比較優化STIR和IDEAL兩種脂肪抑制技術在金屬植入物MRI的應用價值

劉杰，王傳兵，陳曉宇

1.南京醫科大學附屬兒童醫院 放射科，江蘇 南京 210008；2.南京醫科大學第一附屬醫院 放射科，江蘇 南京 210029；3.蘇州吉美瑞醫療器械股份有限公司，江蘇 張家港 215625

引言

隨著醫療技術的不斷發展和MRI掃描技術的提高，脊柱手術金屬內固定的應用及術后磁共振檢查的需求也越來越多。人體脊柱中含有大量的脂肪，脂肪組織在磁共振T1、T2加權成像中均表現為高信號，由于磁共振成像部分容積效應的存在會使高信號的脂肪組織周邊的等信號和低信號病灶信號升高，帶來病灶漏診或誤診，脂肪抑制技術可以使病變組織與正常組織之間的對比增加，給疾病診斷及鑒別診斷提供可靠真實的依據[1-4]。金屬植入物會造成脂肪抑制不均勻、產生金屬偽影，影響磁共振圖像質量。合理選擇脂肪抑制技術不僅可以明顯提高圖像質量，還可減輕因金屬植入物而產生的磁化率偽影，增加病變的檢出率。

短時反轉恢復（Short TI Inversion Recovery，STIR）的脂肪抑制技術磁敏感偽影較小、對主磁場的均勻性不敏感，現已成為金屬內固定患者脂肪抑制的首選方法[5-7]。三點非對稱法脂肪抑制技術（Iterative Dixon of Water-fat with Echo Asymmetry and Least-squares Estimation，IDEAL） 是一種全新的Dixon水脂分離技術，它結合了非對稱采集技術與迭代最小二乘水脂分離算法，三次采集的時間點分別是-π/6，π/2，7π/6，因磁場不均勻導致的相位差可以由此計算出來，在此基礎上還可以對T2衰減、脂肪的多譜峰分布等進行矯正，可以得到更精確的圖像[8-11]。本文采用的IDEAL脂肪抑制技術和優化STIR（在STIR序列基礎上適當增加帶寬、減小回波時間）脂肪抑制技術作對比，探討其在金屬內固定患者脂肪抑制的可行性，為IDEAL脂肪抑制技術服務臨床提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 病例資料

本研究為前瞻性研究且經過南京醫科大學第一附屬醫院醫學倫理委員會批準（批準文號：2014-SR-050），排除植入非兼容性心臟起搏器、胰島素泵等磁共振絕對禁忌癥患者，所有受試者均已簽署知情同意書。選取南京醫科大學第一附屬醫院腰椎金屬內固定術后且需行磁共振檢查患者30例，男19例，女11例，年齡42～73歲；平均（64±5）歲。

1.1.2 使用器材

GE Signal HDe3.0 T MR 成像設備，16通道腰椎線圈，銳科影像存儲和傳輸系統（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）軟件。

1.2 檢查方法

所有患者采用頭先進、仰臥位，掃描范圍包括檢查所有椎體，除常規標準序列外加做矢狀位T2-優化STIR序列和T2-IDEAL序列，以T2-優化STIR序列組為對照組、T2-IDEAL序列組為實驗組，所有矢狀位采用相同定位方式以保證各層面解剖位置相同。各序列掃描參數設置如表1所示。

表1 腰椎檢查優化STIR和IDEAL技術掃描參數

1.3 測量方法

將所有所得磁共振圖像上傳到銳科PACS軟件進行分析。使用軟件自帶的測量工具，分別在腰1椎體中心、椎體后方腰大肌區域、椎體外區域設置感興趣區。要求所有感興趣區的面積相同，測量信號強度的平均值及其標準差。方法如圖1～2所示。

圖1 優化STIR序列信號測量示意圖

圖2 IDEAL序列信號測量示意圖

測量理論依據：信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）是指圖像中信號強度與背景噪聲的比值，SNR=SI組織/SD背景，其中SI組織為椎體的信號強度，SD背景為椎體外空氣區域信號標準差。對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）是指不同組織間信號強度差值與背景噪聲的比值，CNR=| SI1-SI2|/ SD背景，其中SI1為椎體信號強度，SI2為椎體后緣腰大肌信號強度，SD背景為椎體外空氣區域信號標準差。

1.4 圖像分析

由2名具有經驗的影像醫師分別對30組圖像行雙盲評分。評分標準參照 Brook5分法評分（1～5級）：1級，偽影嚴重，周邊及遠處結構完全不能顯示；2級，偽影較重，周邊及遠處結構基本不能顯示；3級，偽影較小，周邊結構基本顯示、遠處結構不影響；4級，偽影小，周邊結構顯示清晰；5級，無偽影[4]。脂肪抑制均勻性的參考標準如下：1分：脂肪抑制非常不均勻；2分：脂肪抑制不均勻；3分：脂肪抑制一般；4分：脂肪抑制較均勻；5分：脂肪抑制非常均勻。

1.5 統計學分析

采用SPSS 19.0統計軟件對數據進行分析。計量資料采用均數±標準差（±s）表示，組間比較采用t檢驗，主觀評分采用非參數秩和檢驗，均以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 主觀評價

含金屬內固定磁共振檢查中采用優化STIR和IDEAL兩種序列脂肪抑制均勻性主觀評分。秩和檢驗結果為3.47±0.51、3.63±0.50（z=-1.342，P=0.187）。客觀評價 ：優化STIR和IDEAL兩種序列客觀指標：SNR、CNR、金屬偽影大小結果，見表2。

表2 優化STIR和IDEAL兩種方法結果比較

2.2 患者影像圖片

30例腰椎內固定患者中，優化STIR序列顯示椎體附件區及椎旁軟組織水腫23處，術區見積液影5處，相鄰軟組織輕度腫脹8處，椎管內脊髓局部輕度水腫5處，IDEAL序列發現椎體附件區及椎旁軟組織水腫25處，術區見積液影5處，相鄰軟組織輕度腫脹8處，椎管內脊髓局部輕度水腫7處。圖3和圖4圖像為男性46歲腰椎間盤金屬內固定術后患者（圖3中a～c白箭頭處與圖4中a～c白箭頭處相比高信號區明顯大）。

圖3 優化STIR脂肪抑制技術

圖4 IDEAL脂肪抑制技術

3 討論

金屬植入部位易發生并發癥包括感染、疤痕黏連、硬膜外血腫、移位、磨損、破裂等。磁共振成像技術特別是其脂肪抑制技術對于植入物周圍病變診斷具有很高的特異性，它在骨科疾病的診斷和后期評價中起到不可替代的作用。但是，金屬植入物破壞磁場局部的均勻性引起幾何失真和信號強度失真，產生偽影進而影響局部圖像診斷。

3.1 優化STIR脂肪抑制技術的應用

STIR技術是利用脂肪組織的短T1特性，在脂肪組織的縱向磁化矢量為零時發射射頻脈沖，通過此種激勵方式可以抑制脂肪組織信號。STIR技術對磁場的均勻性要求較低，對植入物造成的不均勻性不敏感，產生的金屬偽影較小，抑制脂肪效果更好，能夠降低金屬植入物對周圍組織的影響，避免信號丟失，在顯示術后疤痕黏連、金屬植入物周圍感染及硬膜外血腫等并發癥更加清楚[12-15]。本文使用的優化STIR抑脂序列是在STIR序列的基礎上增加掃描帶寬、減小回波時間，增加掃描帶寬有助于減少MR信號的位移，使脂肪抑制更加均勻，減少金屬偽影效果更好[16]。但由于STIR技術選擇性低，若體內某一組織的T1值與脂肪組織接近，它的信號就會同時被抑制掉，正常組織的信號隨之丟失，所以SNR和CNR相對低于IDEAL技術，這也與本文結果相一致。

3.2 IDEAL脂肪抑制技術的應用

IDEAL技術是在快速自旋回波序列基礎上發展而來的，它的180°聚焦脈沖可以彌補磁場的不均勻造成的氫質子快速失相位，使信號丟失得到改善。因此，IDEAL技術可以有效減小因金屬植入物造成的質子失相位而形成的明暗相間的偽影。

另外，IDEAL技術的三次非對稱采集，相當于MR參數卡里激發次數設為3，這大大提高了圖像SNR。同一次掃描就可以得到水相、脂相、同相位、反相位四種對比，而且水相位圖像可以取代普通的T2加權圖像，相較于優化STIR技術還可以間接減少掃描時間，提供更多的診斷信息。

近年來，關于椎體脂肪抑制技術的應用多為化學位移成像法、翻轉恢復成像法，對于IDEAL技術應用特別在金屬內固定中應用報道較少。有學者報道利用化學位移成像對脊柱病變進行研究得出化學位移法脂肪抑制對于脊柱病變良惡性診斷有較好的效果，但對于金屬植入物患者因其偽影較大顯示有用診斷信息有限，我們前期對于金屬植入物患者應用STIR技術和化學位移法做了比較，結果顯示STIR技術對于金屬偽影顯示較好，但其SNR會降低[15]。一些學者應用IDEAL技術應用于眼眶及頸部等磁敏感偽影較大的部位獲得良好的抑脂效果，用于腰椎金屬內固定患者脂肪抑制尚未見報道[17-20]。本項目創新性利用了IDEAL技術對磁場均勻性不敏感這一特性，在30例腰椎內固定患者應用中獲得良好的效果。

目前關于減少磁共振金屬偽影的研究有一些新的序列設計，像可變共振圖像選擇性激發采集技術，它是結合可變共振圖像技術和片編碼金屬偽影矯正技術，可以保證在高SNR的情況下顯著減少金屬所致的磁敏感偽影[21-23]。此技術是在原理上施加額外的序列激發脈沖，但對設備硬件要求較高，目前國內此類磁共振機型非常少，應用性不高，而各廠家都有類似的IDEAL技術，應用比較廣泛。

綜上所述，當金屬植入物擾亂磁場時，IDEAL技術不僅可以減少金屬偽影，得到更高的SNR和CNR，還可以間接縮短掃描時間。因此IDEAL技術可以作為脊柱金屬內固定術后患者行磁共振檢查脂肪抑制成像的可靠選擇。