蘇文婷 潘自來(lái) 徐敬慈 宋瑞波 饒 敏

2 上海市聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司磁共振事業(yè)部

平面回波彌散加權(quán)磁共振成像（EPI DWI）已經(jīng)是一個(gè)臨床診斷的成熟序列，并得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。彌散加權(quán)成像可以觀察到組織的微觀信息，提供傳統(tǒng)臨床序列無(wú)法提供的對(duì)比信息[4-5]。但是，由于平面回波彌散成像序列需使用較長(zhǎng)的彌散加權(quán)梯度脈沖，一般都得采用較長(zhǎng)的TE時(shí)間，因而在彌散加權(quán)圖像中除了具有因組織彌散不同所形成的圖像對(duì)比，還含有因組織T2時(shí)間不同所形成的T2對(duì)比[6]，即所謂的T2穿透效應(yīng)。當(dāng)彌散加權(quán)成像應(yīng)用于臨床診斷時(shí)，T2穿透效應(yīng)導(dǎo)致的對(duì)比會(huì)與彌散受限所致的DWI信號(hào)改變相混淆，嚴(yán)重情況下會(huì)產(chǎn)生假陽(yáng)性誤診。本文作者提出一種新的方法，通過(guò)采集少量的額外數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)消除T2穿透效應(yīng)，以期提高平面回波彌散加權(quán)磁共振成像在臨床診斷上的可靠性。

方 法

1.臨床資料

本文中以頭部為例，重點(diǎn)討論腦干部位T2穿透效應(yīng)的影響及去除方法，共采集健康志愿者30例，其中志愿者年齡分布為：15～78歲；其中男性14例，女性16例。

2.成像方法

30例均采用1.5T超導(dǎo)MR成像系統(tǒng)（上海聯(lián)影uMR-560）掃描，16通道相控頭部線圈用于接收同一志愿者掃描三次，掃描參數(shù)為：TR=3500ms，F(xiàn)OV=230mm，128x128采樣矩陣，3次信號(hào)平均；第一次掃描的b值為0和1000s/mm2，TE=107ms；第二次掃描的b值為0和1000s/mm2，TE=77ms，第三次掃描的b值為0，TE=66ms。

3.理論分析——T2穿透效應(yīng)去除的常規(guī)分析

由于需要施加彌散梯度的原因，DWI成像的TE一般都較長(zhǎng)（通常大于70ms），由此得到的DWI圖像一般都存在T2穿透效應(yīng)。通過(guò)采集少量的額外數(shù)據(jù)（短TE,b=0的掃描），經(jīng)過(guò)處理，可以得到組織的T2Map用于去除T2衰減，得到完全消除T2穿透效應(yīng)的圖像。

3.1.T2 Map的獲取：我們通過(guò)加掃一個(gè)只包含b=0的短TE臨床協(xié)議（時(shí)間小于5s），通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算，可以得到組織的T2Map。假設(shè)I0為對(duì)應(yīng)TE為0ms時(shí)采集可得到的b=0圖像，即對(duì)應(yīng)完全去除了T2穿透效應(yīng)的圖像，I01表示TE設(shè)置為TE1時(shí)采集的b=0圖像，I02表示TE設(shè)置為TE2時(shí)采集b=0的圖像，由此我們可以得到：

3.2.T2 穿透效應(yīng)的消除：如果我們使用單一指數(shù)模型來(lái)擬合彌散效應(yīng)帶來(lái)的信號(hào)加權(quán)，臨床上我們看到的DWI圖像IDWI可以使用下式表示：

其中b表示彌散加權(quán)權(quán)重，D表示組織的彌散系數(shù)，D是組織的固有屬性。

那么通過(guò)下面的方式就可以得到去除T2對(duì)比的圖像：

其中IDWI為TE時(shí)間采集的彌散加權(quán)（b≠0）圖像，I'DWI為相應(yīng)的消除T2穿透效應(yīng)后的彌散加權(quán)圖像。

4.數(shù)據(jù)處理方法

對(duì)收集到的30例健康志愿者圖像，首先由原始數(shù)據(jù)計(jì)算出組織的T2Map，然后應(yīng)用T2Map于原始DWI圖像，得到去除T2穿透效應(yīng)的DWI圖像。以腦干信號(hào)對(duì)比為例，在處理圖像時(shí)針對(duì)每例志愿者的圖像，選取經(jīng)視交叉的（腦橋結(jié)構(gòu)明顯）橫斷面圖像進(jìn)行處理，如圖1所示。

圖像處理步驟如下：

（1）根據(jù)b=0時(shí)兩幅不同TE的圖像（TE=66ms和TE=107ms），由公式（4）得到組織的T2Map。最終使用的T2Map經(jīng)過(guò)低通濾波以減輕噪聲的影響，如圖2所示。

（2）應(yīng)用T2Map處理b=1000,TE=107ms的圖像，得到處理后b=1000，對(duì)應(yīng)TE=0ms的圖像。為了便于對(duì)比，我們把b=1000，TE=77ms的原始圖、T2Map圖、b=1000，TE=107ms的原始圖以及b=1000，TE=0ms這四幅圖像的腦干區(qū)域放在一起比較，如圖3所示。

（3）對(duì)四幅圖像均選取腦干區(qū)小腦上腳交叉部分（ROI1）和腦干區(qū)皮質(zhì)脊髓束部分（ROI2）的圖像區(qū)域，計(jì)算ROI1/ROI2比值。ROI的位置標(biāo)示在圖3的part A 上，其他三幅圖像的分析使用與A相同的ROI定義。

結(jié) 果

對(duì)采集到的30例志愿者數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從表1的結(jié)果分析，腦干區(qū)小腦上腳交叉部分（ROI1）和腦干區(qū)皮質(zhì)脊髓束部分（ROI2）在T2Map上歸一化后的比例均值為1.42，說(shuō)明小腦上腳交叉部分的T2值明顯較大。b=1000，TE=107ms的圖像上兩個(gè)ROI區(qū)域信號(hào)的比例均值為1.49，b=1000，TE=77ms的圖像上兩個(gè)ROI區(qū)域信號(hào)的比例均值為1.25。兩次采集的b值相同，只是縮短了TE時(shí)間，對(duì)比發(fā)生了明顯的變化，證明腦干區(qū)域小腦上腳交叉的亮信號(hào)主要來(lái)源于T2穿透效應(yīng)。應(yīng)用T2Map對(duì)b=1000，TE=107ms的圖像進(jìn)行處理得到b=1000，TE=0ms的圖像，經(jīng)處理后的兩個(gè)ROI區(qū)域的信號(hào)比例均值為1.02，證明在消除了T2穿透效應(yīng)后，正常腦干區(qū)小腦上腳交叉部分和腦干區(qū)皮質(zhì)脊髓束部分的信號(hào)差異消失。

圖1 b=1000,TE=107 ms時(shí)經(jīng)視交叉的（腦橋結(jié)構(gòu)明顯）橫斷面圖像。

圖2 經(jīng)過(guò)濾波處理后的T2Map。

圖3 處理后的腦干圖像。A為TE=77，b=1000時(shí)的圖像，B為T2Map圖像，C為TE=107,b=1000時(shí)的圖像，D為C經(jīng)過(guò)T2Map處理之后得到的TE=0,b=1000的圖像。

表1 四類圖中對(duì)應(yīng)ROI1/ROI2的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差

討 論

MRI由于其良好的軟組織對(duì)比度，被廣泛應(yīng)用于顱內(nèi)病灶的診斷和鑒別診斷。彌散加權(quán)成像(DWI)是一種無(wú)損的測(cè)量活體組織水分子運(yùn)動(dòng)的MRI成像方法。彌散加權(quán)成像反映人體內(nèi)水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，測(cè)量水分子彌散運(yùn)動(dòng)過(guò)程中局部受限的程度和方向，進(jìn)而間接反映感興趣區(qū)組織內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的變化及特點(diǎn)，可以提供常規(guī)MRI方法無(wú)法獲得的微觀結(jié)構(gòu)信息，在臨床上有著日益廣泛的應(yīng)用[7]。

DWI為了實(shí)現(xiàn)對(duì)組織內(nèi)水分子彌散運(yùn)動(dòng)的無(wú)損探測(cè)，需要在成像過(guò)程中施加長(zhǎng)時(shí)間的彌散梯度，從而得到組織的彌散加權(quán)信息，彌散加權(quán)的權(quán)重用b值表示。在臨床常規(guī)的頭部檢查中，通常使用的b值為1000左右。因?yàn)閺浬⑻荻鹊脑颍瑓f(xié)議中能夠設(shè)置的最短TE值通常較長(zhǎng)，接近100ms，這時(shí)我們得到的DWI圖像除了含有彌散加權(quán)的對(duì)比信息外，不可避免的含有組織的T2對(duì)比信息，這就是DWI成像中的T2穿透效應(yīng)。在DWI圖像上，醫(yī)生更關(guān)心的是組織的彌散對(duì)比信息，T2穿透效應(yīng)帶來(lái)的對(duì)比會(huì)對(duì)醫(yī)生的診斷帶來(lái)干擾。

以正常腦干組織為例，小腦上腳交叉結(jié)構(gòu)在DWI圖像上通常也表現(xiàn)為一個(gè)亮信號(hào)[8-10]，這種對(duì)比就是T2穿透效應(yīng)在DWI成像上的一種表現(xiàn)，它會(huì)干擾腦干急性中風(fēng)的臨床診斷。本文作者為了研究T2穿透效應(yīng)在DWI圖像上的影響及解決方法，以臨床上容易給醫(yī)生診斷帶來(lái)干擾的腦干部位為重點(diǎn)研究對(duì)象，共收集了30例健康志愿者數(shù)據(jù)，由分析結(jié)果可以看出，正常小腦上腳交叉結(jié)構(gòu)在DWI圖像上表現(xiàn)為亮信號(hào)的原因來(lái)自于T2穿透效應(yīng)，因?yàn)樾∧X上腳交叉結(jié)構(gòu)與腦干其他組織相比具有較長(zhǎng)的T2值。本文提出一種新的方法，可以得到T2穿透效應(yīng)完全消除的DWI圖像，徹底消除彌散成像中T2穿透效應(yīng)在診斷上的干擾，提高診斷的可靠性和準(zhǔn)確度。該研究目前僅在健康志愿者上得到預(yù)期結(jié)果，尚未對(duì)患者做出進(jìn)一步的研究，后續(xù)研究有待獲得臨床驗(yàn)證。

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