顱內(nèi)血管壁成像中MSDE序列的參數(shù)優(yōu)化研究

李希茂，陶黎，蔡焰，龔啟慧，呂發(fā)金

腦血管疾病是威脅人們生命和健康的重大疾病，近年來(lái)其發(fā)病率、致殘率和死亡率逐年增高且呈年輕化趨勢(shì)[1]，研究顯示我國(guó)腦卒中患者位于世界首位，且腦卒中是導(dǎo)致我國(guó)居民死亡的首位病因[2]，因此早期及時(shí)診斷具有重要意義。顱內(nèi)血管壁磁共振成像（vessel wall magnetic resonance imaging,VW-MRI）是評(píng)估腦血管疾病最佳的無(wú)創(chuàng)性手段，現(xiàn)已被應(yīng)用于相關(guān)疾病的病因診斷、療效評(píng)估和預(yù)后預(yù)測(cè)[3]。近年來(lái)顱內(nèi)VW-MRI發(fā)展迅速，其通過(guò)磁共振黑血成像技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)可有效抑制血管腔內(nèi)的血流信號(hào)，從而清晰顯示血管壁、斑塊、血栓等的形態(tài)結(jié)構(gòu)，常用于動(dòng)脈粥樣硬化、血管炎、顱內(nèi)動(dòng)脈夾層、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤、煙霧病等疾病的診斷及鑒別診斷[4-5]。常規(guī)頭顱CT 血管成像（CT angiography, CTA）和磁共振血管成像（magnetic resonance angiography, MRA）無(wú)法對(duì)血管壁進(jìn)行很好的顯示，而顱內(nèi)VW-MRI可彌補(bǔ)這一不足，但現(xiàn)階段仍然缺乏規(guī)范化的顱內(nèi)血管壁成像技術(shù)和臨床應(yīng)用方案[3]。此外，目前多數(shù)顱內(nèi)磁共振黑血序列掃描范圍局限、掃描時(shí)間長(zhǎng)，通常超過(guò)6 min[6]，故其在臨床上應(yīng)用受限，導(dǎo)致相關(guān)疾病檢出率較低，延誤治療。而運(yùn)動(dòng)敏感驅(qū)動(dòng)平衡（motion-sensitized driven-equilibrium, MSDE）序列作為磁共振黑血成像技術(shù)的一種，可以很好地克服這一缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了大范圍、快速掃描[7-9]。

MSDE 序列由對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)敏感梯度和90°-180°-負(fù)90°脈沖組成，利用流動(dòng)質(zhì)子的散相原理，從而實(shí)現(xiàn)黑血效果，既往研究表明該技術(shù)已用于頸動(dòng)脈斑塊、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤、顱內(nèi)腫瘤及腦轉(zhuǎn)移瘤的評(píng)估、多部位神經(jīng)成像等，具有較大發(fā)展?jié)摿10]。本研究將優(yōu)化前和優(yōu)化后MSDE 序列圖像進(jìn)行對(duì)比，旨在通過(guò)優(yōu)化MSDE 序列參數(shù)提升顱內(nèi)血管壁的成像質(zhì)量，縮短掃描時(shí)間，以降低患者對(duì)檢查依從性的要求，減少運(yùn)動(dòng)偽影，探索其臨床推廣的價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

隨機(jī)選取2021 年6 月至2021 年9 月在我院接受頭顱MRI平掃檢查的受檢者65 例。納入標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)顱內(nèi)血管性病變、脫髓鞘病變及腫瘤性病變的受檢者。排除標(biāo)準(zhǔn)：磁共振檢查禁忌證者；因金屬、運(yùn)動(dòng)等因素而致圖像存在明顯偽影者。本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號(hào)：2021-662），所有受試者均已簽署知情同意書(shū)。

1.2 掃描方法及技術(shù)參數(shù)

受檢者M(jìn)RI 頭顱平掃均在Philips Ingenia 3.0 T MRI 掃描儀（Philips Healthcare，荷蘭）上進(jìn)行，采用32通道頭顱線圈（DNA ds Head Coil 32ch）。受檢者呈仰臥位，頭先進(jìn)，在常規(guī)MR頭顱平掃序列的基礎(chǔ)上，加掃優(yōu)化前、后的MSDE序列。MSDE序列采用3D容積自旋回波掃描技術(shù)，黑血脈沖選擇MSDE，采用反轉(zhuǎn)恢復(fù)頻率選擇預(yù)飽和法（spectral presaturation with inversion recovery, SPIR）對(duì)脂肪組織進(jìn)行抑制。優(yōu)化前MSDE 序列掃描參數(shù)為：TR 700 ms；TE 35 ms；FOV 200 mm×251 mm×160 mm；體素0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm；采集矩陣252×314；重建矩陣432；掃描層厚0.8 mm；掃描層數(shù)400；激勵(lì)次數(shù)（number of signal average, NSA）2；翻轉(zhuǎn)角80°；回波鏈長(zhǎng)度55；敏感性編碼技術(shù)（sensitivity encoding,SENSE）：P reduction（AP）1.7，S reduction（RL）2.5；過(guò)采樣因子（oversample factor）1.2；掃描時(shí)間：4 min 4 s。優(yōu)化后MSDE序列掃描參數(shù)：TR 700 ms；TE 35 ms；FOV 200 mm×240 mm×175 mm；體素1 mm×1 mm×1 mm；采集矩陣240×240；重建矩陣480；掃描層厚1 mm；掃描層數(shù)340；NSA 2；翻轉(zhuǎn)角80°；回波鏈長(zhǎng)度55；SENSE：P reduction（AP）2，S reduction（RL）4；過(guò)采樣因子1.8；長(zhǎng)程平均技術(shù)（serial motion artifact reduction technique, SMART）yes；掃描時(shí)間2 min 29 s。

1.3 圖像質(zhì)量分析

由兩名分別具有4 年和5 年從事血管相關(guān)診斷工作經(jīng)驗(yàn)的診斷醫(yī)師采用盲法在IntelliSpace Portal 后處理工作站（NET framework 1.1 版本，Philips Healthcare，荷蘭）上對(duì)優(yōu)化前、后兩組MSDE圖像的質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。

1.3.1 圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

采用李克特5 分量表[11]（1 分：非診斷性；2 分：差；3 分：中等：4 分：好；5 分：很好）對(duì)整體圖像質(zhì)量和各血管（按照Bouthillier 分段法[12]，分為雙側(cè)椎動(dòng)脈V4 段、基底動(dòng)脈、雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C1段及C4段、雙側(cè)大腦前動(dòng)脈A1段及A2段、雙側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段及M2段、雙側(cè)大腦后動(dòng)脈P1段及P2段）管腔管壁圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：1 分：非診斷性圖像質(zhì)量，偽影嚴(yán)重，圖像失真或信號(hào)強(qiáng)度差，管腔管壁顯示不清；2 分：圖像質(zhì)量較差，存在明顯偽影，中度模糊或信號(hào)強(qiáng)度較低，管腔管壁顯示較模糊；3 分：中等圖像質(zhì)量，輕微偽影或模糊，管腔管壁顯示稍顯不清；4分：圖像質(zhì)量較佳，偽影少，管腔管壁顯示較為清晰；5分：優(yōu)秀的圖像質(zhì)量，幾乎不存在偽影，管腔管壁顯示清晰。排除2分及以下的圖像。

1.3.2 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)

在軸位上進(jìn)行感興趣區(qū)（region of interest, ROI）勾畫(huà)測(cè)量（圖1），為保證ROI 大小形狀一致，采用復(fù)制-粘貼ROI的方式進(jìn)行勾畫(huà)。SI 測(cè)量：SI腦白質(zhì)將ROI 放置在半卵圓中心，SI腦灰質(zhì)將ROI 放置在背側(cè)丘腦，SI腦脊液將ROI 放置在第四腦室，SI顳肌將ROI放置在顳肌最大層面，四者的ROI面積均為20 mm2；SD背景測(cè)量：以腦白質(zhì)為背景，將面積為100 mm2的ROI 放置在半卵圓中心。以上除第四腦室測(cè)量?jī)纱稳∑骄低?，其余組織均左右兩側(cè)對(duì)稱測(cè)量并取平均值。由于使用并行采集技術(shù)得到的圖像的噪聲分布是非均勻的，故沒(méi)有直接測(cè)量背景中空氣的噪聲，而以腦白質(zhì)的信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差作為背景噪聲[13]。計(jì)算CNR 時(shí)以顳肌信號(hào)作為對(duì)照，計(jì)算公式為：SNR組織=SI組織/SD背景，CNR組織-顳肌=（SI組織-SI顳肌）/SD背景（SI組織為各組織的信號(hào)平均值，組織包括腦白質(zhì)、腦灰質(zhì)和腦脊液）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)軟件（IBM 公司，美國(guó)）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。主觀評(píng)價(jià)中，將兩名閱片者的評(píng)分結(jié)果用（±s）表示，采用Wilcoxon 秩和檢驗(yàn)；客觀評(píng)價(jià)中，計(jì)量資料若符合正態(tài)分布，用（±s）表示，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，若不符合正態(tài)分布，用M（Q1,Q3）表示，采用Wilcoxon 秩和檢驗(yàn)。并對(duì)兩名診斷醫(yī)師的圖像評(píng)分結(jié)果進(jìn)行Kappa一致性檢驗(yàn)，對(duì)SNR和CNR測(cè)量值采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient,ICC）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。具體標(biāo)準(zhǔn)如下：Kappa/ICC≤0.4：一致性差，0.4＜Kappa/ICC＜0.75：一致性良好，0.75≤Kappa/ICC＜0.8：一致性好，Kappa/ICC≥0.8：一致性優(yōu)異。P＜0.05 視為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

納入65 例受檢者，排除5 例2 分及以下的圖像后，最終共納入研究60 例，其中男性21 例，女性39 例，年齡（33.3±10.3）歲。

2.2 圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

所有評(píng)分指標(biāo)優(yōu)化后得分較優(yōu)化前得分增高。整體圖像質(zhì)量、右側(cè)椎動(dòng)脈V4 段、基底動(dòng)脈、右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C1 段、雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C4段、雙側(cè)大腦后動(dòng)脈P2段的管腔管壁優(yōu)化后圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于優(yōu)化前圖像質(zhì)量，優(yōu)化前、后圖像質(zhì)量差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；左側(cè)椎動(dòng)脈V4 段、左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C1 段、雙側(cè)大腦前動(dòng)脈A1段及A2段、雙側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段及M2段、雙側(cè)大腦后動(dòng)脈P1 段的管腔管壁圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化前、后差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表1、圖2）。兩名診斷醫(yī)師主觀評(píng)分的Kappa值為0.989（P＜0.05），一致性優(yōu)異。

表1 優(yōu)化前、后MSDE圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

圖2 優(yōu)化前后圖像質(zhì)量對(duì)比，優(yōu)化前對(duì)血流信號(hào)抑制稍差。2A：優(yōu)化后序列對(duì)整體圖像的顯示較優(yōu)化前對(duì)小腦紋理顯示更清晰；2B：優(yōu)化前序列對(duì)整體圖像的顯示較優(yōu)化后噪聲更大；2C：優(yōu)化后序列顯示基底動(dòng)脈；2D：優(yōu)化前序列顯示基底動(dòng)脈；2E：優(yōu)化后序列顯示頸內(nèi)動(dòng)脈C4 段；2F：優(yōu)化前顯示頸內(nèi)動(dòng)脈C4段；2G：優(yōu)化后序列顯示右側(cè)椎動(dòng)脈V4段；2H：優(yōu)化前序列顯示右側(cè)椎動(dòng)脈V4段；2I：優(yōu)化后序列顯示右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C1段；2J：優(yōu)化前序列顯示右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C1段；2K：優(yōu)化后序列顯示大腦后動(dòng)脈P2段；2L：優(yōu)化前序列顯示大腦后動(dòng)脈P2段。

2.3 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)

優(yōu)化后MSDE圖像的腦白質(zhì)、腦灰質(zhì)和腦脊液的SNR及CNR較優(yōu)化前均有所提高，且優(yōu)化前、后兩組圖像SNR 和CNR 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表2）。兩名診斷醫(yī)師SNR 測(cè)量值的ICC 值為0.938（P＜0.05），CNR 測(cè)量值的ICC 值為0.953（P＜0.05），一致性優(yōu)異。

表2 優(yōu)化前、后MSDE圖像SNR及CNR比較

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的MSDE 序列在SNR、CNR、整體圖像質(zhì)量、右側(cè)椎動(dòng)脈V4 段、基底動(dòng)脈、右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C1 段、雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C4段、雙側(cè)大腦后動(dòng)脈P2段的管腔管壁等方面較優(yōu)化前均有所提升。

3.1 MSDE序列優(yōu)化

MSDE 預(yù)脈沖由90°-180°-負(fù)90°三個(gè)非選擇性射頻脈沖組成，并分別在相位編碼、頻率編碼和層面選擇三個(gè)方向上的180°脈沖周圍施加對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)敏感梯度，利用流動(dòng)質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)自旋失相位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)方向血流信號(hào)的抑制[14-15]。它可與眾多序列相結(jié)合，當(dāng)其用于頭頸部血管壁成像時(shí)，常與超快速自旋回波（turbo spin-echo, TSE）序列相結(jié)合[16]，本研究使用的MSDE 序列即在3D TSE 序列前增加MSDE 預(yù)脈沖和脂肪飽和模塊。3D 序列采集的圖像具有各向同性，可通過(guò)多平面重組（multiplanar reformation, MPR）在各個(gè)方位對(duì)血管壁進(jìn)行觀察，從而對(duì)管壁做出更加準(zhǔn)確的整體評(píng)價(jià)[17]。

臨床中最常用的黑血技術(shù)為雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)（double inversion recovery, DIR）序列，但其一般都為2D成像序列，掃描層數(shù)增加會(huì)導(dǎo)致掃描時(shí)間成倍地增加，故其對(duì)血液的抑制效率不高，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)慢血流和湍流血液信號(hào)的完全抑制[18]，而MSDE序列對(duì)快血流和慢血流均能達(dá)到很好的抑制效果，甚至血液流速越快、流動(dòng)模式越復(fù)雜，信號(hào)抑制效果越好[10]。此外，與DIR 序列相比，MSDE 序列無(wú)需等待反轉(zhuǎn)時(shí)間（inversion time, TI）[19]，故掃描時(shí)間更短。Li 等[20]通過(guò)對(duì)比MSDE 序列與mDIR（modified DIR）序列，認(rèn)為MSDE 序列能更好地顯示頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，并可對(duì)斑塊進(jìn)行定量測(cè)量，從而監(jiān)測(cè)動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展或消退。雖然MSDE 序列可以有效抑制血流信號(hào)，產(chǎn)生極好的黑血圖像，但也存在一定的局限性。由于MSDE 預(yù)脈沖基于T2準(zhǔn)備脈沖和運(yùn)動(dòng)敏感梯度，會(huì)使圖像對(duì)比度帶有一定的T2 加權(quán)和彌散加權(quán)[21]，腦溝內(nèi)腦脊液流動(dòng)性較弱，運(yùn)動(dòng)敏感模塊效果較差，故其腦脊液信號(hào)升高；并容易受到T2 污染，使T1 對(duì)比度降低，從而導(dǎo)致腦白質(zhì)和腦灰質(zhì)對(duì)比度減弱，可能妨礙某些腦損傷的精確解剖定位[22]，可以通過(guò)對(duì)比其他常規(guī)序列來(lái)解決解剖定位問(wèn)題。此外，運(yùn)動(dòng)敏感梯度產(chǎn)生的渦流效應(yīng)和B1 場(chǎng)的不均勻性造成整個(gè)圖像的信號(hào)損失，從而降低SNR 和CNR[23-25]，本研究經(jīng)過(guò)參數(shù)優(yōu)化，可進(jìn)一步提升SNR 和CNR，對(duì)此進(jìn)行彌補(bǔ)。在臨床應(yīng)用中，改善血流抑制效果的同時(shí)保持可接受的掃描時(shí)間，MSDE 序列可能是更實(shí)際的選擇，而不是以更長(zhǎng)的采集時(shí)間為代價(jià)而使用空間分辨率更高的序列[26]。

3.2 掃描時(shí)間提升

優(yōu)化后的MSDE 序列掃描時(shí)間明顯提升，由4 min 4 s 縮短至2 min 29 s。一項(xiàng)研究顯示,約有10%的顱內(nèi)MR 血管壁成像存在較重的運(yùn)動(dòng)偽影[27]，致使圖像無(wú)法滿足診斷要求，既往研究中MSDE 序列應(yīng)用于顱腦時(shí)掃描時(shí)間為3 min 36 s 至7 min 45 s 不等[16,22,28-29]，本研究經(jīng)過(guò)參數(shù)優(yōu)化后掃描時(shí)間不超過(guò)3 min，降低了患者對(duì)檢查耐受度和依從性的要求，有效減少了運(yùn)動(dòng)偽影。

3.3 掃描參數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量的影響

本研究主要對(duì)層厚、體素、FOV、矩陣、SENSE、過(guò)采樣因子等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使腦白質(zhì)、腦灰質(zhì)和腦脊液的SNR 均升高5.5 左右，CNR 均升高3.5 左右。增大層厚和體素可提高SNR，縮短掃描時(shí)間，但會(huì)使空間分辨率降低，且模糊效應(yīng)也隨之增大。減小相位編碼方向的矩陣和FOV 可以縮短掃描時(shí)間。SENSE 為并行采集技術(shù)，采用該技術(shù)可縮短掃描時(shí)間，且SENSE 因子越大，掃描時(shí)間越短，但SNR 也會(huì)隨之下降。減少NSA也可減少掃描時(shí)間，但會(huì)造成圖像SNR降低，且增大SENSE因子后為了保證圖像質(zhì)量，不應(yīng)繼續(xù)減小NSA，此外，SNR 與NSA的平方根成正比[30]，故降低NSA并不是最優(yōu)解。由于NSA＞1，所以我們開(kāi)啟SMART，以減少在多次激勵(lì)次數(shù)下的運(yùn)動(dòng)偽影，同時(shí)增加過(guò)采樣因子以減少卷褶偽影。有研究對(duì)iMSDE（improved MSDE）序列進(jìn)行優(yōu)化，但Obara 等[31]是在原始預(yù)脈沖前再增加額外的雙極梯度，他們的研究發(fā)現(xiàn)由于改進(jìn)的渦流補(bǔ)償，優(yōu)化后序列表現(xiàn)出更小的空間變異和信號(hào)損失，但其并未對(duì)優(yōu)化前后的常規(guī)參數(shù)進(jìn)行修改。

整體圖像質(zhì)量主觀評(píng)分在參數(shù)優(yōu)化后得分明顯增高，腦干、腦實(shí)質(zhì)的噪聲稍有減小，對(duì)小腦紋理顯示也更加清晰。在管腔管壁顯示方面，納入研究的所有血管節(jié)段優(yōu)化后得分均比優(yōu)化前有所增高。右側(cè)椎動(dòng)脈V4 段、基底動(dòng)脈、右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C1 段、雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C4 段、雙側(cè)大腦后動(dòng)脈P2 段的管腔管壁優(yōu)化后圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于優(yōu)化前，對(duì)血流信號(hào)抑制效果更好。雖然左側(cè)椎動(dòng)脈V4 段、左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C1 段、雙側(cè)大腦前動(dòng)脈A1段及A2段、雙側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段及M2段、雙側(cè)大腦后動(dòng)脈P1 段的管腔管壁圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化前、后差異不大，但均能對(duì)管腔管壁有較好的顯示，滿足臨床診斷要求，且掃描時(shí)間大幅縮短，故本研究在以上血管節(jié)段仍然是有意義的。優(yōu)化后序列對(duì)大腦前、中、后動(dòng)脈血管顯示均較好，但仍對(duì)部分血管節(jié)段顯示欠佳，對(duì)椎動(dòng)脈顯示欠佳的原因?yàn)樽祫?dòng)脈靠近頭顱線圈邊緣，由于近線圈效應(yīng)，信號(hào)較弱；而對(duì)基底動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈顯示欠佳是由于頭顱巖部空氣和顱骨的干擾，不同物質(zhì)交界處磁化率相差較大，局部磁場(chǎng)不均勻，產(chǎn)生磁敏感偽影[32]。

3.4 局限性及展望

本研究仍存在一些局限性：（1）樣本量較少，存在不可避免的選擇偏倚。在今后的研究中我們將擴(kuò)大樣本量進(jìn)行研究。（2）僅比較了優(yōu)化前、后平掃圖像的圖像質(zhì)量，并未對(duì)增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行對(duì)比。以后我們將把增強(qiáng)后的圖像納入研究。（3）研究?jī)H將健康受試者納入研究以驗(yàn)證序列優(yōu)化后的效果，并未納入管壁有病變的病例。今后將納入有病變的病例進(jìn)行進(jìn)一步的研究。（4）本研究是在MSDE 序列基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，而沒(méi)有在效果更好的iMSDE 序列上進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。今后將在iMSDE序列基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步研究。

綜上所述，參數(shù)優(yōu)化后的MSDE 序列不僅能提升圖像質(zhì)量，無(wú)創(chuàng)評(píng)估顱內(nèi)血管壁情況，而且能縮短掃描時(shí)間，減少了長(zhǎng)時(shí)間掃描可能帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)偽影，對(duì)顱內(nèi)血管壁成像應(yīng)用于臨床具有一定價(jià)值。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無(wú)利益沖突。