腰椎磁共振T1WI快速自旋回波序列減少血管搏動(dòng)偽影方法的臨床應(yīng)用對比

陳 薇，張 煒，楊 煉，肖 艷，楊 坤，李 峻，孔祥闖

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院放射科，分子影像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430022

磁共振偽影是指在磁共振掃描或信息處理過程中，由于某種或幾種原因出現(xiàn)了一些人體本身不存在的圖像信息，表現(xiàn)為圖像變形、重疊、缺失、模糊等，使圖像質(zhì)量下降的影像，也稱假影或鬼影[1]。血管搏動(dòng)偽影是磁共振圖像偽影中常見的一種類型[2]，常造成MRI圖像質(zhì)量干擾。尤其在增強(qiáng)后,血液T1縮短，偽影更加明顯，甚至可以造成誤診或者漏診[3]。如何減少偽影成為臨床亟待解決的問題，本研究就減少腰椎增強(qiáng)后T1WI快速自旋回波序列出現(xiàn)的血管搏動(dòng)偽影的方法進(jìn)行探討。

1 資料與方法

1.1 研究對象

隨機(jī)選取2020年5月～8月在我院就診且行腰椎磁共振平掃加增強(qiáng)檢查的患者35例。其中男性17例，女性18例；年齡24～76歲，平均(55.7±13.5)歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：體內(nèi)有金屬植入物者；磁共振檢查禁忌證者。

1.2 磁共振掃描方法

所有檢查在3.0 T磁共振(Siemens MAGNETOM Skyra)中進(jìn)行，常規(guī)行矢狀面T2WI快速自旋回波(T2-tse-sag)、T1WI快速自旋回波(T1-tse-sag)和橫斷面T2WI快速自旋回波(T2-tse-tra)掃描，經(jīng)肘靜脈以1.5 mL/s速度注射0.1 mmol/kg對比劑(釓貝葡胺注射液，博萊科藥業(yè))和15 mL生理鹽水后，行矢狀面T1WI(T1-tse-dixon-sag)掃描，掃描參數(shù)見表1。每位患者分別行4組掃描，A組為常規(guī)腰椎矢狀位掃描，平行于人體正中矢狀面，并施加飽和脈沖；B組在A組掃描方法基礎(chǔ)上施加飽和脈沖，飽和帶緊貼椎體前緣；C組在A組掃描方法基礎(chǔ)上施加層面方向的流動(dòng)補(bǔ)償；D組在矢狀位上傾斜視野，使之平行于腹主動(dòng)脈長軸走行進(jìn)行腰椎矢狀位掃描，施加飽和脈沖，同時(shí)施加層面方向流動(dòng)補(bǔ)償，定位方法見圖1，每組的掃描時(shí)間均為120 s。

表1 掃描序列及成像參數(shù)Table 1 Scanning sequences and imaging parameters

1.3 圖像處理

將圖像傳至后處理工作站，在腰椎椎體前緣區(qū)域采用手工圈畫出ROI并進(jìn)行測量，所有ROI的大小均為60～70 mm2，分別記錄A、B、C、D組掃描的信號(hào)強(qiáng)度SI，噪聲值N，共測量3次取平均值，按照公式：信噪比(SNR)=SI/N計(jì)算信噪比[4-6]。手動(dòng)測量血管搏動(dòng)偽影對腰椎圖像質(zhì)量影響最大層面的偽影面積。

1.4 圖像質(zhì)量主觀評價(jià)

由2名高年資放射科醫(yī)師對圖像進(jìn)行5級(jí)法評分：5分為優(yōu)秀，無明顯偽影、噪聲，解剖細(xì)節(jié)顯示清晰；4分為良好，有輕微偽影、噪聲，解剖細(xì)節(jié)顯示較好，不影響診斷；3分為中等，有部分偽影、噪聲，解剖細(xì)節(jié)顯示尚可，大部分部位可診斷；2分為差，存在嚴(yán)重偽影、噪聲，解剖細(xì)節(jié)顯示差，多數(shù)部位不可診斷；1分為無法診斷[7-8]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，醫(yī)生雙盲評價(jià)采用Kappa一致性檢驗(yàn)(K=0.94)，采用配對t檢驗(yàn)比較4種掃描方法的圖像質(zhì)量、圖像信噪比的差異。

A：常規(guī)定位方法，定位長軸平行于人體長軸方向；B：傾斜視野法，傾斜角度使定位長軸平行于主動(dòng)脈長軸圖1 圖像定位的方法Fig.1 Methods of image positioning

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量評估

血管搏動(dòng)偽影對腰椎圖像質(zhì)量影響最大層面的平均偽影面積，A組為(16.78±7.98)cm2；B組為(9.07±6.36)cm2；C組為(8.91±6.35)cm2；D組為(1.35±3.01 )cm2(表2)；其中D組平均偽影面積較A組減少了92%，較B組減少了86%，較C組減少了85%，組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。

圖像質(zhì)量主觀評價(jià)，A組為(3.80±0.70)分；B組為(4.40±0.49)分；C組為(4.54±0.50)分；D組為(4.97±0.16)分(表2)，D組圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于其它組(P<0.01)。見圖2、圖3。

表2 各組主觀圖像質(zhì)量評分及血管搏動(dòng)偽影面積的比較Table 2 Comparison of subjective image quality score and vascular pulsation artifact area in the four groups

2.2 組間信噪比的比較

分別比較A組與B組、A組與C組、A組與D組、B組與C組、B組與D組、C組與D組間平均信噪比的差異，P值分別為0.250、0.491、0.235、0.468、0.926、0.582，均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

病例1腰椎MR增強(qiáng)后掃描。A：可見明顯血管搏動(dòng)偽影，椎體結(jié)構(gòu)顯示欠佳；B：血管搏動(dòng)偽影消失，飽和帶的條形偽影明顯，圖像質(zhì)量未見改善；C：血管搏動(dòng)偽影減輕；D：血管搏動(dòng)偽影消失，圖像質(zhì)量明顯改善圖2 不同掃描方法的圖像質(zhì)量比較Fig.2 Image quality of different scanning methods

病例2腰椎MR增強(qiáng)掃描，腰2椎體后緣及附件(白色箭頭所示)可見不規(guī)則片狀混雜信號(hào)影，病灶邊緣可見環(huán)形低信號(hào)影，增強(qiáng)掃描強(qiáng)化明顯。A：可見明顯血管搏動(dòng)偽影，病灶邊緣顯示不清，強(qiáng)化部分顯示欠佳；B：血管搏動(dòng)偽影消失，病灶顯示清晰，強(qiáng)化明顯，但飽和帶的條形偽影明顯，腰椎2、3、4椎體前緣顯示不清；C：血管搏動(dòng)偽影減輕，病灶顯示清晰，強(qiáng)化明顯，但腰椎3、4椎體前緣可見血管搏動(dòng)偽影，椎體顯示欠佳；D：血管搏動(dòng)偽影消失，病灶顯示清晰，強(qiáng)化明顯，圖像質(zhì)量明顯改善圖3 不同掃描方法對病灶的顯示Fig.3 Manifestations of lumbar lesions under different scanning methods

3 討論

3.1 血管搏動(dòng)偽影產(chǎn)生的原因

血管搏動(dòng)偽影本質(zhì)上是氫質(zhì)子的流動(dòng)所導(dǎo)致。在信號(hào)讀出過程中，運(yùn)動(dòng)質(zhì)子在相位準(zhǔn)備梯度階段所積累的相位變化在讀出梯度期間不能被回歸到零點(diǎn)，由此產(chǎn)生的額外的相位信息疊加到下一個(gè)相位編碼信息里，這種疊加的信息被解讀后產(chǎn)生錯(cuò)誤的相位信息，從而產(chǎn)生了相位編碼方向的流動(dòng)偽影。搏動(dòng)偽影的產(chǎn)生主要是由于在采集圖像K空間的不同MR信號(hào)時(shí)，血管的形態(tài)、位置發(fā)生變化，導(dǎo)致了相位的錯(cuò)誤，從而在相位編碼方向上出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影[9]。血管搏動(dòng)偽影，是運(yùn)動(dòng)偽影的一種[10-11]。人體內(nèi)部存在多種不可控制的運(yùn)動(dòng)，如呼吸、心跳、血管博動(dòng)、腦脊液搏動(dòng)等等，這些運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致部分器官、組織發(fā)生周期性運(yùn)動(dòng)，空間位移。

血管搏動(dòng)偽影是磁共振檢查中的常見現(xiàn)象，T1加權(quán)圖像的血管搏動(dòng)偽影較T2加權(quán)圖像明顯，T1增強(qiáng)圖像的血管搏動(dòng)偽影較T1增強(qiáng)前圖像明顯[3]。增強(qiáng)掃描時(shí)，血液T1縮短，信號(hào)較高，血管搏動(dòng)偽影更加明顯。

3.2 降低血管搏動(dòng)偽影的方法

3.2.1 施加流動(dòng)補(bǔ)償 流動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)是通過施加額外的兩個(gè)大小相同、方向相反的梯度場，促使流動(dòng)質(zhì)子在信號(hào)讀取期間所產(chǎn)生的額外相位信息重新歸零，從而達(dá)到消除流動(dòng)偽影目的的過程[12-13]。流動(dòng)速度和流動(dòng)方式都是影像偽影大小和方向的主要因素，勻速流動(dòng)所產(chǎn)生的額外相位信息可以通過低階流動(dòng)補(bǔ)償?shù)玫浇鉀Q；但管徑較大的動(dòng)脈血管血流速度較快且隨著心臟活動(dòng)而發(fā)生周期性變化，并伴隨有搏動(dòng)現(xiàn)象，這種流動(dòng)產(chǎn)生的額外相位信息通過低階補(bǔ)償并不能完全克服[13]。流動(dòng)補(bǔ)償對于消除層面內(nèi)流體引起的流動(dòng)偽影效果較好，而消除垂直于層面的流體造成的流動(dòng)偽影效果不太理想。本研究中血管搏動(dòng)偽影主要來自血流速度較快的腹主動(dòng)脈，施加了層面方向上的流動(dòng)補(bǔ)償后，對血管搏動(dòng)偽影有一定的抑制效果

3.2.2 施加飽和脈沖 空間飽和帶是非頻率選擇性的，它通過使相應(yīng)的組織提前達(dá)到飽和，在成像周期的射頻激勵(lì)過程中無法再次接受射頻脈沖的能量而產(chǎn)生橫向磁化[13]。飽和帶是頻率覆蓋范圍很廣的射頻脈沖，成像視野內(nèi)的飽和帶就像一塊擋板，被飽和帶覆蓋區(qū)域的組織信號(hào)在圖像中表現(xiàn)為低信號(hào)，如果利用飽和帶將動(dòng)脈血管覆蓋，被覆蓋的動(dòng)脈血管在圖像中表現(xiàn)為低信號(hào)，則可減輕該動(dòng)脈血管導(dǎo)致的搏動(dòng)偽影。施加飽和帶一般采用硬脈沖，其影響范圍比定位時(shí)肉眼所見飽和帶更大，因此使用視野內(nèi)飽和帶應(yīng)盡量讓飽和帶和成像組織保持一定的距離，一般在5 mm以上[13]，避免因覆蓋病變組織而造成漏診。

3.2.3 切換相位編碼方向 切換相位編碼方向即人為地改變頻率、相位編碼方向，使流動(dòng)方向與相位編碼方向一致。當(dāng)流動(dòng)方向與相位編碼方向一致時(shí)，產(chǎn)生的偽影與相應(yīng)的血管結(jié)構(gòu)重疊，在圖像上血管的偽影不顯示。此方法在去除血管搏動(dòng)偽影中經(jīng)常使用，把偽影換到其他方向就可以明確偽影并識(shí)別，只要不影響感興趣區(qū)的成像即可。本研究采用的相位編碼方向是頭足方向，改為前后方向則腹部運(yùn)動(dòng)偽影又會(huì)出現(xiàn),嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，無法滿足診斷要求，所以在腰椎序列并不適用。

3.2.4 傾斜視野 掃描時(shí)采取的頭足位編碼方向，傾斜角度使之平行于腹主動(dòng)脈走行可以將血管的搏動(dòng)偽影落在腰椎以外的地方，以減少血管博動(dòng)偽影對腰椎成像的影響[14]。同時(shí)施加流動(dòng)補(bǔ)償，能有效地抑制血液流動(dòng)偽影。

3.3 傾斜視野法減少血管搏動(dòng)偽影的價(jià)值

本研究將傾斜視野法用在腰椎T1WI快速自旋回波序列的磁共振掃描上，發(fā)現(xiàn)D組傾斜視野法平均偽影面積較A組掃描方法減少了92%，較B組減少了86%，較C組減少了85%，說明血管搏動(dòng)偽影在傾斜視野法中得到了較好的控制。在對圖像質(zhì)量的主觀評分中發(fā)現(xiàn)，傾斜視野法能夠更加清晰地顯示血管與組織交界面，減輕血管周邊組織信號(hào)的丟失，降低偽影對圖像質(zhì)量的干擾。4種檢查方法掃描時(shí)間一樣，在不增加掃描時(shí)間的基礎(chǔ)上，傾斜視野法使圖像質(zhì)量更好。傾斜視野法更有利于腰椎解剖部位的顯示，其主觀評分更高。同時(shí)在對病變作出判斷時(shí)，傾斜視野法對病變的形態(tài)、大小、邊界顯示更清晰，提高了診斷醫(yī)師的診斷信心。

本研究采用自身前后對照比較35例患者采用不同方法減輕腰椎磁共振成像血管搏動(dòng)偽影的效果。結(jié)果顯示，在使用傾斜視野法后偽影明顯減少，圖像上椎體及椎間盤信號(hào)丟失明顯減少，且常規(guī)序列的圖像血管搏動(dòng)偽影較傾斜視野法嚴(yán)重，表明通過傾斜視野法可明顯降低腰椎增強(qiáng)后的血管搏動(dòng)偽影，偽影面積減少，圖像質(zhì)量明顯提高。綜上所述，傾斜視野法能夠顯著改善圖像質(zhì)量，并減少血管博動(dòng)偽影，對腰椎增強(qiáng)磁共振的診斷有重要價(jià)值。本研究也存在一些不足之處，如為單中心研究，病例較少，有待進(jìn)一步擴(kuò)大研究人群；僅就特定型號(hào)磁共振儀的檢測結(jié)果進(jìn)行研究，需進(jìn)一步在不同廠家不同型號(hào)機(jī)器上驗(yàn)證研究。