優(yōu)化掃描矩陣對(duì)腦腫瘤患者頭部多體素氫質(zhì)子磁共振波譜成像的臨床應(yīng)用價(jià)值

李珮，冷琦，夏春潮，李真林

1.四川大學(xué)華西第二醫(yī)院 放射科，四川 成都 610041；2.四川大學(xué)華西醫(yī)院 放射科，四川 成都 610041

引言

磁共振波譜成像（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）是獲得活體內(nèi)生化參數(shù)定量信息和診斷信息的一種非侵入功能成像技術(shù)。隨著高場(chǎng)強(qiáng)MR設(shè)備的應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，MRS應(yīng)用日益廣泛，成為目前唯一能無創(chuàng)性檢測(cè)活體器官和組織代謝、生化、化合物定量分析的技術(shù)[1-2]。多體素氫質(zhì)子MRS（1H MRS）的感興趣區(qū)可以覆蓋整個(gè)腦腫瘤甚至鄰近腦組織，能較好地呈現(xiàn)腫瘤的內(nèi)部及周圍組織的代謝情況，在臨床診斷中發(fā)揮著重要作用[3]。由于MRS掃描時(shí)間較長(zhǎng)，很多狀態(tài)不佳或是年齡較小的患者無法長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持，很難獲得滿足臨床需求的高質(zhì)量波譜圖像，不利于疾病的診斷與鑒別診斷。近年來對(duì)于磁共振波譜的研究主要集中在對(duì)疾病的診斷價(jià)值方面，較少提到掃描時(shí)間長(zhǎng)對(duì)與檢查的影響及解決方案，但掃描時(shí)間長(zhǎng)這一問題確實(shí)限制了磁共振波譜的應(yīng)用與發(fā)展。MRS曾經(jīng)作為前列腺癌檢查廣泛運(yùn)用，如今因?yàn)闄z查時(shí)間長(zhǎng)退至輔助序列[4]。侯效芳等[5]采用單體素波譜成像，避免了掃描時(shí)間過長(zhǎng)的問題，但單體素波譜提供信息有限，可能需要多次采集才能獲得病變的全部信息。MRS在精神疾病研究方面運(yùn)用較廣，序列掃描時(shí)長(zhǎng)多為6 min左右，由于掃描時(shí)間長(zhǎng)患者配合度的問題該類研究較多都存在樣本量小的問題[6-7]。本研究通過調(diào)整波譜掃描矩陣，縮短掃描時(shí)間，探討其對(duì)顱腦MRS成像的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

2018年3～5月經(jīng)本院確診為腦腫瘤患者20例，其中男13名，女7名，年齡18～76歲，平均（48.60±3.97）歲，納入標(biāo)準(zhǔn)：納入標(biāo)準(zhǔn)：① 患有顱腦占位性病變的患者；② MRI檢查前未行手術(shù)、放化療或其他干預(yù)治療；③ 能夠耐受高場(chǎng)強(qiáng)MRI檢查；④ MRI檢查結(jié)束后1～2周內(nèi)行手術(shù)，能夠獲取病變的病理結(jié)果。所有研究對(duì)象均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用Siemens skyra 3.0 T磁共振掃描儀，患者取頭部先進(jìn)仰臥位。行常規(guī)顱腦T2WI、T2 FLAIR軸位、矢狀位掃描用于MRS掃描定位。MRS掃描層面的設(shè)置，選擇患者軸位病變最大層面，MRS掃描野盡量避開顱骨、空氣、脂肪、出血、鈣化等干擾組織。修改掃描矩陣前后的16×16與8×8兩組波譜序列，見表1。

表1 被試者掃描參數(shù)

1.3 圖像評(píng)價(jià)方法

修改矩陣大小前后掃描得出的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入波譜分析軟件LCModel進(jìn)行后處理，分別得出兩次掃描的信噪比、半高寬、臨床常見代謝物濃度等數(shù)據(jù)。代謝物選擇N-乙酰天門冬氨酸（N-acetyl aspar-tate，NAA）、膽堿化合物（Choline，Cho）、肌酸 /磷酸肌酸（Creatime，Cr）、谷氨酸類化合物（Glutamate，Glu/glutamine，Gln，合稱Glx）。所有圖像和數(shù)據(jù)分別由兩位高年資影像診斷醫(yī)師（頭部MRI診斷工作經(jīng)歷大于10年）在互相獨(dú)立的情況下，仔細(xì)閱片，從信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、半峰全寬（Full Width at Half Peak，F(xiàn)WHM）以及代謝物濃度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

選取病變區(qū)域幾個(gè)體素進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算平均值。運(yùn)用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件，采用配對(duì)檢驗(yàn)，對(duì)修改掃描矩陣前后的SNR、FWHM、代謝物濃度等數(shù)據(jù)差值進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，差值符合正態(tài)性檢驗(yàn)分布使用配對(duì)t檢驗(yàn)，否則選擇Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性水平設(shè)置為P<0.05。

2 結(jié)果

2.1 掃描時(shí)間

未修改掃描矩陣前掃描時(shí)間為400 s；修改掃描矩陣后掃描時(shí)間為87 s。

2.2 波普質(zhì)量

修改掃描矩陣前FWHM大于修改后，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。修改掃描矩陣前SNR小于修改后，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見圖1和表2。

圖1 波譜圖像

表2 掃描矩陣修改前后主要波譜質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及代謝物濃度結(jié)果

2.3 主要代謝物濃度比

修改前后，Cr+Pcr(Tcr）、NAA/Tcr、Ins/Tcr、Cho/Tcr、Glx/Tcr，均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見表2。

3 討論

MRS通過細(xì)胞分子代謝層面對(duì)大腦局部神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行分析，可以進(jìn)一步了解大腦病理生理學(xué)的改變。其檢測(cè)的主要內(nèi)容包括NAA、膽堿、肌酸、肌醇等指標(biāo)。NAA波峰位于2.0 ppm處，含量直接反映神經(jīng)元的密度和活性，含量減少反映神經(jīng)元丟失或功能受損；膽堿反映腦內(nèi)總膽堿含量，波峰位于3.2 ppm位移處，是反映髓鞘形成和膠質(zhì)增生的指標(biāo)；肌酸是能量代謝產(chǎn)物，位于3.0 ppm位移處，肌酸值一般不會(huì)隨病理變化而變化，因而臨床上常被量化用作內(nèi)部參考。MRS在頭部疾病的應(yīng)用非常廣泛的，有文獻(xiàn)報(bào)道，MRS在抑郁癥患者的診斷、多發(fā)性硬化患者病情檢測(cè)、腦腫瘤的分級(jí)等方面都有重要作用[8-10]。

MRS在研究精神疾病方面潛力巨大，如已有的研究基本都認(rèn)為孤獨(dú)癥譜系障礙（Autism Spectrum Disorder，ASD）主要是由腦生物學(xué)因素導(dǎo)致的，故尋找有效的生物標(biāo)志物是該研究領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一，磁共振波譜就是從標(biāo)志物出發(fā)，去探究ASD患者腦代謝的異常情況[11]。針對(duì)此方面的研究非常廣泛，由來已久，但遲遲難以運(yùn)用于臨床，且較多與此相關(guān)的臨床研究都存在著樣本量少的問題，本研究認(rèn)為，這與MRS掃描時(shí)間較長(zhǎng)，檢查部位的任何細(xì)微活動(dòng)都可能導(dǎo)致檢查的失敗，一般小孩和配合較差的患者難以堅(jiān)持完成檢查有關(guān)。潘鈺等在總結(jié)研究的不足時(shí)，也指出研究對(duì)象大部分為低齡兒童，不能完全配合掃描檢查[12]。

提高M(jìn)RS檢查成功率有三個(gè)方面：① 爭(zhēng)取患者配合；② 修改掃描參數(shù)，減少患者移動(dòng)對(duì)檢查造成的影響；③ 縮短掃描時(shí)間，使檢查易于配合，降低患者移動(dòng)的可能性。

付麗媛等[13]提出MRS檢查成功的最基本條件是患者檢查前的充分準(zhǔn)備與良好配合。檢查前需與患者做好溝通，告知其檢查過程，克服恐懼及緊張心理，盡量取得患者的良好配合，尤其是要告知患者在檢查中制動(dòng)，對(duì)于配合欠佳的兒童患者在必要的情況下可口服水合氯醛鎮(zhèn)靜。但6 min左右的掃描時(shí)間中頭部有輕微的移動(dòng)便可導(dǎo)致檢查的失敗，在準(zhǔn)備良好的情況仍存在較大的配合難度，且使用鎮(zhèn)靜類藥物有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

張敏等[14]研究了不同形式位移經(jīng)過校正后對(duì)MRS檢查的影響，得出結(jié)論平動(dòng)位移可較好的得到校正，轉(zhuǎn)動(dòng)位移校正效果不佳。且該研究受試者均為健康志愿者，位移控制在一定范圍內(nèi)，剔除了頭部明顯移動(dòng)對(duì)檢查的影響。MRS常規(guī)檢查時(shí)，患者的移動(dòng)平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)均存在，且無規(guī)律可循，故位移校正運(yùn)用于MRS中有較大局限。

本研究著眼于縮短掃描時(shí)間，使掃描易于配合，從根本上降低因患者頭部位移造成檢查失敗的可能性。MRS檢查中體素大小可根據(jù)病灶的大小靈活設(shè)置，病灶大體素可適當(dāng)調(diào)大9。本研究MRS掃描修改前掃描體素為10 mm×10 mm×10 mm，筆者將2×2的四個(gè)體素合并為一個(gè)體素進(jìn)行掃描，在該掃描野內(nèi)無間隔、無重復(fù)的掃描，掃描矩陣由16×16變?yōu)榱?×8，掃描體素變?yōu)?0 mm×20 mm×10 mm，修改后的體素大小未超過病灶的大小范圍，不會(huì)因混入周邊組織損失病灶信息。解析矩陣仍保持16×16，解析體素為10 mm×10 mm×10 mm，每個(gè)體素顯示波譜均為所在掃描體素的波譜譜線。修改掃描矩陣后掃描時(shí)間減少3/4，由未修改前的400 s變?yōu)?7 s，極大縮短了檢查時(shí)間，檢查成功率可大幅度提高。

在MRS分析中，譜線的縱軸即化合物的信號(hào)強(qiáng)度，其峰下面積與該化合物的濃度成正比，化合物最大峰高一半處的譜線寬度為FWHM，決定譜線的頻率分辨率，是波譜質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，F(xiàn)WHM越小，代表譜線質(zhì)量越好。MRS的SNR定義為最大代謝物的峰高度除以無信號(hào)區(qū)噪聲振幅的均方根，信噪比越高，譜線質(zhì)量越好。本研究結(jié)果表明，在掃描矩陣縮短一倍的情況下，患者組與正常組半高寬明顯減小，信噪比明顯增加半高寬，優(yōu)于臨床常規(guī)矩陣的掃描結(jié)果。

MRS譜線中，NAA/Cr、Cho/Cr等代謝物濃度比值在腫瘤的診斷與鑒別診斷中具有重要價(jià)值[15]。修改后的矩陣掃描所得代謝物濃度比值與常規(guī)方法測(cè)量得出的代謝物濃度無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，符合臨床診斷要求。

本研究不足之處為：① 樣本量較少，且樣本選取時(shí)間較為久遠(yuǎn)；② 掃描矩陣減小后，體素體積變大，在病變較小和垂體、海馬等特殊部位的波普研究[16-17]中可能由于部分容積效應(yīng)，影響檢查結(jié)果。期待在今后的工作中擴(kuò)大樣本量，進(jìn)行更合理更深入的研究。

4 結(jié)論

綜上所述，磁共振波譜（多體素）掃描中，掃描矩陣的適當(dāng)減小在保證圖像質(zhì)量的前提下，極大地縮短了掃描時(shí)間，可提高檢查成功率，但掃描矩陣過小，體素過大，可能會(huì)影響波普檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性，如何根據(jù)受檢者病情需要，個(gè)性化設(shè)定矩陣、體素大小，在保證檢查準(zhǔn)確性的前提下，盡量縮短檢查時(shí)間，有待于我們進(jìn)一步研究。