小鼠腦部磁共振成像質(zhì)量的對(duì)照研究

龔志剛 莊麗華 黃炎文 徐慧慧 詹松華

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，動(dòng)物磁共振科研越來(lái)越受到重視，復(fù)制動(dòng)物模型進(jìn)行臨床疾病的研究也逐漸成為許多臨床疾病研究的主要方法。國(guó)外多采用實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用的高場(chǎng)強(qiáng)或超高場(chǎng)強(qiáng)磁共振儀進(jìn)行小動(dòng)物成像［1-4］，但小動(dòng)物迷你磁共振價(jià)格昂貴，無(wú)法在小型及大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)中普遍應(yīng)用。國(guó)內(nèi)臨床科研人員多利用臨床大型磁共振儀進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，常規(guī)使用小柔表面線圈及關(guān)節(jié)線圈對(duì)大、小鼠進(jìn)行成像。近年我科引進(jìn)了8 通道橫向放置動(dòng)物線圈，目前其在臨床尚未廣泛應(yīng)用，為此，本研究擬通過(guò)對(duì)比分析8 通道橫向動(dòng)物線圈與小柔表面線圈的小鼠腦部成像質(zhì)量，為臨床及科研人員提供依據(jù)。

方 法

1. 材料

C57BL/6N 雄性小鼠15 只，體重20～22 g，由上海中醫(yī)藥大學(xué)從浙江維通利華生物科技有限公司購(gòu)入，許可證號(hào)為SCXK（浙）2018-0001。水合氯醛（上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），1 ml 注射器。8通道橫向放置線圈（上海辰光醫(yī)療科技股份有限公司，編號(hào)5000049101/序列號(hào)001006），4 通道小柔表面線圈（西門(mén)子Flex Small 4 a 3T Tim Coil），2 種線圈外觀見(jiàn)圖1。

圖1 八通道橫向放置線圈（A）與4通道小柔表面線圈（B）

2. 磁共振成像檢查

采用西門(mén)子skyra 3.0T（西門(mén)子skyra，西門(mén)子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司，德國(guó)愛(ài)爾蘭根）成像設(shè)備。掃描前以4%水合氯醛腹腔注射麻醉小鼠（400 mg/kg）。將麻醉適宜小鼠俯臥位放置于8 通道橫向放置線圈小孔徑及小柔表面線圈中央。依次掃描冠狀位及橫斷位的T1WI、T2WI 和SWI，T1WI 及T2WI 采用TSE 序列，SWI采用梯度回波序列掃描（表1）。

表1 磁共振掃描各序列參數(shù)

3. 圖像分析

本次研究中圖像由2 名一線放射科醫(yī)師采用雙盲法對(duì)這15 只小鼠腦部橫斷位及冠狀位的T1WI、T2WI、SWI 圖像的銳利度、噪聲和偽影進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)分參考Kalra 5 級(jí)評(píng)分法［5-6］。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：5 分，圖像質(zhì)量非常好，噪聲控制好，無(wú)偽影；4 分，圖像質(zhì)量較好，噪聲和偽影少；3 分，圖像質(zhì)量一般，有一些噪聲或偽影，但不影響診斷；2 分，圖像質(zhì)量較差，有嚴(yán)重噪聲或偽影，影響診斷；1 分，圖像質(zhì)量差，噪聲或偽影嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行診斷。所有圖像評(píng)分結(jié)束后揭盲，分別統(tǒng)計(jì)出2 名醫(yī)師對(duì)各組小鼠的評(píng)分，每只小鼠的評(píng)分取2位醫(yī)生評(píng)分的均值。

4. SNR及CNR值測(cè)定

在后處理工作站上用VIEW FORUM 軟件對(duì)圖像進(jìn)行測(cè)量，在小鼠腦組織T1WI、T2WI 及SWI 冠狀面、橫斷面圖像上的大腦皮質(zhì)、側(cè)腦室旁及周?chē)尘胺胖酶信d趣區(qū)（面積約0.2 mm2，約10～14 個(gè)像素點(diǎn)），測(cè)量信號(hào)值（感興趣區(qū)中像素點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的平均值）及噪聲強(qiáng)度（感興趣區(qū)中像素點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差），計(jì)算信噪比（signal-to-noise ratio，SNR；SNR=SI組織/SD噪聲） 及對(duì)比噪聲比（contrast-noiseratio，CNR；CNR=（SI組織-SI背景）/SD背景噪聲）。

5. 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

1. 2種線圈掃描圖像主觀評(píng)分

所有圖像掃描結(jié)束后，對(duì)2 名醫(yī)師的圖像評(píng)分揭盲。統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)8 通道橫向放置線圈冠狀位及橫斷位的T1WI 及T2WI 圖像主觀評(píng)分均高于小柔表面線圈（均P＜0.001），但兩者冠狀位及橫斷位的SWI 圖像主觀評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。詳見(jiàn)表2及圖2～4。

表2 2種線圈掃描圖像主觀評(píng)分n=15，± s

表2 2種線圈掃描圖像主觀評(píng)分n=15，± s

組別8通道橫向線圈小柔表面線圈t值P值評(píng)分/分T1WI冠狀位4.50±0.63 3.20±0.37 11.063＜0.001 T2WI冠狀位4.63±0.44 3.17±0.24 12.856＜0.001 T1WI橫斷位4.87±0.35 3.07±0.18 18.924＜0.001 T2WI橫斷位4.90±0.28 3.67±0.45 8.047＜0.001 SWI冠狀位3.70±0.41 3.57±0.50 0.807＞0.05 SWI橫斷位3.27±0.42 3.17±0.31 1＞0.05

圖2 8通道橫向放置線圈的小鼠腦部圖像A.橫斷位T1WI；B.橫斷位T2WI；C.冠狀位T1WI；D.冠狀位T2WI。

2. 2種線圈掃描圖像SNR及CNR值

掃描結(jié)束后統(tǒng)計(jì)出所有圖像冠狀位及橫斷位圖像的大腦皮質(zhì)及中心區(qū)域（側(cè)腦室旁）信號(hào)均值及標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算出SNR 及CNR 值。結(jié)果（表3）顯示：8 通道橫向放置線圈冠狀位T1WI 及T2WI 圖像（皮質(zhì)及中心）SNR 顯著高于小柔表面線圈（均P＜0.01）；8通道橫向放置線圈冠狀位T1WI 及T2WI 圖像（皮質(zhì)及中心）CNR 與小柔表面線圈差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）；8 通道橫向放置線圈橫斷位T1WI 及T2WI圖像（皮質(zhì)及中心）SNR 和CNR 均高于小柔表面線圈（均P＜0.01）；8 通道橫向放置線圈冠狀位及橫斷位SWI 圖像（皮質(zhì)及中心）SNR 與小柔表面線圈差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）；8 通道橫向放置線圈冠狀位及橫斷位SWI 圖像（皮質(zhì)及中心）CNR高于小柔表面線圈（均P＜0.05）。

圖3 小柔線圈的小鼠腦部圖像A.橫斷位T1WI；B.橫斷位T2WI；C.冠狀位T1WI；D.冠狀位T2WI。

圖4 8通道橫向放置線圈和小柔線圈的小鼠腦部SWI圖像比較A.8通道橫向放置線圈橫斷位SWI；B.小柔表面線圈橫斷位SWI；C.8通道橫向放置線圈冠狀位SWI；D.小柔表面線圈冠狀位SWI。

表3 2種線圈掃描圖像SNR及CNR值比較

討 論

MRI圖像質(zhì)量受到多種成像因素的影響［7］，主要包括磁場(chǎng)強(qiáng)度、線圈、掃描野、層厚與層間距、矩陣、激勵(lì)次數(shù)、帶寬等。MRI是活體動(dòng)物檢測(cè)的最佳途徑［8-11］，小柔表面線圈具有較高的信噪比，在關(guān)節(jié)檢查中應(yīng)用較為廣泛，但表面線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不均勻，穿透深度有限，在小鼠等動(dòng)物MRI 研究中質(zhì)量欠佳。為了提高小鼠頭部圖像的清晰度，研究者使用了8通道小動(dòng)物專(zhuān)用線圈。

為了探究這種線圈對(duì)小鼠頭部成像的信噪比（SNR）及其質(zhì)量，我們使用西門(mén)子3.0T 磁共振儀結(jié)合8 通道動(dòng)物線圈進(jìn)行研究，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)小鼠腦部結(jié)構(gòu)的清晰顯示，并將其與常規(guī)小柔表面線圈進(jìn)行了圖像質(zhì)量主觀及客觀對(duì)比。我們發(fā)現(xiàn)使用8 通道橫向線圈時(shí)，小鼠腦部冠狀位及橫斷位T1WI、T2WI圖像主觀評(píng)分均高于小柔表面線圈，兩者冠狀位及橫斷位SWI 圖像主觀評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；9 通道橫向線圈冠狀位及橫斷位T1WI、T2WI 圖像SNR 明顯高于小柔表面線圈，8 通道橫向線圈橫斷位T1WI、T2WI圖像及橫斷位和冠狀位SWI 圖像對(duì)比信噪比（CNR）高于常規(guī)小柔表面線圈，且這一結(jié)果在皮質(zhì)及中心部位具有一致性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，盡管2 種線圈圖像的SNR 及CNR 差異明顯，但無(wú)論是8 通道橫向線圈還是小柔表面線圈，其SNR 和CNR 的標(biāo)準(zhǔn)差均較大，說(shuō)明這2 種線圈穩(wěn)定性不佳，所以在圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，我們采用主觀評(píng)分結(jié)合SNR 及CNR 進(jìn)行評(píng)判，更為全面，更為準(zhǔn)確。另外，小鼠橫斷位T1WI、T2WI圖像的主觀評(píng)分、SNR 及CNR 均優(yōu)于小柔表面線圈，這可能與其掃描面積大于冠狀位有關(guān)。橫斷位圖像掃描野更大，空間分辨率更高，但其也存在掃描層面較少的缺點(diǎn)。

8 通道橫向放置線圈具有孔徑小的優(yōu)勢(shì)，能緊密包裹小鼠的頭部，周?chē)障稖p少，背景噪聲小，因而使圖像SNR 增加，圖像質(zhì)量更好。8通道橫向放置線圈T1WI 及T2WI 圖像對(duì)小鼠細(xì)節(jié)顯示良好，能清晰顯示小鼠頭部輪廓，皮質(zhì)、側(cè)腦室及海馬、紋狀體等結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與此一致。本研究中掃描層厚1 mm，層間距小至0.1 mm，較小的層厚和層間距使我們能獲得更多的解剖細(xì)節(jié)。雖然過(guò)高的激勵(lì)次數(shù)還可提高SNR，但掃描時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)小鼠易蘇醒移動(dòng)，也不可取，本研究中激勵(lì)次數(shù)在4 次及以下，T1WI、T2WI及SWI掃描時(shí)間均在6 min以?xún)?nèi)，總共掃描時(shí)間在麻醉時(shí)效內(nèi)，滿(mǎn)足掃描時(shí)間要求。我們掃描的小鼠體重20～25 g，腦部體素小，腦實(shí)質(zhì)最大層面面積小于1 cm2，如果采用大鼠則能獲得更高清晰度圖像。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們嘗試對(duì)小鼠腦部DWI圖像進(jìn)行調(diào)試，但8通道專(zhuān)用線圈在較長(zhǎng)掃描時(shí)間情況下成像質(zhì)量依舊不佳，小柔線圈則未能成功獲得DWI圖像。

綜上所述，3.0T 磁共振儀結(jié)合使用8 通道橫向放置動(dòng)物線圈對(duì)小鼠頭部進(jìn)行成像切實(shí)可行，通過(guò)綜合調(diào)整掃描參數(shù)，可清晰顯示小鼠腦部結(jié)構(gòu)，尤其是TIWI、T2WI 和SWI，值得在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物磁共振成像研究中推薦應(yīng)用。