3DT1WI用于海馬多體素波譜掃描定位的初步研究

劉任遠，廖文清，武文博，周飛，李茗，張鑫，

俞海平5，朱斌5，張冰5，徐運1

(1.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 南京　210008； 2.東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 生物電子學(xué)實驗室，江蘇 南京　210009； 3.南京醫(yī)科大學(xué)附屬鼓樓臨床醫(yī)學(xué)院 神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 南京　210008； 4.南京醫(yī)科大學(xué)附屬鼓樓臨床醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京　210008； 5.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京　210008)

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3DT1WI用于海馬多體素波譜掃描定位的初步研究

劉任遠1，廖文清2，武文博3，周飛4，李茗5，張鑫5，

俞海平5，朱斌5，張冰5，徐運1

(1.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 南京210008； 2.東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 生物電子學(xué)實驗室，江蘇 南京210009； 3.南京醫(yī)科大學(xué)附屬鼓樓臨床醫(yī)學(xué)院 神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 南京210008； 4.南京醫(yī)科大學(xué)附屬鼓樓臨床醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京210008； 5.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京210008)

[摘要]目的：探討使用二維T2加權(quán)成像(2DT2W)和三維T1加權(quán)成像(3DT1W)定位對海馬多體素磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)準確性的影響。方法:使用荷蘭Philips公司Achieva 3.0 T TX磁共振成像系統(tǒng)，對7名健康志愿者分別采用2DT2W和3DT1W進行海馬MRS定位，對比兩種定位方法MRS測定的感興趣區(qū)覆蓋的海馬體積差異，MRS測得的代謝物N- 乙酰天門冬氨酸(N- acetylaspartate，NAA)、肌醇(myo- inositol，mI)與內(nèi)參肌酸(creatine，Cr)的相對濃度(NAA/Cr與mI/Cr)差異以及NAA、mI的信噪比差異。結(jié)果:與2DT2W定位比較，3DT1W定位MRS感興趣區(qū)覆蓋的海馬體積增加，NAA信噪比降低，NAA/Cr升高，但差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；mI信噪比降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.028)。結(jié)論:使用3DT1W定位MRS有助于提升定位準確性，但可能伴隨海馬代謝物信噪比降低。更好的定位及更全面的評價方法仍有待進一步研究。

[關(guān)鍵詞]多體素氫質(zhì)子波譜； 海馬波譜成像； 掃描定位技術(shù)

阿爾茲海默病(Alzheimer′s disease，AD)作為最常見的老年性癡呆，受到社會廣泛重視[1]。目前研究表明，海馬代謝物濃度的改變早于AD特征性病理改變[2]。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)作為一種無創(chuàng)性活體代謝檢測方法已廣泛應(yīng)用于AD相關(guān)的研究[3- 5]中。精確的波譜定位無疑有助于更好地監(jiān)測海馬各代謝物濃度的改變情況。本研究旨在探討使用二維T2加權(quán)成像(2DT2W)和三維T1加權(quán)成像(3DT1W)定位對海馬MRS準確性的影響。

1資料與方法

1.1研究對象

7名健康志愿者參與本項試驗，2男5女，年齡20～78歲，平均42歲。志愿者在磁共振掃描前接受簡易精神狀態(tài)評價量表(Mini- mental state examination，MMSE)測定，得分26～30分，平均29分。本研究得到南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院學(xué)術(shù)倫理委員會的同意和監(jiān)督，志愿者均簽署相關(guān)知情同意書。

1.2儀器設(shè)備

使用荷蘭Philips公司Achieva 3.0 T TX磁共振成像系統(tǒng)，SENSE- 8- HEAD線圈。

1.3檢查方法

2DT2W定位法：首先進行全腦3DT1W成像，選取矢狀位海馬全程顯示最好的層面進行2DT2W定位，獲得T2W海馬長軸位圖像，選取海馬全程顯示最好的層面進行MRS掃描(圖1)。掃描參數(shù)：(1) 3DT1W為重復(fù)時間(repetition time，TR)/回波時間(echo time，TE)9.7/4.6 ms；翻轉(zhuǎn)角(flip angle，F(xiàn)A)8 °；視野(field of view，F(xiàn)OV)256×256 mm；層厚1 mm；層數(shù)192層；信號平均次數(shù)(number of signal averaged，NSA)1次；掃描時間6 min 43 s。(2) 2DT2W為TR/TE 2000/80 ms；FA90 °為FOV230×183 mm；層厚3 mm；層數(shù)5層；NSA8次；掃描時間49 s。(3) 2D- PRESS1H MRS為TR/TE 2000/32 ms；FA 70 °；FOV 100×100 mm；體素12×12 mm；重建體素4×4 mm；層厚8 mm；NSA 4次；掃描時間6 min 6 s。

3DT1W定位法：首先進行全腦3DT1W成像，然后在Philips工作站(Extended Workspace，EWS)上使用3DT1W圖像重建出海馬T1W長軸位圖像，選取海馬全程顯示最好的層面進行MRS掃描(圖2)。3DT1W、MRS掃描參數(shù)與上述同；3DT1WI海馬重建參數(shù)：層厚0.9 mm；層數(shù)12層。

1.4數(shù)據(jù)處理

所得MRS原始數(shù)據(jù)采用LC Model(Linear combination of model)相對定量技術(shù)計算N- 乙酰天門冬氨酸(N- acetylaspartate，NAA)、肌醇(myo- inositol，mI)的含量及兩種代謝物與內(nèi)參肌酸(creatine，Cr)的比值(NAA/Cr和mI/Cr)。采用FreeSurfer v5.3對全腦3DT1W圖像進行腦區(qū)分割，結(jié)合LC Model結(jié)果使用MatLab計算2D- PRESS序列感興趣區(qū)(View of interest，VOI )中每個體素覆蓋的海馬體積百分比，估算VOI覆蓋的海馬體積(mm3)。

1.5統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 19.0軟件進行相關(guān)樣本W(wǎng)ilcoxon檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2結(jié)果

3DT1W和2DT2W定位方法相關(guān)樣本W(wǎng)ilcoxon檢驗結(jié)果見表1。

a.將2DT2W定位在全腦3DT1W矢狀位上海馬全程顯示最好的層面； b.T2W的海馬長軸位圖像； c.定位情況(以左側(cè)為例)； d.波譜VOI的覆蓋情況； e與f分別為左側(cè)及右側(cè)海馬波譜譜線

圖12DT2W定位法

a.在工作站(EWS)上從全腦3DT1W圖像重建出T1W海馬長軸位圖像； b.T1W海馬長軸位圖像； c.定位情況(以左側(cè)為例)； d.波譜VOI的覆蓋情況； e和f分別為左側(cè)及右側(cè)海馬波譜譜線

圖23DT1W定位法

表13DT1W與2DT2W定位方法比較

3DT1W定位法2DT2W定位法P值VOI覆蓋左側(cè)海馬體積/mm33270±5083168±8941.000左側(cè)海馬NAA/Cr1.06±0.250.98±0.260.612左側(cè)海馬mI/Cr0.92±0.181.13±0.140.028左側(cè)海馬NAA信噪比15.4±5.8218.1±11.720.345左側(cè)海馬mI信噪比4.64±0.996.18±2.530.116VOI覆蓋右側(cè)海馬體積/mm33578±4963059±9590.237右側(cè)海馬NAA/Cr1.24±0.271.20±0.220.499右側(cè)海馬mI/Cr0.92±0.240.94±0.150.672右側(cè)海馬NAA信噪比22.7±7.1223.9±8.990.116右側(cè)海馬mI信噪比4.97±2.416.68±3.130.028

兩種定位方法比較，3DT1W定位MRS感興趣區(qū)覆蓋的海馬體積較2DT2W定位增加，NAA信噪比較2DT2W定位降低，NAA/Cr升高，但差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；mI信噪比降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.028)。

3討論

本研究結(jié)果提示，使用3DT1W定位或有助于提高海馬MRS測量質(zhì)量，其VOI覆蓋的海馬體積均值較2DT2W定位覆蓋的增加，且標準差更小。3DT1W定位測得的左側(cè)海馬mI/Cr較2DT2W定位測得的降低(P=0.028)，也符合本研究正常志愿者的預(yù)期。

由于T2WI成像具有良好的腦脊液和腦組織對比，且掃描迅速，因此，長期應(yīng)用于海馬2D MRS的掃描定位。然而2DT2W定位存在以下問題：(1) 為了保證掃描速度使患者順利完成檢查，2DT2WI成像序列層厚分辨率較差；(2) T2WI成像對海馬組織灰白質(zhì)缺乏有效的對比度，在后處理中只能依照操作醫(yī)師經(jīng)驗選擇海馬區(qū)；(3) 使用單次2DT2W軸位成像難以同時覆蓋兩側(cè)海馬結(jié)構(gòu)，經(jīng)常需要二次掃描。

采用3DT1W定位具有以下優(yōu)點：(1) 可在不增加掃描時間的情況下重建出海馬長軸位圖像，且層厚分辨率達到0.9 mm；(2) 3DT1WI成像對海馬結(jié)構(gòu)有良好的對比度；(3) 3DT1W定位可對雙側(cè)海馬分別重建，避免2DT2WI定位不能同時覆蓋兩側(cè)海馬的問題。

然而3DT1W定位仍有許多局限。本研究發(fā)現(xiàn)3DT1W定位采集的代謝物信噪比低于2DT2W定位，其中右側(cè)海馬mI的信噪比降低差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.028)，考慮可能為3DT1W以海馬為中心的重建方式導(dǎo)致波譜FOV過多的覆蓋到腦外組織，導(dǎo)致整體信噪比降低。故更有效的重建方式尚待進一步研究。

本研究因樣本量過小，兩種定位方法的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，僅存在變化趨勢。兩種定位方法更全面的比較尚待大樣本的進一步研究。

[參考文獻]

[1] CHAN K，WANG W，WU J，et al.Epidemiology of Alzheimer′s disease and other forms of dementia in China，1990—2010:a systematic review and analysis[J].Lancet，2013，381(9882):2016- 2023．

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Study of using three- dimensional T1weighted imaging for hippocampus magnetic resonance spectroscopy localization

LIU Ren- yuan1，LIAO Wen- qing2，WU Wen- bo3，ZHOU Fei4，LI Ming5，ZHANG Xin5，YU Hai- ping5，ZHU Bin5，ZHANG Bing5，XU Yun1

(1.DepartmentofNeurology，DrumTowerHospital，AffiliatedtoNanjingUniversityMedicalSchool，Nanjing210008，China;2.SchoolofBiologicalScienceandMedicalEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing210009，China; 3.DepartmentofNeurology，DrumTowerHospital,AffiliatedtoNanjingMedicalUniversity，Nanjing210008，China; 4.DepartmentofRadiology，DrumTowerHospital，AffiliatedtoNanjingMedicalUniversity，Nanjing210008，China; 5.DepartmentofRadiology，DrumTowerHospital，AffiliatedtoNanjingUniversityMedicalSchool，Nanjing210008，China)

[Abstract]Objective： To compare effect of localizing magnetic resonance spectroscopy(MRS)for hippocampus by using of axial two demensional T2 weighted(2DT2W)imaging and whole brain three dimensional T1 weighted(3DT1W) imaging. Methods: MRI examinations were performed at a 3 tesla scanner(Achieva 3.0T TX，Philips Medical Systems，the Netherlands).Seven healthy participants were enrolled in this study.Hippocampal volume covered by the view of interest(VOI)，metabolite relative concentration measured by N- acetylaspartate(NAA)to creatine(Cr)ratio(NAA/Cr)and myo- inositol(mI)to Cr ratio(mI/Cr)and signal- to- noise ratio of the NAA and mI were compared. Results: The 3DT1W approach covered a larger amount of mean hippocampal volume and with a higher NAA/Cr than that of the 2DT2W approach.Signal- to- noise ratio of NAA detected by the 3DT1W approach was lower than that detected by the 2DT2W approach.However，no statistical significance was observed(P>0.05).A lower signal- to- noise ratio of mI was detected by the 3DT1W approach in right hippocampus(P=0.028). Conclusion: The 3DT1W approach might improve the accuracy of localization of hippocampal magnetic resonance spectroscopy.However，reduced signal- to- noise ratio of the metabolites were observed.further researches are needed for a thorough evaluation.

[Key words]three- dimensional T1 weighted imaging; hippocampus; magnetic resonance spectroscopy，localization

doi：10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.02.020

[中圖分類號]R331

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671- 6264(2016)02- 0232- 04

[通信作者]張冰E- mail：zhangbing_nanjing@vip.163.com

[作者簡介]劉任遠(1987-)，男，臺灣臺北人，在讀碩士研究生。E- mail：dimir1987@163.com

[收稿日期]2015- 08- 09[修回日期] 2015- 12- 01

[引文格式] 劉任遠，廖文清，張冰，等.3DT1WI用于海馬多體素波譜掃描定位的初步研究[J].東南大學(xué)學(xué)報:醫(yī)學(xué)版，2016，35(2)：232- 235.

·論著·