MRI场强及设备类型对同反相位成像定量分析健康志愿者腰椎脂肪含量的影响

李承启，曹代荣，邢 振，张宇阳

（1.福建省三明市中西医结合医院影像科，福建 三明 365001；2.福建医科大学附属第一医院影像科，福建 福州 350000）

MRI场强及设备类型对同反相位成像定量分析健康志愿者腰椎脂肪含量的影响

李承启1，曹代荣2，邢 振2，张宇阳2

（1.福建省三明市中西医结合医院影像科，福建 三明 365001；2.福建医科大学附属第一医院影像科，福建 福州 350000）

目的：探讨1.5 T与3.0 T及不同1.5 T MRI设备化学位移同反相位成像技术测量健康志愿者腰椎骨髓信号强度下降指数的稳定性。方法：利用3台MRI扫描仪对32例健康志愿者行腰椎化学位移同反相位成像，测量椎体平均信号强度下降指数，分析不同场强及同一场强不同设备间椎体平均信号强度下降指数的差异性。结果：Seimens 3.0 T、GE 1.5 T、Toshiba 1.5 T设备上，腰椎平均信号强度下降指数分别为（70.9±5.4）%、（71.2±8.4）%、（71.5±8.1）%。不同场强下（Siemens 3.0 T与GE 1.5 T，Siemens 3.0 T与Toshiba 1.5 T）腰椎平均信号强度下降指数差异无统计学意义（t=0.498，P＞0.05；t=0.881，P＞0.05），相同场强的不同设备（GE 1.5 T与Toshiba 1.5 T）间的腰椎平均信号强度下降指数差异无统计学意义（t=0.489，P＞0.05）。在3台不同设备中同一解剖节段腰椎信号强度下降指数差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论：场强及设备类型对化学位移同反相位成像技术定量分析腰椎脂肪无影响。

腰椎；磁共振成像

MRI化学位移同反相位成像技术是一种可同时显示组织内脂肪和水成分特性的检查技术，它对病灶及组织内微量脂肪的检出具有较高的敏感性、特异性，可为诊断及鉴别诊断提供有价值的信息。研究结果［1-2］显示，在化学位移反相位上，椎体良性病变具有一定的特征性，而恶性病变却有不同的特征，且它们之间反相位信号强度下降指数存在临界值。研究所用MRI设备及场强不同、扫描参数不同、病变的病理不同，都有可能导致临界值存在差异。笔者通过选用1.5 T和3.0 T及不同的1.5 T MRI扫描仪测量健康志愿者的腰椎信号强度下降指数，以探讨不同场强和相同场强的不同设备对椎体的信号强度下降指数是否存在影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 共32例健康志愿者纳入本研究，男22例，女10例；年龄23～53岁，平均（35.3±9.3）岁。志愿者均无腰部外伤史、手术史，无急、慢性腰背部疼痛病史及可导致骨髓信号改变的相关疾病史。本研究获得医院伦理委员会批准。

1.2 仪器与方法 选用3台MRI扫描仪：Siemens Magneton Verio 3.0 T超导型扫描仪，GE Signa Twinspeed 1.5 T MRI扫描仪，Toshiba Vantage Atlas1.5 T MRI扫描仪。

32例志愿者先后行腰椎常规序列及腰椎化学位移同反相位扫描，志愿者在1周内完成3台MRI扫描仪扫描，选择L3椎体为中心扫描，均采用 SE矢状位T1WI（TR/TE 500 ms/10 ms）、FSE矢状位T2WI（TR/TE 4 000ms/110ms）、矢状位STIR（TR/TE 3 500ms/65ms）。选用快速扰相梯度回波（FSPGR）序列采集矢状位同相位及反相位图像，扫描参数：3.0 T同相位（TR 192ms/TE 2.4ms）、反相位（TR 192ms/TE 5.8ms），2台1.5T设备同相位（TR 192ms/TE 4.8ms），反相位（TR 192ms/TE 2.4ms）。翻转角均为70°，FOV 24 cm×24 cm，矩阵256×256，层厚4mm，层距1mm。

1.3 数据分析 将获得的化学位移图像传输至PACS工作站，由2名临床诊断医师分别对同相位与反相位图像相同位置ROI进行信号强度的测量。ROI设置在椎体中心，面积为1 cm×1.5 cm矩形区域，确保同反相位图上ROI位置一致。信号强度测量选择在扫描正中矢状面及相邻两层面图像上进行，并取这3个层面所测得信号强度的平均值作为最终测量信号强度值。将同相位与反相位图像上测量的椎体信号强度进行比较，通过公式：椎体信号强度下降指数=［（SI同相位-SI反相位）/SI同相位］×100%，其中SI为信号强度，计算出椎体信号强度下降指数。

1.4 统计学分析 利用SPSS 19.0统计软件，椎体信号强度下降指数在Siemens 3.0 T与GE 1.5 T之间、Siemens 3.0T与Toshiba 1.5T之间、Toshiba 1.5T与GE 1.5 T之间采用配对资料t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。不同解剖节段椎体信号强度下降指数用单因素方差分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

所有志愿者均完成3次扫描，所得图像质量均无明显伪影，符合信号强度测量要求（图1），32例健康志愿者各腰椎平均信号强度下降指数测量结果见表1。

在不同场强下，腰椎平均信号强度下降指数差异无统计学意义（Siemens 3.0 T与GE 1.5 T相比，t= 0.498，P＞0.05；Siemens 3.0 T与Toshiba 1.5 T相比，t=0.881，P＞0.05）。2台不同1.5 T设备腰椎平均信号强度下降指数差异无统计学意义（Toshiba 1.5 T与GE 1.5 T相比，t=0.489，P＞0.05）。

同一设备不同解剖节段腰椎平均信号强度下降指数差异均无统计学意义（Siemens 3.0 T F=0.293，P=0.882＞0.05；GE 1.5 T F=0.383，P=0.821＞0.05；Toshiba 1.5 T F=0.915，P=0.457＞0.05）；3台MRI设备间测量的同一解剖节段椎体平均信号强度下降指数差异无统计学意义（L1F=1.278，P=0.257＞0.05；L2F=0.211，P=0.810＞0.05；L3F=0.307，P=0.737＞0.05；L4F=0.073，P=0.930＞0.05；L5F=0.052，P=0.949＞0.05）。

表1 各腰椎在不同设备上的平均信号强度下降指数（×100%，x±s）

3 讨论

3.1 腰椎信号强度下降指数的影响因素 脊柱病变是临床常见病、多发病，常见病因有外伤、骨质疏松、炎症、原发或转移性恶性肿瘤、代谢性疾病及血液病等，病因不同治疗原则也不同，因此鉴别诊断尤为重要。脊柱病变在X线、CT、骨显像中常缺乏特异性表现，尤其在病变早期，虽然常规MRI对骨髓病变检出有很高的敏感性，但仍缺乏特异性，常难以准确诊断，给临床治疗带来困难［3-4］，因此MRI新技术，如化学位移同反相位成像、DWI、PWI及1H-MRS等在骨髓病变诊断中的应用受到关注。化学位移同反相位成像技术作为一种快速、简单的脂肪抑制技术最初由Mitchell等［5］应用于肾上腺腺瘤的诊断，已广泛应用于腹盆部含有脂肪和水成分病变的诊断及鉴别诊断［6-8］。 近年来，国内外学者［2-4，9-10］发现化学位移反相位图像上病变信号的改变对脊柱病变诊断有一定的价值，且反相位信号强度下降指数可作为半定量指标，为脊柱良恶性病变的鉴别诊断提供依据。

除了脊柱病变本身的病理特性外，还有很多因素可能会影响信号强度下降指数，如MRI设备场强和软硬件差异、化学位移同反相位扫描序列、扫描参数等。不同场强或相同场强的不同设备上测量得到的信号强度下降指数是否具有可比性目前尚不明确，因此，笔者对不同场强或相同场强的不同设备对健康志愿者腰椎的信号强度下降指数的影响进行研究。

3.2 主磁场强度对腰椎信号强度下降指数的影响水分子中氢质子的进动频率要比脂肪分子中氢质子稍快些，其差别约3.5 ppm，相当于150Hz/T［11］。MRI的主磁场强度不同，获得同相位及反相位的TE值亦不同，因此在临床实际工作中需要根据不同场强的扫描仪选择合适的TE。其计算公式如下：同相位TE=1 000ms÷［150 Hz/T×场强（T）］，反相位TE=同相位TE÷2。扰相梯度回波序列中选择不同TE可得到同一扫描层面反相位和同相位图像，由于T2*衰减效应，在梯度回波序列上信号强度随TE增加而下降。理论上来说，为保证反相位上信号下降是由于反相位效应而不是T2*衰减效应所致，反相位序列的TE时间应短于同相位序列。3.0 T MRI设备中要在1.1ms和2.2ms同一次闭气下采集第1个反相位回波及第1个同相位回波，这需要很高的接收带宽，目前的软硬件还难以达到这一要求。最好的解决办法是分次采集获得第1个反相位回波和第1个同相位回波，但这又无法保证反相位和同相位采集的是同一层面，对定量分析特别是小的病变定量分析是不可靠的。因此，主要设备厂家（如Siemens，GE）在3.0 T扫描仪目前推荐的是采集第1个反相位信号和第2个同相位信号或第1个同相位信号和第3个反相位信号。本研究中3.0 T扫描仪采用的同反相位的TE值分别为2.4ms、5.8ms，为该设备同反相位成像的预设参数，可得到良好的同相位和反相位图像。Namimoto等［12］研究表明，快速扰相梯度回波序列同反相位TE分别为4.4ms和2.2ms，T2*衰减程度不到1%。TE很短时，T2*衰减对回波信号强度的影响可以忽略，对信号影响的主要因素为质子密度和T1。Schindera等［13］对体外水脂模型的研究结果显示，3.0 T采用同相位（TE=2.4ms）、反相位（TE=5.8ms），与1.5 T采用反相位（TE=2.4ms）、同相位（TE=5ms），二者的信号强度下降指数相似。本研究采用同相位在前、反相位在后的扫描方式，结果表明3.0T与1.5T测量的腰椎平均信号强度下降指数差异无统计学意义，3台设备测量的同一解剖节段腰椎平均信号强度下降指数差异无统计学意义。不同场强的不同解剖节段椎体间平均信号强度下降指数曲线不完全相同，L1椎体在不同场强设备信号强度下降指数差异较大，原因可能是场强越高，梯度回波序列的磁敏感效应越强。3.0 T磁敏感伪影较1.5 T明显，虽然实验中在腰椎上方增加预饱和带，但仍无法完全消除伪影（图1）。

3.3 相同场强的不同设备对腰椎信号强度下降指数的影响 在相同场强的不同设备方面，我们比较了同为1.5 T的GE扫描仪和Toshiba扫描仪所测得的信号强度下降指数，发现不同解剖节段椎体信号强度下降指数曲线基本一致，腰椎平均信号强度下降指数差异无统计学意义，提示在扫描参数一致的情况下不同厂家相同场强的扫描仪测量腰椎信号强度下降指数具有良好的可重复性。

3.4 腰椎信号强度下降指数的可重复性对临床骨髓病变诊断的意义 一些研究［1-2］对化学位移同反相位成像技术测量脊柱信号强度下降指数作为脊柱良恶性鉴别诊断的定量指标给予了肯定，在骨髓弥散性疾病的分布、浸润程度及治疗反应等方面都有重要价值［14-16］，同时可用于评价健康人群骨髓分布的变化，以观察不同性别、年龄及不同生理状况引起的骨髓分布变化［17-19］。但对其在不同场强及设备类型设备的可重复性研究均未见报道。本研究结果提示，不同场强及设备类型对健康志愿者腰椎骨髓脂肪定量分析具有可重复性。在保持相同的成像参数的前提下，信号强度下降指数的测量和比较在不同场强及设备类型是可行的，这为进一步对疾病组进行可重复性的研究提供了实验依据。

3.5 本研究的不足之处 志愿者年龄段相对集中，未能兼顾不同年龄的健康人群，特别是绝经后妇女；样本量偏小，且仅以腰椎为研究对象，未能对颈椎、胸椎进行研究；无法深入探讨扫描参数对信号强度指数测量的影响，有待于进一步研究。

图1 健康男性，38岁，不同设备同反相位图 图1a～1f 分别为Siemens 3.0 T同相位、Siemens 3.0 T反相位、GE 1.5 T同相位、GE 1.5 T反相位、Toshiba 1.5 T同相位、Toshiba 1.5 T反相位。3台设备反相位信号强度均较正相位有明显下降，测得信号强度下降指数分别为77.0%、74.8%、73.8%，3.0 T MRI在胸椎部分可见磁敏感伪影

［1］Zajick DC Jr，Morrison WB，Schweitzer ME，et al.Benign and malignant processes：normal values and differentiation with chemicalshift MR imaging in vertebral marrow［J］.Radiology，2005，237：590-596.

［2］Ragab Y，Emad Y，Gheita T，et al.Differentiation of osteoporotic and neoplastic vertebral fractures by chemical shift（in-phase and out-of phase）MR imaging［J］.Eur J Radiol，2009，72：125-133.

［3］Thawait SK，Marcus MA，Morrison WB，et al.Research synthesis：what is the diagnostic performance of magnetic resonance imaging to discriminate benign from malignant vertebral compression fractures？Systematic review and meta-analysis［J］.Spine（Phila Pa 1976），2012，37：e736-e744.

［4］Abdel-Wanis ME，Solyman MT，Hasan NM.Sensitivity，specificity and accuracy of magnetic resonance imaging for differentiating vertebral compression fractures caused by malignancy，osteoporosis，and infections［J］.JOrthop Surg（Hong Kong），2011，19：145-150.

［5］Mitchell DG，Crovello M，Matteucci T，et al.Benign adrenocortical masses：diagnosis with chemical shift MR imaging［J］.Radiology，1992，185：345-351.

［6］Savci G，Yazici Z，Sahin N，et al.Value of chemical shift subtraction MRI in characterization of adrenal masses［J］.AJR Am J Roentgenol，2006，186：130-135.

［7］Earls JP，Krinsky GA.Abdominal and pelvic applications of opposed-phase MR imaging［J］.AJR Am J Roentgenol，1997，169：1071-1077.

［8］Prasad SR，Wang H，Rosas H，et al.Fat-containing lesions of the liver：radiologic-pathologic correlation［J］.Radiographics，2005，25：321-331.

［9］Zampa V，Cosottini M，Michelassi C，et al.Value of opposedphase gradient-echo technique in distinguishing between benign and malignant vertebral lesions［J］.Eur Radiol，2002，12：1811-1818.

［10］杨惠娅，张同华，徐正道，等.MR化学位移成像技术在椎体良恶性病变中的鉴别诊断价值［J］.临床放射学杂志，2010，29（12）：1660-1663.

［11］杨正汉，冯逢，王霄英.磁共振成像技术指南：检查规范、临床策略及新技术应用［M］.北京：人民军医出版社，2010：195.

［12］Namimoto T，Yamashita Y，Mitsuzaki K，et al.Adrenal masses：quantification of fat content with double-echo chemical shift inphase and opposed-phase FLASH MR images for differentiation of adrenal adenomas［J］.Radiology，2001，218：642-646.

［13］Schindera ST，Soher BJ，Delong DM，et al.Effect of echo time pair selection on quantitative analysis for adrenal tumor characterization with in-phase and opposed-phase MR imaging：initial experience［J］.Radiology，2008，248：140-147.

［14］Maas M，van Kuijk C，Stoker J，et al.Quantification of bone involvement in Gaucher disease：MR imaging bone marrow burden score as an alternative to Dixon quantitative chemical shift MR imaging--initial experience［J］.Radiology，2003，229：554-561.

［15］武刚，张蕾，丁小龙，等.MR化学位移成像对血液病骨髓监测的初步研究［J］.中国医学计算机成像杂志，2008，14（4）：337-340.

［16］Del Grande F，Tatizawa-Shiga N，Jalali Farahani S，et al.Chemical shift imaging：preliminary experience as an alternative sequence for defining the extent of a bone tumor［J］.Quant Imaging Med Surg，2014，4：173-180.

［17］Duda SH，Laniado M，Schick F，et al.Normal bone marrow in the sacrum of yong adults：differences between the sexes seen on chemical-shift MR imaging［J］.AJNR Am J Neuroradiol，1995，164：935-940.

［18］袁新宇，肖江喜，周元春.正常儿童椎体骨髓转换过程中磁共振信号强度的变化［J］.放射学实践，2007，22（4）：341-344.

［19］Maas M，Akkerman EM，Venema HW，et al.Dixon quantitative chemical shift MRI for bone marrow evaluation in the lumbar spine：a reproducibility study in healthy volunteers［J］.J Comput Assist Tomogr，2001，25：691-697.

Influence of different field strength and different MR scanner w ith same field on quantitative analysis for lumbar bone

marrow fat content w ith in-and opposed-phase in healthy volunteers

LI Chengqi，CAO Dairong*，XING Zhen，ZHANG

Yuyang.*Department of Radiology，the First Affiliated Hospital of Fujian Medical University，Fuzhou，350000，China.

Objective：To investigate the reproducibility of quantitative analysis for lumbar bone marrow fat content by using in-phase and opposed-phase MR imaging at 3.0 T vs.1.5 T and at 1.5 T of different scanners in healthy volunteers.Methods：Lumbar scanning with chemical shift MR imaging was performed on 32 healthy volunteers by using Seimens Magneton Verio 3.0 T，GE Signa Twinspeed 1.5 T，Toshiba Vantage Atlas 1.5 T MR scanners.The proportional change in signal intensity on in-phase compared with opposed-phase images was calculated，analysis of lumbar average signal intensity index difference be tween different field and different scanners on the same field strength.Results：The mean signal intensity index of lumbar at Seimens 3.0 T，GE 1.5 T and Toshiba 1.5 T were（70.9±5.4）%，（71.2±8.4）% and（71.5±8.1）%，respectively.For different field strength MR，there was no significant difference in signal intensity index of lumbar（Siemens 3.0 T vs.GE 1.5 T t=0.498，P＞0.05，Siemens 3.0 T vs.Toshiba 1.5 T t=0.881，P＞0.05）.For the same field of different scanners（Toshiba 1.5 T and GE 1.5 T）there was no significant difference in signal intensity index of lumbar（t=0.489，P＞0.489）.In different scanners the signal intensity index of the different lumbar body had no significance difference（P＞0.05）.Conclusion：Quantitative analysis for lumbar fat content with in-phase and opposed-phase MR imaging in different field MR and different scanners of the same field strength MR may be comparable.

Lumbar vertebrae；Magnetic resonance imaging

2014-10-08）

10.3969/j.issn.1672-0512.2015.02.002

曹代荣，E-mail：dairongcao@163.com。