SPAIR 和Dixon 技術在脊柱磁共振成像脂肪抑制效果的對比研究

馮菲菲 李文俊 孫 靜 何嘉捷

福建醫科大學腫瘤臨床醫學院 福建省腫瘤醫院放診科，福建福州 350014

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）過程中的主要信號來源于水和脂肪中的氫質子，由于水和脂肪中氫質子周圍的電子密度云密度不同導致兩者間相差3.5ppm 的化學位移，這個化學位移在MRI 過程中會導致化學位移偽影的產生。同時脂肪在MRI T1、T2中呈較高信號，常常會掩蓋其他組織的信號，故在MRI 的臨床應用中，良好的脂肪抑制效果對磁共振影像評價至關重要。常規的MRI 脂肪抑制技術根據原理可分為頻率選擇法、時間選擇法、水脂分離法及混合法等[1]。本研究通過比較矢狀位T2WI 頻率衰減反轉恢復（spectral attenuated inversion recovery，SPAIR）和水脂分離（Dixon）兩種技術的脂肪抑制效果，分析兩者在脊柱MRI 的優缺點，探討其應用價值，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2021 年12 月至2022 年4 月于福建省腫瘤醫院行脊柱MRI 檢查患者的影像資料。納入標準：①臨床診斷為椎體腫瘤、椎間盤突出、腫瘤骨轉移等，需行脊柱MRI 檢查；②無MRI 檢查禁忌證。排除標準：①脊柱有異物植入；②配合欠佳，自主運動導致的運動偽影。共60 例患者納入本研究，其中男34 例，女26 例；年齡26～71 歲，平均（49±11）歲，頸椎20 例，胸椎20 例，腰椎20 例。本研究經福建省腫瘤醫院倫理委員會批準（批件號：K2022-131-01），所有患者均對本研究知情同意。

1.2 檢查方法

采用Siemens Magnetom Prisma 3.0T 超導型MR掃描儀，采用頭頸聯合線圈及相控陣脊柱線圈。患者取仰臥位，頭先進。所有患者均行快速自旋回波序列平掃，即矢狀位SPAIR T2WI 和Dixon T2WI，具體掃描參數見表1。

表1 兩種掃描技術具體參數

1.3 圖像分析

1.3.1 脂肪抑制均勻性 由兩名醫生分別觀察兩種技術圖像，采用雙盲法對圖像脂肪抑制效果進行評估，采用4 分法進行評分，意見不一致時，結果通過共同協商得出。1 分：脂肪抑制效果很差，圖像無法診斷；2 分：脂肪抑制效果差，提供部分診斷信息；3 分：脂肪抑制效果良好；圖像質量略有下降，仍可診斷；4 分：脂肪抑制效果優秀。

1.3.2 偽影度評估 由兩名醫生分別觀察兩種技術圖像，采用雙盲法對影像質量進行評估，采用4 分法進行評分，意見不一致時，結果通過共同協商得出。1 分：嚴重偽影，偽影導致無法診斷；2 分：中等偽影，偽影會降低檢查的診斷質量；3 分：輕微偽影，圖像質量略有下降，仍可診斷；4 分：基本無偽影。

1.3.3 信噪比 將掃描得到的圖像傳輸至西門子syngo MR E11 工作站進行處理。測量T2WI-SPAIR和T2WI-Dixon 圖像信噪比（signal to noise ratio，SNR），在椎體對應區選取相同大小的感興趣區（region of interest，ROI），每個ROI 面積約80 個像素，盡量避開血管、病灶等異常信號區域。測量ROI信號強度（signal intensity，SI）及其標準差（standard deviation，SD）；在背部后方背景內畫出相同大小的ROI，測量ROI 的SI。SNR=（SI錐體-SI背景）/SD，SI錐體為錐體區域信號強度平均值，SI背景為背景區域信號強度平均值，SD 為錐體區域信號強度標準差。

1.4 統計學方法

采用SPSS 23.0 統計學軟件分析處理所有數據。計量資料符合正態分布的用均數±標準差（）表示，比較采用配對樣本t檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩種技術的脂肪抑制效果和偽影度評估比較

Dixon 技術在頸椎、胸椎部位的脂肪抑制效果顯著優于SPAIR 技術（P＜0.05），兩種技術在腰椎部位的脂肪抑制效果比較差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。SPAIR 技術在胸椎部位的偽影度優于Dixon技術（P＜0.05），兩種技術在頸椎、腰椎部位的偽影度比較差異均無統計學意義（P＞0.05），見表3。

表2 兩種技術的脂肪抑制效果比較（，分）

表2 兩種技術的脂肪抑制效果比較（，分）

表3 兩種技術的偽影度比較（，分）

表3 兩種技術的偽影度比較（，分）

2.2 兩種技術的SNR 比較

Dixon 技術在頸椎、胸椎、腰椎部位的SNR 均顯著優于SPAIR 技術（P＜0.05），見表4。

表4 兩種技術的SNR 比較（）

表4 兩種技術的SNR 比較（）

3 討論

SPAIR 技術是應用絕熱反轉脈沖對脂肪中的氫質子進行選擇性反轉，將其縱向磁化矢量偏轉180°，等待一定反轉時間，對成像所有組織進行激發，此時脂肪組織的磁化矢量為零，不產生信號，從而達到脂肪抑制的效果。SPAIR 技術的優勢在于對B1場的不均勻不敏感，脂肪抑制更均勻，同時有一定飽和血流信息的能力。不同于短時反轉恢復序列，SPAIR 是選擇性地反轉脂肪，所以組織的對比不受影響，可用于增強掃描，SPAIR 技術成像具有以下優勢：①腦脊液的流動偽影、血管的搏動偽影少；②對脊髓的顯示均勻度好；③對關節軟骨、韌帶、關節囊等軟組織有明顯優越性；④圖像SNR 較高；⑤成像時間稍短[2,3]。但它對主磁場B0不均勻敏感，對場強有依賴性。Dixon 技術是利用水和脂肪有3.5ppm 的化學位移，控制采集時間得到水中氫質子和脂肪中氫質子具有不同相位的圖像，通過后處理計算出4 種對比度圖像（同相位、反相位、水相、脂相），對磁場不均勻性不敏感，即使在磁敏感變化大的部位及偏中心部位也能保證質量穩定的抑脂效果[4]。但是Dixon 技術的缺點在于對運動特別敏感，如主動運動、血管博動等，且Dixon 技術需要在兩個單獨的重復時間內分別采集同相位信號或反相位信號，掃描時間較長。

本研究中，Dixon 技術的脂肪抑制效果優于SPAIR 技術，主要表現在頸椎和胸椎部分。頸部組織結構復雜，前方有氣管，后方有腦脊液，且形狀不規則，兩側有大量空間，組織與空氣交界處，磁場均勻性比較難保證。所以SPAIR 技術頸椎脂肪抑制不均勻區域主要分布在頸胸交界處的皮下脂肪區，特別是后背皮下脂肪厚的肥胖患者[5]。在胸椎部分，視野上下邊緣會出現部分皮下脂肪抑制不均勻，中心區域脂肪抑制效果良好。在進行大視野掃描時，周邊的主磁場均勻度下降，影響SPAIR 的脂肪抑制效果。而在腰椎部分，由于腰椎的結構均勻，幾何形狀方正，且腰部位置磁場均勻度好，故SPAIR 和Dixon 均能獲得比較高質量的脂肪抑制圖像。

頸部血管搏動和喉咽部的吞咽動作可造成運動偽影，影響頸椎的圖像質量；心臟大血管和呼吸運動的偽影，影響胸腰椎的圖像質量[6]。針對上述問題，可采用以下解決措施：①對于自主運動，應耐心與患者溝通，取得患者的配合，疼痛煩躁的患者必要時給予鎮靜劑，盡量采用快速掃描序列縮短掃描時間；②可在喉部、大血管施加飽和帶，使流入的質子得以飽和從而減少偽影；③改變相位編碼方向、增加重復時間、增加激發次數等；④使用流動補償（flow compensation，FC）技術[7]。FC 技術主要用于消除慢速流動的血液和腦脊液引起的流動偽影，但不適用于管徑較大的血流速度較快的動脈血管和心臟的周期性搏動而產生的運動偽影[8]，頸椎Dixon應用FC 技術和喉部飽和帶可大大減少運動偽影。主動脈在胸段流速最快，造成的搏動影響最大，同時胸椎曲度比較大，這種情況不能貼合錐體加用飽和帶，且Dixon 屬長回波序列，對運動和相移的敏感度高，此外受水-脂肪交換偽影等因素的影響，其在胸椎部分的偽影度劣于SPAIR 技術，但兩種技術在腰椎部分的偽影度比較差異無統計學意義。

在本研究中，Dixon 技術的SNR 均顯著優于SPAIR 技術，進一步說明磁場強度是影響進動頻率的關鍵因素，在場強不均勻的情況下，會改變水和脂肪的進動頻率，造成水和脂肪無法完全分開，導致水脂結構模糊，圖像的SNR 降低。Dixon 技術在實際應用中也會受到磁場不均勻的影響，使水脂相位計算出現誤差導致分離失敗，但經過相位解卷繞、取向濾波器、區域增長算法等多種后處理方法進行相位誤差校準后，水脂分離的穩定性和準確度得到大幅度提升[9]；使用兩點、三點或四點Dixon 技術，與不對稱回波重建算法相結合，可進一步降低對B0不均勻的敏感度，同時縮短采集時間和降低回波間隔來減少模糊[10]。研究表明，場強越高，組織邊緣的振鈴偽影表現越明顯，水脂分離技術能夠減輕振鈴偽影，保證良好的均勻性，進一步提高SNR[11]。

綜上所述，在頸椎磁共振脂肪抑制掃描中，無論是T2WI 還是增強掃描，優先使用Dixon 技術。在胸椎部分，要綜合考慮患者的情況及臨床診斷需求，結合SPAIR 和Dixon 的優缺點，合理選擇掃描技術。腰椎部分，優先選擇Dixon 技術。