應用膝關節(jié)相控陣線圈進行新生兒腦部MRI成像的研究＊

深圳市兒童醫(yī)院放射科(廣東 深圳 518038)

向 葵 干蕓根 孫龍偉

應用膝關節(jié)相控陣線圈進行新生兒腦部MRI成像的研究＊

深圳市兒童醫(yī)院放射科(廣東 深圳 518038)

向 葵 干蕓根 孫龍偉

目的探討膝關節(jié)相控陣線圈在新生兒腦部MRI檢查中的可行性和應用價值。方法用膝關節(jié)相控陣線圈和常規(guī)8通道頭部線圈對16例足月新生兒行腦部常規(guī)掃描，獲取橫斷位T1加權、T2加權、T2 FLAIR、擴散加權成像及矢狀位T1加權成像等圖像，對比兩種接收線圈所得圖像質量。結果用膝關節(jié)相控陣線圈順利完成16例足月新生兒行腦部常規(guī)掃描，所獲得的圖像無偽影，且圖像信噪比優(yōu)于常規(guī)頭部線圈。結論膝關節(jié)相控陣線圈較常規(guī)頭部線圈更適合新生兒腦部MRI檢查。

新生兒腦?。淮殴舱癯上?；膝關節(jié)相控陣線圈

目前MRI是公認判斷新生兒腦病較為敏感及準確的檢查方法，且安全可靠[1-3]。眾所周知，接收線圈與MRI圖像信噪比密切相關，線圈離檢查部位越近，接收的信號就越強。新生兒頭圍較成人明顯小，隨MRI機配置的常規(guī)頭部線圈按成人頭圍標準制定的。國外已有專用新生兒頭部線圈[4-5]，但價格昂貴。我院隨機配置的膝關節(jié)相控陣線圈內徑較常規(guī)頭部線圈小，且空間分辨率及對比分辨率均高。本研究用MRI常規(guī)配置的膝關節(jié)線圈行新生兒腦部掃描，探討其可行性及圖像質量。

1 資料和方法

1.1 研究對象2014年1～6月在我院行腦部MRI檢查的足月兒順產新生兒16例，其中男孩10例，女孩6例，年齡為13天～27天，平均20.3天。頭圍32.7cm～34.5cm，平均33.8cm。

1.2 方法和材料MRI實驗在GE 1.5T(SIGNA Twinspeed with EXCITE)磁共振儀上開展。自然睡眠較差的新生兒檢查前30min給予5%水合氯醛(1ml/kg)灌腸，待其安靜入睡后方進行檢查。分別使用單通道膝關節(jié)相控陣線圈和8通道常規(guī)頭部線圈進行如下5種常規(guī)掃描：(1)橫斷位T1WI；(2)橫斷位T2WI；(3)橫斷位翻轉恢復水抑制T2加權(T2 FLAIR)；(4)橫斷位DWI；(5)矢狀位(SAG)T1WI。兩種線圈使用完全相同的成像參數(shù)?；夭〞r間(TE)、掃描重復時間(TR)、以及DWI成像中彌散敏感度系數(shù)b值等主要成像參數(shù)見表1。

1.3 數(shù)據(jù)分析使用ImageJ 1.48軟件測量腦部信號強度S和背景噪聲標準差σ，根據(jù)下式計算圖像的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，SNR=S/σ，定量對比膝關節(jié)相控陣線圈和常規(guī)頭部線圈的圖像差異，評價膝關節(jié)相控陣線圈在新生兒腦部成像中的優(yōu)勢。

2 結 果

2.1 膝關節(jié)相控陣線圈應用于新生兒腦部MR成像的可行性標準配置的膝關節(jié)相控陣線圈內徑為18cm，相應周長為56cm，較常規(guī)成人頭部線圈小。本研究實驗顯示，所有參加實驗的患兒的頭部均可以很好的置于其中，并順利完成5種常規(guī)掃描，證實膝關節(jié)線圈可用于新生兒腦部成像。

2.2 膝關節(jié)相控陣線圈與常規(guī)頭部線圈掃描圖像對比圖1-12展示某位患兒兩種線圈所得的5種常規(guī)掃描圖像，可見所有圖像均未受到明顯偽影影響，且膝關節(jié)線圈所得圖像質量更好。

在每層圖像上選取全腦作為感興趣區(qū)域，計算該區(qū)域內信號的平均值，并與背景噪聲的標準差做比，獲得該層圖像的信噪比，所有層面的平均值即為該種成像序列對應圖像的信噪比。數(shù)值結果顯示膝關節(jié)線圈所得圖像的信噪比全部優(yōu)于常規(guī)頭部線圈圖像。16名患兒所得圖像的平均信噪比如圖13，可見膝關節(jié)線圈的成像質量明顯優(yōu)于頭部線圈。

表1 新生兒腦部常規(guī)掃描成像參數(shù)

3 討 論

3.1 膝關節(jié)應用于新生兒腦部成像的可行性我院隨機配置膝關節(jié)線圈為相控陣線圈。相控陣線圈是由兩個以上的小線圈或線圈單元組成的線圈陣列，這些線圈彼此連接，組成一個大的成像區(qū)域，其中每個小線圈均可接收對應小區(qū)域的磁共振信號，每個線圈單元均可作為獨立線圈，同時匹配多個數(shù)據(jù)采集通道。相對于普通正交線圈來說，相控陣線圈在理論上噪聲會增加[6-7]。因此相控陣線圈具有高空間分辨率和高對比分辨率，信號均勻，圖像清晰。膝關節(jié)相控陣線圈主要用于膝關節(jié)檢查，能清晰地顯示關節(jié)的解剖結構及病變，其內徑是18cm，周長為56cm。本組足月新生兒最大頭圍34.5cm，是明顯小于膝關節(jié)相控陣線圈的內徑周長；文獻報道新生兒頭圍最大為39.1cm[8]，所以新生兒頭部是完全可以放入膝關節(jié)相控陣線圈內，本研究實驗也證實此點。同時膝關節(jié)相控陣線圈與患兒頭部的距離較近，接受的信號強度較大，明顯改進圖像的信噪比，提高空間分辨率，可提供相關部位更精細的MRI檢查。因此膝關節(jié)相控陣線圈應用于新生兒腦部掃描是可行的。

3.2 膝關節(jié)相控陣線圈在新生兒腦部掃描圖像SNR的評價SNR是MRI設備質量的重要參數(shù)，也是評價圖像質量的主要指標之一。SNR是圖像的信號強度與背景噪聲強度的比值。信號強度為某一感興趣區(qū)中像素信號強度的平均值；噪聲強度為背景噪聲強度的標準差，其方法是在圖像相位編碼方向上視野內組織外選一感興趣區(qū)，此感興趣區(qū)信號強度的標準差為噪聲強度。SNR越大，組織信號成分越多，圖像清晰度亦越高。影響MR圖像信噪比的因素較多，不僅有組織本身特性(組織溫度、生理噪聲等)和成像參數(shù)(如重復時間、回波時間、反轉時間、信號采集次數(shù)層厚、掃描矩陣等的選擇等)，還有MRI系統(tǒng)硬件因素(如場強、接收帶寬、線圈溫度、線圈品質因數(shù)等)[9-11]；同時也要受線圈大小的影響，因信號受噪聲干擾的程度與線圈包含的組織容積相關，線圈半徑和信噪比之間的關系為其中C為常數(shù)，a為線圈半徑，Z為線圈距成像物體距離。由此可見，在相同的成像條件下，SNR與線圈半徑及線圈距成像物體距離呈反比，即線圈半徑或線圈距成像物體距離越大，SNR越小，圖像質量越差；反之，線圈半徑或線圈距成像物體距離越小，SNR越大，圖像質量越好。所以檢查時應盡量將射頻接收線圈貼近被檢組織表面，使填充因子增加，線圈距離目標組織越近，接受的信號強度越大，信噪比越高；反之，線圈距離目標組織越遠，接受的信號強度越小，信噪比越低。所以要獲得信噪比高的圖像，就必須選擇與受檢部位大小相適應的線圈。新生兒顱腦較成人明顯小，圖像視野小，如使用成人頭部線圈，圖像的信噪比相對較差。與機器常規(guī)配置的頭部線圈相比，膝關節(jié)相控陣線圈內徑(23cm)小，線圈距成像物體距離近，所獲得的圖像SNR較大。本研究結果顯示，5種常規(guī)掃描序列中，膝關節(jié)相控陣線圈所得圖像的信噪比均優(yōu)于常規(guī)頭部線圈，其中橫斷位T1WI信噪比提高87.1%、橫斷位T2WI信噪比提高40.5%、橫斷位T2 FLAIR信噪比提高42.4%、矢狀位T1WI信噪比提高73.1%、橫斷位DWI b0信噪比提高90.6%、橫斷位DWI信噪比提高112.3%，進一步證實膝關節(jié)相控陣線圈在可提高新生兒頭部掃描的SNR。

綜上所述，在沒有專用線圈的情況下，選用貼附性好的柔性表面線圈能夠提高線圈的填充因數(shù)，從而提高常規(guī)圖像的SNR，而相控陣線圈的優(yōu)勢就在于可以采用并行采集技術來縮短掃描時間。對于新生兒頭部MRI檢查，用膝關節(jié)相控陣線圈能得到優(yōu)于機器常規(guī)配置的頭部線圈的高SNR圖像，可以替代昂貴的新生兒專用頭部線圈。

圖1-12 兩種線圈所得的5種常規(guī)掃描圖像比較。圖13 所得圖像的平均信噪比。

1. Benavente-Fernandez I，Lubian-Lopez PS，Zuazo-Ojeda MA，et al.Safety of magnetic resonance imaging in preterm infants[J]. Acta Paediatr，2010，99（6）：850-853．

2. 陳惠金.美國神經學會新生兒神經影像指南[J].實用兒科臨床雜志，2008，23(2):157-160．

3. Knudsen LM, Moen A.Practical planning to maintain premature infants' safety during magnetic resonance imaging: a systematic review. Adv Neonatal Care, 2015, 15(1):23-37.

4. Shroff MM, Soares-Fernandes JP, Whyte H, et al. MR imaging for diagnostic evaluation of encephalopathy in the newborn[J]. Radiographics, 2010, 30(3):763-80.

5. Jones RA，Palasis S，Grattan-Smith JD. MRI of the neonatal brain: optimization of spinecho parameters[J].Am J Roentgenol,2004,182(2):367-72.

6. 趙喜平.磁共振成像原理.北京:科學出版社,2004：378-385.

7. Dandan Liang, Hon Tat Hui, Tat Soon Yeo, et al. Stacked phased array coils for increasing the signal-to-noise ratio in magnetic resonance imaging. IEEE Trans Biomed Circuits Syst, 2013, 7(1):24-30.

8. 黃小云,劉惠龍.1986-2005年中國不同胎齡胎兒頭圍孕周均值變化趨勢[J].中國婦幼保健,2011, 26(34)：5336-5338.

9. Kaufman L, Kramer DM, Crooks LE, et al. Measuring signal-tonoise ratios in MR imaging[J]. Radiology,1989,173(1):265 -267.

10.王灌忠,沈鈞康,張彩元.信噪比在MR圖像質量控制中的作用.醫(yī)學影像學雜志, 2003,13(11):879-881.

11.黃艷圖,何超明.磁共振成像信噪比的評價方法.磁共振成像,2012, 3(2): 149-152.

(本文編輯: 汪兵)

Neonatal Brain MR Imaging with Knee Phased-array Coil*

XIANG Kui, GAN Yun-gen, SUN Long-wei． Department of Radiology, Shenzhen Children's Hospital, Shenzhen, China 518038

ObjectiveTo investigate the feasibility and advantages of knee phased-array coil in neonatal brain MR imaging．MethodsConventional brain MR imaging was conducted on sixteen newborns on a 1．5 T MRI scanner． Imaging techniques, including T1-weighted imaging, T2-weighted imaging, T2 FLAIR imaging, and diffusion weighted imaging at the axial orientation, and T1-weighted imaging at the sagittal orientation, were respectively performed using a knee phase-array coil． The image quality was quantitatively evaluated with compared to that obtained from a traditional 8-channel head coil．ResultsThe study was successfully conducted with all images free of artifacts． The signal-to-noise ratio of the images acquired with the knee phased-array coil was better than that with the head coil．ConclusionThe knee phased-array coil is superior for neonatal brain imaging to the traditional head coil．

Neonatal Brain Diseases; Magnetic Resonance Imaging; Knee Phased-array Coil

R445.2；R742

A

深圳市衛(wèi)生計生系統(tǒng)科研項目（編號201302103）

10.3969/j.issn.1672-5131.2015.08.031

2015-07-04

向 葵