兩種脂肪抑制技術在3.0T 腕關節MRI 影像中的脂肪抑制效果比較研究

王坤 林崢 杜婧 鄧文輝

磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）是多方位、多參數、多序列的成像方式，無輻射，組織對比優異，適合骨關節結構的顯示。3.0T 以上的超高場MRI 設備有更高的圖像信噪比（Signal to noise ratio，SNR），可增強組織的T2*對比，增加組織間的化學位移，從而獲得更高質量的骨關節MRI影像[1]。有研究顯示，在成人尸體腕關節3.0T MRI中，使用顯微線圈（Microscopy coil，MC）可以獲得比常規矩形表面小線圈更為優異的圖像質量[2]。

腕關節是結構復雜的復合關節，骨骼多，形態多樣，結構細小，肌腱韌帶走行交錯層疊，且為偏中心關節，采集到優質的腕關節影像是MRI 技師的技術難點，尤其是脂肪抑制序列的影像。除創傷外，全身多系統疾病均可累及腕關節，如風濕免疫類疾病、代謝性疾病等，而這些疾病的診斷都離不開優質的MRI 影像。本研究旨在對比分析在西門子3.0T Verio 超導MRI 設備上使用快速反轉恢復技術（Trubo inversion recovery magnitude，TIRM)及頻率選擇反轉恢復技術（Spectral attenuated inversion recovery，SPAIR）兩種脂肪抑制技術的腕關節影像質量，為制定腕關節MRI 掃描方案提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗設備西門子3.0T Veiro 超導磁共振掃描儀，8 通道腕關節相控陣線圈。

1.2 入組病例22 例健康志愿者，男10 例，女12 例。年齡20～36 歲，平均28 歲。無創傷、感染等腕關節病史。其中右利手20 例，左利手2 例。所有志愿者均能配合檢查，并簽署知情同意書。

1.3 體位選擇可采用仰臥位和俯臥位兩種檢查體位，以患者舒適為原則，體型魁梧者多采用俯臥位，體型纖瘦者多采用仰臥位。①俯臥位：頭側偏，面向受檢對側，受檢上臂平伸向頭上方與枕部相鄰，手臂與枕部之間以海綿墊隔開，避免頭部運動影響腕關節成像，對側手臂自由放置體側。②仰臥位：受檢上臂置于體側，手臂與身體之間以海綿墊隔開，避免呼吸運動影響腕關節成像。無論哪種體位，腕關節線圈都要盡量靠近掃描床中線放置，手腕置于線圈中部，五指平伸，掌心向下，海綿墊及沙袋穩妥固定受檢手臂，避免運動偽影產生。

1.4 掃描序列三平面定位，冠狀位TIRM、SPAIR脂肪抑制技術T2WI 序列。T2WI TIRM TSE Cor：TR 4 000ms，TE 82ms，FOV 106cmx106cm，層厚3mm，層間隔0.6mm，矩陣192×192，TI 220ms，掃描時間78s；T2WI SPAIR TSE Cor：TR 4 000ms，TE 82ms，FOV 106cm×106cm，層厚3mm，層間隔0.6mm，矩陣192×192，TI 時間顯像卡無顯示，掃描時間82s。

1.5 圖像判讀兩名5 年以上工作經驗的MRI 醫師共同判讀圖像，達成一致意見后記錄判讀結果。判讀標準：I 級，脂肪抑制充分，皮下脂肪、肌間脂肪及骨髓脂肪均勻抑制（見圖1）；Ⅱ級，脂肪抑制不充分，皮下脂肪、肌間脂肪及骨髓脂肪抑制不均勻（見圖2）。

圖1 腕關節冠狀面脂肪抑制T2WI Ⅰ級

圖2 腕關節冠狀面脂肪抑制T2WI Ⅱ級

1.6 統計學方法采用SPSS 20.0 統計學軟件，兩組分級數據行卡方檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

共采集志愿者44 個腕關節影像，兩種脂肪抑制技術的冠狀位T2WI 圖像共88 組，其中4 個腕關節的8 組圖像因運動偽影導致圖像無法判讀，余40 個腕關節（左腕22 個，右腕18 個）的80 組圖像可供判讀。可判讀圖像中，采用TIRM 脂肪抑制技術的T2WI 影像質量Ⅰ級26 個（65.0%），Ⅱ級14 個（35.0%），采用SPAIR 脂肪抑制技術的T2WI圖像Ⅰ級14 個（35.0%），Ⅱ級26 個（65.0%），兩種技術圖像質量相比，差異有統計學意義（χ2=6.05，P＜0.05）。見表1。

3 討論

隨著磁共振技術的飛速發展，作為一種有別于普通X 線和CT 的檢查手段[3]，MRI 的臨床應用越來越廣泛。骨關節豐富的水、脂含量使骨關節系統成為MRI 應用最多的領域之一，其中脂肪抑制技術是MRI 重要的成像技術之一，通過對脂肪信號的抑制，更清楚地顯示病變部位和范圍，提高病變檢出率。目前最常用的脂肪抑制技術包括：①頻率選擇飽和法（Fat saturation，FS），又稱化學位移選擇飽和法（Chemical shift selective saturation，CHESS）[4]；②反轉恢復法（Inversion recovery，IR），此類技術又包括短反轉時間的反轉恢復技術（Short TI inversion recovery，STIR）、SPAIR、TIRM；③反相位法（Opposed-Phase，OP），此類技術又包括選擇性水或脂肪激發技術、水脂分離技術（Dixon 技術）。不同設備生產廠商對于采用相同脂肪抑制的序列有不同的命名，本次研究所用設備為西門子公司的3.0T Verio，所選擇的兩種脂肪抑制技術分別為TIRM 和SPAIR 技術，同屬IR 技術，SPAIR 的首研廠商是飛利浦公司，TIRM 的首研廠商是西門子公司。

3.1 常用MRI 脂肪抑制技術的基本原理與特征

3.1.1 FS 基本原理是基于水、脂的共振頻率不同（化學位移），調整激勵脈沖的帶寬和頻率，選擇性地預飽和掉脂肪組織信號，使脂肪質子不產生MRI信號，從而得到只含有水質子的MRI 影像。FS 可以施加在任何脈沖序列之前，只抑制脂肪組織，不影響其他組織的成像，尤其在3.0T 的高場設備上，水、脂的化學位移大，飽和脈沖的帶寬和頻率更好選擇，脂肪抑制的效果更好。FS 法的優點是可靠性好，缺點是場強依賴性大，對靜磁場均勻度要求高，否則，水、脂質子的進動頻率因為局部磁場不均勻而出現偏差，導致飽和預脈沖的頻率與實際的脂肪共振頻率不一致，產生脂肪抑制不均勻的后果。

3.1.2 IR 基本原理是基于水、脂的T1（縱向弛豫時間）值不同，脂肪的T1 值遠小于水的T1 值，采用特定的間隔時間（Inversion time，TI）在脂肪組織縱向磁化矢量為0 值時施加激勵脈沖來抑制脂肪組織成像。首先，施加180°的反轉脈沖延長組織的縱向磁化過程，組織間的縱向弛豫時間差別加大，即T1 對比增加，在組織縱向磁化矢量從反向最大到零值的過程中，施加90°激勵脈沖，縱向磁化矢量在零點的組織，因為沒有橫向磁化矢量產生，該組織就不產生信號。在TR（回波時間）足夠長的前提下，180°反轉脈沖后，脂肪組織的宏觀縱向磁化矢量從反向最大到零值的時間為其T1 值的70%，在3.0T 上大約為160～180ms，90°激勵脈沖的施加時間即反轉時間值選為160～180ms，則脂肪組織沒有能被激發的磁化矢量，不產生MRI 信號。IR 脂肪抑制技術的優點是對磁場均勻度不敏感，中低場強設備也可應用，缺點是圖像信噪比低，與脂肪組織弛豫時間相似的組織均會處于部分飽和狀態，如黏液、出血等都可能被抑制掉，而脂肪浸潤或含脂的腫瘤組織與純脂肪組織的T1 值不同，導致抑制不充分。

3.1.3 OP 該方法并非嚴格意義上的脂肪抑制，只是組織內水、脂成分的反映。基本原理是基于水、脂肪的相位不一致，在不同的回波時間獲得不同的MR 影像。因為水質子的進動頻率快，脂質子的進動頻率慢，這種進動頻率的差異隨著場強的增大而增大，在3.0T 上大約為275Hz，水、脂質子的進動頻率差是恒定的，一段時間后出現水、脂相位差為0°和180°交替，此時施加激勵脈沖，會獲得水、脂信號相加的同相位圖和水、脂信號相減的反相位圖。優點是成像時間短，可以用在屏氣序列，且因為成像與水、脂質子進動頻率的絕對值無關，只與其相對頻率相關，所以對磁場均勻度要求不高。缺點是反映的只是組織內水、脂比例，對純脂肪組織信號并不能抑制，更適合脂肪浸潤等水脂混合病變的診斷。

3.2 腕關節MRI 成像質量控制診斷腕關節疾病對MRI 影像質量要求高，尤其需要高質量的脂肪抑制影像，但腕關節是偏中心關節，線圈處于磁場均勻度相對較低的位置，正確擺放體位和選擇恰當的脂肪抑制技術都是質控難點，需要反復實踐。

3.2.1 擺位 我們根據志愿者的體型分別采用仰臥手位于體側位（體瘦型）和俯臥手位于頭上位（體胖型）兩種體位。仰臥位的優點是舒適，患者能夠較長時間配合檢查，但由于線圈在主磁場邊緣，需要MRI 設備具有偏中心FOV 掃描能力，同時SNR 也會有所下降，適合體型纖瘦者，腕關節在磁體中偏離中線較體胖者小。俯臥位可以使患側腕關節置于主磁場中心位置，增加圖像信噪比，但舒適性差，長時間掃描容易出現運動偽影，適合體胖者。

3.2.2 序列選擇 選擇腕關節冠狀面成像，是因為冠狀面圖像可以清晰顯示腕骨間相互關系，腕骨間韌帶、三角韌帶復合體及尺橈關節下端結構[5]，3.0T 超高場MRI 設備上，具有水、脂化學位移增加，組織宏觀磁化矢量增大的優勢，但腕關節擺位偏中心，處于磁場均勻度相對較低位置，所以本次研究選擇比較兩種對磁場均勻度不敏感的IR 脂肪抑制技術。其中，TIRM 是快速自旋回波反轉恢復序列（IR-TSE），在大的FOV 掃描也能取得較好的脂肪抑制效果，更適合人體偏中心結構的掃描。SPAIR 是頻率選擇的反轉恢復序列，實際上是頻率選擇和反轉恢復兩種技術的組合，反向脈沖的偏轉角并非正好等于180°，而是大于90°并小于或等于180°的反向脈沖，反向脈沖的中心頻率與脂質子進動頻率相同且帶寬很窄，這樣就只有脂肪組織被激勵，選擇合適的TI 時間，在脂肪組織宏觀縱向磁化矢量為零時施加成像脈沖，脂肪組織則被完全抑制。

理論上，腕關節SPAIR T2WI 似乎會比TIRM T2WI 有更優異的脂肪抑制效果，但本研究結果卻顯示TIRM T2WI 的脂肪抑制效果更佳，兩者的I 級腕關節數分別為26 個、14 個。分析原因:①TIRM技術是在快速自旋回波基礎上施加反轉脈沖的IR技術，圖像穩定性相對較好。我院3.0T Verio 設備于2012 年購置，在軟件版本的序列設計中，SPAIR技術的TI 時間選擇不夠優化，可能是其脂肪抑制效果不穩定的原因。②腕關節MRI 掃描中，志愿者無論是仰臥位還是俯臥位舒適性都較差，長時間掃描患者配合困難，易產生運動偽影，影響壓脂效果的判斷，TIRM T2WI 掃描時間比SPAIR T2WI 掃描時間短，志愿者相對容易配合。

3.3 本研究的局限性本次研究的樣本量小，沒有統一采用俯臥或仰臥擺位，可能對試驗結果產生干擾。

綜上所述，腕關節MRI 成像的兩種IR 脂肪抑制技術比較，TIRM T2WI 的脂肪抑制效果優于SPAIR T2WI 的脂肪抑制效果。