磁性物質對磁共振波譜的影響

王柯柯，樊偉，倪萍，陳自謙

1. 南京軍區福州總醫院 a. 醫學工程科，b. 醫學影像科，福建 福州350025；2. 第四軍醫大學生物醫學工程學院，陜西 西安 710032；3. 南京軍區聯勤部衛生部，江蘇 南京 210002

磁性物質對磁共振波譜的影響

王柯柯1a,2，樊偉3，倪萍1a，陳自謙1b

1. 南京軍區福州總醫院 a. 醫學工程科，b. 醫學影像科，福建 福州350025；2. 第四軍醫大學生物醫學工程學院，陜西 西安 710032；3. 南京軍區聯勤部衛生部，江蘇 南京 210002

目的 探討磁性物質對磁場均勻性的影響，以及對磁共振波譜質量的影響。方法 利用磁共振設備自帶磁共振波譜專用體模，放置造影劑與硬幣后進行波譜掃描，用來評價磁性物質對于磁共振波譜質量的影響。結果 在放置造影劑和硬幣條件下得到的波譜比正常條件下得到的波譜質量明顯下降。結論 磁性物質會影響局部磁場，造成感興趣區域磁場的不均勻，從而影響磁共振波譜質量。

磁共振波譜；造影劑；體模；質量控制

磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy, MRS）是利用化學位移和J-耦合現象的作用，對特定原子核及其化合物進行定量分析的方法。它是目前唯一能夠無創性研究人體內部器官及組織代謝、生理生化改變的定量分析方法，已廣泛應用于腦部腫瘤、癲癇、阿爾茨海默癥、前列腺腫瘤的鑒別診斷[1-3]。磁共振波譜與常規磁共振成像相比對于磁場的均勻性的要求尤為苛刻，而影響磁場均勻性的因素很多。本文針對臨床MRS檢查中常見的影響磁場均勻性的因素（造影劑和硬幣）進行仿真實驗，探討鐵磁性物質對于磁共振波譜質量的影響。之所以選擇造影劑和硬幣作為研究對象，是因為實際磁共振檢查中，在做磁共振增強與動態成像中，利用高壓注射器給患者注射造影劑時偶爾會出現連接管脫落或拔針頭造影劑外漏的情況，導致造影劑滴漏到受檢部位附近，有的甚至大量沉積在脊柱線圈下的床板上，且造影劑對于MRS的影響仍存在爭論[4]。本文則是研究MR造影劑對于MRS質量的影響。而硬幣是作為一種金屬異物來模擬MR檢查中金屬物品及對于磁共振波譜的影響。

1 材料與方法

采用SIEMENS MAGNETOM Trio TIM 3T超導磁共振、掃描線圈為Siemens 12通道頭線圈、實驗體模采用SIEMENS磁共振波譜專用體模 Spherical Phantom D170（Spectr.1H 7576577 K2180）、 磁共振造影劑（釓貝葡胺）、數據分析采用SIEMENS 后處理工作站 SYNGO上的Spectroscopy 軟件。

MRI平掃：采用自旋回波序列（SE）、快速小角度激發序列（FLASH）、磁化準備的快速梯度回波成像序列（Turbo-FLASH）。

1H-MRS：采用單體素波譜（single voxel spectroscopy，SVS）檢測方法，MRS_SVS_SE_135序列，TR/TE=2000/135 ms，重復次數（Average）=64次，體素大小為10 mm×10 mm×10 mm，接收帶寬=1200 Hz，成像時間為136 s；多體素波譜，即化學位移成像（chemical shift imaging，CSI）檢測方法，MRS_csi_se_135序列，TR/TE=2000/135 ms，重復次數（Average）=1次，體素大小為10 mm×10 mm×10 mm，接收帶寬為1200 Hz，成像時間為136 s[5]。

2 實驗設計

本實驗是為了探討常見磁性物質對于磁共振波譜質量的影響，實驗設計是基于不同條件下掃描磁共振波譜專用體模的MRI和MRS。我們根據不同實驗條件將不同結果分為空白對照組、造影劑組和硬幣組，遵循控制變量的原則將其他實驗條件保持一致，只改變單一的研究條件，從而我們能夠直觀地觀察磁性物質對于磁共振波譜的影響。

將體模放磁共振頭線圈內，將定位中心線對準體模上的十字線，用來保證每次體模掃描的位置都保持一致。分別對體模進行SE序列、FLASH序列和Turbo-FLASH序列掃描，之后對體模進行單體素和多體素波譜掃描。空白對照組是不設置外部條件；造影劑組是將裝有20 mL造影劑的玻璃瓶放置在磁共振波譜體模旁邊；硬幣組是將兩枚1元硬幣放置在距離體模10 cm的位置。分別對體模進行SE序列、FLASH序列和Turbo-FLASH序列掃描，然后采集體模的單體素和多體素波譜，各個組的實驗條件參數都保持一致，體素位置和大小也相同。數據的后處理分析在SIEMENS 后處理工作站SYNGO上的Spectroscopy 軟件上進行，并將空白對照組、造影劑組和硬幣組進行對比分析。

在實驗中只有對實驗步驟進行嚴格的質量控制才能保證實驗數據的可靠性。在利用體模進行實驗測量的時候需要注意幾點事項，首先每次實驗保證定位線與體模上十字對準，可以保證每次測量位置相同；待體模穩定一段時間之后再進行測量，因為體模內部液體會因為晃動而在圖像中產生偽影，從而影響實驗結果的準確性與可靠性[6]。

3 實驗結果

3.1 不同序列的平掃圖像

三種序列都在造影劑位置出現不同程度的偽影，而FLASH和Turbo-FLASH的偽影較常規序列SE明顯,結果見圖1。

3.2 單體素MRS

單體素波譜中造影劑組波譜基線的雜峰明顯多于空白對照組，信噪比下降，代謝物含量也出現顯著改變，硬幣組中已檢測不到正常代謝峰，見圖2與表1。

3.3 多體素MRS

多體素MRS中，造影劑組中分別選取位于右中左三個不同體素的波譜，造影劑放置在體模左側，隨著體素與造影劑的位置越來越近，波譜質量也逐漸降低。而硬幣組中無論所取體素的位置與造影劑的距離遠近，譜線始終雜亂無章，檢測不到正常的代謝峰，如圖3所示。

4 討論

首先我們選擇FLASH、SE、Turbo-FLASH序列對造影劑組進行掃描，三種序列都在造影劑位置出現不同程度的偽影，而FLASH和Turbo-FLASH的偽影較常規序列SE明顯。這是因為SE序列是用90°射頻脈沖激勵平衡狀態的磁化強度矢量，然后再用180°反轉脈沖使磁化矢量在XY平面重新聚相，SE序列中的180°RF脈沖翻轉的是磁場不均勻和梯度場產生的相位離散的總和，消除了磁場非均勻性對信號的影響。而FLASH和Turbo-FLASH作為梯度回波中的序列，采用反向梯度僅翻轉由梯度磁場產生的相位離散效應，從而較SE序列磁敏感性更強，對于磁場不均勻產生的磁敏感性偽影也就更加顯著。

單體素波譜是采用點分辨自旋回波波譜（point-resolved echo spin spectroscopy, PRESS），單體素，是在3個垂直平面相交的體素能夠被RF脈沖激發并得到回波，從而得到單個體素的波譜信息。多體素波譜的結果是一個波譜矩陣，測量的是某一層面的代謝物信息。實驗體模所含的代謝物為醋酸鹽（Acetate）與乳酸（Lactate），對代謝物含量進行測量，在圖2的空白對照組和造影劑組單體素波譜對比中，造影劑組基線的雜峰明顯多于空白對照組，信噪比降低，同時代謝物的含量（峰下面積）也較空白對照組有所改變。而在多體素波譜結果中，在造影劑組的結果中我們選取了左中右三個不同體素的波譜，（圖3f），隨著所選體素距造影劑位置距離越近，譜線的雜峰越多，距離造影劑最近的體素波譜譜線基本上已經觀察不到明顯的代謝峰，峰信息被噪聲所淹沒，在臨床上就屬于檢查失敗的情況。

而在硬幣組中，由于磁場對金屬品的投擲作用，我們為安全起見，將兩枚硬幣放置在距離體模大約10 cm的距離，然后測量波譜。結果與空白對照組對比，硬幣組中無論單體素還是多體素波譜都檢測不到正常的代謝峰，沒有實際的臨床意義。

通過以上造影劑組和硬幣組與空白對照組的結果對比，MR造影劑（釓貝葡胺）作為一種順磁性物質影響局域磁場[7]，可以發現造影劑對于波譜質量的干擾還是比較顯著的，而硬幣則直接導致的波譜采集的失敗。這就指導我們在MR檢查時要及時將造影劑滴漏液體清理干凈[8]，定期對脊柱線圈與檢查床進行清潔保養，同時MRS最好在注射造影劑之前進行掃描。而對于金屬物品，硬幣是一種鐵磁性物質，對于磁場的影響尤為劇烈。由于MRS對于磁場均勻性要求更為苛刻，要檢查病人所有金屬異物清除干凈后再做MRS檢查，也要檢查設備前面板等角落是否吸附有金屬品，只有排除各項干擾條件才能保證得到高質量的磁共振波譜[9-10]。

5 結束語

磁共振的質量控制不僅僅指定期的質控檢測，更在于通過檢測及時發現系統性能的漂移，如吸附在磁體周圍的鐵磁性異物，或者造影劑滴漏造成的磁場不均勻，及時加以清理，保證系統的性能，從而獲得優質的圖像。磁共振波譜比常規序列對系統的性能要求更高，也更加敏感，要獲得準確可靠的磁共振波譜，不僅要求系統性能的穩定性、磁場均勻性，還需要規范的掃描和后處理分析，任何一個環節的錯誤都會導致檢查結果的不可靠。

[1] 韓鴻濱.臨床磁共振成像序列的設計與應用[M].北京:北京大學醫學出版社:197-200.

[2] 石明國.現代醫學影像技術[M].西安:陜西科學技術出版社,2009

[3] Lara A.Brandao,Romeu C.Domingues.腦磁共振波譜成像[M].天津:天津科技翻譯出版公司出版:1-7.

[4] 李偉,龍晚生,陳曼瓊,等.乳腺磁共振波譜分析特征與影響因素研究[J].中國醫療器械信息,2010,16(10):17-21.

[5] 倪萍,陳自謙,梁永輝,等.磁共振波譜技術在聽覺皮層的應用及其質量控制[J].中國醫療設備,2012,27(12):31-35.

[6] 高陽,牛廣明.磁共振圖像偽影及其預防[J].內蒙古醫學院學報:2007,29(5):322-325.

[7] 張苗,李坤成,盧潔.順磁性對比劑Gd-DTPA對短暫性缺血性發作1HMRS的影響[J].放射學實踐,2007,22(3):238-241.

[8] 倪萍,陳自謙,張魯閩,等.高場磁共振應用安全和質量控制的規范化管理[J].中國醫療設備,2011,26(02):1-4

[9] 倪萍,陳自謙.磁共振質量保證和質量控制若干問題的探討[J].中國醫療設備,2008,23(6):87-89.

[10] Marinette van der Graaf,Margarida Julia`-Sape,Franklyn A.Howe.MRS quality assessment in a multicentre study on MRS-based classification of brain tumours[J].NMR Biomed: 2008,21:148-158.

Inf l uence of Magnetic Substances on Magnetic Resonance Spectroscopy

WANG Ke-ke1a,2，FAN Wei3，NI Ping1a，CHEN Zi-qian1b
1.a. Department of Medical Engineering, b. Department of Medial Imaging, Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command, Fuzhou Fujian 350025, China;
2.School of Biomedical Engineering, the Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China; 3. Joint Logistics Department of Nanjing Military Area Command, Nanjing Jiangsu 210000, China

Objective To explore the inf l uence of magnetic substances on homogeneity of magnetic fi eld and quality of magnetic resonance spectroscopy (MRS). Methods Scanned the MRS dedicated phantom with contrast medium or coins, then evaluated the quality of spectrum. Results The quality of magnetic resonance spectroscopy obtained under the condition of contrast medium or coins was apparently decreased compared with the normal. Conclusion The results proved that magnetic substances can lead to asymmetric magnetic fi eld and affect the quality of MRS.

magnetic resonance spectroscopy; contrast medium; phantom; quality control

R197.39；TH789

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.006

1674-1633(2014)11-0022-03

2014-07-09

軍事醫學計量專項課題（2011-JL2-014）。

倪萍，南京軍區福州總醫院醫學工程科主任，高級工程師，研究方向：磁共振成像質量控制。

通訊作者郵箱：511091680@qq.com