李友，张树桐，王艳芳，蒋严，黄增发，马锋

因具有较高的软组织对比度,磁共振成为诊断臂丛病变的首选方法。为了提高臂丛的对比度和分辨率,多采用三维单反转恢复可变翻转角快速自旋回波序列(three-dimensional short inversion time inversion recovery sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolution,3D-STIR-SPACE)增强扫描进行臂丛磁共振成像[1]。

3D-STIR-SPACE目前在增强作用下所用对比剂剂量多以说明书推荐的单倍剂量为方案,利用顺磁性对比剂缩短横向驰豫(T2)和纵向驰豫(T1)对臂丛周围的淋巴、血管高信号进行抑制,因血管—神经屏障的存在使臂丛神经不吸收对比剂从而得到很好的对比显示[2]。对比剂对组织弛豫的改变依托于对比剂的浓度,低浓度下以缩短纵向弛豫时间(T1)为主,提高对比剂浓度将缩短横向弛豫(T2)。钆对比剂经肾脏排泄,可能会增加发生肾源性系统纤维化(nephrogenic systemic fibrosis,NSF)的风险[3]。研究表明线性和大环类含钆对比剂均会在大脑及其他组织中发生痕量钆沉积[4]。使得对比剂的安全用量成为现在日益关注的话题,满足图像诊断需求的同时降低对比剂用量已达成共识。

满足基于对比剂的特性和组织间弛豫的差别,本研究拟采用低剂量对比剂增强三维双反转恢复可变翻转角快速自旋回波序列(three-dimensional double inversion time inversion recovery sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolution,3D-DIR-SPACE)进行臂丛神经成像,获得了较好的图像质量,特报告如下。

材料与方法

1.资料

搜集2019年1-11月在西门子Skyra3.0T磁共振上因临床疑有神经功能障碍行磁共振臂丛扫描的患者,分两组。对照组:男女各20例,年龄32～76岁(平均53.3±14.09岁),体重40～98kg(平均63.5±14.39kg)。研究组:男21例,女19例,年龄33～85岁(平均55.95±13.47岁),体重46～90 kg(平均64.25±11.02kg)。

2.检查方法

两组在增强前均扫描实图重建反转恢复序列(two-dimensional short inversion time inversion recovery，2D-STIR)、3D-DIR-SPACE、3D-STIR-SPACE,在推药3分钟后对照组行3D-STIR-SPACE扫描、研究组行3D-DIR-SPACE扫描。增强采用Medtron厂家双流高压注射器,A管为对比剂,B管为生理盐水,对比剂为钆贝葡胺注射液(Gd-BOPTA),浓度0.5mol/L。对照组程序1 Concentration设置100%,程序2 Concentration设置0%,剂量为建议剂量0.2mL/kg,流率2.5mL/s,跟15mL生理盐水冲管；研究组程序1 Concentration设置50%,程序2 Concentration设置0%,剂量为低剂量0.1mL/kg,跟15mL生理盐水冲管。扫描序列参数见表1。

表1 序列参数表

3.图像处理与分析

搜集两组平扫数据：将2D-STIR上传工作站行最小MIP重建,重建厚度25 mm,层间距3 mm。利用圆形ROI(面积:0.01 cm2、像素:5)在神经显示完整的层面,测量神经近端、中端、远端信号各1次,取平均值。测量神经周围的淋巴、血管信号各3次,取平均值(将信号相近的淋巴与血管定义为组织1,将信号低于淋巴的血管定义为组织2),测量背景信号3次。取标准差平均值,作图像背景噪声,利用公式SNR=SI/SD计算信噪比，此次测量数字和计算结果皆取绝对值。将3D-STIR-SPACE、3D-DIR-SPACE上传工作站建最大MIP像,建厚度25 mm,层间距3 mm,利用ROI(面积:0.01 cm2、像素:5)在神经显示较好的层面测量神经近端、中端、远端信号各3次,取平均值。测量同层面肌肉信号3次,取平均值,测量同层面背景信号3次,取标准差的平均值作为图像噪声。利用公式CNR=(SI神经-SI肌肉)/SD背景计算神经对比度噪声比。

图1 2D-STIR序列,组织1信号强-797.2(3)与神经信号-355.4(1)相差较大,组织2信号-353.4(4)与神经信号-355.4(1)相差不大。 图2 a)3D-STIR-SPACE扫描MIP像；b)3D-DIR-SPACE扫描MIP像；两种扫描序列臂丛呈高信号,显示良好,走行完整,神经周围血管、淋巴高信号影响神经对比度。 图3 a)单倍剂量3D-STIR-SPACE MIP像；b)低剂量3D-DIR-SPACE MIP像；两种扫描方法血管和淋巴信号有所减低,臂丛神经显示良好,走行完整,对比度增高。

搜集两组增强数据并上传工作站行最大MIP处理,层厚25 mm,层间距3 mm,由具有5年以上诊断经验的医师通过主观观察进行评分。观察对象为组织1/2的信号改变及神经显示情况,评分标准如下：1分，组织1/2高信号、神经走行显示不佳；2分，组织1/2高信号、神经走行显示较清晰；3分，组织1/2稍低信号、神经走行显示不清；4分，组织1/2稍低信号、神经走行显示较为清晰；5分，组织1/2低信号、神经走行显示清晰。

4.统计分析

结 果

神经与组织1在SI、SNR上有明显差异(P1=0.00,表2、图1),神经与组织2在SI、SNR上无明显差异(P2=0.77/0.93)。3D-STIR/DIR-SPACE序列在臂丛扫描中的CNR无明显差异(P=0.06,表3、图2)。神经在低剂量下3D-DIR-SPACE与建议剂量下3D-STIR-SPACE增强后的评分无统计学差异(P=0.10,表4、图3)。

表2 在2D-STIR序列下神经与组织1/2 在SI、SNR间的比较

注：χ12：神经与组织1间的比较；χ22：神经与组织2间的比较

表3 神经在3D-STIR/DIR-SPACE平扫下的CNR比较

注：t=-1.84，P=0.06

表4 神经在3D-DIR/STIR-SPACE增强后的累计评分

注:U=660，P=0.10

讨 论

1992年Filler等[5]报告了磁共振神经成像技术以来，根据神经组织的结构功能特性采取不同的技术进行成像已经日益完善[6]。因臂丛神经束内膜富含液体在磁共振上为长T1长T2信号,目前神经成像主要是利用液体的长T2特点[7]。3D-STIR-SPACE序列应具有很高的分辨率和采集效率而在臂丛神经扫描中被广泛应用,对于神经走行周围的淋巴、血管也呈高信号神经对比度差,对此多以增强进行对高信号的抑制[8]。采用短时反转恢复技术(STIR)对脂肪进行抑制,技术原理为先施加一个180°反转脉冲把正向磁化矢量反转到与静磁场相反的负方向,脉冲停止后磁化矢量向正向恢复,变化过程为磁化矢量从负向最大减小到零,再从零变到正向最大,在过零点时施加一个90°脉冲,此时过零点的组织因不具有纵向磁化矢量而不产生信号。STIR依靠组织纵向弛豫时间T1值,在增强作用下组织的纵向弛豫时间(T1)发生改变,设置合适的反转时间TI可抑制相应的组织信号。

组织固有弛豫的倒数我们称之为弛豫率,据顺磁性对比剂增强原理机制得知,在对比剂作用下组织弛豫随之改变且与浓度相关,在低浓度下T1缩短比T2缩短明显,高浓度下T2缩短较为明显[9]。因血-神经屏障,神经束不能吸收对比剂,淋巴和血管吸收对比剂后其弛豫改变。对此可有3种注射方案：一是提高剂量缩短T2弛豫进行抑制[10,11]。二是以建议剂量注射,此方案浓度以缩短T1为主，轻微改变T2值,配以单反转技术选取合适的反转时间TI进行抑制[12]。三是以小剂量为注射方案,以改变T1值为基础,根据组织间的弛豫差别配合双反转技术进行抑制[13]。

MRI数据矩阵是由实部和虚部组成的,在傅里叶变换后也是复数矩阵,往常的磁共振成像中采集的都是磁化矢量的模图,也就是磁化矢量的绝对值,信号强度为正,这样的图像背景为黑色。本研究用的是反转恢复序列(2D STIR)实图重建磁化矢量具有方向、大小,当组织的磁化矢量过零被抑制时,被抑制的组织和背景为灰色,信号强度为零,T1值长于被抑制的组织显示为黑色,信号强度为负值,T1值短于被抑制的组织显示为白色,信号强度为正值[14]。通过本次扫描可以得出脂肪的T1值短于神经与组织1/2的T1值,组织1的T1值长于组织2的T1值,此重建方式可以比较各组织在反转脉冲下磁化矢量的恢复情况及各组织的纵向弛豫大小,借此可以设置合适的双反转参数对两种组织的抑制。

本研究采用3D-DIR-SPACE序列,利用双反转脉冲激发,选择合适的反转时间可以行臂丛神经成像。利用组织间弛豫时间的差异配合低剂量增强改变组织的纵向弛豫时间来对组织进行抑制,利用低剂量对比剂将组织2的T1值缩短至脂肪T1至附近,组织1的T1值缩短至脂肪与神经之间,选取合适的双反转时间TI进行对组织1/2和脂肪的信号抑制从而实现低剂量对比剂在神经成像中的应用。本研究采用对比剂为钆贝葡胺注射液(Gd-BOPTA),在3.0T磁场下、37℃血浆中钆贝葡胺注射液的纵向弛豫率、横向弛豫率分别为5.5L/mmol/s、11.0Lmmol/s,具有较高的弛豫率,为降低剂量和浓度创造了可能[15]。双反转时间参数的设置依靠对比剂对组织T1值的改变程度,因此值得注意的是在配置低浓度低剂量的情况下选择不同的对比剂应设置相应的反转参数以到达背景的抑制和神经的显示。

本研究不足：研究采用的双反转恢复序列的参数设置依靠场强大小和对比剂的性质,此次只在3.0T磁场下进行的单一对比剂的研究,未来应在不同场强和不同对比剂两个方面进行研究补充。此次研究采集数据的多为神经功能正常,缺少功能受损病例进行深入分层比较,未来应扩展病例进行补充研究。

综上所述,与常规扫描(对照组)相比采用低剂量增强3D-DIR-SPACE在臂丛神经成像中能对神经周围的淋巴、血管进行抑制,提高了神经对比度,获得较好的图像质量,达到诊断效果的同时并降低了对比剂的用量。