優化掃描矩陣對腦腫瘤患者頭部多體素氫質子磁共振波譜成像的臨床應用價值

李珮，冷琦，夏春潮，李真林

1.四川大學華西第二醫院 放射科，四川 成都 610041；2.四川大學華西醫院 放射科，四川 成都 610041

引言

磁共振波譜成像（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）是獲得活體內生化參數定量信息和診斷信息的一種非侵入功能成像技術。隨著高場強MR設備的應用及相關技術的快速發展，MRS應用日益廣泛，成為目前唯一能無創性檢測活體器官和組織代謝、生化、化合物定量分析的技術[1-2]。多體素氫質子MRS（1H MRS）的感興趣區可以覆蓋整個腦腫瘤甚至鄰近腦組織，能較好地呈現腫瘤的內部及周圍組織的代謝情況，在臨床診斷中發揮著重要作用[3]。由于MRS掃描時間較長，很多狀態不佳或是年齡較小的患者無法長時間堅持，很難獲得滿足臨床需求的高質量波譜圖像，不利于疾病的診斷與鑒別診斷。近年來對于磁共振波譜的研究主要集中在對疾病的診斷價值方面，較少提到掃描時間長對與檢查的影響及解決方案，但掃描時間長這一問題確實限制了磁共振波譜的應用與發展。MRS曾經作為前列腺癌檢查廣泛運用，如今因為檢查時間長退至輔助序列[4]。侯效芳等[5]采用單體素波譜成像，避免了掃描時間過長的問題，但單體素波譜提供信息有限，可能需要多次采集才能獲得病變的全部信息。MRS在精神疾病研究方面運用較廣，序列掃描時長多為6 min左右，由于掃描時間長患者配合度的問題該類研究較多都存在樣本量小的問題[6-7]。本研究通過調整波譜掃描矩陣，縮短掃描時間，探討其對顱腦MRS成像的應用價值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

2018年3～5月經本院確診為腦腫瘤患者20例，其中男13名，女7名，年齡18～76歲，平均（48.60±3.97）歲，納入標準：納入標準：① 患有顱腦占位性病變的患者；② MRI檢查前未行手術、放化療或其他干預治療；③ 能夠耐受高場強MRI檢查；④ MRI檢查結束后1～2周內行手術，能夠獲取病變的病理結果。所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用Siemens skyra 3.0 T磁共振掃描儀，患者取頭部先進仰臥位。行常規顱腦T2WI、T2 FLAIR軸位、矢狀位掃描用于MRS掃描定位。MRS掃描層面的設置，選擇患者軸位病變最大層面，MRS掃描野盡量避開顱骨、空氣、脂肪、出血、鈣化等干擾組織。修改掃描矩陣前后的16×16與8×8兩組波譜序列，見表1。

表1 被試者掃描參數

1.3 圖像評價方法

修改矩陣大小前后掃描得出的原始數據導入波譜分析軟件LCModel進行后處理，分別得出兩次掃描的信噪比、半高寬、臨床常見代謝物濃度等數據。代謝物選擇N-乙酰天門冬氨酸（N-acetyl aspar-tate，NAA）、膽堿化合物（Choline，Cho）、肌酸 /磷酸肌酸（Creatime，Cr）、谷氨酸類化合物（Glutamate，Glu/glutamine，Gln，合稱Glx）。所有圖像和數據分別由兩位高年資影像診斷醫師（頭部MRI診斷工作經歷大于10年）在互相獨立的情況下，仔細閱片，從信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、半峰全寬（Full Width at Half Peak，FWHM）以及代謝物濃度進行評價。

1.4 統計分析

選取病變區域幾個體素進行測量，計算平均值。運用SPSS 22.0統計軟件，采用配對檢驗，對修改掃描矩陣前后的SNR、FWHM、代謝物濃度等數據差值進行正態性檢驗，差值符合正態性檢驗分布使用配對t檢驗，否則選擇Wilcoxon符號秩和檢驗。統計學顯著性水平設置為P<0.05。

2 結果

2.1 掃描時間

未修改掃描矩陣前掃描時間為400 s；修改掃描矩陣后掃描時間為87 s。

2.2 波普質量

修改掃描矩陣前FWHM大于修改后，差異有統計學意義（P<0.05）。修改掃描矩陣前SNR小于修改后，差異有統計學意義（P<0.05），見圖1和表2。

圖1 波譜圖像

表2 掃描矩陣修改前后主要波譜質量評價指標及代謝物濃度結果

2.3 主要代謝物濃度比

修改前后，Cr+Pcr(Tcr）、NAA/Tcr、Ins/Tcr、Cho/Tcr、Glx/Tcr，均無統計學意義（P>0.05），見表2。

3 討論

MRS通過細胞分子代謝層面對大腦局部神經元活動進行分析，可以進一步了解大腦病理生理學的改變。其檢測的主要內容包括NAA、膽堿、肌酸、肌醇等指標。NAA波峰位于2.0 ppm處，含量直接反映神經元的密度和活性，含量減少反映神經元丟失或功能受損；膽堿反映腦內總膽堿含量，波峰位于3.2 ppm位移處，是反映髓鞘形成和膠質增生的指標；肌酸是能量代謝產物，位于3.0 ppm位移處，肌酸值一般不會隨病理變化而變化，因而臨床上常被量化用作內部參考。MRS在頭部疾病的應用非常廣泛的，有文獻報道，MRS在抑郁癥患者的診斷、多發性硬化患者病情檢測、腦腫瘤的分級等方面都有重要作用[8-10]。

MRS在研究精神疾病方面潛力巨大，如已有的研究基本都認為孤獨癥譜系障礙（Autism Spectrum Disorder，ASD）主要是由腦生物學因素導致的，故尋找有效的生物標志物是該研究領域最具挑戰性的任務之一，磁共振波譜就是從標志物出發，去探究ASD患者腦代謝的異常情況[11]。針對此方面的研究非常廣泛，由來已久，但遲遲難以運用于臨床，且較多與此相關的臨床研究都存在著樣本量少的問題，本研究認為，這與MRS掃描時間較長，檢查部位的任何細微活動都可能導致檢查的失敗，一般小孩和配合較差的患者難以堅持完成檢查有關。潘鈺等在總結研究的不足時，也指出研究對象大部分為低齡兒童，不能完全配合掃描檢查[12]。

提高MRS檢查成功率有三個方面：① 爭取患者配合；② 修改掃描參數，減少患者移動對檢查造成的影響；③ 縮短掃描時間，使檢查易于配合，降低患者移動的可能性。

付麗媛等[13]提出MRS檢查成功的最基本條件是患者檢查前的充分準備與良好配合。檢查前需與患者做好溝通，告知其檢查過程，克服恐懼及緊張心理，盡量取得患者的良好配合，尤其是要告知患者在檢查中制動，對于配合欠佳的兒童患者在必要的情況下可口服水合氯醛鎮靜。但6 min左右的掃描時間中頭部有輕微的移動便可導致檢查的失敗，在準備良好的情況仍存在較大的配合難度，且使用鎮靜類藥物有一定的風險。

張敏等[14]研究了不同形式位移經過校正后對MRS檢查的影響，得出結論平動位移可較好的得到校正，轉動位移校正效果不佳。且該研究受試者均為健康志愿者，位移控制在一定范圍內，剔除了頭部明顯移動對檢查的影響。MRS常規檢查時，患者的移動平動、轉動均存在，且無規律可循，故位移校正運用于MRS中有較大局限。

本研究著眼于縮短掃描時間，使掃描易于配合，從根本上降低因患者頭部位移造成檢查失敗的可能性。MRS檢查中體素大小可根據病灶的大小靈活設置，病灶大體素可適當調大9。本研究MRS掃描修改前掃描體素為10 mm×10 mm×10 mm，筆者將2×2的四個體素合并為一個體素進行掃描，在該掃描野內無間隔、無重復的掃描，掃描矩陣由16×16變為了8×8，掃描體素變為20 mm×20 mm×10 mm，修改后的體素大小未超過病灶的大小范圍，不會因混入周邊組織損失病灶信息。解析矩陣仍保持16×16，解析體素為10 mm×10 mm×10 mm，每個體素顯示波譜均為所在掃描體素的波譜譜線。修改掃描矩陣后掃描時間減少3/4，由未修改前的400 s變為87 s，極大縮短了檢查時間，檢查成功率可大幅度提高。

在MRS分析中，譜線的縱軸即化合物的信號強度，其峰下面積與該化合物的濃度成正比，化合物最大峰高一半處的譜線寬度為FWHM，決定譜線的頻率分辨率，是波譜質量的重要評價指標之一，FWHM越小，代表譜線質量越好。MRS的SNR定義為最大代謝物的峰高度除以無信號區噪聲振幅的均方根，信噪比越高，譜線質量越好。本研究結果表明，在掃描矩陣縮短一倍的情況下，患者組與正常組半高寬明顯減小，信噪比明顯增加半高寬，優于臨床常規矩陣的掃描結果。

MRS譜線中，NAA/Cr、Cho/Cr等代謝物濃度比值在腫瘤的診斷與鑒別診斷中具有重要價值[15]。修改后的矩陣掃描所得代謝物濃度比值與常規方法測量得出的代謝物濃度無統計學差異，符合臨床診斷要求。

本研究不足之處為：① 樣本量較少，且樣本選取時間較為久遠；② 掃描矩陣減小后，體素體積變大，在病變較小和垂體、海馬等特殊部位的波普研究[16-17]中可能由于部分容積效應，影響檢查結果。期待在今后的工作中擴大樣本量，進行更合理更深入的研究。

4 結論

綜上所述，磁共振波譜（多體素）掃描中，掃描矩陣的適當減小在保證圖像質量的前提下，極大地縮短了掃描時間，可提高檢查成功率，但掃描矩陣過小，體素過大，可能會影響波普檢查結果的準確性，如何根據受檢者病情需要，個性化設定矩陣、體素大小，在保證檢查準確性的前提下，盡量縮短檢查時間，有待于我們進一步研究。