兒科3.0 T專用磁共振對早產兒腦損傷圖像質量評價研究

劉穎，霍然，劉劍芳，廖怡，劉云峰，趙強，寧剛，袁慧書*

作者單位：1.北京大學第三醫院放射科，北京100191；2.四川大學華西第二醫院放射科，成都610041；3.北京大學第三醫院兒科，北京100191

由于早產兒過早脫離母體，神經系統發育不完全，多種因素可能會導致腦損傷，因此需要早期診斷、早期干預，才能最大限度降低腦損傷引起的后續問題[1-5]。MRI 已成為早產兒顱腦常用的檢查方法，目前國內多采用1.5 T 或3.0 T全身磁共振對早產兒進行腦部掃描，早產兒腦損傷也有相關成像研究[6-8]。如果能采用設備重量輕、噪音小、具有兒科專用序列的兒科專用磁共振對嬰幼兒進行檢查，可能獲得更好的檢查效果。3.0 T 兒科專用磁共振通過快速成像、靜音、運動校正等技術方案來提升圖像質量，提供更高信噪比(signal to noise ratio，SNR)和更高分辨率的圖像，并降低鎮靜劑的使用率[9-11]。目前國內尚無3.0 T 兒科專用磁共振和3.0 T 全身磁共振在早產兒腦部成像比較的報道。本研究對3.0 T 兒科專用磁共振和3.0 T 全身磁共振對于早產兒腦損傷的成像效果進行對比評估。

1 資料與方法

1.1 研究對象

本研究為前瞻性研究，納入2021 年5 月至2021 年6 月于北京大學第三醫院3.0 T 全身磁共振和四川大學華西第二醫院3.0 T 兒科專用磁共振設備進行顱腦MRI 檢查的早產兒。納入標準：(1)符合早產兒標準(孕周28～37周)，且檢查時年齡滿足校正胎齡/月齡≤6 月；(2)臨床或超聲提示無急性腦梗死或腦出血；(3)臨床及B 超診斷或懷疑早產兒腦損傷；(4)無MRI檢查禁忌證。排除標準：(1)不能配合完成MRI 檢查者；(2)圖像效果不能進行評估者；(3)顱腦MR圖像提示急性腦出血或腦梗死者；(4)監護人不同意簽署知情同意書者。本研究已通過北京大學第三醫院(編號：IRB00006761-M2021222)和四川大學華西第二醫院(編號：Q2021002)倫理委員會批準，所有受試者監護人均知情同意。

1.2 方法

1.2.1 磁共振掃描

采用3.0 T 兒科專用磁共振掃描儀(uMR Alpha，上海聯影醫療科技有限公司，中國上海)聯合15 通道頭線圈進行顱腦MRI檢查，成像序列及參數如下：(1)三維T1 加權快速擾相梯度回 波(3D T1-weighted fast spoiled gradient echo，3D T1W-grefsp)：TR/TE=6.8/2.9 ms，層厚1 mm，層間距0 mm，翻轉角8°，FOV=240 mm×220 mm，共160 層覆蓋全腦，掃描時間3 min 2 s；(2) T2加權成像(T2 weighted imaging，T2WI)：TR/TE=5000/118.6 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，翻轉角90°，FOV=180 mm×180 mm，共22 層，掃描時間1 min 45 s；(3) 擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)：TR/TE=2444/90.3 ms，層厚5 mm，層間距0.5 mm，翻轉角90°，FOV=240 mm×220 mm，共19層，b=800，掃描時間53 s。

采用3.0 T 全身磁共振掃描儀(uMR 770，上海聯影醫療科技有限公司，中國上海)聯合32 通道頭線圈進行顱腦MR 成像檢查，成像序列及參數如下：(1) 3D T1W-grefsp：TR/TE=7/3 ms，層厚1 mm，層間距0 mm，翻轉角8°，FOV=240 mm×220 mm，共160 層覆蓋全腦，掃描時間3 min 4 s；(2) T2WI：TR/TE=6000/107.84 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，翻轉角130°，FOV=180 mm×180 mm，共25層，掃描時間1 min 30 s；(3) DWI：TR/TE=2780/86 ms，層厚4 mm，層間距0.8 mm，翻轉角90°，FOV=180 mm×180 mm，共24層，b=1000，掃描時間55 s。

1.2.2 數據分析

1.2.2.1 主觀評價法

本研究對兒科專用磁共振和全身磁共振所采集的顱腦T2WI 圖像進行主觀評價，由兩名具有3 年以上神經影像診斷經驗的放射科醫師獨立判斷完成，當兩位放射科醫師意見不一致時，則由第3 位具有10 年以上神經影像診斷經驗的高年資放射科醫師進一步判讀。圖像判讀過程中嚴格遵守盲法原則，以上3 人均對判讀圖像所屬受試者的臨床信息不知情。主觀評價指標包括腦實質(包括腦灰質和白質)評分、腦脊液評分(標準見表1)，評分3～5分認為是合格圖像。

表1 主觀評價指標

1.2.2.2 客觀評價法

本研究對兒科專用磁共振和全身磁共振所采集的顱腦3D T1W-grefsp 和DWI 圖像質量進行了客觀評價，評價均由1 名10年以上神經影像診斷經驗的高年資放射科醫師獨立測量完成，共計兩次，為減小記憶偏倚，兩次測量的時間間隔至少1月，取兩次測量的平均值作為實際測量值。客觀指標包括3D T1W-grefsp 序列圖像的SNR、對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)和DWI 序列獲得的表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值。

(1) SNR 和CNR 測量：在3D T1W-grefsp 序列軸位圖像上進行感興趣區(region of interest，ROI)勾畫，ROI 為圓形，面積大小約為15 mm2(圖1)。分別測量額葉、頂葉、枕葉、顳葉灰質和白質，雙側小腦、中腦的信號強度(signal intensity，SI)及同層面頭部以外視野內的空氣中信號強度的標準差(standard deviation，SD背)。分別計算不同腦區灰質、白質的SNR (SI/SD背)、腦灰質與腦白質間CNR [(SI灰-SI白)/SD背]。

圖1 3.0 T兒科專用磁共振三維T1加權快速擾相梯度回波序列感興趣區(region of interest，ROI)勾畫。1A～1D：依次為頂葉、額葉、顳葉和枕葉灰質(ROI為黃色圓形，面積15 mm2)、白質(ROI為紅色圓形，面積15 mm2)；1E～1F：中腦和小腦(ROI為紅色圓形，面積15 mm2)。 圖2 3.0 T兒科專用磁共振表觀擴散系數值測量ROI勾畫。2A～2D：依次為頂葉、額葉、顳葉和枕葉ROI(紅色圓形，面積15 mm2)。

(2) ADC值測量：選擇DWI序列生成的ADC圖，分別于雙側額葉、頂葉、顳葉和枕葉白質勾畫ROI，測量相應ADC值(圖2)。

1.2.3 統計學分析

本研究所涉及的統計分析均采用IBM SPSS 26.0 軟件完成。采用Weighted Kappa系數評估圖像主觀評分的觀察者內的一致性。采用獨立樣本t檢驗比較兩組3D T1W-grefsp序列圖像SNR、CNR，DWI 序列圖像ADC 值。雙側P＜0.05 時，差異有統計學意義。

2 結果

2.1 人口學資料

本研究入組受試者人口學資料見表2。

表2 人口學資料比較表

2.2 入組納排流程圖

本研究受試者入組流程圖，見圖3。

圖3 3.0 T兒科專用磁共振和3.0 T全身磁共振納排流程圖。

2.3 3.0 T 兒科專用磁共振與3.0 T 全身磁共振圖像主觀評分

T2WI 圖像主觀評分：兒科專用磁共振和全身磁共振常規序列圖像腦實質、腦脊液主觀評分均合格(評分3～5 分)，其中，兒科專用磁共振腦實質平均得分4.76 分，腦脊液平均得分4.96 分，全身磁共振腦實質平均得分4.84，腦脊液平均得分5 分，兩組間均差異無統計學意義(P＞0.05)。兩位觀察者間具有較好的一致性：腦實質，兒科專用磁共振組Kappa=0.825，全身磁共振組Kappa=0.874；腦脊液，兒科專用磁共振組Kappa=1.000，全身磁共振組兩次評分均為5分。

2.4 3.0 T 兒科專用磁共振與3.0 T 全身磁共振圖像客觀評分比較

3D T1W-grefsp 序列圖像SNR 分析結果顯示：3.0 T 兒科專用磁共振在所有測量腦區內均與3.0 T 全身磁共振差異無統計學意義(P＞0.05) (表3)。

表3 兒科專用磁共振組和全身磁共振組3D T1W-grefsp序列圖像SNR比較

3D T1W-grefsp 序列圖像CNR 分析結果顯示：除左側額葉，3.0 T兒科專用磁共振在余腦區與3.0 T全身磁共振差異有統計學意義（P＜0.05) (表4)。

表4 兒科專用磁共振組和全身磁共振組3D T1W-grefsp序列圖像CNR比較

ADC 值分析結果顯示：3.0 T 兒科專用磁共振在所有腦區均與3.0 T全身磁共振差異無統計學意義(P＞0.05) (表5)。

表5 兒科專用磁共振組和全身磁共振組的表觀擴散系數值比較(單位：×10-6 mm2/s)

3 討論

目前全身磁共振多為成人使用，無兒科專用掃描序列。磁共振設備線圈按照成人標準設計，而早產兒腦部體積小，且多數需要鎮靜，因此全身磁共振并不適用于小兒掃描，兒科專用磁共振在技術層面更適合。本研究基于國內首次研發的3.0 T兒科專用磁共振設備獲得早產兒腦部圖像，采用主、客觀評估方式與3.0 T全身磁共振采集的圖像進行成像質量對比分析，以探討3.0 T兒科專用磁共振在早產兒腦部成像的應用價值。本研究主觀及客觀評分結果顯示，3.0 T兒科專用磁共振圖像質量完全滿足臨床需求，未來可以推廣到嬰幼兒腦部檢查，并有助于進一步向基層醫院推廣，解決日益增長的就診需求和看病難、看病貴的問題，推動區域公共醫療建設的發展。

3.1 兒科專用磁共振的優點

兒科專用磁共振較傳統磁共振孔徑小，在節約一定空間的基礎上，更適用于小兒腦部。采用兒科專用的頭部線圈對于掃描來說更為關鍵，不僅可能影響到小兒掃描舒適度，還可能影響成像效果，特別是對于早產兒來說，多數早產兒體質量更低，顱腦體積更小，兒科專用頭部線圈可能更適合早產兒。目前，國外已經有研究報道應用于新生兒的磁共振設備及配套設施[12-16]。早在1997 年，英國倫敦Hammersmith 醫院就有了兒科專用的1.0 T 磁共振掃描儀(后該設備升級到3.0 T 系統)[12]，但由設備場強超低，部分圖像的采集時間過長，從而導致運動偽影的風險增加，圖像SNR相對較低。現階段，全球兒科專用磁共振掃描儀多基于1.5 T 骨科專用磁共振設備改良而成[10,14-15]。截至目前，國內尚無兒科專用磁共振相關設備臨床應用的研究報道。本研究所采用3.0 T 兒科專用磁共振具有體積小、安全性高、配備兒科專用線圈和序列、噪音小等優點，從技術層面更適合小兒掃描[11]。同時，3.0 T 兒科專用磁共振通過快速成像、靜音、運動偽影校正等技術優勢，有利于提高采集受試兒圖像成功率。本研究中，3.0 T兒科專用磁共振初入組28 例，1 例受試者因掃描過程中運動過大無法完成檢查而中止，成功率為96.4%；3.0 T 全身磁共振組初入組27 例，2 例受試者因掃描過程中運動過大無法完成檢查而中止，成功率為92.6%。因此提示該兒科專用磁共振具有較好的應用前景。

3.2 3.0 T兒科專用磁共振常規序列的主觀評分

主觀評分中，兒科專用磁共振組對于腦實質和腦脊液的評分，均達到較好成像效果，平均評分接近5 分，結果表明該兒科專用磁共振設備采集的顱腦MR 圖像已基本達到臨床影像診斷的水平，與國外文獻報道一致[14]。2012 年美國辛辛那提兒童醫院醫療中心基于1.5 T 關節磁共振改良后的磁共振設備成功采集了15 例新生兒的腦、腹或肺的常規臨床序列，結果顯示該設備噪聲低于全身磁共振，新生兒均在無鎮靜的情況下順利完成影像檢查，且獲得了高質量的臨床診斷圖像并對小腦出血和白質損傷起到了良好的提示作用等，表明該定制的新生兒磁共振系統在新生兒重癥監護中可提供最先進的磁共振成像功能[14]。

3.3 3.0 T兒科專用磁共振常規序列的客觀評分

本研究3D T1 結構序列客觀評估研究表明3.0 T 兒科專用磁共振早產兒顱腦圖像的SNR與3.0 T全身磁共振無差異，CNR 優于3.0 T 全身磁共振。該兒科專用磁共振掃描儀良好的SNR、CNR 與既往文獻報道相一致。Tkach等[14]采用1.5 T骨科專用磁共振改良設備采集到新生兒常規序列圖像，具有較高的SNR和組織對比度。O′Regan等[16]在配備MR兼容培養箱的條件下，采用新生兒專用顱腦MR序列和參數完成新生兒腦部MR成像檢查，并對獲得的圖像質量進行對比分析，分析指標包括圖像質量分級評估、圖像偽影(如運動)評估和SNR等，結果顯示，SNR可從70 增加到213，提示新生兒神經影像學中采用專門定制的MR 序列和協議有助于提高圖像質量。本研究采用的兩臺3.0 T設備3D T1W-grefsp序列均采用相同參數，因此結果具有可比性，客觀評估指標分別為醫學圖像質量分析常用指標SNR 和CNR，結果真實、可靠且具有良好的可重復性[17-19]。

本研究同時對基于DWI生成的ADC值進行了測量，該指標變化在一定程度上可反映腦白質的成熟度及微結構的完整性[20-21]。本研究ADC值分析結果顯示，兒科專用磁共振組和全身磁共振組在雙側大腦半球差異無統計學意義，但是在雙側中腦和小腦高于全身磁共振?？紤]可能的原因為，生理解剖層面上講，后顱窩位置較深，周圍骨質成分較多，再者小腦及中腦體積均較小，層次結構也遠不及大腦明顯，影像學表現也滯后于解剖表現，MR顯示難度增加，未來有待于進一步提高兒科專用磁共振對后顱窩中腦組織的顯示[22]。以上結果表明兒科專用磁共振在DWI 結果分析方面已基本達到了臨床診斷水平。

此外，本研究采用的3.0 T 兒科專用磁共振的DWI 序列b值與3.0 T全身磁共振不同，筆者認為這不影響判斷兩者的圖像質量。b值是檢測彌散能力的敏感指標，一般來說b值越大，DWI 對水分子擴散運動越敏感，圖像質量會有所降低[23-24]。朱志軍等[25]對孕晚期胎兒DWI不同b值圖像進行信號強度和SNR影響的分析研究，結果表明b=800 s/mm2和b=1000 s/mm2兩組間差異無統計學意義。由此筆者認為，盡管兒科專用磁共振組DWI成像的b值低于全身磁共振組，卻不影響對兩者間圖像質量的判斷。

因此，結合主觀和客觀結果顯示，盡管3.0 T 兒科磁共振采用了15 通道頭線圈，在b 值為800 s/mm2的情況下，也達到了與3.0 T全身磁共振相同的成像效果。

本研究尚有不足之處：(1)入組數量少；(2)因倫理考慮，本研究分別在兩臺設備對不同受試者進行掃描，缺乏同一受試者在不同設備掃描結果對比。未來我們將進一步擴大樣本量，并同時滿足同一受試者在上述兩種設備采集顱腦圖像，并將進一步豐富圖像指標評估，如開展彌散張量成像、MRS、fMRI等功能成像，充分發揮兒科專用磁共振的設備便利和功能優勢。

總之，3.0 T兒科專用磁共振不僅具有重量輕、噪音小、具有兒科專用序列的特點，還在早產兒腦損傷結構和功能成像效果方面基本達到與3.0 T 全身磁共振相似的效果，因此其對于嬰幼兒磁共振檢查具有良好的臨床應用前景。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。