多參數(shù)集成序列在急性缺血性腦卒中診斷中的應(yīng)用價(jià)值

張莎，鐘佳利，黃鑫，彭如臣

腦血管病在我國疾病死亡率排名中位列首位，其中急性缺血性腦卒中（acute ischemic stroke,AIS）是最為常見的腦血管病[1]，該疾病因腦部血液循環(huán)受阻，局部腦組織出現(xiàn)缺血、缺氧，從而導(dǎo)致腦組織缺血性壞死等癥狀，嚴(yán)重危害患者的生命安全[2]。MRI檢查以其優(yōu)秀的軟組織對(duì)比度在AIS的診斷中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[3]。在AIS 患者的MRI 檢查中，常規(guī)需要掃描T1WI、T2WI、T2WI-液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（T2WI-fluid attenuated inversion recoery, T2WI-FLAIR）、擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging, DWI）序列[4]，在懷疑合并腦微出血時(shí)還需增加磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging,SWI）序列[5-6]。常規(guī)掃描計(jì)劃在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于AIS 患者，但仍然存在一定的局限性：首先，常規(guī)掃描除SWI 序列均采用二維掃描，可能因部分容積效應(yīng)或病變位于掃描層面間隔之中等原因造成誤診或漏診；其次，掃描眾多不同對(duì)比加權(quán)的序列需要耗費(fèi)較長時(shí)間，AIS患者通常有頭暈，惡心等癥狀，長時(shí)間的掃描對(duì)患者的負(fù)擔(dān)較大，可能導(dǎo)致掃描過程中患者無法配合導(dǎo)致圖像產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)偽影，從而對(duì)診斷產(chǎn)生干擾[1-2]。為解決上述問題，國內(nèi)外的研究主要集中在兩個(gè)方向：并行采集等加速成像技術(shù)和集成磁共振成像技術(shù)。并行采集等加速成像技術(shù)可降低序列的掃描時(shí)間，但是此類方法會(huì)導(dǎo)致圖像信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）下降，進(jìn)而對(duì)診斷產(chǎn)生干擾[7-8]。近年來，集成磁共振成像（synthetic magnetic resonance imaging,SyMRI）開始逐漸應(yīng)用于臨床，SyMRI 技術(shù)可以在一次掃描后，通過計(jì)算獲得不同對(duì)比的序列，從而大幅度地節(jié)省掃描時(shí)間[9-11]。國內(nèi)外研究顯示集成磁共振技術(shù)在腦血管病的診斷中具有較大的應(yīng)用價(jià)值[12-13]，但仍然有序列掃描時(shí)間長，且無法獲得SWI等三維圖像的局限性[14-16]。最新的多參數(shù)（multiple parametric,MTP）集成序列基于梯度回波（gradient echo,GRE），可以獲得三維圖像，對(duì)小病灶的發(fā)現(xiàn)具有一定優(yōu)勢(shì)，其在掃描后通過計(jì)算不僅可以獲得T1WI、T2*WI、質(zhì)子密度加權(quán)成像（proton density weighted imaging,PDWI）、T2-FLAIR等常規(guī)對(duì)比圖像，更可以獲得SWI、定量磁敏感圖（quantitative susceptibility mapping,QSM）、橫向磁化率定量成像（R2*mapping）對(duì)比圖像，對(duì)于AIS尤其是AIS 合并腦微出血的診斷具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。本研究將比較MTP 集成序列與常規(guī)序列在AIS 患者的整體圖像質(zhì)量、圖像SNR、病變檢出率等方面的差異。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究為前瞻性研究，已通過本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號(hào)：2020-KY-091），全體受試者均簽署了知情同意書。選取2020年9月至2021年10月就診于我院神經(jīng)內(nèi)科，因懷疑AIS行磁共振檢查的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)臨床診斷懷疑AIS的患者；排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）因躁動(dòng)等原因不能順利完成檢查的患者；（2）DWI序列無明顯高信號(hào)的患者。篩選出的62例患者，6例因DWI序列無明顯高信號(hào)被排除，5例因無法順利完成掃描被排除，最終51例患者納入本研究，其中男35例，女16例，年齡（64.31±12.25）歲。

1.2 儀器設(shè)備

中國聯(lián)影公司uMR 780 3.0 T 超導(dǎo)型磁共振儀，24 通道相控陣頭頸聯(lián)合線圈。

1.3 檢查方法及掃描參數(shù)

51例入組患者均在一次掃描過程中接受常規(guī)序列與MTP集成序列，順序?yàn)橄葤呙璩Ｒ?guī)序列，后掃描MTP集成序列。常規(guī)序列包括T1WI、T2WI、T2WI-FLAIR、DWI、SWI，MTP集成序列在一次掃描后，通過計(jì)算重建出常規(guī)T1WI、T2*WI、PDWI、T2WI-FLAIR、SWI，以及QSM、T2*map、R2*map、T1 map、質(zhì)子密度定量圖（proton density map,PD map）等定量圖像，具體參數(shù)見表1。

1.4 圖像處理及分析

隱藏患者信息，將51 例患者的常規(guī)序列T2WI、T1WI、T2-FLAIR、SWI圖像與MTP集成序列自動(dòng)計(jì)算生成的MTP-PDWI、MTP-T1WI、MTP-T2WI-FLAIR、MTP-SWI圖像傳入聯(lián)影后處理工作站（uWS-780），由2名10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的診斷醫(yī)師對(duì)圖像的整體圖像質(zhì)量、腦組織SNR，以及急性腦梗死病灶與微出血病灶的檢出率進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4.1 整體圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

設(shè)置5分制評(píng)價(jià)表：1分，圖像偽影嚴(yán)重，顱腦解剖結(jié)構(gòu)顯示不清，無法滿足診斷要求；2分，圖像偽影較大，顱腦解剖結(jié)構(gòu)顯示較差，基本無法滿足診斷要求；3分，圖像存在部分偽影，顱腦解剖結(jié)構(gòu)顯示尚可，基本滿足診斷要求；4分，圖像存在輕微偽影，顱腦解剖結(jié)構(gòu)顯示較好，可以滿足診斷要求；5分，圖像無偽影，顱腦解剖結(jié)構(gòu)顯示清晰，完全滿足診斷要求。2名診斷醫(yī)師以盲法對(duì)常規(guī)序列與MTP集成序列的圖像以上述5分制評(píng)分表進(jìn)行打分，意見不同時(shí)，討論并達(dá)成統(tǒng)一意見。

1.4.2 圖像腦組織SNR測(cè)量

2名診斷醫(yī)師對(duì)常規(guī)序列與MTP集成序列的腦組織SNR進(jìn)行測(cè)量，SNR=信號(hào)強(qiáng)度（signal intensity, SI）腦組織/標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation,SD）噪聲，SI腦組織測(cè)量于大腦胼胝體膝部，感興趣區(qū)（region of interest, ROI）設(shè)定為圓形，面積約5 mm2，SD噪聲測(cè)量于圖像相位編碼方向上的空白區(qū)域，ROI 設(shè)定為圓形，面積約5 mm2，取2名醫(yī)師測(cè)量值的平均值為最終結(jié)果。

1.4.3 急性腦梗死病灶與微出血病灶的檢出率

2名醫(yī)師以盲法對(duì)常規(guī)序列與MTP集成序列顯示AIS患者的腦梗死病灶及微出血病灶的效能進(jìn)行評(píng)價(jià)。在腦梗死病灶顯示方面，首先應(yīng)用DWI 序列篩查出51 例患者共67 個(gè)腦梗死病灶，然后2 名醫(yī)師在T2WI-FLAIR 以及MTP-T2WI-FLAIR 上對(duì)DWI序列顯示的急性腦梗死病灶能否清晰顯示進(jìn)行評(píng)價(jià)，分為清晰顯示、隱約可見、以及無法顯示3 個(gè)等級(jí)。在微出血病灶顯示方面，應(yīng)用SWI 以及MTP-SWI 序列評(píng)價(jià)微出血病灶的數(shù)量，分為無微出血灶、單個(gè)微出血灶、以及多個(gè)微出血灶（2 個(gè)及以上），意見不同時(shí)，討論并達(dá)成統(tǒng)一意見。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 21.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（interclass correlation coefficient, ICC）檢驗(yàn)2 名醫(yī)師腦組織SNR 測(cè)量結(jié)果的一致性，ICC≤0.40 認(rèn)為一致性差，0.40＜ICC≤0.75 認(rèn)為一致性一般，0.75＜ICC≤1.00 認(rèn)為一致性好。應(yīng)用Wilcoxon配對(duì)秩和檢驗(yàn)對(duì)常規(guī)與MTP集成序列的整體圖像質(zhì)量評(píng)分、腦組織SNR 結(jié)果進(jìn)行比較，各數(shù)據(jù)均采用（±s）表示，應(yīng)用χ2檢驗(yàn)對(duì)急性腦梗死病灶以及微出血病灶的檢出率進(jìn)行比較，P＜0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

在急性腦梗死病灶的顯示方面，MTP集成序列對(duì)比常規(guī)序列具有相似的顯示能力（圖1），在腦微出血灶的顯示方面，T2WI、T1WI、T2-FLAIR序列的顯示能力有限，需要借助SWI、QSM等序列進(jìn)行診斷（圖2）。在整體圖像質(zhì)量主觀評(píng)分方面，MTP集成序列對(duì)比常規(guī)序列，在T1WI、SWI序列中差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），在T2WI、T2WI-FLAIR序列中常規(guī)序列的圖像質(zhì)量優(yōu)于MTP集成序列，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表2）；在圖像的腦組織SNR方面，2 名醫(yī)師對(duì)常規(guī)序列的SNR 測(cè)量的結(jié)果一致性好（T2WI、T1WI、T2-FLAIR、SWI的ICC值分別為0.88、0.91、0.84、0.87），2名醫(yī)師對(duì)MTP 集成序列的SNR 測(cè)量的結(jié)果一致性好（MTP-PDWI、MTP-T1WI、MTP-T2WI-FLAIR、MTP-SWI的ICC值分別為0.85、0.84、0.93、0.90），MTP集成序列在T1WI、PDWI、T2WI-FALIR、SWI的腦組織SNR均優(yōu)于常規(guī)序列，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表3）；在腦梗死病灶的顯示效能與微出血病灶檢出率方面，MTP集成序列與常規(guī)序列差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表4、5）。

表2 常規(guī)序列與MTP集成序列的整體圖像質(zhì)量主觀評(píng)分結(jié)果（±s）

表2 常規(guī)序列與MTP集成序列的整體圖像質(zhì)量主觀評(píng)分結(jié)果（±s）

注：MTP：多參數(shù)；PDWI：質(zhì)子密度加權(quán)成像；FLAIR：液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)；SWI：磁敏感加權(quán)成像。

SWI 4.67±0.55 4.65±0.53-0.45 0.66序列常規(guī)序列MTP集成序列Z值P值T1WI 4.73±0.45 4.62±0.49-1.89 0.06 T2WI (PDWI)4.82±0.39 4.53±0.54-3.64＜0.001 T2WI-FLAIR 4.45±0.50 4.02±0.59-4.16＜0.001

表3 常規(guī)序列與MTP集成序列的圖像信噪比結(jié)果比較（±s）

表3 常規(guī)序列與MTP集成序列的圖像信噪比結(jié)果比較（±s）

注：MTP：多參數(shù)；PDWI：質(zhì)子密度加權(quán)成像；FLAIR：液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)；SWI：磁敏感加權(quán)成像。

SWI 40.15±18.22 90.05±28.98-4.78＜0.001序列常規(guī)序列MTP集成序列Z值P值T1WI 232.53±43.67 391.06±65.86-4.78＜0.001 T2WI (PDWI)89.90±23.34 113.66±23.18-4.78＜0.001 T2WI-FLAIR 66.28.5±25.97 101.5±33.48-4.78＜0.001

表4 常規(guī)序列與MTP集成序列在顯示急性腦梗死病灶清晰度的差異（例）

圖1～2 同一患者，男，65 歲，急性腦梗死伴微出血。 圖1 基底節(jié)層面圖像。圖1A～1D 分別為常規(guī)序列DWI、T1WI、T2WI、T2WI-FALIR 圖像，圖1E～1H為MTP集成序列經(jīng)過后期重建的MTP-SWI、MTP-T1WI、MTP-T2WI、MTP-T2WI-FLAIR。兩者對(duì)于右側(cè)側(cè)腦室旁的急性與陳舊性腦梗死病灶的顯示效果相近。 圖2 腦橋?qū)用鎴D像。圖2A～2D分別為常規(guī)序列SWI、T1WI、T2WI、T2WI-FALIR圖像，右側(cè)顳葉所示微出血病灶在SWI序列上可見，在T1WI、T2WI、T2WI-FALIR序列上不可見。圖2E～2H分別為MTP集成序列經(jīng)過后期重建的MTP-SWI、MTP-T2*map、MTP-R2*map、MTP-QSM圖像，微出血病灶在四組圖像上均可見，MTP-QSM 序列顯示效果最佳。注：DWI：擴(kuò)散加權(quán)成像；FALIR：液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)；MTP：多參數(shù)；SWI：磁敏感加權(quán)成像；R2*map：橫向磁化率定量圖；QSM：定量磁敏感圖。

表5 常規(guī)序列與MTP集成序列在診斷單發(fā)、多發(fā)微出血灶的差異（例）

3 討論

本研究探討MTP 集成序列在AIS 診斷中的應(yīng)用價(jià)值。在前瞻性納入的51 例AIS 患者中，對(duì)比MTP 集成序列與常規(guī)序列在整體圖像質(zhì)量主觀評(píng)分、SNR、急性腦梗死與腦微出血病灶檢出率的差異。結(jié)果顯示MTP 集成序列可以獲得滿足臨床診斷要求的圖像，在急性腦梗死與腦微出血的病灶檢出率方面與常規(guī)序列差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。MTP 集成序列的創(chuàng)新性在于采用GRE三維成像，在AIS患者中對(duì)于小梗死病灶具有更好的顯示效果，不易漏診；通過計(jì)算獲得的SWI 與QSM 序列對(duì)顱內(nèi)出血性疾病同樣具有良好的臨床應(yīng)用價(jià)值。

3.1 MTP集成序列的原理與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

以往集成序列多采用自旋回波（fast spin echo, FSE）成像[17-18]，通過在不同TR內(nèi)施加多個(gè)飽和脈沖，同時(shí)進(jìn)行雙回波采集，獲得T1 與T2 定量圖像，通過計(jì)算獲得射頻場(chǎng)，即B1 值，進(jìn)而通過計(jì)算獲得多個(gè)對(duì)比的圖像。MTP 集成序列基于GRE成像[19]，其具有2個(gè)TR，2個(gè)翻轉(zhuǎn)角，5個(gè)不同的TE，來獲得定量T1 map與T2*map，再通過計(jì)算獲得B1 map與PD map，進(jìn)而重建出不同對(duì)比的圖像。MTP集成序列具有3個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）基于三維成像，層厚僅為1.5 mm，且沒有層間隔，更容易發(fā)現(xiàn)小病灶，減少漏診的發(fā)生；（2）可以獲得SWI 對(duì)比的圖像，對(duì)于顱內(nèi)微出血的診斷具有極大應(yīng)用價(jià)值，在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)SWI 序列對(duì)于微出血的顯示是有必要的，常規(guī)序列如T1WI，T2WI-FLAIR 對(duì)微出血的顯示能力不佳，但在常規(guī)序列的基礎(chǔ)上增加SWI 序列需要花費(fèi)額外的2～3 min，對(duì)于AIS 患者，掃描時(shí)間的延長可能導(dǎo)致患者配合程度下降，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)較為嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)偽影；（3）GRE 成像可以加快掃描速度，以往集成序列的掃描時(shí)間通常在5 min左右，本研究中MTP集成序列采用了壓縮感知與并行采集技術(shù)加速，僅需3 min 19 s 即可完成全腦的掃描，節(jié)省了35%的掃描時(shí)間，如果相較于常規(guī)序列的則節(jié)省了60%的掃描時(shí)間。本研究中一共納入了62例患者，但是其中5 例因不能完成掃描被排除，所以降低掃描時(shí)間對(duì)于AIS患者順利完成MRI檢查具有較高的臨床意義。

3.2 MRI定量成像的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

MTP 集成序列除常規(guī)序列外，通過計(jì)算可以重建出QSM、T2*map、R2*map、T1 map、PD map 等定量MRI 圖像，在特定情況下可以發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)。研究表明SWI 與QSM 序列對(duì)于腦微出血的顯示與診斷具有較大的應(yīng)用價(jià)值[20]，在臨床中，MTP集成序列結(jié)合DWI序列可以在一定程度上替代CT檢查成為急性卒中患者的首選檢查，僅需大約4 min 的掃描即可提供診斷腦缺血與腦出血的影像信息，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值，但對(duì)于躁動(dòng)、顱內(nèi)有金屬植入物以及幽閉恐懼癥等患者并不適用；相比之下，CT 檢查因其相對(duì)低廉的價(jià)格，極快速的掃描與成像速度在急性卒中患者中仍然是更為廣泛便捷的檢查方案。T1 map、PD map 等定量圖像，在新生兒顱腦MRI 檢查中具有一定的優(yōu)勢(shì)[21]，在趙彩雯等[22]的研究中，應(yīng)用集成序列中的T1 map、T2 map對(duì)早產(chǎn)兒腦的成熟狀況進(jìn)行定量評(píng)估，結(jié)果顯示T1 map、T2 map 的定量值可衡量區(qū)域大腦發(fā)育的時(shí)-空軌跡，顯示早產(chǎn)兒與足月兒早期腦發(fā)育的細(xì)微差異，對(duì)評(píng)估早產(chǎn)兒的大腦成熟度具有重要價(jià)值；在Schmidbauer等[23]的研究中發(fā)現(xiàn)集成序列對(duì)于檢測(cè)早產(chǎn)兒髓鞘形成延遲優(yōu)于常規(guī)序列。T2 map 對(duì)于腦卒中后大腦水腫具有定量測(cè)量的作用[24]，在Seiler等[25]的研究中發(fā)現(xiàn)，T2 map值會(huì)隨著卒中時(shí)間的不同，腦組織缺血后水腫的進(jìn)展情況而產(chǎn)生變化，應(yīng)用T2 map 圖像可以在一定程度上分析患者的腦卒中時(shí)間。

3.3 MTP集成序列與常規(guī)序列圖像質(zhì)量對(duì)比

本研究中在整體圖像質(zhì)量主觀評(píng)分方面，在PDWI、T2WI-FLAIR序列中，MTP集成序列的圖像質(zhì)量評(píng)分低于常規(guī)序列，可能是由于MTP 集成序列所有圖像均通過計(jì)算獲得，因此在圖像邊緣可能出現(xiàn)因計(jì)算而產(chǎn)生的偽影，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量主觀評(píng)分的下降，盡管如此，MTP集成序列仍然具有足夠的圖像質(zhì)量，所有序列的整體圖像質(zhì)量評(píng)分均在4 分以上，可以滿足診斷需要。在Tanenbaum 等[17]的研究中，也發(fā)現(xiàn)了集成序列T2WI-FLAIR 的圖像質(zhì)量評(píng)分不如常規(guī)序列，但并沒有對(duì)診斷產(chǎn)生影響，這與我們的研究相符。在顱腦SNR方面，MTP集成序列在T1WI、PDWI、T2WI-FALIR、SWI 的腦組織SNR 均優(yōu)于常規(guī)序列，可能是由于MTP 集成序列的圖像是所有回波信號(hào)的綜合，包括長、短TE，所以具有更高的SNR，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3.4 MTP集成序列與常規(guī)序列對(duì)腦梗死與出血病灶的檢出率

本研究結(jié)果顯示，在急性腦梗死病灶與微出血病灶的檢出率方面，MTP 集成序列與常規(guī)序列具有相同的診斷效能，但值得注意的是MTP 集成序列是三維序列，理論上在小病灶的顯示上會(huì)更具優(yōu)勢(shì)，而臨床上常規(guī)顱腦MRI 掃描一般不包含SWI 等三維序列，導(dǎo)致小的腦梗死或腦出血病灶可能會(huì)被漏診，MTP 集成序列可解決此類問題。常規(guī)序列的優(yōu)勢(shì)在T2WI、T2WI-FLAIR 圖像的主觀評(píng)分更高，尤其是T2WI-FLAIR 對(duì)于顱內(nèi)病灶的顯示與診斷具有重要價(jià)值，常規(guī)序列顯示顱內(nèi)腦梗死病灶輪廓更清晰，且不易產(chǎn)生偽影。

3.5 本研究的局限性

本研究具有一定的局限性：（1）MTP集成序列無法通過計(jì)算獲得DWI圖像，依靠T2WI-FLAIR序列無法區(qū)分急性和慢性缺血性病變，因此，在臨床上應(yīng)該附加DWI序列配合MTP集成序列使用；（2）MTP集成序列基于GRE技術(shù)，無法剔除主磁場(chǎng)的不均勻性，所以無法獲得T2WI圖像，但是可以用PDWI與T2*WI圖像做一定替代，對(duì)于腦梗死病灶的顯示具有相近圖像對(duì)比；（3）MTP集成序列需要患者掃描期間保持頭部靜止，否則計(jì)算出的所有對(duì)比序列均會(huì)產(chǎn)生偽影，所以并不適用于躁動(dòng)的患者。

綜上所述，MTP集成序列在掃描后通過計(jì)算可以獲得三維T1WI、PDWI、T2WI-FLAIR、SWI 圖像，以及QSM、T2*map、R2*map、T1 map、PD map 等定量圖像，對(duì)于縮短AIS 患者的檢查時(shí)間，提供更多病灶診斷信息，如腦梗死灶、微出血灶等具有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。