磁共振波谱两脉冲序列的比较

陈森彬，田树平，王子军，黄敏华

海军总医院 医学影像科，北京100037

磁共振波谱两脉冲序列的比较

陈森彬，田树平，王子军，黄敏华

海军总医院 医学影像科，北京100037

目的探讨磁共振波谱颅脑质子检测扫描脉冲序列PRESS和STEAM的优缺点。方法通过理论计算，再通过实验改变扫描参数得出扫描最佳方案。结果STEAM的扫描时间较长，信噪比较低，但它能观察到极短T2的信号，能采集到较多的谱峰。而PRESS要观察极短T2的信号较难，但对于较长T2的物质来说，在相同的采集参数条件下，其信噪比却要高1倍。结论PRESS比STEAM要实用，它的扫描时间约节省一半，但STEAM能观察到更多的代谢产物。

磁共振波谱；颅脑质子检测；STEAM；PRESS

MRS（Magnetic Resonance Spectroscopy 磁共振波谱）分析是利用磁核在不同的化学环境而产生的化学位移来检测的一门技术，它是检测体内化学组分的无创伤性检查方法[1-2]。化学位移产生的 MRS 频率差异很小，体内水峰与脂峰 （主要是亚甲基 -CH2）的化学位移约差 3.3ppm（part per million 的缩写，百万分之几，是化学位移单位），对应 1.5T场强的频域差为 192Hz，它所产生的信息差异也很微小[3]。因此在做波谱时，匀场非常关键。磁场必须十分均匀，均匀度要＜ 0.1ppm，采样需重复多次以便信号累加，提高信嗓比。磁共振氢谱采用抑制水峰技术，在无脂肪的颅脑检测代谢产物的组分。

1 材料和方法

用磁共振频谱所能检测到化学物质主要有 ：NAA（ 天门氡胺酸）、La（ 乳酸）、glu（谷氨酸）、CR（肌酸）、Cha（胆碱）、MI（肌醇）等[4-5]。

由于做频谱需很高的场均匀度，目前一般采用 PROBE（Proton Brain Exam ，颅脑质子检测）/SV(Single Volume 单体素 )或 PROBE/MV(Multiple Volume 多体素 )，使感兴趣区内的磁场高度均匀，而其他区域则不要求这么高的场均匀度[6]。

磁共振频谱脉冲序列一般有两种 ： PRESS(Point Resolved Spectroscopy，点分解频谱分析法 ) 和 STEAM（Stimulated Echo Acquisition Mode，激励回波探测法）。STEAM 及 PRESS的脉冲序列如图1和图2所示。

通过计算可以求得 STEAM 序列的回波峰值为 ：

-0.5M*[1-exp(-TR/T1)]*exp(-TE/T2)；

PRESS 序列的回波峰值为 ：

M*[1-exp(-TR/T1)]*exp(-TE/T2)。

式中：M 为平衡静态时的纵向磁化矢量，TE为自旋回波时间，T2为自旋自旋驰豫时间。

图1 STEAM脉冲序列

图2 PRESS脉冲序列

从以上公式可以得出 ：在相同的情况下，STEAM 序列的信号是 PRESS 序列信号强度的 1/2。

采用 STEAM 和 PRESS 两序列，用不同的扫描参数对MRS模进行测量。

TE 的取值及 TR 的取值关系 ：对于 STEAM 而言，TE取值范围为：12～1000ms；TR 的取值范围可推算出应为：（TE＋ 1137）～17000ms之间。而对于 PRESS 而言，TE 取值范围为 ：25～1000ms ；TR 的取值范围也可推算出为 ：（TE ＋1123）～17000ms之间。

在做波谱时，无论用 STEAM 或 PRESS 脉冲序列，均需多次采集，累加数据信息，以便提高信噪比[7-8]。

扫描模式共有 3 种 ：-1，0，1。模式选“0”可以用于体素定位的确定，所得到的图像为体素图像，可以观察体素的轮廓和形状，并且可以确认体素内无脂肪，这点对接近头皮的体素很有用 ；模式选“-1”得到的图像为体素在定位相中的位置和大小尺寸 ；模式选“+1”所得到的是磁共振谱图。

PROBE/SV 波 谱 的 频 域 为 ：4.40～0.60ppm(以 水 峰 为4.75ppm 作参考值 )。

图3和图4是STEAM和PRESS脉冲序列所测得的谱图：

图3 用PRESS脉冲序列对MRS模扫描所得的波谱

图4 用STEAM脉冲序列对MRS模扫描所得的波谱

2 结果

分别采用 STEAM、PRESS 序列，改变扫描参数对 MRS模进行测量，得到的测量结果如表1所示。

根据表1，对扫描时间 TR 与 NS（Number of scan，扫描次数）进行关联，可推算出扫描时间的计算公式：对于STEAM 而言，扫描时间（s）为 ：TR*（NS+16）+60 ；对于 PRESS 而言，扫描时间为 ：TR*（NS+16）。

从表1中可以看出，考虑信噪比不差和扫描时间不很长的情况，其扫描脉冲序列可用 PRESS，最佳扫描参数为 ：TR=2000ms，TE=35ms，NS=64 次，NEX（Number of Excitation 激励次数）=8，体素大小 =（20×20×20）mm3，扫描时间为 168s，信噪比与 NS 的平方根成正比。对于STEAM 而言，扫描时间较长些，但可观察较多的化学物质，其最佳扫描参数为 ：TR=1500ms，TE=30ms，NS=128次， NEX=8，体素大小＝（20×20×20）mm3，扫描时间为312s。在相同的情况下，STEAM 序列的信号是 PRESS 序列的强度的 1/2。

根据实验可观察到 ：选 TE=144ms时，乳酸峰为负峰 ；而 TE=288ms时，乳酸峰为正峰。

3 讨论

大多数情况下，PRESS 较常用，因为 PRESS 的信噪比约是 STEAM 的 2 倍，无论是 PRESS 还是 STEAM，体素都不能选得太小，一般选（20×20 ×20）mm3，最小体素可选（3 ×3 ×3）mm3，但其信噪比太低，无实际价值 ；对于较小的病变而言，可选（10 ×10 ×10） mm3，脉冲序列用 PRESS。

表1 STEAM和PRESS序列采用不同的扫描参数对MRS模的测量数据

在做波谱时，匀场非常关键，场一定要均匀，否则T2驰豫时间缩短，谱峰将增宽，将引起不同的化学成份重叠而无法鉴别。

TR 的典型数值为 1500～6000ms，必须大于 T1 驰豫时间的3倍，以使自旋与晶格之间能量进行充分交换，核自旋恢复到平衡态；另外，TR时间要足够长，以便水抑制较好，否则水峰信号很强，将影响谱图的质量；但若时间过长，扫描时间也很长[9]。

在做质子磁共振波谱时，一定要加上 EDR（Extended Dynamic Range 扩展动态范围）[10]，否则累加的数据容易溢出，将造成化学位移的信号丢失。

[1] 程流泉,蔡幼铨,高元桂,等．脑质子磁共振波谱检查PRESS与STEAM序列的对比[J]．解放军医学杂志,2000,25(5):349-352．

[2] Callot V, Galanaud D, Fur YL, et al． 1H-MR spectroscopy of human brain tumours:a practical approach[J]．European Journal of Radiology,2008,67:268-274．

[3] 饶海冰,孔抗美,肖壮伟,等．MR频谱检测乳酸的脉冲序列优化研究[J]．中华放射学杂志, 2004,38(10):1108-1111．

[4] 林艳,沈智威,肖叶玉,等．长回波时间的点解析波谱序列外标准结合线性拟合模型定量检测脑肌酸浓度准确性的实验研究[J]．中华放射学杂志,2008,42(1):34-37．

[5] 林艳,铙海冰,吴仁华．1H-MRS 定量测定脑代谢物的研究[J]．国外医学放射医学核医学分册,2005,(29):85-88．

[6] Tong Z, Yamaki T, Harada K, et al． In vivo quantification of the metabolites in normal brain and brain tumors by protom MR spectroscopy using water as an internal standard． [J]．Magn Reson Imaging,2004,22:1017-1024．

[7] 何文进．磁共振影像系统双梯度技术的发展和现状[J]．中国医疗设备,2010,25(11):51-53．

[8] 郭绣琴,肖叶玉,沈智威,等．STEAM和PRESS序列对磁共振频谱绝对定量的影响[J]．医学影像学杂志,2010,20(6):765-768．

[9] 王志康,孙建忠．磁共振频谱的影响因素[J]．实用放射学杂志,2003,(19):669-670．

[10] 苏中振,单鸿,何炳钧,等．STEAM和PRESS序列在脂肪肝定量诊断中应用价值的对比研究[J]．中国介入影像与治疗学,2008,5(2):95-98．

Comparison of the Two Sequence of Magnetic Resonance Spectroscopy

CHEN Sen-bin, TIAN Shu-ping, WANG Zi-jun, HUANG Min-hua
Medical Imaging Department, Navy Hospital, Beijing 100037, China

ObjectiveTo discuss the merit and demerit of scan pulse sequence PRESS and STEAM of Magnetic Resonance Spectroscopy in Proton Brain Exam.MethodsTo obtain optimal protocol by calculating and by experiment with different scan parameter.ResultsScan time of STEAM is longer than Scan time of PRESS, its signal to noise is bad, but it can be observed more spectrum peaks and extremely short T2's material. AT the same scan parameter, the scan time of Proton Brain Exam's Point Resolved Spectroscopy is half of that of Stimulated Echo Acquisition Mode.ConclusionThe Proton Brain Exam's Point Resolved Spectroscopy is more utility than the Stimulated Echo Acquisition Mode, the STEAM scan time is twice of the PRESS scan time, but STEAM method can observe more metabolites. The STEAM can acquire more spectra, and the PRESS can save the scan time. Use PRESS with long TE and use STEAM with short TE.

Magnetic Resonance Spectroscopy; Proton Brain Exam; STEAM; PRESS

R445.2；R313

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.03.008

1674-1633(2011)03-0022-03

2010-10-08

2010-12-30

本文作者：陈森彬，硕士，高级工程师。

田树平，主治医师。

作者邮箱：senbinchen@qq．com