鄒 超 郭文莎 鐘耀祖 劉 新

（中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院勞特伯生物醫(yī)學(xué)成像中心，深圳市磁共振成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 深圳 518055）

1 引 言

T2 加權(quán)(T2 Weighted，T2W)磁共振圖像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)對(duì)于檢測(cè)腹部局部病變具有重要的意義[1]。臨床上常規(guī) T2 加權(quán)圖像通常由快速自旋回波序列(Turbo Spin Echo，TSE)完成。然而，T2-TSE 序列掃描時(shí)間較長(zhǎng)，且需要呼吸導(dǎo)航技術(shù)來(lái)抑制運(yùn)動(dòng)偽影，進(jìn)一步增加了掃描時(shí)間。在病人不能配合呼吸導(dǎo)航進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間掃描的情況下，半傅里葉單次激發(fā)快速自旋回波(Half Fourier Single Shot Turbo Spin Echo，HASTE)技術(shù)是一種很好的替代技術(shù)，病人只需要進(jìn)行 1～2 次屏氣即可完成掃描。但在高場(chǎng)(≥3T)系統(tǒng)中使用該序列存在以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)由于射頻場(chǎng)波長(zhǎng)變短，發(fā)射場(chǎng) B1不均勻性會(huì)在腹部成像過(guò)程中造成圖像不均勻，這種駐波偽影在肥胖病人中尤為突出[2]；(2)HASTE 使用大量的回聚脈沖，高場(chǎng)下人體射頻能量選擇性吸收值(SAR)限制了回聚脈沖的翻轉(zhuǎn)角，使得 HASTE 的對(duì)比度下降，采集時(shí)間變長(zhǎng)；(3)HASTE 回波鏈長(zhǎng)，易受T2 衰減影響，造成圖像模糊；(4)腹部血管復(fù)雜，而HASTE 圖像中血管呈高信號(hào)，對(duì)診斷局部小病變不利。

時(shí)間反轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)快速成像(Time Reversed Fast Imaging with Steady-state Precession，PSIF，或者 CE-FAST)也能提供較好的 T2 加權(quán)[3]。這種序列使用很小的翻轉(zhuǎn)角，兼具 SAR 值低、對(duì) B1場(chǎng)均勻性要求低、掃描時(shí)間快、不需要多次屏氣或者呼吸導(dǎo)航等優(yōu)點(diǎn)。但其信噪比較低，所以該序列的應(yīng)用并不多見。而從文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，在 1.5T 使用 3D掃描彌補(bǔ)了該序列信噪比不足的缺陷[4]。由于其掃描速度較快的特點(diǎn)，該序列也被用于在低場(chǎng)開放系統(tǒng)中介入治療引導(dǎo)與圖像評(píng)估[5]。本文旨在討論 3T 下利用 PSIF 序列進(jìn)行腹部成像的可能性。

2 材料和方法

本文對(duì)原始的 2D-PSIF 序列做如下修改：(1)由于 PSIF 對(duì)運(yùn)動(dòng)比較敏感，在讀出方向使用了一個(gè)補(bǔ)償梯度；(2)由于使用較短的 TR，在選層方向上加入一個(gè)額外的損毀梯度，以去除自由衰減信號(hào)；(3)使用水激發(fā)脈沖進(jìn)行脂肪抑制，在不增加掃描時(shí)間的前提下進(jìn)一步降低 SAR。序列時(shí)序圖如圖 1 所示。PSIF 信號(hào)公式[6]如下：

其中：

圖1 PSIF 序列時(shí)序圖

本文首先通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出產(chǎn)生最優(yōu)肝脾對(duì)比度所需要的翻轉(zhuǎn)角，仿真使用參數(shù)如下：TR/TE＝5.0/3.2 ms，肝臟 T1/T2＝1000/40 ms，脾臟 T1/T2＝1500/65 ms。仿真結(jié)果將在志愿者實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證。志愿者實(shí)驗(yàn)中征集了 6 名志愿者，在其知情且同意的前提下，利用西門子 TIM Trio 3T 系統(tǒng)(TIM Trio， Siemens，Erlangen，Germany)分別對(duì)志愿者進(jìn)行二維呼吸導(dǎo)航 T2-TSE、屏氣 HASTE 和屏氣 PSIF 序列掃描，基本掃描參數(shù)為：成像范圍 384 cm，分辨率 2.0×1.5×5.0 mm3，矩陣大小192×256，各序列參數(shù)設(shè)置如表 1 所示。

其中，對(duì)于 PSIF 序列，為了研究翻轉(zhuǎn)角對(duì)肝脾對(duì)比度的影響，在 10°～70°范圍內(nèi)每隔 10°均進(jìn)行掃描，TR/TE 選擇為當(dāng)前帶寬下的最小值。

3 結(jié) 果

志愿者實(shí)驗(yàn)中，PSIF 序列產(chǎn)生的圖像肝臟信噪比在 17 左右，肝脾對(duì)比度噪聲比在 18 左右。仿真實(shí)驗(yàn)中肝脾歸一化信號(hào)及對(duì)比度隨翻轉(zhuǎn)角變化曲線如圖 2 中實(shí)線所示，從仿真數(shù)據(jù)中可以看出，當(dāng)翻轉(zhuǎn)角小于 15°時(shí)，信號(hào)對(duì)于翻轉(zhuǎn)角大小十分敏感；肝脾對(duì)比在 35°左右達(dá)到最優(yōu)。以上結(jié)論均在志愿者實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，其結(jié)果如圖 2 所示，其中，點(diǎn)圖中誤差條表示志愿者之間的差異。

表1 志愿者實(shí)驗(yàn)中各序列參數(shù)設(shè)置

圖3 顯示了某志愿者腹部圖像中不同翻轉(zhuǎn)角PSIF 圖像與 T2-TSE、 HASTE 圖像的對(duì)比。從圖中可以看出：(1)PSIF 具備類似于 T2-TSE 與 HASTE的 T2 加權(quán)效果，且在 3T 下具有較好的信噪比；(2)PSIF 圖像中肝臟血管呈現(xiàn)低信號(hào)，而 T2-TSE 及HASTE 則呈高信號(hào)，這表明 PSIF 在發(fā)現(xiàn)局部小病變上具有優(yōu)勢(shì)；(3)與 PSIF 及 T2-TSE 圖像相比，HASTE 圖像較模糊，且邊界輪廓不清晰。

圖2 仿真實(shí)驗(yàn)與志愿者實(shí)驗(yàn)歸一化肝、脾及肝脾信號(hào)對(duì)比度與翻轉(zhuǎn)角(Flip Angle)的關(guān)系

圖3 不同翻轉(zhuǎn)角下 PSIF 與傳統(tǒng) T2-TSE 和 HASTE 圖像對(duì)比

圖4 傳統(tǒng) T2-TSE、HASTE 與水激發(fā) PSIF 序列在血管瘤病例掃描圖像對(duì)比

圖5 HASTE 與 PSIF 圖像對(duì)比

從圖 4 可以看出，在顯示血管瘤病灶時(shí)，水激發(fā) PSIF 序列掃描圖像具有與 T2-TSE 相似的效果，而 HASTE 序列圖像則比較模糊。對(duì)比該組圖像也可以發(fā)現(xiàn)，在 T2-TSE 和 HASTE 中肝臟血液呈現(xiàn)高信號(hào)，不利于病灶的識(shí)別，而 PSIF 僅病灶部分呈現(xiàn)較高的信號(hào)。

4 結(jié)論與討論

本文通過(guò)仿真與志愿者實(shí)驗(yàn)探討了二維 PSIF序列在 3T 下進(jìn)行 T2 加權(quán)腹部成像的可能性，結(jié)果顯示 3T 下 PSIF 序列具備足夠的信噪比和肝脾對(duì)比度，并在翻轉(zhuǎn)角 35°時(shí)取得最好的肝脾信噪比和對(duì)比度性能。

與傳統(tǒng) T2-TSE 和 HASTE 相比，PSIF 因其運(yùn)動(dòng)敏感特性，使肝臟內(nèi)血管呈現(xiàn)低信號(hào)，更有利于疾病診斷。另外，由于該 T2 加權(quán)技術(shù)不需要使用大翻轉(zhuǎn)角，這一點(diǎn)在高磁場(chǎng)強(qiáng)度系統(tǒng)上十分重要，主要體現(xiàn)在：(1)序列 SAR 值低，可進(jìn)一步提高圖像采集速度；(2)對(duì)發(fā)射場(chǎng)不均勻性不敏感：發(fā)射場(chǎng)不均勻性在高場(chǎng)系統(tǒng)上尤為突出，通常的解決方法是使用并行發(fā)射技術(shù)，但該技術(shù)在臨床上尚未普及，而 PSIF 序列使用低翻轉(zhuǎn)角，本質(zhì)上對(duì)發(fā)射場(chǎng)不均勻性不敏感；(3)不受 T2 衰減影響引起圖像模糊，因此圖像清晰度遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于 HASTE。基于以上分析，可以看出在高場(chǎng)系統(tǒng)腹部成像中 PSIF 是一種能取代 HASTE 的技術(shù)。在對(duì)采集時(shí)間要求較高或者運(yùn)動(dòng)偽影較大的腹部成像中，PSIF 也是對(duì) T2-TSE序列很好的替代或補(bǔ)充。

[1]Klessen C, Asbach P, Kroencke T J, et al. Magnetic resonance imaging of the upper abdomen using a free-breathing T2-weighted turbo spin echo sequence with navigator triggered prospective acquisition correction [J]. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2005, 21(5): 576-582.

[2]Merkle E M, Dale B M. Abdominal MRI at 3.0T: the basics revisited [J]. American Journal of Radiology, 2006, 186: 1524-1532.

[3]Gyngell M L. The application of steady-state free precession in rapid 2DFT NMR imaging: FAST and CE-FAST sequences [J].Magnetic Resonance Imaging, 1987, 4: 9-23.

[4]Taupitz M, Speidel A, Hamm B, et al. T2-weighted breath-hold MR imaging of the liver at 1.5T: results with a three-dimensional steady-state free precession sequence in 87 patients [J]. Radiology,1995, 194(2): 439-446.

[5]Chung Y C, Merkle E M, Lewin J S, et al. Fast T2-weighted imaging by PSIF at 0.2T for interventional MRI [J]. Magnetic Resonance in Medicine, 1999, 42(2): 335-344.

[6]H?nicke W, Vogel H U. An analytical solution for the SSFP signal in MRI [J]. Magnetic Resonance in Medicine, 2003,49(4): 771-775.