

4.統(tǒng)計分析

結(jié) 果

神經(jīng)與組織1在SI、SNR上有明顯差異(P1=0.00,表2、圖1),神經(jīng)與組織2在SI、SNR上無明顯差異(P2=0.77/0.93)。3D-STIR/DIR-SPACE序列在臂叢掃描中的CNR無明顯差異(P=0.06,表3、圖2)。神經(jīng)在低劑量下3D-DIR-SPACE與建議劑量下3D-STIR-SPACE增強(qiáng)后的評分無統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.10,表4、圖3)。

表2 在2D-STIR序列下神經(jīng)與組織1/2 在SI、SNR間的比較

注：χ12：神經(jīng)與組織1間的比較；χ22：神經(jīng)與組織2間的比較

表3 神經(jīng)在3D-STIR/DIR-SPACE平掃下的CNR比較

注：t=-1.84，P=0.06

表4 神經(jīng)在3D-DIR/STIR-SPACE增強(qiáng)后的累計評分

注:U=660，P=0.10

討 論

1992年Filler等[5]報告了磁共振神經(jīng)成像技術(shù)以來，根據(jù)神經(jīng)組織的結(jié)構(gòu)功能特性采取不同的技術(shù)進(jìn)行成像已經(jīng)日益完善[6]。因臂叢神經(jīng)束內(nèi)膜富含液體在磁共振上為長T1長T2信號,目前神經(jīng)成像主要是利用液體的長T2特點(diǎn)[7]。3D-STIR-SPACE序列應(yīng)具有很高的分辨率和采集效率而在臂叢神經(jīng)掃描中被廣泛應(yīng)用,對于神經(jīng)走行周圍的淋巴、血管也呈高信號神經(jīng)對比度差,對此多以增強(qiáng)進(jìn)行對高信號的抑制[8]。采用短時反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)(STIR)對脂肪進(jìn)行抑制,技術(shù)原理為先施加一個180°反轉(zhuǎn)脈沖把正向磁化矢量反轉(zhuǎn)到與靜磁場相反的負(fù)方向,脈沖停止后磁化矢量向正向恢復(fù),變化過程為磁化矢量從負(fù)向最大減小到零,再從零變到正向最大,在過零點(diǎn)時施加一個90°脈沖,此時過零點(diǎn)的組織因不具有縱向磁化矢量而不產(chǎn)生信號。STIR依靠組織縱向弛豫時間T1值,在增強(qiáng)作用下組織的縱向弛豫時間(T1)發(fā)生改變,設(shè)置合適的反轉(zhuǎn)時間TI可抑制相應(yīng)的組織信號。

組織固有弛豫的倒數(shù)我們稱之為弛豫率,據(jù)順磁性對比劑增強(qiáng)原理機(jī)制得知,在對比劑作用下組織弛豫隨之改變且與濃度相關(guān),在低濃度下T1縮短比T2縮短明顯,高濃度下T2縮短較為明顯[9]。因血-神經(jīng)屏障,神經(jīng)束不能吸收對比劑,淋巴和血管吸收對比劑后其弛豫改變。對此可有3種注射方案：一是提高劑量縮短T2弛豫進(jìn)行抑制[10,11]。二是以建議劑量注射,此方案濃度以縮短T1為主，輕微改變T2值,配以單反轉(zhuǎn)技術(shù)選取合適的反轉(zhuǎn)時間TI進(jìn)行抑制[12]。三是以小劑量為注射方案,以改變T1值為基礎(chǔ),根據(jù)組織間的弛豫差別配合雙反轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)行抑制[13]。

MRI數(shù)據(jù)矩陣是由實部和虛部組成的,在傅里葉變換后也是復(fù)數(shù)矩陣,往常的磁共振成像中采集的都是磁化矢量的模圖,也就是磁化矢量的絕對值,信號強(qiáng)度為正,這樣的圖像背景為黑色。本研究用的是反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(2D STIR)實圖重建磁化矢量具有方向、大小,當(dāng)組織的磁化矢量過零被抑制時,被抑制的組織和背景為灰色,信號強(qiáng)度為零,T1值長于被抑制的組織顯示為黑色,信號強(qiáng)度為負(fù)值,T1值短于被抑制的組織顯示為白色,信號強(qiáng)度為正值[14]。通過本次掃描可以得出脂肪的T1值短于神經(jīng)與組織1/2的T1值,組織1的T1值長于組織2的T1值,此重建方式可以比較各組織在反轉(zhuǎn)脈沖下磁化矢量的恢復(fù)情況及各組織的縱向弛豫大小,借此可以設(shè)置合適的雙反轉(zhuǎn)參數(shù)對兩種組織的抑制。

本研究采用3D-DIR-SPACE序列,利用雙反轉(zhuǎn)脈沖激發(fā),選擇合適的反轉(zhuǎn)時間可以行臂叢神經(jīng)成像。利用組織間弛豫時間的差異配合低劑量增強(qiáng)改變組織的縱向弛豫時間來對組織進(jìn)行抑制,利用低劑量對比劑將組織2的T1值縮短至脂肪T1至附近,組織1的T1值縮短至脂肪與神經(jīng)之間,選取合適的雙反轉(zhuǎn)時間TI進(jìn)行對組織1/2和脂肪的信號抑制從而實現(xiàn)低劑量對比劑在神經(jīng)成像中的應(yīng)用。本研究采用對比劑為釓貝葡胺注射液(Gd-BOPTA),在3.0T磁場下、37℃血漿中釓貝葡胺注射液的縱向弛豫率、橫向弛豫率分別為5.5L/mmol/s、11.0Lmmol/s,具有較高的弛豫率,為降低劑量和濃度創(chuàng)造了可能[15]。雙反轉(zhuǎn)時間參數(shù)的設(shè)置依靠對比劑對組織T1值的改變程度,因此值得注意的是在配置低濃度低劑量的情況下選擇不同的對比劑應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的反轉(zhuǎn)參數(shù)以到達(dá)背景的抑制和神經(jīng)的顯示。

本研究不足：研究采用的雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列的參數(shù)設(shè)置依靠場強(qiáng)大小和對比劑的性質(zhì),此次只在3.0T磁場下進(jìn)行的單一對比劑的研究,未來應(yīng)在不同場強(qiáng)和不同對比劑兩個方面進(jìn)行研究補(bǔ)充。此次研究采集數(shù)據(jù)的多為神經(jīng)功能正常,缺少功能受損病例進(jìn)行深入分層比較,未來應(yīng)擴(kuò)展病例進(jìn)行補(bǔ)充研究。

綜上所述,與常規(guī)掃描(對照組)相比采用低劑量增強(qiáng)3D-DIR-SPACE在臂叢神經(jīng)成像中能對神經(jīng)周圍的淋巴、血管進(jìn)行抑制,提高了神經(jīng)對比度,獲得較好的圖像質(zhì)量,達(dá)到診斷效果的同時并降低了對比劑的用量。