不同NEX的零回波時(shí)間序列在顱底骨質(zhì)中的應(yīng)用探索

李文俊 馮菲菲

福建醫(yī)科大學(xué)腫瘤臨床醫(yī)學(xué)院 福建省腫瘤醫(yī)院放射診斷科,福建省福州市 350014

顱底骨質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,由蝶骨大翼、蝶骨小翼、蝶骨基底部、枕骨基底部、斜坡、顳骨巖部以及貫穿神經(jīng)血管的通道等組成。引起顱底骨質(zhì)病變的因素有許多,如骨腫瘤、骨質(zhì)侵犯、外傷、感染、骨質(zhì)疏松等,其中尤其需重視的常見因素屬于頭頸部惡性腫瘤對(duì)顱底骨質(zhì)的破壞,鼻咽癌在中國的南方好發(fā),每年的發(fā)病率約0.03%[1]。顱底骨質(zhì)被視為是預(yù)后不良因素,第8版鼻咽癌美國癌癥聯(lián)合委員會(huì)(American Joint Committee on Cancer,AJCC)已經(jīng)將鼻咽癌顱底骨質(zhì)結(jié)構(gòu)、頸椎、翼突結(jié)構(gòu)或副鼻竇受侵劃分為T3期[2]。因此觀察顱底骨質(zhì)是否破壞在腫瘤分期中具有重要意義。常規(guī)磁共振在觀測軟組織病變中具有極大的優(yōu)勢,然而對(duì)于人體短T2成分的測量中常造成信號(hào)的丟失。零回波時(shí)間(Zero echo time,ZTE)技術(shù)作為磁共振新興技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)磁共振對(duì)短T2成分例如骨皮質(zhì)、肌腱、韌帶、肺、牙齒等顯示的不足,近幾年來在研究短T2組織器官方面學(xué)者們已獲得了不少顯著的成果,研究表明,零回波時(shí)間序列是所有短回波時(shí)間成像序列中最前沿的技術(shù),對(duì)于捕獲骨皮質(zhì)等短T2組織信號(hào)具有較好的能力[3]。已知NEX(Number of Excitation)激勵(lì)次數(shù)與信噪比息息相關(guān),激勵(lì)次數(shù)是指填充K空間時(shí)每一條K空間線的填充次數(shù),信噪比正比于激勵(lì)次數(shù)的平方根,所以NEX增加信噪比也會(huì)增加,當(dāng)激勵(lì)次數(shù)增加時(shí)可以改善一些運(yùn)動(dòng)偽影,但是時(shí)間也會(huì)增加,然而患者的耐受程度各不相同,當(dāng)時(shí)間增加的長度過長反而會(huì)引起患者大幅度的運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)偽影明顯的增多,所以實(shí)際檢查過程中不可能無限增加NEX以求最高的信噪比。本研究旨在探索ZTE序列中最佳的NEX應(yīng)對(duì)不同耐受程度的患者以獲得最佳的診斷效果。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 回顧性分析2022年3—5月在福建省腫瘤醫(yī)院進(jìn)行磁共振檢查的患者20例,其中男15例,女5例,年齡30～70歲,平均年齡45歲。所有的志愿者均行常規(guī)磁共振常規(guī)序列以及NEX分別為1、2、3、4的ZTE序列。

1.2 檢查方法 采用美國GE Discovery MR750W 3.0T超導(dǎo)型磁共振成像儀,使用12通道頭頸聯(lián)合線圈。掃描常規(guī)鼻咽平掃序列,橫軸位T1WI-FSE,T2WI-FLEX,DWI(b值為0和800s/mm2)冠狀位T2WI-STIR及矢狀位T1WI。然后行三維質(zhì)子密度加權(quán)成像(There Dimension Density Weighted Imaging,3D-PDWI-ZTE)四次不同的NEX掃描。掃描范圍上至顳葉下至斜坡。ZTE序列的主要參數(shù)為:TR=334ms,TE=0ms,層厚=1mm,FOV=220mm×220mm,矩陣=220×384,采集時(shí)間分別為:NEX=1,TA=54s;NEX=2,TA=100s;NEX=3,TA=150s;NEX=4,TA=196s。平掃結(jié)束后行三平面T1WI-FSE增強(qiáng)掃描。

1.3 圖像分析 圖像處理在GE AW4.7后處理工作站進(jìn)行,由兩名15年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行分析,意見不一致時(shí)兩人協(xié)商統(tǒng)一。兩名醫(yī)師分別測量斜坡的SNR值,最后取平均值。感興趣區(qū)(Region Of Interest ROI)選取面積為50mm2,畫在斜坡中心,選取面積為15mm2畫在踝突中心。每次測量保持ROI大小和位置一致,連續(xù)測量三次取平均值。信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)計(jì)算公式:SNR=S/SD(S為斜坡的信號(hào)強(qiáng)度,SD為相應(yīng)層面四個(gè)噪聲信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差)對(duì)比噪聲比(Contrast to Noise Ratio,CNR)計(jì)算公式:CNR=(S1-S2)/SD(S1為斜坡的信號(hào)強(qiáng)度,S2為踝突的信號(hào)強(qiáng)度,SD為同層四個(gè)噪聲信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差)計(jì)算不同NEX下的信噪比與對(duì)比度噪聲比。

圖像質(zhì)量評(píng)分采用5分法。5分:信噪比高,骨質(zhì)結(jié)構(gòu)清晰。4分:信噪比較高,骨質(zhì)結(jié)構(gòu)較清晰。3分:信噪比中等,大部分骨質(zhì)結(jié)構(gòu)可分辨得出。2分:信噪比較低,只能分辨出主要骨質(zhì)結(jié)構(gòu)。1分:信噪比低,骨質(zhì)結(jié)構(gòu)模糊不清。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 對(duì)不同激勵(lì)次數(shù)下所得圖像的信噪比與對(duì)比度噪聲比以及圖像質(zhì)量評(píng)分分?jǐn)?shù)運(yùn)用SPSS22.0軟件包對(duì)所測的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析。P<0.05時(shí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

四組不同激勵(lì)次數(shù)圖像進(jìn)行兩兩比較,NEX=1、NEX=2、NEX=3的圖像在SNR與圖像質(zhì)量評(píng)分中差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),圖像質(zhì)量逐級(jí)增高。在CNR中相鄰兩組對(duì)比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,非相鄰組間NEX=1與NEX=3對(duì)比方差齊(F=10.99,P>0.05),獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。NEX=3與NEX=4的圖像在SNR,CNR與圖像質(zhì)量評(píng)分上差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見圖1與表1。

表1 NEX為1～4的ZTE序列圖像SNR、CNR及評(píng)分情況比較

圖1 采用不同激勵(lì)次數(shù)NEX的同一個(gè)人在同一層面上的ZTE序列圖像

3 討論

磁共振在軟組織對(duì)比上具有絕對(duì)的優(yōu)勢,而且相對(duì)于CT沒有電離輻射,在掃描過程中可以任意方位成像,功能成像還可以展示出組織的生理生化特征[4]。但是人體內(nèi)存在著許多短T2成分的組織,例如骨質(zhì)、肺、韌帶、牙齒等,其信號(hào)衰減的速度快。在臨床上應(yīng)用的常規(guī)序列的回波時(shí)間通常在2～200ms,當(dāng)這些短T2成分的組織成分在被脈沖激發(fā)至橫向磁化矢量會(huì)迅速衰減,即使將常規(guī)序列中TE時(shí)間設(shè)置為最短的2ms,也難以采集到衰減過快的短T2信號(hào),導(dǎo)致該類成分的信號(hào)丟失。為了檢測出短T2或超短T2的組織信號(hào),將回波時(shí)間減短至小于組織T2時(shí)間是關(guān)鍵點(diǎn)。經(jīng)過科學(xué)家們的不懈努力,回波時(shí)間在2ms 以下的超短回波時(shí)間序列UTE開始應(yīng)用于磁共振檢測[5],它在短T2組織中的形態(tài)學(xué)和定量評(píng)估方面受到了很大的關(guān)注。雖然超短回波時(shí)間序列可以對(duì)短T2組織成分進(jìn)行信號(hào)檢測成像,但是僅僅通過縮短回波時(shí)間還是難以提供高對(duì)比度的圖像。因?yàn)樵谶@些短T2成分的周圍一般都有相對(duì)較長的T2組織成分,其氫質(zhì)子成分常常遠(yuǎn)多于短T2成分,因此即使UTE序列能獲取到短T2成分的信息也難以提供高對(duì)比度的圖像。ZTE MR技術(shù)是在UTE序列的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)的一種三維短T2成像技術(shù),具有快速、穩(wěn)定、低噪聲等特點(diǎn)。ZTE序列通過在預(yù)先開啟的梯度場中發(fā)射射頻脈沖激勵(lì)氫質(zhì)子,射頻脈沖結(jié)束后立即對(duì)激發(fā)部位氫質(zhì)子產(chǎn)生的自由感應(yīng)衰減信號(hào)進(jìn)行讀取,它將常規(guī)脈沖序列梯度場的切換步驟省略,通過將線圈發(fā)射與接收模式的切換時(shí)間和濾波時(shí)間縮短的方式,將回波時(shí)間無限接近于零。

激勵(lì)次數(shù)NEX又叫作信號(hào)平均次數(shù),增加NEX在一定程度上也能夠提高信噪比,但是由于信號(hào)具有確定的相位編碼方向但是噪聲卻是隨機(jī)產(chǎn)生的,所以采用信號(hào)平均可以使信息疊加于噪聲中進(jìn)而被抵消。增加NEX數(shù)量也可以降低運(yùn)動(dòng)偽影,但是隨著NEX的增長,掃描時(shí)間也就會(huì)隨之增多,持續(xù)時(shí)間過長會(huì)引起患者不耐受而產(chǎn)生額外的運(yùn)動(dòng),所以NEX數(shù)量不可過多,此時(shí)設(shè)置一種最適合的NEX就成了我們在實(shí)際操作時(shí)所要追求的目標(biāo)。

顱底骨質(zhì)受侵害被認(rèn)為是鼻咽癌的一個(gè)預(yù)后不良的因素,Li等學(xué)者[6]依據(jù)顱底骨質(zhì)受侵頻率進(jìn)行分組,高頻(蝶骨基底部、斜坡、巖尖、翼突基底部)、中頻(蝶骨大翼、翼突外側(cè)板、枕骨大孔、蝶竇)、低頻(篩竇、卵圓孔、頸靜脈孔、舌下神經(jīng)管)這三組中,中、低頻組中骨質(zhì)受侵的患者預(yù)后更差,更多分布在T4期 。Feng等學(xué)者[7]也提出重度顱底骨質(zhì)侵犯相對(duì)于輕度更容易出現(xiàn)疾病的進(jìn)展。因此磁共振在鼻咽癌的診斷中與分期中診斷準(zhǔn)確度優(yōu)于CT[8]。由于磁共振采集的是物質(zhì)中氫質(zhì)子橫向弛豫的信號(hào),而骨皮質(zhì)中的氫質(zhì)子較少,所能采集到的信號(hào)極弱,故常規(guī)磁共振掃描序列同根據(jù)物質(zhì)密度差成像的CT比較明顯不足。ZTE序列的出現(xiàn)提高了磁共振在骨皮質(zhì)檢測的敏感度。Breighner等[9]探討了ZTE序列在骨關(guān)節(jié)中的應(yīng)用,結(jié)果顯示了ZTE序列與CT檢測的結(jié)果有較高的一致性,提示了ZTE序列可以代替CT在骨質(zhì)中的運(yùn)用。

本研究存在如下不足:(1)樣本量較小。(2)研究的部位局限于斜坡和踝突骨質(zhì),且掃描及測量有一定的偏差。(3)每位患者都具有自身的特殊性與不確定性,無法達(dá)到所有研究人員本身?xiàng)l件的完全統(tǒng)一。

綜上所述,選取一個(gè)合適的NEX的ZTE序列以獲取最佳圖像,這在臨床診斷分期以及預(yù)后判斷中均具有重要的意義。