常規(guī)磁共振對(duì)裸鼠成像的可行性及參數(shù)優(yōu)化

陳 佳，龔明福，楊 華，王衛(wèi)斌，劉 云，楊 柳，舒通勝

(1.第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院放射科，重慶 400037；2.解放軍第四二五醫(yī)院放射科，海南 三亞 572212)

常規(guī)磁共振對(duì)裸鼠成像的可行性及參數(shù)優(yōu)化

陳 佳1，龔明福1，楊 華1，王衛(wèi)斌2，劉 云1，楊 柳1，舒通勝1

(1.第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院放射科，重慶 400037；2.解放軍第四二五醫(yī)院放射科，海南 三亞 572212)

目的 探討臨床常規(guī)磁共振在裸鼠成像中的可行性。方法 采用小關(guān)節(jié)線圈及專用小動(dòng)物線圈對(duì)裸鼠肝臟進(jìn)行MR成像，根據(jù)偽影、均勻度與對(duì)比度，評(píng)價(jià)兩種線圈對(duì)裸鼠成像的質(zhì)量。對(duì)裸鼠進(jìn)行T1mapping和T2mapping成像，根據(jù)肝臟的T1、T2值確定掃描序列中的TE值，然后采用浮動(dòng)的TR值進(jìn)行掃描，最后調(diào)整掃描的其它參數(shù)實(shí)現(xiàn)序列的優(yōu)化。結(jié)果 在FSE T1WI、SE T1WI、FSE T2WI、GRE T2*WI序列中，小動(dòng)物線圈和3英寸雙環(huán)形線圈的圖像質(zhì)量評(píng)分分別為2.6±0.54、3.2±0.84、2.6±0.89、2.4±0.55和3.6±0.55、3.8±0.45、3.2±0.84、2.6±0.55，小動(dòng)物線圈圖像的信噪比明顯高于3英寸雙環(huán)形線圈(P< 0.05)。經(jīng)過序列優(yōu)化后，圖像的細(xì)節(jié)分辨率，對(duì)比度明顯提高，圖像信號(hào)顯示更均勻。結(jié)論 通過線圈的優(yōu)選及序列的優(yōu)化，常規(guī)臨床磁共振可以進(jìn)行活體裸鼠磁共振成像。

磁共振成像；裸鼠；可行性；線圈；參數(shù)優(yōu)化

裸鼠是醫(yī)學(xué)研究中重要的的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，磁共振成像是觀察動(dòng)物模型的重要方法。常規(guī)磁共振仍是目前國內(nèi)小動(dòng)物研究的重要成像手段，但由于裸鼠體積小，以常規(guī)的方法進(jìn)行成像，圖像質(zhì)量往往較差，對(duì)模型不能滿意評(píng)價(jià)。通過選擇合適的成像線圈、優(yōu)化磁共振掃描序列及掃描參數(shù)，有望提高小動(dòng)物成像質(zhì)量。本研究采用小關(guān)節(jié)線圈及專用小動(dòng)物線圈對(duì)裸鼠肝臟進(jìn)行MR成像，并對(duì)成像序列的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期觀察常規(guī)磁共振對(duì)裸鼠成像實(shí)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 線圈的選擇 健康成年裸鼠5只，2%戊巴比妥鈉按50 mg/kg的劑量進(jìn)行腹腔注射麻醉，采用自制的裸鼠固定器固定。將裸鼠俯臥位頭先進(jìn)置于掃描床上，在裸鼠于固定架之間的間隙內(nèi)輕輕放入棉球，在保暖的同時(shí)固定裸鼠，降低裸鼠的呼吸運(yùn)動(dòng)。先后分別采用3英寸雙環(huán)形線圈和正交小動(dòng)物專用線圈于3.0 T磁共振掃描儀掃描，視野(FOV)：6 cm×8 cm，矩陣128×256，層厚2 mm，間隔0～0.2 mm，激勵(lì)次數(shù)(NEX)2次。掃描序列及參數(shù)為快速自旋回波(FSE)T1WI(TR/TE=380/16.7 ms)，自旋回波(SE)T1WI(TR/TE=380/30 ms)，快速自旋回波(FSE)T2WI(TR/TE=2000/60.8 ms)和梯度回波(GRE)T2*WI(TR/TE=400/9 ms，F(xiàn)A=20°)。掃描前先對(duì)梯度線圈進(jìn)行勻場，掃描過程中保證裸鼠絕對(duì)不動(dòng)。選取肝臟及背景區(qū)進(jìn)行信號(hào)測量，感興趣區(qū)大小約6 mm2，計(jì)算信號(hào)/噪聲比(SNR)，結(jié)合圖像的偽影、均勻度和對(duì)比度，評(píng)價(jià)兩個(gè)線圈對(duì)裸鼠成像的質(zhì)量。SNR計(jì)算公式如下：SNR=S肝-S背/Sd，其中S肝為肝實(shí)質(zhì)信號(hào)強(qiáng)度，S背為背景噪聲，Sd肝實(shí)質(zhì)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差。圖像的均勻度及對(duì)比度由兩名有經(jīng)驗(yàn)的磁共振醫(yī)師進(jìn)行分析評(píng)分，意見分歧時(shí)協(xié)商達(dá)成一致。圖像質(zhì)量采用4級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ級(jí)，無偽影，信號(hào)均勻，脈管系統(tǒng)與肝實(shí)質(zhì)之間對(duì)比度好，整個(gè)圖像質(zhì)量好，4分；Ⅱ級(jí)，無明顯的偽影，對(duì)比度較好，圖像較均勻，3分；Ⅲ級(jí)，邊緣可見偽影，圖像均勻度一般，圖像顯示較模糊，2分；Ⅳ級(jí)，偽影較明顯，圖像信號(hào)不均勻，嚴(yán)重影響信號(hào)測量，圖像質(zhì)量差，1分。最后計(jì)算同一線圈同一序列在5只裸鼠的信噪比及評(píng)分的均值。

1.2 序列及參數(shù)優(yōu)化 在確定好優(yōu)選線圈以后，對(duì)裸鼠模型的掃描序列進(jìn)行優(yōu)化。首先對(duì)裸鼠進(jìn)行T1mapping和T2mapping成像，T1mapping參數(shù)為：TR =150 ms、300 ms、600 ms、1200 ms，TE=10 ms，T2mapping參數(shù)為：TR=2000 ms，TE=13.7 ms、27.4 ms、41.1 ms、54.8 ms、68.6 ms、82.3 ms、96 ms、109.7 ms。掃描范圍覆蓋肝臟，在GE公司ADW4.4工作站上采用Functool軟件包分析測量肝臟的T1、T2值，根據(jù)肝臟的T1、T2值來確定掃描序列中的TE值，然后采用多組TR值進(jìn)行掃描，掃描方位包括冠狀位及軸位，觀察圖像質(zhì)量，并記錄下掃描時(shí)間。最后調(diào)整NEX、層厚、層間距等參數(shù)，觀察圖像質(zhì)量并記錄掃描時(shí)間。掃描過程、圖像觀察及分析方法同前。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用t檢驗(yàn)。P< 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 參數(shù)的確定 肝臟的T1值約785 ms，高于鄰近肌肉的T1值(約528 ms)，肝臟的T2值約50 ms，較鄰近肌肉的T2值(約30 ms)延長，再以其標(biāo)準(zhǔn)通過浮動(dòng)TR的方式來獲取最佳的參數(shù)搭配，我們推薦對(duì)裸鼠掃描時(shí)采用如下參數(shù)：軸位SE T1WI： TR=380 ms，TE=14 ms，NEX=2，Thickness/Space=2.0 mm/0.2 mm；軸位FSE T2WI：TR=3000 ms，TE=65 ms，NEX=3，Thickness/Space=2.0 mm/0.2 mm；軸位GRE T2*WI： TR=540 ms，TE=10 ms，NEX=2，Thickness/Space=2.5 mm/0.5 mm，F(xiàn)A=20°；軸位T2mapping：TR=2400 ms，TE=13.7 ms-109.7 ms，NEX=2，Thickness/Space=2.0 mm/0.2 mm。

2.2 圖像質(zhì)量及評(píng)分 圖像信噪比及圖像質(zhì)量評(píng)分見表1。兩種線圈在所有序列采集的圖像均能滿足觀察要求，評(píng)分均在2分以上，采用小動(dòng)物線圈圖像的信噪比明顯高于3英寸雙環(huán)形線圈(P< 0.05)。在小動(dòng)物線圈中，圖像的細(xì)節(jié)分辨率，對(duì)比度明顯提高，圖像信號(hào)顯示較均勻(圖1)。

表1 3英寸雙環(huán)形線圈和正交小動(dòng)物專用線圈所得圖像信噪比及圖像質(zhì)量評(píng)分

圖1 3英寸雙環(huán)形線圈和正交小動(dòng)物專用線圈采集裸鼠肝臟圖像比較

3 討論

裸鼠是醫(yī)學(xué)研究中重要的的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，尤其在免疫學(xué)、腫瘤學(xué)等方面有著特殊的價(jià)值。了解疾病的發(fā)生、發(fā)展過程需要我們縱向、動(dòng)態(tài)的觀察疾病的狀態(tài)，這就要求有一個(gè)可靠的、無創(chuàng)的檢測方法，這個(gè)方法至少要滿足以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：①具有足夠的空間分辨率和信噪比；②具有足夠的對(duì)比度以便觀察不同組織的形態(tài)；③有較高的時(shí)間分辨率[1]。

MRI具有極好的軟組織分辨率，同時(shí)具有較高的時(shí)間及空間分辨力，使其成為小動(dòng)物形態(tài)學(xué)研究重要的檢測工具，尤其是在嚙齒類動(dòng)物(如小鼠、裸鼠)的研究中。近來，MRI已成為臨床必不可少的影像檢查方法，并且其在臨床前研究中的地位也越來越受到重視[2]。然而，由于小鼠太小，所引起的弛豫信號(hào)太弱(一只25 g的小鼠，相對(duì)一個(gè)60 kg的人來說，其信號(hào)要弱2500倍)，給MRI成像帶來了很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。采用同樣的硬件，觀察人體為10 mm3的體素，在小鼠就變?yōu)?.0025 mm3了[3]。

為了解決這個(gè)問題，人們開發(fā)出場強(qiáng)為4～21 T的小動(dòng)物專用磁共振成像儀，它可以對(duì)小動(dòng)物進(jìn)行全面的檢測，包括磁共振波譜以及功能磁共振檢查等，目前這些機(jī)型已經(jīng)商業(yè)化[3]。盡管這些小動(dòng)物專用磁共振機(jī)在高級(jí)別的專有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)發(fā)揮了重要作用，它仍然超出了絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用范圍。小動(dòng)物專用磁共振的主要缺點(diǎn)在于其價(jià)格昂貴，需要單獨(dú)占用專門的實(shí)驗(yàn)室，需要專門的維護(hù)和操作人員，常規(guī)科研機(jī)構(gòu)難以支撐。隨著近年來動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的廣泛開展，越來越多的中、低層科研單位也在進(jìn)行活體動(dòng)物的MR成像。為了克服專用磁共振的高消費(fèi)的問題，越來越多的研究人員采用臨床常規(guī)磁共振進(jìn)行小動(dòng)物成像。

對(duì)于臨床常規(guī)MR機(jī)器而言，在外磁場恒定的前提下，如何能挖掘這種磁共振的最大能力，掃描得到滿足實(shí)驗(yàn)需要的圖像，是研究人員關(guān)心的主要問題。這需要對(duì)線圈及磁共振序列進(jìn)行優(yōu)化選擇[4，5]。目前，大多數(shù)基層科研機(jī)構(gòu)采用表面線圈及相控陣線圈進(jìn)行小動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，表面線圈能最大限度接近被檢器官，使其充填因子增加，有助于提高M(jìn)R圖像分辨率及信噪比，磁場的不均勻性是采用表面線圈成像的一大缺點(diǎn)，靠近線圈的部位信號(hào)強(qiáng)，遠(yuǎn)離線圈的部位信號(hào)會(huì)減弱。相控陣列線圈多由多個(gè)表面線圈陣列組成的，相對(duì)于普通正交線圈，相控陣線圈的信噪比會(huì)增加，但常規(guī)的相控陣線圈動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)填充因子低，不能獲得滿意的信噪比。小動(dòng)物專用正交線圈則融合表面線圈和相控陣線圈的優(yōu)點(diǎn)，它采用相控陣線圈的設(shè)計(jì)方法，在外形尺寸上最大限度地貼合相應(yīng)小動(dòng)物的體表，能達(dá)到柔性表面線圈的填充因數(shù)，而其中多個(gè)小線圈分別接受小區(qū)域的磁共振信號(hào)，在保證磁場均勻性的同時(shí)，能進(jìn)一步增加圖像的信噪比[6]。在本研究中，我們通過T1mapping和T2mapping成像獲取了靶區(qū)的T1、T2值，以T1、T2值為參考確定TE時(shí)間能最大限度的提高靶區(qū)的對(duì)比度，在此基礎(chǔ)上再調(diào)整TR值能在提高圖像質(zhì)量的同時(shí)，減少試驗(yàn)摸索的次數(shù)。

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1672-6170(2016)03-0108-03

2015-09-20；

2015-11-30)