陳義磊，康英杰，譚文莉，詹松華，黃炎文，王 輝

（上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院放射科，上海 201203）

MRS 是目前唯一能夠無創(chuàng)性研究人體組織代謝、生理生化改變的定量分析方法［1］，在臨床中應(yīng)用廣泛，尤其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中可協(xié)助疾病定性。但MRS 為多參數(shù)成像技術(shù)，掃描過程復雜，對成像技術(shù)要求嚴格，其中，射頻線圈的穩(wěn)定性是保證MRS圖像質(zhì)量可靠的重要因素之一［2］。本課題組設(shè)計的頭針專用柔性12 通道頭顱線圈（AHC12），可在不提升線圈通道的前提下，通過降低線圈與成像目標間的距離，提高成像性能［3-4］。本研究通過比較使用AHC12 線圈、硬質(zhì)16 通道常規(guī)頭顱線圈（HNC16）和硬質(zhì)24 通道正交頭顱線圈（HC24）時MRS 的圖像質(zhì)量，進一步探討AHC12 線圈改進MRS 圖像質(zhì)量的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2018 年3—5 月招募30 例健康受試者，男4 例，女26 例；年齡21～30 歲，平均（25.83±1.93）歲。所有受試者均簽署試驗知情同意書。本研究通過醫(yī)院倫理委員會批準。

1.2 納入標準 ①無精神及神經(jīng)疾病史；②無腦器質(zhì)性疾病及顱腦外傷史；③無高血壓及糖尿病病史；④顱腦常規(guī)MRI 檢查正常。

1.3 儀器與方法 采用聯(lián)影uMR 560 1.5 T MRI 掃描儀，受試者取仰臥位，用海綿墊固定頭部，囑其在掃描過程中制動。頭顱線圈分別采用HNC16、HC24 及AHC12，按順序抽簽隨機安排。每個線圈采用的成像序列及定位方法完全一致：先行常規(guī)MRI 橫斷面T2WI 序列掃描，掃描參數(shù)：FSE 序列，TR 5 000 ms，TE 81.1 ms，帶寬190 Hz，翻轉(zhuǎn)角150，層厚5 mm，層距1 mm，視野200 mm×230 mm，矩陣331×448。后行1H-MRS 序列掃描：先以T2WI 橫斷面圖像定位，再采用單體素點分辨率波譜成像（PRESS）序列行三維定位線掃描，ROI 放置于左側(cè)丘腦，注意避開腦室、血管和鈣化等區(qū)域，在ROI 上下、左右及前后分別添加飽和帶以抑制周圍干擾信號；在ROI 內(nèi)進行勻場、水抑制，使水峰的半高全寬＜10 Hz 后自動進行波譜采集，體素內(nèi)勻場、水抑制均由自動掃描程序完成。掃描參數(shù)：TR 1 700 ms，TE 144 ms，視野200 mm×230 mm，體素大小20 mm×20 mm×20 mm，層厚5 mm，ROI大小約50 mm2，翻轉(zhuǎn)角90°，帶寬1 000 Hz，采樣數(shù)1 024，矩陣222×320，掃描時間221 s。獲得譜線后進行基線校正和相位校正，每個線圈成像參數(shù)及ROI 保持完全一致。

1.4 MRS 圖像質(zhì)量客觀評價及主觀評價

1.4.1 客觀評價 采用聯(lián)影uWS-MR（SW 001.003版本）工作站處理MRS 數(shù)據(jù)，使用Spectroscopy 功能分析模塊進行基線調(diào)整、代謝物識別，自動獲取代謝物的波譜圖像，包括N-乙酰天冬氨酸（NAA）及肌酸（Cr）的半高全寬值、SNR 值、濃度積分值及NAA/Cr 積分比值。再將波譜圖像文件導入LCModel 波譜后處理軟件（版本6.3-1J），進行自動線性擬合后分析3 個線圈所獲得的圖像質(zhì)量參數(shù)，包括各代謝產(chǎn)物［NAA、N-乙酰天冬氨酰谷氨酸（NAAG）、NAA+NAAG、Cr、磷酸肌酸（PCr）、Cr+PCr、谷氨酸（Glu)、谷氨酰胺（Gln）、Glu+Gln、乳酸（Lac）］與Cr+PCr 的濃度比值及其估計標準差（SD%），以及數(shù)據(jù)位移、相位值。

1.4.2 主觀評價 由2 位具有5 年以上影像診斷經(jīng)驗且有MRS 后處理經(jīng)驗的放射科醫(yī)師對3 種線圈所獲得的譜線基線、譜線線型分別進行半定量評分：首先應(yīng)用LCModel 軟件讀取MRS 譜線（圖1，2），再對其進行李克特量表（Likert 評分）5 級評分：1 分表示基線質(zhì)量極差，無法進行診斷；5 分表示基線質(zhì)量最佳，可獲得準確診斷，1～5 分程度依次增加。最后取2 位醫(yī)師的均值作為該基線質(zhì)量評分。MRS 圖像偽影識別也進行Likert 評分：1 分為圖像偽影多，圖像質(zhì)量不滿意；5 分為圖像無偽影，圖像質(zhì)量非常滿意，1～5 分程度依次增加。

1.5 統(tǒng)計學分析 采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）評價2名觀察者間圖像質(zhì)量主觀評價分析的一致性，ICC值＞0.80 為一致性較好，0.61～0.80 為中等，0.41～0.60 為一般，0.11～0.40 為較低。對計量資料進行正態(tài)分布檢驗，如果呈正態(tài)分布，采用方差分析，數(shù)據(jù)以±s 表示；如果呈非正態(tài)分布，采用非參數(shù)檢驗，數(shù)據(jù)用中位數(shù)（最小值，最大值）表示。圖像質(zhì)量主觀評價采用單因素非參數(shù)檢驗Kruskal-Wallis H 檢驗進行分析，Nemenyi 檢驗用于兩兩組間比較。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 MRS 圖像質(zhì)量客觀評價（表1，2） 使用3 種線圈MRS 成像時，Cr 與Cr+PCr 比值及Cr 的SD%值組間比較差異有統(tǒng)計學意義（F=4.835，χ2=12.454；均P＜0.05），進一步兩兩比較，HC24 及AHC12 線圈的SD%值均小于HNC16 線圈、Cr 與Cr+PCr 比值均大于HNC16 線圈（均P＜0.05），HC24、AHC12 間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

3 種線圈的NAA 半高全寬值、Cr 半高全寬值、NAA 積分、Cr 積分及NAA/Cr 比值比較差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）；而在NAA 的SNR 及Cr 的SNR 組間比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），兩兩進一步比較HC24 及AHC12 線圈的NAA 及Cr 的SNR 均高于HNC16 線圈（均P＜0.05），HC24、AHC12組間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

2.2 MRS 圖像質(zhì)量主觀評價（表3） 對HNC16、HC24 及AHC12 3 種線圈在譜線基線、譜線線型及偽影識別方面進行主觀評分，所有評分項的ICC 值為0.738～0.898，其可靠性為中等至較好。其中譜線基線、譜線線型3 組間比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），兩兩比較，HC24 及AHC12 線圈評分均高于HNC16 線圈（秩均值分別為17.541、10.098，均P＜0.05），HC24、AHC12 組間差異無統(tǒng)計學意義（秩均值為2.987，P＞0.05）（圖3，4）。偽影識別3 組間比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

3 討論

MRI 是一種多參數(shù)檢查技術(shù)，影響圖像質(zhì)量的因素較多，包括磁場強度、成像序列、重建算法及射頻線圈等，而射頻線圈發(fā)出并接收射頻信號，對圖像質(zhì)量起關(guān)鍵作用，也是較易改進的硬件之一。柔性線圈可改變其形狀從而緊貼成像部位，降低與成像物體之間的距離，具有硬質(zhì)線圈不具備的優(yōu)點［3，5］。當掃描范圍固定多個單元組成陣列時，可提高其SNR。但隨單元數(shù)增加，其噪聲也增多，增加單元數(shù)目，SNR不會無限增加，而是在一定限度上提升［6］。單元數(shù)較多的線圈，均勻性會降低，因此單純增加線圈單元數(shù)并不能完全解決SNR 低的問題。目前，有學者［7-8］采用頭顱柔性線圈進行嬰兒頭顱成像，發(fā)現(xiàn)在皮質(zhì)部位可提升122%的SNR，但其僅行結(jié)構(gòu)像掃描，如常規(guī)T1WI、T2WI，作為神經(jīng)影像不可缺少的影像診斷序列，MRS 的圖像質(zhì)量情況未見報道。

表1 3 種線圈MRS 成像的LCModel 后處理圖像質(zhì)量參數(shù)比較

MRS 檢查過程較復雜，影響譜線圖像質(zhì)量的因素很多，譜線質(zhì)量不佳，則不能準確反映組織中的代謝物含量，從而降低診斷可靠性。因此，如何進行質(zhì)量控制、獲得滿意的圖像對疾病診斷尤為重要。目前國內(nèi)外在MRS 圖像質(zhì)量控制方面的研究較少，仍無統(tǒng)一標準。梁豐麗［9］報道MRS 圖像質(zhì)量評價主要有客觀及主觀評價兩方面，客觀評價主要有SNR、半高全寬值、水抑制等，主觀評價主要有譜線基線、譜線線型及偽影識別等。

表2 3 種線圈MRS 成像獲得代謝物參數(shù)比較（±s）

表2 3 種線圈MRS 成像獲得代謝物參數(shù)比較（±s）

表3 3 種線圈MRS 圖像主觀評價比較

圖1 女，25 歲，頭顱柔性線圈MRS 譜線LCModel 后處理圖像，譜線基線、譜線線型李克特量表評分均為5 分圖2 女，25 歲，頭顱16 通道硬質(zhì)線圈MRS 譜線LCModel 后處理圖像，譜線基線、譜線線型李克特量表評分均為4 分圖3 3 種線圈譜線基線主觀評價積分圖圖4 3 種線圈譜線線型主觀評價積分圖（*P＜0.05）

SNR 是指一定范圍內(nèi)波譜信號振幅值與噪聲的比率，噪聲過大導致低SNR，會造成譜線基線質(zhì)量不佳，但目前仍無統(tǒng)一的評價標準。Graaf 等［10］報道1.5T MRI 設(shè)備上SNR＞10 才能獲得較好的譜線精確度。Oz 等［11］建議腦內(nèi)腫瘤的代謝物膽堿峰（Cho）及NAA 峰SNR 值應(yīng)＞3，Lac 峰SNR 值應(yīng)＞2。而MRS 序列為獲得更穩(wěn)定的代謝物濃度水平，常通過增大每個體素所包含的成像物體體積提升SNR，但這種方法使得正常組織與異常組織共同處于同一體素內(nèi)的概率升高，影響臨床診斷的準確性，因此提升MRS 圖像的SNR 對臨床具有重要意義。本課題組前期研究［3-4］發(fā)現(xiàn)表面柔性線圈縮短了成像目標與線圈的距離，使得噪聲遠小于接收到的電壓，提升了圖像SNR。本研究結(jié)果也顯示，HNC16、HC24 及AHC12 3種線圈NAA 峰及Cr 峰的SNR 值均＞10，AHC12 的NAA 和Cr 的SNR 明顯高于HNC16，與具有更高通道數(shù)的HC24 線圈相近，提示通過縮短成像目標與線圈距離的柔性線圈可媲美更高通道數(shù)的硬質(zhì)線圈。代謝物半高全寬定義為峰高1/2 處的線寬，峰線過寬，會導致譜線分析的結(jié)果不準確，Bartha［12］報道在4 T MRI 設(shè)備下半高全寬值在8～14 Hz 時譜線質(zhì)量最佳。本研究3 種線圈在1.5 T 磁場中，NAA 峰及Cr 峰半高全寬值為3.5～5.5 Hz，可能是磁場強度不同導致其較低，三者間半高全寬值差異無統(tǒng)計學意義。

LCModel 是一款用于活體質(zhì)子MRS 量化的軟件，被公認為是量化MRS 波譜的“金標準”［13］，其質(zhì)量參數(shù)主要由SNR、半高全寬、相位、SD%等，在其他參數(shù)均符合標準的情況下，SD 以百分比的形式評估代謝物的估計濃度，SD%小的代謝物含量值被認為是可靠的，其標準是＜20%。如MRS 成像結(jié)果中Cho、NAA 及Cr 等重要代謝物的SD%值符合標準，則認為該波譜質(zhì)量較好［14］。本研究中，HC24 及AHC12 線圈的SD%值均小于HNC16 線圈，且HC24 與AHC12線圈間無差異，因此柔性線圈MRS 成像可取得與24高通道線圈相同的圖像質(zhì)量。

本研究主觀評價主要基于譜線基線、譜線線型及偽影識別這三方面進行Likert 評分。MRS 譜線應(yīng)具有平穩(wěn)的基線，如基線不穩(wěn)呈鋸齒狀會造成代謝物定量不精確。譜線線型是指波譜的形狀，線型應(yīng)服從特定函數(shù)分布，且左右對稱。線型扭曲提示數(shù)據(jù)受污染，會影響代謝物峰及其比值的精確性。本研究中，HNC16、HC24 及AHC12 的MRS 圖像的譜線基線及線型評分顯示，HC24 及AHC12 線圈的Likert評分均高于HNC16 線圈，提示頭顱柔性線圈通過提高SNR 改善了MRS 的圖像質(zhì)量，可更可靠地評估大腦代謝水平。在偽影識別方面3 種線圈結(jié)果無明顯差異，這也符合本研究的假設(shè)，頭顱線圈的設(shè)計本身并無法改變外在環(huán)境引起的圖像變化。

本研究選擇健康志愿者作為受試者進行MRS圖像質(zhì)量的控制，健康志愿者與病理狀態(tài)下的受試者代謝物存在一定差異，未來需在臨床實踐中進一步觀察病理狀態(tài)下代謝物的變化情況。另外本研究僅在單一MRI 機型上進行，需進行多中心研究進一步驗證所獲得的結(jié)果。

總之，AHC12 線圈通過降低受檢部位與線圈之間的距離，提升圖像SNR，從而改善MRS 圖像質(zhì)量，各項指標與24 通道硬質(zhì)頭顱線圈相似，為臨床改善MRS 圖像提供了一種新的解決方案。