快速波譜成像用于急性缺血性腦卒中

吳 偉，陳 婷，吳小佳，羅銀燈

(重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院放射科，重慶 400010)

近年急性缺血性腦卒中(acute ischemic stroke， AIS)發(fā)病率呈明顯上升趨勢，嚴重威脅中老年人的生命與健康[1]。早期診斷、治療是降低AIS致殘率、致死率及改善預后的關鍵。AIS發(fā)生過程中，缺血腦組織常早于結構改變而發(fā)生代謝異常。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy， MRS)通過化學位移及自旋耦合現(xiàn)象測定分子組成及空間分布，可無創(chuàng)觀察活體組織代謝及生物變化[2]，是檢測腦卒中所致神經(jīng)代謝改變的潛在有力工具。既往研究[3]發(fā)現(xiàn)N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl aspartate， NAA)輕度降低合并乳酸(lactate， Lac)增加可能與缺血半暗帶顯著相關。目前臨床常規(guī)應用的多體素化學位移成像(chemical shift imaging， CSI)信號采集時間較長，常因部分患者無法持續(xù)制動而導致檢查失敗。快速波譜成像(turbo spectroscopic imaging， TSI)應用單次激發(fā)后多次相位編碼填充數(shù)據(jù)空間，可明顯減少信號采集時間[4]，更適用于AIS患者。本研究對比TSI與CSI信號采集時間和代謝物分布，分析代謝物分布與DWI高信號區(qū)域的匹配程度，評價TSI用于AIS的臨床價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2020年5月—11月40例于重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院就診的發(fā)病24 h內(nèi)AIS患者，男22例、女18例，年齡58～75歲，平均(67.0±8.4)歲。排除標準：①腦腫瘤相關病史；②存在MR檢查禁忌證。本研究獲得院倫理委員會批準[編號：2019科倫審第(62)號]，檢查前患者或家屬簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Achieva TX 3.0T MR掃描儀，8通道頭頸聯(lián)合相控陣線圈，行頭部軸位彌散加權成像(diffusion weighted imaging， DWI)，掃描參數(shù)：TR 3 200 ms，TE 87 ms，b=1 000 s/mm2。以DWI顯示病灶最大層面作為解剖定位層面，使掃描基線與前后聯(lián)合連線平行，采用自旋回波(spin echo， SE)序列采集TSI，TR 2 000 ms，TE、回波間隔均為144 ms，F(xiàn)OV 220 mm×190 mm，感興趣容積(volume of interest， VOI)100 mm×80 mm×10 mm，帶寬2 000 Hz，加速因子4，采集時間2 min 2 s，以筆形波束射頻勻場、環(huán)形飽和帶抑制VOI外干擾信號，以激勵法抑制水信號；采用點解析波譜(point resolved spectroscopy， PRESS)序列采集CSI，TR 2 000 ms，TE 144 ms，帶寬2 000 Hz，采集時間5 min 52 s，余參數(shù)同上。

1.3 圖像處理 將原始數(shù)據(jù)傳輸至Philips EWS工作站，分別采用模數(shù)頻譜擬合腳本和實數(shù)頻譜擬合腳本獲得TSI及CSI數(shù)據(jù)的NAA、肌酸復合物(creatine complex， Cr)、膽堿復合物(choline-containing compounds， Cho)、Lac峰下面積及Lac/Cr比值。分割TSI擬合參數(shù)，獲得NAA和Lac偽彩圖，以黃色為高亮區(qū)，紅色為暗區(qū)；將偽彩圖與DWI融合，以DWI高信號中心為梗死核心區(qū)體素，跨高信號和正常信號為梗死邊緣區(qū)體素，遠離高信號區(qū)為正常腦組織體素；觀察代謝物分布與DWI高信號區(qū)的匹配程度。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件，以±s表示計量資料，采用配對t檢驗比較TSI與CSI代謝物分布的差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計意義。

2 結果

相比周邊正常腦組織，梗死邊緣區(qū)NAA稍降低，梗死核心區(qū)NAA降低程度較梗死邊緣區(qū)更為明顯；Lac改變則呈相反趨勢，于梗死核心區(qū)及梗死邊緣升高，于周邊正常腦組織可檢出少量Lac分布，見圖1。經(jīng)擬合后，TSI與CSI所示代謝物分布差異無明顯統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，見表1。TSI與CSI分別顯示33例及32例NAA偽彩圖暗區(qū)分布小于DWI高信號區(qū)，而Lac偽彩圖高亮區(qū)大于DWI高信號區(qū)，見圖2。

圖1 患者男，65歲，AIS A、B.TSI觀察患者頭部梗死核心區(qū)體素(A)和代謝物譜線(B)，NAA、Cho、Cr及Lac曲線下面積依次為0.269、0.134、0.121及0.116； C、D.梗死邊緣體素(C)及相應代謝物譜線(D)，NAA、Cho、Cr及Lac曲線下面積依次為0.318、0.131、0.112及0.107； E、F.正常腦組織體素(E)及相應代謝物譜線(F)，NAA、Cho、Cr及Lac曲線下面積依次為0.328、0.130、0.128及0.021

圖2 患者女，76歲，AIS A.TSI顯示頭部體素分布； B.NAA偽彩圖見NAA紅色暗區(qū)(藍箭)分布與DWI高信號(綠箭)明顯不匹配； C.Lac偽彩圖見Lac黃色高亮區(qū)(藍箭)與DWI高信號(綠箭)明顯不匹配； D～F.半個月后復查，DWI(D)及ADC圖(E)見原病灶(箭)較治療前略小，Lac偽彩圖(F)中Lac高亮區(qū)(箭)較前明顯減小

表1 不同成像方式擬合后AIS患者腦組織代謝物譜線曲線下面積比較(n=40)

3 討論

腦卒中是世界范圍內(nèi)死亡率和發(fā)病率最高的疾病之一，我國每年超過100萬人死于腦卒中相關疾病。早期診斷腦卒中、評估其嚴重程度并確定缺血半暗帶，對擬定臨床治療方案具有重要價值[5-6]。既往研究[7-8]將DWI高信號區(qū)與灌注加權成像(perfusion weighted imaging， PWI)低灌注區(qū)之間的不匹配區(qū)域認定為可挽救的半暗帶，但PWI灌注不足區(qū)域常包含低血容量組織，經(jīng)及時治療DWI高信號區(qū)可部分消退，導致難以確定不匹配區(qū)域。MRS可無創(chuàng)檢測腦細胞代謝信息、反映腦組織活力，尤其代表神經(jīng)元存活關鍵的NAA和作為供氧不足標志的Lac是反映缺血性腦卒中代謝改變的重要標記物[9]。

在缺血早期，腦細胞代謝異常早于細胞內(nèi)水分子運動受限而發(fā)生，故MRS甚至可以先于DWI發(fā)現(xiàn)急性缺血腦卒中[10]。不同于常規(guī)MRI，MRS主要利用化學位移與耦合效應分辨不同代謝物，根據(jù)代謝物之間共振頻率的差異，成像過程中不進行頻率編碼；行多體素采集時，為獲得代謝物的空間位置信息，需行兩次相位編碼，導致采集時間較長。另外，MRS需要極高的磁場均勻度，采集信號前需要先行較長時間的勻場和相位準備等，使檢查時間近10 min，限制了該技術的普遍應用[11]。

TSI原理與快速自旋回波序列類似，即于單次射頻激發(fā)后進行數(shù)次相位編碼，以快速填充K空間，成倍縮短信號采集時間[12-13]。本研究行加速因子為4的TSI，在保持相同幾何參數(shù)的同時，采集時間僅為2 min 2 s，相對CSI，可節(jié)約采集時間一半以上。本研究對比CSI和TSI數(shù)據(jù)擬合后代謝物分布和相對濃度，發(fā)現(xiàn)二者略有差異，但無統(tǒng)計學意義，提示TSI或可替代CSI，用于獲取NAA、Cho、Cr和Lac等分布，判斷缺血缺氧程度。本研究中2種成像方式TE均為144 ms，CSI利用半回波采集，可反映代謝物相位信息，即Lac的波峰與NAA等相反，位于譜線基線下方，可直觀地與自由脂質(zhì)相區(qū)別；而TSI利用SE模式激發(fā)全回波采集，應用模數(shù)腳本擬合數(shù)據(jù)，僅有代謝物濃度信息而無相位信息，故TSI擬合后Lac波峰位于譜線上方，與NAA、Cho等保持一致。

本研究融合觀察擬合后的偽彩圖與DWI圖像，TSI共顯示33例NAA明顯下降的暗區(qū)范圍小于DWI顯示高信號區(qū)，而Lac明顯升高的高亮區(qū)大于DWI高信號區(qū)，代謝物分布改變與DWI高信號存在錯配，與何超等[14]的研究結論基本相符。本研究并未于所有病例中均觀察到上述信號錯配現(xiàn)象，故難以確定這種代謝物分布偽彩圖像與DWI的高信號錯配即代表可以挽救的半暗帶；另一方面，由于梗死面積較小，無法細分梗死核心區(qū)和邊緣。本研究中CSI檢出32例代謝物分布改變與DWI高信號存在錯配，差別可能來自偽彩圖直觀顯示相對濃度，而PRESS序列半回波采集的固有信噪比略低于SE序列的對稱回波采集[15]。

本研究的不足：①考慮到類似快速自旋回波序列原理，回波鏈越長，信號衰減越嚴重、信噪比越低，擬合的譜線更易出現(xiàn)失真誤判，故TSI選用4作為加速因子，可否選擇更大者有待進一步研究；②尚無法完全肯定NAA、Lac偽彩圖與DWI圖像高信號區(qū)存在錯配區(qū)域即為缺血半暗帶。

綜上所述，相比常規(guī)多體素波譜成像，TSI可在較短時間內(nèi)完成采集并獲得滿足診斷要求的代謝物分布數(shù)據(jù)；AIS患者可能存在代謝物偽彩圖與DWI高信號區(qū)錯配現(xiàn)象。