磁共振弥散成像中T2穿透效应的影响及解决方法研究

苏文婷 潘自来 徐敬慈 宋瑞波 饶 敏

2 上海市联影医疗科技有限公司磁共振事业部

平面回波弥散加权磁共振成像（EPI DWI）已经是一个临床诊断的成熟序列，并得到了广泛的应用[1-3]。弥散加权成像可以观察到组织的微观信息，提供传统临床序列无法提供的对比信息[4-5]。但是，由于平面回波弥散成像序列需使用较长的弥散加权梯度脉冲，一般都得采用较长的TE时间，因而在弥散加权图像中除了具有因组织弥散不同所形成的图像对比，还含有因组织T2时间不同所形成的T2对比[6]，即所谓的T2穿透效应。当弥散加权成像应用于临床诊断时，T2穿透效应导致的对比会与弥散受限所致的DWI信号改变相混淆，严重情况下会产生假阳性误诊。本文作者提出一种新的方法，通过采集少量的额外数据，实现消除T2穿透效应，以期提高平面回波弥散加权磁共振成像在临床诊断上的可靠性。

方 法

1.临床资料

本文中以头部为例，重点讨论脑干部位T2穿透效应的影响及去除方法，共采集健康志愿者30例，其中志愿者年龄分布为：15～78岁；其中男性14例，女性16例。

2.成像方法

30例均采用1.5T超导MR成像系统（上海联影uMR-560）扫描，16通道相控头部线圈用于接收同一志愿者扫描三次，扫描参数为：TR=3500ms，FOV=230mm，128x128采样矩阵，3次信号平均；第一次扫描的b值为0和1000s/mm2，TE=107ms；第二次扫描的b值为0和1000s/mm2，TE=77ms，第三次扫描的b值为0，TE=66ms。

3.理论分析——T2穿透效应去除的常规分析

由于需要施加弥散梯度的原因，DWI成像的TE一般都较长（通常大于70ms），由此得到的DWI图像一般都存在T2穿透效应。通过采集少量的额外数据（短TE,b=0的扫描），经过处理，可以得到组织的T2Map用于去除T2衰减，得到完全消除T2穿透效应的图像。

3.1.T2 Map的获取：我们通过加扫一个只包含b=0的短TE临床协议（时间小于5s），通过简单的运算，可以得到组织的T2Map。假设I0为对应TE为0ms时采集可得到的b=0图像，即对应完全去除了T2穿透效应的图像，I01表示TE设置为TE1时采集的b=0图像，I02表示TE设置为TE2时采集b=0的图像，由此我们可以得到：

3.2.T2 穿透效应的消除：如果我们使用单一指数模型来拟合弥散效应带来的信号加权，临床上我们看到的DWI图像IDWI可以使用下式表示：

其中b表示弥散加权权重，D表示组织的弥散系数，D是组织的固有属性。

那么通过下面的方式就可以得到去除T2对比的图像：

其中IDWI为TE时间采集的弥散加权（b≠0）图像，I'DWI为相应的消除T2穿透效应后的弥散加权图像。

4.数据处理方法

对收集到的30例健康志愿者图像，首先由原始数据计算出组织的T2Map，然后应用T2Map于原始DWI图像，得到去除T2穿透效应的DWI图像。以脑干信号对比为例，在处理图像时针对每例志愿者的图像，选取经视交叉的（脑桥结构明显）横断面图像进行处理，如图1所示。

图像处理步骤如下：

（1）根据b=0时两幅不同TE的图像（TE=66ms和TE=107ms），由公式（4）得到组织的T2Map。最终使用的T2Map经过低通滤波以减轻噪声的影响，如图2所示。

（2）应用T2Map处理b=1000,TE=107ms的图像，得到处理后b=1000，对应TE=0ms的图像。为了便于对比，我们把b=1000，TE=77ms的原始图、T2Map图、b=1000，TE=107ms的原始图以及b=1000，TE=0ms这四幅图像的脑干区域放在一起比较，如图3所示。

（3）对四幅图像均选取脑干区小脑上脚交叉部分（ROI1）和脑干区皮质脊髓束部分（ROI2）的图像区域，计算ROI1/ROI2比值。ROI的位置标示在图3的part A 上，其他三幅图像的分析使用与A相同的ROI定义。

结 果

对采集到的30例志愿者数据进行统计分析。从表1的结果分析，脑干区小脑上脚交叉部分（ROI1）和脑干区皮质脊髓束部分（ROI2）在T2Map上归一化后的比例均值为1.42，说明小脑上脚交叉部分的T2值明显较大。b=1000，TE=107ms的图像上两个ROI区域信号的比例均值为1.49，b=1000，TE=77ms的图像上两个ROI区域信号的比例均值为1.25。两次采集的b值相同，只是缩短了TE时间，对比发生了明显的变化，证明脑干区域小脑上脚交叉的亮信号主要来源于T2穿透效应。应用T2Map对b=1000，TE=107ms的图像进行处理得到b=1000，TE=0ms的图像，经处理后的两个ROI区域的信号比例均值为1.02，证明在消除了T2穿透效应后，正常脑干区小脑上脚交叉部分和脑干区皮质脊髓束部分的信号差异消失。

图1 b=1000,TE=107 ms时经视交叉的（脑桥结构明显）横断面图像。

图2 经过滤波处理后的T2Map。

图3 处理后的脑干图像。A为TE=77，b=1000时的图像，B为T2Map图像，C为TE=107,b=1000时的图像，D为C经过T2Map处理之后得到的TE=0,b=1000的图像。

表1 四类图中对应ROI1/ROI2的平均值及其标准差

讨 论

MRI由于其良好的软组织对比度，被广泛应用于颅内病灶的诊断和鉴别诊断。弥散加权成像(DWI)是一种无损的测量活体组织水分子运动的MRI成像方法。弥散加权成像反映人体内水分子随机运动特点，测量水分子弥散运动过程中局部受限的程度和方向，进而间接反映感兴趣区组织内微观结构的变化及特点，可以提供常规MRI方法无法获得的微观结构信息，在临床上有着日益广泛的应用[7]。

DWI为了实现对组织内水分子弥散运动的无损探测，需要在成像过程中施加长时间的弥散梯度，从而得到组织的弥散加权信息，弥散加权的权重用b值表示。在临床常规的头部检查中，通常使用的b值为1000左右。因为弥散梯度的原因，协议中能够设置的最短TE值通常较长，接近100ms，这时我们得到的DWI图像除了含有弥散加权的对比信息外，不可避免的含有组织的T2对比信息，这就是DWI成像中的T2穿透效应。在DWI图像上，医生更关心的是组织的弥散对比信息，T2穿透效应带来的对比会对医生的诊断带来干扰。

以正常脑干组织为例，小脑上脚交叉结构在DWI图像上通常也表现为一个亮信号[8-10]，这种对比就是T2穿透效应在DWI成像上的一种表现，它会干扰脑干急性中风的临床诊断。本文作者为了研究T2穿透效应在DWI图像上的影响及解决方法，以临床上容易给医生诊断带来干扰的脑干部位为重点研究对象，共收集了30例健康志愿者数据，由分析结果可以看出，正常小脑上脚交叉结构在DWI图像上表现为亮信号的原因来自于T2穿透效应，因为小脑上脚交叉结构与脑干其他组织相比具有较长的T2值。本文提出一种新的方法，可以得到T2穿透效应完全消除的DWI图像，彻底消除弥散成像中T2穿透效应在诊断上的干扰，提高诊断的可靠性和准确度。该研究目前仅在健康志愿者上得到预期结果，尚未对患者做出进一步的研究，后续研究有待获得临床验证。

[1]Bihan D L,Turner R,Douek P.Diffusion MR Imaging.Clinical Applications,AJR,1992,159:591-599.

[2]Le Bihan D.Molecular diffusion nuclear magnetic resonance imaging.Magn Reson Q,1991,7:1-28.

[3]Chenevert T L,Brunberg J A,Pipe JG.Anisotropic diffusion in human white matter:demonstration with MR technique in vivo.Radiology，1992，177:401-405.

[4]Baird A E,Benfield A,Schlaug G,et al.Enlargement of humancerebral ischemic lesion volumes measured by diffusion-weighted magnetic resonance imaging.Ann,1997,Neurol41:581-589.

[5]Wessels T,Wessels C,Ellsiepen A,et al.Contribution of diffusion-weighted imaging in determination of stroke etiology.AJNR,2006,27:35-39

[6]Moritani T,Ekholm s,Westesson P-L.Diffusion-Weighted MR Imaging of the Brain.America:Springer Press,2004.

[7]Warach S,Gaa J,Siewert B,et al.Acute human stroke studied by whole brain echo planar diffusion-weighted magnetic resonance imaging.Ann Neurol,1995,37:231-241

[8]Weise J,Krapf H,Schmidt F.MRI characteristics of acute and subacute brainstem and thalamic infarctions:value of T2-and diffusion-weighted sequences.J Neurol,2002,249:33-42.

[9]窦 郁，郭顺林，韩鸿宾，等.小脑上脚纤维交叉MR弥散加权成像研究.临床放射学杂志，2010,29:1445-1448.

[10]马得廷，柳 澄.正常小脑上脚交叉MRI表现的研究进展.中华临床医师杂志：电子版，2013,7:5001-5004.