3.0TMRI胸椎扫描中联合线圈单元开放对图像质量的影响

俞家熙，李新春，何建勋，孙翀鹏，钟志伟，周润婷

3.0TMR仪在脊柱成像中明显优于常规X线摄影及CT扫描[1]，具有不可替代的地位。3.0TMR机在胸椎成像时采用SPINE线圈，上段胸椎往往显示不佳，尤其在T1WI增强图像上动脉搏动伪影较T1WI平扫图像明显，T1WI SPIR序列即频谱预饱和反转恢复序列，是利用水和脂肪的共振频率之差（约3.4ppm）进行成像，对射频磁场（B1）均匀性敏感，对静磁场（B0）均匀性更加敏感，因此需要非常高的静磁场均匀性。并且当使用大视野（大于30cm）时，脂肪抑制的效果并不能均匀覆盖整个图像。且3.0T与1.5T的静磁场（B0）周边领域的典型空间分布并不相同，3.0T的静磁场（B0）范围较1.5T少（图1），因此较大的躯干成像时受影响更加显著。主要原因是B1的不均匀性及磁敏感性增强，磁敏感性导致的共振频率偏移会影响压脂成像的图像质量，特别是紧邻脂肪－水和空气－组织的界面[2]，使得上段胸椎的成像效果受呼吸及脑脊液搏动伪影的影响明显[3]，从而影响诊断质量，因此需要使用联合线圈（NV线圈及SPINE线圈）进行胸椎成像[4]。Totterman等[4]研究认为使用联合线圈进行颈椎及胸椎的MRI扫描可以使图像的信噪比（signal to noise ratio，SNR）提高，但在使用联合线圈时，对线圈单元如何选择的研究并不多见，只有单一使用全脊柱线圈时对线圈单元的报道[5－6]。本次研究在使用联合线圈的基础上通过对线圈通道的不同选择得出的图像质量进行评价，旨在探讨联合线圈使用的最优化方案。

材料与方法

1.研究对象

回顾性分析本院2010年1月－2012年6月使用联合线圈且线圈进行MRI检查的20例患者的影像学资料，其中男8例，女12例，年龄20～70岁，平均40.6岁。所有患者无胸椎手术病史。

2.MRI扫描技术及成像参数

采用Philips Achieva 3.0T超导型双源双梯度MRI扫描仪，联合使用NV线圈及SPINE线圈（在参数“geometry”中选择“dual coil”），并在矢状面增强T1WI SPIR（T1WI脂肪抑制）序列先后设置联合线圈单元的不同使用（在“coil selection”下的“element selection”中的“coil NV”中选择 NPC 通道及在“coil spine”中选择“ABC”通道，在“coil NV”中选择“PC通道”及在“coil spine”中选择“ABCD”通道）。扫描序列包括平扫矢状面T1WI、矢状面脂肪抑制序列及横轴面脂肪抑制序列，横轴面、冠状面及矢状面脂肪抑制序列增强扫描。作为研究序列的增强扫描矢状面脂肪抑制序列（T1WI SPIR）以冠状面图像定位，扫描平面平行于冠状面椎体轴线，定位方法：胸椎正中矢状面，上缘平第7颈椎上缘，下缘包括第一腰椎下缘；扫描参数：TR 424ms，TE 80ms，层厚 4mm，层间距0.4mm，视野16cm×30cm，矩阵512×512，重建体素0.47mm×0.47mm×4.00mm。

3.图像处理

第一组（A组）使用NV线圈中的NPC单元，SPINE线圈中的ABC单元；第二组序列（B组）使用NV线圈中的PC单元，SPINE线圈中的ABCD单元。以此生成2组图像，在正中矢状面层面，分别将面积相等的兴趣区域（ROI）放置于第一胸椎（记作Th1）、第6胸椎（记作Th6）、第12胸椎（记作Th12）及相对应的脊髓内，测量相应区域的信号强度，并在视野内空气中划定兴趣区（ROI），测量其标准差（SD空气）。采用下列公式计算两种序列的信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）：

为消除误差，所有测量均进行3次，取平均值。由两位副高以上MRI诊断医师对两种序列的图像进行主观评分，图像质量分为优良中差，评分分别为4、3、2、1分。图像评价标准如下。4分：医师主观认为图像信噪比良好，所有胸椎及对应脊髓显示清晰，满足诊断；3分：图像信噪比一般，1～2个胸椎椎体及对应脊髓显示欠佳，但可以满足诊断；2分：图像信噪比差，3～4个胸椎椎体及对应脊髓显示欠佳，结合其他序列勉强满足诊断；1分：图像信噪比差，上段胸椎及对应脊髓显示不清，影响诊断。

4.统计学方法

所有数据均采用均数±标准差表示。不同线圈通道的SNR、CNR比较采用配对资料的符号秩和检验，P＜0.05为差异有统计学意义。统计学分析采用SPSS 13.0软件。

结 果

1.图像质量的客观评价结果

在矢状面增强T1WI SPIR图像序列上，各组的SNR和CNR测量结果见表1。使用NV线圈开放NPC单元结合SPINE线圈开放ABC单元（即NPCABC）获得的SNR Th1及CNR Th1均高于使用NV线圈开放PC单元结合SPINE线圈开放ABCD单元（PC－ABCD），差异均有统计学意义；而 NPC－ABC与PC－ABCD的 SNR Th6和 CNR Th6，NPC－ABC 与PC－ABCD的SNR Th12和CNR Th12差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1 Th1、Th6和Th12各兴趣区域SNR及CNR比较

2.图像质量的主观评价

A组序列上段胸椎（Th1－Th4）的主观评分为3.6±0.4，中段胸椎（Th5－Th8）的主观评分为3.5±0.3，下段胸椎（Th9－Th12）的主观评分为3.5±0.3，各椎体均显示清晰。B组序列上段胸椎（Th1）的主观评分为2.7±0.5，20例中有7例1个椎体及对应脊髓显示不清，8例2个椎体及对应脊髓显示不清，3例3个椎体及对应脊髓显示不清，2例上段所有胸椎及对应脊髓显示不清；B组中段胸椎（Th6）的主观评分为3.5±0.4，下段胸椎（Th12）的主观评分为3.6±0.2，各椎体均显示清晰。说明若只单一使用SPINE线圈开放ABCD单元，则上段胸椎的椎体均显示不清（图1）；若使用NV线圈开放NPC单元结合SPINE线圈开放 ABC单元（即 NPC－ABC），可以使上段胸椎（Th1）的成像质量明显提高，对中段（Th6）及下段胸椎（Th12）的成像质量无明显改变，即使用正确的线圈单元开放（NV线圈的NPC单元及SPINE线圈的ABC单元）才能使图像质量提高并满足临床诊断的要求（图2）。

图1 胸椎SPIR T1WI正中矢状面增强图像。a）采用NV线圈的NPC通道和SPINE线圈的ABC通道，上段胸椎显示清晰；b）采用NV线圈的PC通道和SPINE线圈的ABCD通道，上段胸椎（Th2－Th4）椎体前缘显示欠清晰；c）仅选用SPINE线圈的ABCD通道，所得出的图像上段胸椎（Th1－Th4）显示不清（箭）。 图2 正确选择联合线圈单元的搭配（NV线圈的NPC单元及SPINE线圈的ABC单元）可以使上段胸椎的病变及其椎体、病变与周围组织关系清晰显示（箭）。

讨 论

1.影响上段胸椎MRI图像质量的因素及成像要点

上段胸椎MRI图像质量的因素主要包括RF磁场（B1）不均匀性、静磁场（B0）的均匀性、磁敏感性增强及成像参数[9]。

组织受热和射频磁场不均匀性是3.0T机高场强所产生的非常重要的结果。高共振频率需要相匹配的高频率激励脉冲，射频脉冲频率越高，波长越短，组织吸收的射频脉冲量越大，射频脉冲对组织穿透越不均匀。射频脉冲吸收增加，组织产热增加，难以得到均匀的质子射频激励，即B1不均匀性。3.0TMR机的射频波长（在水中）约为26cm，是1.5TMR机（52cm）的1／2，由于发生波的干涉作用可使某些部位信号不均匀。这些影响根据检查部位的形状而有所差异，与头部等比较小的检查部位相比，较大的躯干部受影响更加显著，如胸椎。

磁敏感性是指某一物质的“可磁化性”，磁敏感性随磁场强度基本呈线性增加。人体大多数组织是抗磁性的，即磁敏感性很低，导致净磁场的降低。顺磁性物质（如Gd－DTPA）使净磁场轻微升高，超顺磁性物质（如SPIO）使净磁场升高较明显，铁磁性物质使净磁场增加更明显[10]。磁敏感性导致的细小的共振频率差异可导致质子位置的错误，特别是在无180°射频的脉冲序列，如梯度回波序列和平面回波成像序列，这将导致视野内图像扭曲和信号强度改变，磁敏感性导致的共振频率偏移也会影响压脂成像的图像质量，特别是紧邻脂肪－水和空气－组织的界面（如增强后上段胸椎图像）。

在胸椎MRI检查中，参数的设置会直接导致成像质量的好坏。如激励次数、层厚、近线圈效应校正（constant level appearance，CLEAR）技术的使用与否、匀场块的使用与否、相位编码方向、带宽等[11]。

2.提高3.0T胸椎MRI增强图像质量的意义

使用联合线圈进行胸椎MRI成像，线圈单元的开放对成像的质量及疾病的诊断具有重要的意义。本研究中使用NV线圈开放NPC单元结合SPINE线圈开放ABC单元进行上胸椎扫描，20例患者上胸椎共80个椎体全部清晰显示，其相邻椎体附件、椎管及脊髓均全部清晰显示；而使用NV线圈开放PC单元结合SPINE线圈开放ABCD单元进行上胸椎扫描，20例中只有43个椎体显示清晰，部分椎体周围伪影明显，影响对病变的观察，因此，线圈单元正确的开放可以使上段胸椎的病变充分地显示，从而对疾病进行充分地判断，及时地对疾病进行正确的治疗。以上研究只是在T1WI SPIR增强后的序列改变其联合线圈单元的搭配（NV线圈的NPC单元及SPINE线圈的ABC单元），从理论上推断可以在胸椎常规MRI平扫中加以推广应用。

综上所述，3.0T胸椎MRI的增强扫描需要使用联合线圈，同时使用正确的线圈单元开放（NV线圈的NPC单元及SPINE线圈的ABC单元）使图像质量提高并满足临床诊断的要求，而且扫描时间不变，可以作为胸椎增强扫描的常规扫描方案。

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