多參數集成序列在急性缺血性腦卒中診斷中的應用價值

張莎，鐘佳利，黃鑫，彭如臣

腦血管病在我國疾病死亡率排名中位列首位，其中急性缺血性腦卒中（acute ischemic stroke,AIS）是最為常見的腦血管病[1]，該疾病因腦部血液循環受阻，局部腦組織出現缺血、缺氧，從而導致腦組織缺血性壞死等癥狀，嚴重危害患者的生命安全[2]。MRI檢查以其優秀的軟組織對比度在AIS的診斷中具有重要的應用價值[3]。在AIS 患者的MRI 檢查中，常規需要掃描T1WI、T2WI、T2WI-液體衰減反轉恢復（T2WI-fluid attenuated inversion recoery, T2WI-FLAIR）、擴散加權成像（diffusion weighted imaging, DWI）序列[4]，在懷疑合并腦微出血時還需增加磁敏感加權成像（susceptibility weighted imaging,SWI）序列[5-6]。常規掃描計劃在國內外廣泛應用于AIS 患者，但仍然存在一定的局限性：首先，常規掃描除SWI 序列均采用二維掃描，可能因部分容積效應或病變位于掃描層面間隔之中等原因造成誤診或漏診；其次，掃描眾多不同對比加權的序列需要耗費較長時間，AIS患者通常有頭暈，惡心等癥狀，長時間的掃描對患者的負擔較大，可能導致掃描過程中患者無法配合導致圖像產生較大的運動偽影，從而對診斷產生干擾[1-2]。為解決上述問題，國內外的研究主要集中在兩個方向：并行采集等加速成像技術和集成磁共振成像技術。并行采集等加速成像技術可降低序列的掃描時間，但是此類方法會導致圖像信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）下降，進而對診斷產生干擾[7-8]。近年來，集成磁共振成像（synthetic magnetic resonance imaging,SyMRI）開始逐漸應用于臨床，SyMRI 技術可以在一次掃描后，通過計算獲得不同對比的序列，從而大幅度地節省掃描時間[9-11]。國內外研究顯示集成磁共振技術在腦血管病的診斷中具有較大的應用價值[12-13]，但仍然有序列掃描時間長，且無法獲得SWI等三維圖像的局限性[14-16]。最新的多參數（multiple parametric,MTP）集成序列基于梯度回波（gradient echo,GRE），可以獲得三維圖像，對小病灶的發現具有一定優勢，其在掃描后通過計算不僅可以獲得T1WI、T2*WI、質子密度加權成像（proton density weighted imaging,PDWI）、T2-FLAIR等常規對比圖像，更可以獲得SWI、定量磁敏感圖（quantitative susceptibility mapping,QSM）、橫向磁化率定量成像（R2*mapping）對比圖像，對于AIS尤其是AIS 合并腦微出血的診斷具有較高的臨床應用價值。本研究將比較MTP 集成序列與常規序列在AIS 患者的整體圖像質量、圖像SNR、病變檢出率等方面的差異。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究為前瞻性研究，已通過本院醫學倫理委員會批準（批準文號：2020-KY-091），全體受試者均簽署了知情同意書。選取2020年9月至2021年10月就診于我院神經內科，因懷疑AIS行磁共振檢查的患者。納入標準：經臨床診斷懷疑AIS的患者；排除標準：（1）因躁動等原因不能順利完成檢查的患者；（2）DWI序列無明顯高信號的患者。篩選出的62例患者，6例因DWI序列無明顯高信號被排除，5例因無法順利完成掃描被排除，最終51例患者納入本研究，其中男35例，女16例，年齡（64.31±12.25）歲。

1.2 儀器設備

中國聯影公司uMR 780 3.0 T 超導型磁共振儀，24 通道相控陣頭頸聯合線圈。

1.3 檢查方法及掃描參數

51例入組患者均在一次掃描過程中接受常規序列與MTP集成序列，順序為先掃描常規序列，后掃描MTP集成序列。常規序列包括T1WI、T2WI、T2WI-FLAIR、DWI、SWI，MTP集成序列在一次掃描后，通過計算重建出常規T1WI、T2*WI、PDWI、T2WI-FLAIR、SWI，以及QSM、T2*map、R2*map、T1 map、質子密度定量圖（proton density map,PD map）等定量圖像，具體參數見表1。

1.4 圖像處理及分析

隱藏患者信息，將51 例患者的常規序列T2WI、T1WI、T2-FLAIR、SWI圖像與MTP集成序列自動計算生成的MTP-PDWI、MTP-T1WI、MTP-T2WI-FLAIR、MTP-SWI圖像傳入聯影后處理工作站（uWS-780），由2名10年以上工作經驗的診斷醫師對圖像的整體圖像質量、腦組織SNR，以及急性腦梗死病灶與微出血病灶的檢出率進行評價。

1.4.1 整體圖像質量主觀評價

設置5分制評價表：1分，圖像偽影嚴重，顱腦解剖結構顯示不清，無法滿足診斷要求；2分，圖像偽影較大，顱腦解剖結構顯示較差，基本無法滿足診斷要求；3分，圖像存在部分偽影，顱腦解剖結構顯示尚可，基本滿足診斷要求；4分，圖像存在輕微偽影，顱腦解剖結構顯示較好，可以滿足診斷要求；5分，圖像無偽影，顱腦解剖結構顯示清晰，完全滿足診斷要求。2名診斷醫師以盲法對常規序列與MTP集成序列的圖像以上述5分制評分表進行打分，意見不同時，討論并達成統一意見。

1.4.2 圖像腦組織SNR測量

2名診斷醫師對常規序列與MTP集成序列的腦組織SNR進行測量，SNR=信號強度（signal intensity, SI）腦組織/標準差（standard deviation,SD）噪聲，SI腦組織測量于大腦胼胝體膝部，感興趣區（region of interest, ROI）設定為圓形，面積約5 mm2，SD噪聲測量于圖像相位編碼方向上的空白區域，ROI 設定為圓形，面積約5 mm2，取2名醫師測量值的平均值為最終結果。

1.4.3 急性腦梗死病灶與微出血病灶的檢出率

2名醫師以盲法對常規序列與MTP集成序列顯示AIS患者的腦梗死病灶及微出血病灶的效能進行評價。在腦梗死病灶顯示方面，首先應用DWI 序列篩查出51 例患者共67 個腦梗死病灶，然后2 名醫師在T2WI-FLAIR 以及MTP-T2WI-FLAIR 上對DWI序列顯示的急性腦梗死病灶能否清晰顯示進行評價，分為清晰顯示、隱約可見、以及無法顯示3 個等級。在微出血病灶顯示方面，應用SWI 以及MTP-SWI 序列評價微出血病灶的數量，分為無微出血灶、單個微出血灶、以及多個微出血灶（2 個及以上），意見不同時，討論并達成統一意見。

1.5 統計學分析

采用SPSS 21.0 軟件進行統計學分析，以組內相關系數（interclass correlation coefficient, ICC）檢驗2 名醫師腦組織SNR 測量結果的一致性，ICC≤0.40 認為一致性差，0.40＜ICC≤0.75 認為一致性一般，0.75＜ICC≤1.00 認為一致性好。應用Wilcoxon配對秩和檢驗對常規與MTP集成序列的整體圖像質量評分、腦組織SNR 結果進行比較，各數據均采用（±s）表示，應用χ2檢驗對急性腦梗死病灶以及微出血病灶的檢出率進行比較，P＜0.05認為差異具有統計學意義。

2 結果

在急性腦梗死病灶的顯示方面，MTP集成序列對比常規序列具有相似的顯示能力（圖1），在腦微出血灶的顯示方面，T2WI、T1WI、T2-FLAIR序列的顯示能力有限，需要借助SWI、QSM等序列進行診斷（圖2）。在整體圖像質量主觀評分方面，MTP集成序列對比常規序列，在T1WI、SWI序列中差異無統計學意義（P＞0.05），在T2WI、T2WI-FLAIR序列中常規序列的圖像質量優于MTP集成序列，差異具有統計學意義（P＜0.05）（表2）；在圖像的腦組織SNR方面，2 名醫師對常規序列的SNR 測量的結果一致性好（T2WI、T1WI、T2-FLAIR、SWI的ICC值分別為0.88、0.91、0.84、0.87），2名醫師對MTP 集成序列的SNR 測量的結果一致性好（MTP-PDWI、MTP-T1WI、MTP-T2WI-FLAIR、MTP-SWI的ICC值分別為0.85、0.84、0.93、0.90），MTP集成序列在T1WI、PDWI、T2WI-FALIR、SWI的腦組織SNR均優于常規序列，差異均具有統計學意義（P＜0.05）（表3）；在腦梗死病灶的顯示效能與微出血病灶檢出率方面，MTP集成序列與常規序列差異無統計學意義（P＞0.05）（表4、5）。

表2 常規序列與MTP集成序列的整體圖像質量主觀評分結果（±s）

表2 常規序列與MTP集成序列的整體圖像質量主觀評分結果（±s）

注：MTP：多參數；PDWI：質子密度加權成像；FLAIR：液體衰減反轉恢復；SWI：磁敏感加權成像。

SWI 4.67±0.55 4.65±0.53-0.45 0.66序列常規序列MTP集成序列Z值P值T1WI 4.73±0.45 4.62±0.49-1.89 0.06 T2WI (PDWI)4.82±0.39 4.53±0.54-3.64＜0.001 T2WI-FLAIR 4.45±0.50 4.02±0.59-4.16＜0.001

表3 常規序列與MTP集成序列的圖像信噪比結果比較（±s）

表3 常規序列與MTP集成序列的圖像信噪比結果比較（±s）

注：MTP：多參數；PDWI：質子密度加權成像；FLAIR：液體衰減反轉恢復；SWI：磁敏感加權成像。

SWI 40.15±18.22 90.05±28.98-4.78＜0.001序列常規序列MTP集成序列Z值P值T1WI 232.53±43.67 391.06±65.86-4.78＜0.001 T2WI (PDWI)89.90±23.34 113.66±23.18-4.78＜0.001 T2WI-FLAIR 66.28.5±25.97 101.5±33.48-4.78＜0.001

表4 常規序列與MTP集成序列在顯示急性腦梗死病灶清晰度的差異（例）

圖1～2 同一患者，男，65 歲，急性腦梗死伴微出血。 圖1 基底節層面圖像。圖1A～1D 分別為常規序列DWI、T1WI、T2WI、T2WI-FALIR 圖像，圖1E～1H為MTP集成序列經過后期重建的MTP-SWI、MTP-T1WI、MTP-T2WI、MTP-T2WI-FLAIR。兩者對于右側側腦室旁的急性與陳舊性腦梗死病灶的顯示效果相近。 圖2 腦橋層面圖像。圖2A～2D分別為常規序列SWI、T1WI、T2WI、T2WI-FALIR圖像，右側顳葉所示微出血病灶在SWI序列上可見，在T1WI、T2WI、T2WI-FALIR序列上不可見。圖2E～2H分別為MTP集成序列經過后期重建的MTP-SWI、MTP-T2*map、MTP-R2*map、MTP-QSM圖像，微出血病灶在四組圖像上均可見，MTP-QSM 序列顯示效果最佳。注：DWI：擴散加權成像；FALIR：液體衰減反轉恢復；MTP：多參數；SWI：磁敏感加權成像；R2*map：橫向磁化率定量圖；QSM：定量磁敏感圖。

表5 常規序列與MTP集成序列在診斷單發、多發微出血灶的差異（例）

3 討論

本研究探討MTP 集成序列在AIS 診斷中的應用價值。在前瞻性納入的51 例AIS 患者中，對比MTP 集成序列與常規序列在整體圖像質量主觀評分、SNR、急性腦梗死與腦微出血病灶檢出率的差異。結果顯示MTP 集成序列可以獲得滿足臨床診斷要求的圖像，在急性腦梗死與腦微出血的病灶檢出率方面與常規序列差異無統計學意義。MTP 集成序列的創新性在于采用GRE三維成像，在AIS患者中對于小梗死病灶具有更好的顯示效果，不易漏診；通過計算獲得的SWI 與QSM 序列對顱內出血性疾病同樣具有良好的臨床應用價值。

3.1 MTP集成序列的原理與應用優勢

以往集成序列多采用自旋回波（fast spin echo, FSE）成像[17-18]，通過在不同TR內施加多個飽和脈沖，同時進行雙回波采集，獲得T1 與T2 定量圖像，通過計算獲得射頻場，即B1 值，進而通過計算獲得多個對比的圖像。MTP 集成序列基于GRE成像[19]，其具有2個TR，2個翻轉角，5個不同的TE，來獲得定量T1 map與T2*map，再通過計算獲得B1 map與PD map，進而重建出不同對比的圖像。MTP集成序列具有3個優勢：（1）基于三維成像，層厚僅為1.5 mm，且沒有層間隔，更容易發現小病灶，減少漏診的發生；（2）可以獲得SWI 對比的圖像，對于顱內微出血的診斷具有極大應用價值，在本研究中，我們發現SWI 序列對于微出血的顯示是有必要的，常規序列如T1WI，T2WI-FLAIR 對微出血的顯示能力不佳，但在常規序列的基礎上增加SWI 序列需要花費額外的2～3 min，對于AIS 患者，掃描時間的延長可能導致患者配合程度下降，導致圖像出現較為嚴重的運動偽影；（3）GRE 成像可以加快掃描速度，以往集成序列的掃描時間通常在5 min左右，本研究中MTP集成序列采用了壓縮感知與并行采集技術加速，僅需3 min 19 s 即可完成全腦的掃描，節省了35%的掃描時間，如果相較于常規序列的則節省了60%的掃描時間。本研究中一共納入了62例患者，但是其中5 例因不能完成掃描被排除，所以降低掃描時間對于AIS患者順利完成MRI檢查具有較高的臨床意義。

3.2 MRI定量成像的應用優勢

MTP 集成序列除常規序列外，通過計算可以重建出QSM、T2*map、R2*map、T1 map、PD map 等定量MRI 圖像，在特定情況下可以發揮更大的優勢。研究表明SWI 與QSM 序列對于腦微出血的顯示與診斷具有較大的應用價值[20]，在臨床中，MTP集成序列結合DWI序列可以在一定程度上替代CT檢查成為急性卒中患者的首選檢查，僅需大約4 min 的掃描即可提供診斷腦缺血與腦出血的影像信息，具有較高的臨床應用價值，但對于躁動、顱內有金屬植入物以及幽閉恐懼癥等患者并不適用；相比之下，CT 檢查因其相對低廉的價格，極快速的掃描與成像速度在急性卒中患者中仍然是更為廣泛便捷的檢查方案。T1 map、PD map 等定量圖像，在新生兒顱腦MRI 檢查中具有一定的優勢[21]，在趙彩雯等[22]的研究中，應用集成序列中的T1 map、T2 map對早產兒腦的成熟狀況進行定量評估，結果顯示T1 map、T2 map 的定量值可衡量區域大腦發育的時-空軌跡，顯示早產兒與足月兒早期腦發育的細微差異，對評估早產兒的大腦成熟度具有重要價值；在Schmidbauer等[23]的研究中發現集成序列對于檢測早產兒髓鞘形成延遲優于常規序列。T2 map 對于腦卒中后大腦水腫具有定量測量的作用[24]，在Seiler等[25]的研究中發現，T2 map值會隨著卒中時間的不同，腦組織缺血后水腫的進展情況而產生變化，應用T2 map 圖像可以在一定程度上分析患者的腦卒中時間。

3.3 MTP集成序列與常規序列圖像質量對比

本研究中在整體圖像質量主觀評分方面，在PDWI、T2WI-FLAIR序列中，MTP集成序列的圖像質量評分低于常規序列，可能是由于MTP 集成序列所有圖像均通過計算獲得，因此在圖像邊緣可能出現因計算而產生的偽影，從而導致圖像質量主觀評分的下降，盡管如此，MTP集成序列仍然具有足夠的圖像質量，所有序列的整體圖像質量評分均在4 分以上，可以滿足診斷需要。在Tanenbaum 等[17]的研究中，也發現了集成序列T2WI-FLAIR 的圖像質量評分不如常規序列，但并沒有對診斷產生影響，這與我們的研究相符。在顱腦SNR方面，MTP集成序列在T1WI、PDWI、T2WI-FALIR、SWI 的腦組織SNR 均優于常規序列，可能是由于MTP 集成序列的圖像是所有回波信號的綜合，包括長、短TE，所以具有更高的SNR，具有較高的應用價值。

3.4 MTP集成序列與常規序列對腦梗死與出血病灶的檢出率

本研究結果顯示，在急性腦梗死病灶與微出血病灶的檢出率方面，MTP 集成序列與常規序列具有相同的診斷效能，但值得注意的是MTP 集成序列是三維序列，理論上在小病灶的顯示上會更具優勢，而臨床上常規顱腦MRI 掃描一般不包含SWI 等三維序列，導致小的腦梗死或腦出血病灶可能會被漏診，MTP 集成序列可解決此類問題。常規序列的優勢在T2WI、T2WI-FLAIR 圖像的主觀評分更高，尤其是T2WI-FLAIR 對于顱內病灶的顯示與診斷具有重要價值，常規序列顯示顱內腦梗死病灶輪廓更清晰，且不易產生偽影。

3.5 本研究的局限性

本研究具有一定的局限性：（1）MTP集成序列無法通過計算獲得DWI圖像，依靠T2WI-FLAIR序列無法區分急性和慢性缺血性病變，因此，在臨床上應該附加DWI序列配合MTP集成序列使用；（2）MTP集成序列基于GRE技術，無法剔除主磁場的不均勻性，所以無法獲得T2WI圖像，但是可以用PDWI與T2*WI圖像做一定替代，對于腦梗死病灶的顯示具有相近圖像對比；（3）MTP集成序列需要患者掃描期間保持頭部靜止，否則計算出的所有對比序列均會產生偽影，所以并不適用于躁動的患者。

綜上所述，MTP集成序列在掃描后通過計算可以獲得三維T1WI、PDWI、T2WI-FLAIR、SWI 圖像，以及QSM、T2*map、R2*map、T1 map、PD map 等定量圖像，對于縮短AIS 患者的檢查時間，提供更多病灶診斷信息，如腦梗死灶、微出血灶等具有較好的臨床應用價值。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。