利用T1定量圖譜測定體模釓塞酸二鈉溶液濃度并探索其最佳掃描序列

董 幟，馮艷青，王 猛，蔡華崧，李子平，馮仕庭，彭振鵬

（中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射診斷?？疲瑥V東廣州 510080）

釓塞酸二鈉（Gd-EOB-DTPA）是一種肝細胞特異性MRI 對比劑，已廣泛應(yīng)用于肝臟結(jié)節(jié)的診斷與鑒別診斷［1-4］，并開始應(yīng)用于肝功能的評價［5］。Gd-EOB-DTPA 被肝細胞攝取的情況可以用肝臟信號強度或T1 定量圖譜（T1 mapping）測量。由于組織信號強度的高低受很多因素影響，如脈沖序列、成像參數(shù)等，因此可能會帶來誤差［6-7］。而弛豫是組織的固有特性，在主磁場強度固定的情況下，其T1 值基本保持穩(wěn)定，故在相同的主場強B0下得到的T1 值可以直接比較［6-7］。目前已有學(xué)者測定肝臟T1 弛豫時間并應(yīng)用于肝功能的評估，但由于其測量所得結(jié)果亦存在差異［7-9］。因此選擇最佳的掃描序列，快速獲得T1 弛豫時間并準確測定是急需解決的問題。本研究擬用體模實驗方法驗證應(yīng)用T1 定量圖譜軟件測量T1 值的準確性，并與目前應(yīng)用較多的信號強度測量法進行對比，比較兩種方法的各自的特點及其準確性，篩選出較優(yōu)的掃描序列，為進一步臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 體模制作

參照Friedman 等［10］的研究方法制作體模。將1 支（10mL）Gd-EOB-DTPA 對比劑溶于1L 蒸餾水中，得到濃度約為1.814 g/L 的磁共振對比劑Gd-EOB-DTPA，再用蒸餾水稀釋成12 種不同濃度，分裝于每支容量為15 mL 的硬塑料試管中，再集中擺放于統(tǒng)一體模托架中。Gd-EOB-DTPA 與蒸餾水稀釋比例及溶液濃度見表1（圖1）。試管管徑1.5 cm，高12 cm。每支試管內(nèi)稀釋后總的溶液量為10 mL，從試管1 到12 溶液濃度漸次減低，相鄰兩支試管之間的稀釋比為0.6。

表1 體模溶液稀釋比例及Gd-EOB-DTPA 濃度Table 1 Dilution rate and Gd-EOB-DTPA concentration of the phantom

圖1 Gd-EOB-DTPA 溶液濃度分布Fig.1 Concentration of Gd-EOB-DTPA solution

1.2 掃描方案

檢查設(shè)備為Magnetom Verio 3.0T 超導(dǎo)MRI（Siemens Heahhcare Sector，Erlangen，Germany），操作系統(tǒng)版本syngo MB17；使用8 通道相控陣體線圈。

實驗采用健康志愿者踝關(guān)節(jié)肌肉作為參照物對比測量信號強度。掃描時志愿者取左側(cè)臥位，左腿屈曲，右腿伸直。體模托架與健康志愿者右側(cè)踝關(guān)節(jié)并列排放，長軸位于磁場中心并與主磁場平行，保證體模與踝關(guān)節(jié)處于同一水平。體模內(nèi)液面保持于同一水平。首先獲得體模橫、冠、矢狀位三個方向T1WI圖像（FLASH序列，層厚3 mm，層間距1 mm，反轉(zhuǎn)時間（reversetime，TR）：100 ms，回波時間（echo time，TE）：2.5 ms，翻轉(zhuǎn)角70°），然后對體模溶液中部掃描。掃描序列及參數(shù)見表2，包含常用的T1WI 掃描序列以及能應(yīng)用該MRI 設(shè)備所提供的T1Mapping 軟件的T1WI 掃描序列。

利用Magnetom Verio 3.0T 超導(dǎo)MRIT1Mapping軟件（MapIT software，SiemensHealthcare，Germa?ny），程序自動生成兩個不同的反轉(zhuǎn)角而保持其他所有參數(shù)不變，連續(xù)進行兩次掃描，則可自動生成T1Mapping 圖。

表2 MR 掃描序列及參數(shù)Table 2 MR scanning sequences and parameters

1.3 圖像及數(shù)據(jù)分析

掃描結(jié)束后將所采集的圖像傳輸至工作站（Siemens Leonardo Syngo 2009B）處理。T1WI 中的測量數(shù)據(jù)：體模溶液信號強度Sp，同一層面踝關(guān)節(jié)肌肉信號強度Sm。T1Mapping 掃描序列測量數(shù)據(jù)包括①體模溶液T1 值T1p；②同一層面踝關(guān)節(jié)肌肉T1 值T1m；③背景噪聲水平T1n（測量層面靠近體模前、后、左、右方空氣的噪聲值水平的平均值）。

由2 名有15 年MR 診斷經(jīng)驗醫(yī)師分別進行數(shù)據(jù)測量，每個部位分別測量3 次，并計算測量的平均值。感興趣區(qū)（region of interest，ROI）的選擇原則：盡可能接近體模管腔面積，并采用復(fù)制ROI 的方法測量踝關(guān)節(jié)肌肉信號及鄰近體模空氣噪聲值。肌肉信號測量選取與體模測量同一層面相近水平截面積最大的肌肉，避開T1WI 顯示的高信號脂肪間隙。

常規(guī)T1WI 掃描序列計算相對信號強度（rela?tive signal intensity，RSI），即體模信號強度（signal intensity，SI）與肌肉SI 比值，算式S=Sp/Sm。各T1Mapping 序列計算信噪比（signal to noise ratio，SNR），即體模T1 值與背景噪聲的比值，算式：SNR=T1p/T1n。對比噪聲比（contrast noise ratio，CNR）為體模T1 值與肌肉T1 值的差值的絕對值與背景噪聲的比值，算式：CNR=｜T1p-T1m｜/T1n。

使用SPSS 19.0 for Windows（Statistical Pack?age for Social Science，Chicago，USA）統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。采用Spearman 檢驗比較各種常規(guī)T1WI 掃描序列測定的SNR、CNR 以及T1Mapping序列測定的T1 值與對比劑濃度的相關(guān)性。用區(qū)組設(shè)計的方差分析及多重比較，分別比較三種T1Mapping 序列所得圖像的SNR、CNR 的差異有無統(tǒng)計學(xué)意義。本研究中，均數(shù)置信區(qū)間設(shè)為95%，P值小于0.05 被認為具有統(tǒng)計學(xué)有意義。

2 結(jié)果

2.1 各種MR掃描序列測量信號強度與Gd-EOBDTPA 濃度的關(guān)系

各序列檢查測定的體模SI 很好地涵蓋了人體各類組織的SI，而0.6 的稀釋比又不至于跨度過大，灰度分布及對比良好。隨著對比劑濃度的減低，體模圖像均逐漸由白變黑，SI 逐漸減低，體模SI 與Gd-EOB-DTPA 濃度分布呈正相關(guān)，但不同的掃描序列直接測量的SI 有較明顯的差別（圖2、3）。

圖2 體模示意圖及MR 圖像Fig.2 Gd-EOB-DTPA phantom and MR image

采用Spearman 檢驗比較各種常規(guī)T1WI 掃描序列測定的SI，各序列測定的SI 與對比劑濃度分布均呈正相關(guān)，且相關(guān)性均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。從相關(guān)系數(shù)看三維容積內(nèi)插體部檢查（volume interpolated body examination，VIBE）序列及T1-3DX 序列最好（表3）。

圖3 常規(guī)T1WI 掃描序列信號強度曲線Fig.3 Signal intensity（SI）cures of conventional T1WI scanning sequences

2.2 各種MR 掃描序列測量相對信號強度與Gd-EOB-DTPA 濃度的關(guān)系

以志愿者踝關(guān)節(jié)肌肉SI 為參照對比測量，繪制體模RSI（S1=Sp/Sm）曲線（圖4）。RSI 與Gd-EOB-DTPA 濃度分布呈正相關(guān)。采用Spearman 檢驗比較各種常規(guī)T1WI 掃描序列測定的RSI，各序列測定相對信號強度與對比劑濃度分布相關(guān)性均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。VIBE、T1-3D 序列的相關(guān)性最好（R=1.000；表4）。SI 與RSI 測定對評價對比劑濃度分布幾乎沒有差別。

2.3 各種T1Mapping 掃描序列T1 值與Gd-EOB-DTPA 濃度的關(guān)系

利用T1Mapping 軟件，VIBE、T1-fl2d、T1-3D均可獲得體模T1 圖，在工作站上可以直接測量體模溶液、組織T1 值（表5；圖5）。

表3 常規(guī)T1WI 掃描序列測定的信號強度與Gd-EOB-DTPA 濃度分布相關(guān)性Table 3 Correlation between the signal intensity of traditional T1WI scan and the concentration distribution of Gd-EOB-DTPA solution

圖4 常規(guī)T1WI 掃描序列相對信號強度曲線Fig.4 Relative signal intensity（RSI）cures of conventional T1WI scanning sequences

表4 常規(guī)T1WI 掃描序列測定的相對信號強度與Gd-EOB-DTPA 濃度分布相關(guān)性Table 4 Correlation between the related signal intensity of traditional T1WI scan and the concentration distribution of Gd-EOB-DTPA solution

表5 各種T1Mapping 掃描序列T1 值Table 5 T1 value from different T1Mapping scanning sequences

體模溶液T1 值與Gd-EOB-DTPA 濃度分布呈負相關(guān)，即Gd-EOB-DTPA 濃度越高，T1 值越低（圖6）。不同的掃描序列所得T1 值無明顯差異。采用Spearman 檢驗比較各T1Mapping 序列測定T1值，可見三者相關(guān)系數(shù)相同，與Gd-EOB-DTPA 濃度分布相關(guān)性均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05；表6）。

2.4 T1Mapping 掃描序列圖像質(zhì)量比較

VIBE、T1-3D和T1-fl2d序列的SNR（F=102.214，P=0.000）、CNR（F=37.989，P=0.000）間具有統(tǒng)計學(xué)差異。VIBE 序列的SNR、CNR 均高于T1-3D、T1-fl2d（P<0.05），而T1-3D 與T1-fl2d 的SNR、CNR 差別均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05；表7、8）。

圖5 不同掃描序列獲得的T1Mapping 圖Fig.5 T1Mapping acquired using different sequences

圖6 各種T1Mapping 序列測定T1 值曲線Fig.6 T1 value curves measured by different T1Mapping sequences

3 討論

Gd-EOB-DTPA 應(yīng)用于肝臟疾病評價時，RSI測定的方法往往采用肌肉或者脾臟作為SI 對比測量［11-12］。由于肌肉的SI 相對脾臟更穩(wěn)定、均勻，是良好的參照物，故本實驗采用健康志愿者踝關(guān)節(jié)肌肉作為參照，與體模測定的SI 作為對比研究。

本研究中，各種常規(guī)T1WI 掃描序列測定的信號強度與對比劑濃度分布相關(guān)性研究中，除SE 序列外，其余各序列測定的SI 及RSI 變化曲線與對比劑濃度曲線均吻合。SI 及RSI 曲線中發(fā)現(xiàn)，SE序列在Gd-EOB-DTPA 濃度更高的試管1-2 信號SI 及RSI 反而低于試管3-4，可能與SE 序列掃描時磁場的不均勻有關(guān)。上述結(jié)果表明，采用SI或RSI 定量Gd-EOB-DTPA 濃度容易出現(xiàn)較大的偏差。原因是T1WI 檢測到的信號強度不是組織固有的T1 值［13］，不僅受到主磁場的影響，還受到脈沖序列、成像參數(shù)、射頻放大器的增益等的影響，其測量值的直接比較會帶來較大的誤差［6，7］。

表6 T1Mapping 掃描序列測定T1 值與Gd-EOB-DTPA 濃度分布相關(guān)性Table 6 Correlation between the T1 value from different T1Mapping scanning sequences and the concentration distribution of Gd-EOB-DTPA solution

表7 T1Mapping 序列圖像的信噪比、對比噪聲比Table 7 The Signal to Noise Ratio（SNR）and contrast noise ratio（CNR）of T1Mapping sequences

表8 T1Mapping 序列圖像的信噪比、對比噪聲比的多重比較Table 8 Multiple comparison of the Signal to Noise Ratio（SNR）and contrast noise ratio（CNR）of T1Mapping sequences

因此，要對Gd-EOB-DTPA 的分布情況進行準確的評估及比較，必須測定組織的T1 弛豫時間。組織的T1 值測定往往需要改變某個參數(shù)來獲得2 組或2 組以上的圖像，各次掃描必須保持目標參數(shù)外所有成像參數(shù)及解剖位置一致［14］。但在體部掃描中因為容易受呼吸等運動的影響，很難做到解剖位置不變［15-16］。既往T1 值測定主要是利用SE 或IR 兩種序列［14，17-19］，改變TR 或TI，保持其他參數(shù)不變，測量不同圖像上組織的信號強度，利用復(fù)雜的公式計算T1 值。但這些方法存在費時、容易產(chǎn)生呼吸偽影、誤差較大等缺點。

目前已經(jīng)研發(fā)出先進的T1Mapping 軟件［20］，自動計算各個像素的T1 值并能合成組織的T1圖，能方便快捷地獲得組織的T1 圖。本研究使用Magnetom Verio 3.0T 超導(dǎo)MRI 掃描儀的三種常用T1WI 序列：VIBE、T1-3D、T1-fl2d，均可獲得T1圖，可以直接測量體模溶液、組織T1 值。從各T1Mapping 序列測定T1 值曲線可以看到，體模溶液T1 值與Gd-EOB-DTPA 濃度分布呈負相關(guān)，即Gd-EOB-DTPA 濃度越高，T1 值越低。不同掃描序列所得T1 值沒有明顯的差異。采用Spearman檢驗比較各T1Mapping 序列測定T1 值，三者相關(guān)系數(shù)相同，與Gd-EOB-DTPA 濃度分布相關(guān)性均有統(tǒng)計學(xué)意義。在三者的圖像質(zhì)量比較中，VIBE序列SNR、CNR 均高于T1-3D、T1-fl2d，而T1-3D與T1-fl2d 序列的SNR、CNR 差別均無統(tǒng)計學(xué)意義，由此可見，VIBE 序列獲得的T1 圖質(zhì)量更好。

T1 值的測量過程中影響結(jié)果的主要因素是圖像的信噪比。而其他的一些因素，如：梯度場的不準確、渦流（eddy current）以及射頻激發(fā)的不均勻性、不準確性亦可能對測量產(chǎn)生影響［14］。因此，使用VIBE 序列進行T1Mapping 測定能獲得更穩(wěn)定可靠的結(jié)果。更重要的是，在掃描所需時間上，VIBE 序列以不同反轉(zhuǎn)角兩次掃描獲得體模長80 mm 層厚1 mm 的T1Mapping 圖僅需22 s，T1-fl2d 序列獲得體模長21mm 的T1Mapping 圖需要48 s，而T1-3D 序列獲得體模長80 mm 層厚1 mm 的T1Mapping 圖更是需要16 m 46 s。因此，在臨床肝臟檢查應(yīng)用中，T1-fl2d 序列特別是T1-3D 序列難以避免呼吸運動的影響而獲得滿意的T1 圖。

本研究證實了T1Mapping 軟件能準確測量Gd-EOB-DTPA 體模的T1 值。在T1Mapping 的各種序列中，VIBE 序列掃描速度快，在層面很薄時仍然保持著很高的信噪比，更適用于Gd-EOBDTPA 肝臟增強MR 檢查。