集成MR序列T1、T2弛豫定量的可重复性研究

徐良洲，徐霖，贺梦吟，黄波

MRI因其优异的软组织对比，在全身多系统、多部位病变的检出、诊断及预后评价中的价值已得到广泛认可。然而，临床上不同的MR仪在场强、脉冲序列参数设置以及匀场条件等多个方面均存在差异，造成目前MR图像的判读仍以信号的相对高低为主，而不同个体之间信号改变并不能进行绝对的比较。

纵向弛豫时间(longitudinal relaxation time，T1)及横向弛豫时间(transverse relaxation time，T2)等是组织的特征性参数，不受参数设置等因素的影响，因此对这些参数的准确定量就为不同患者之间的比较提供了可能。然而，传统的T1-mapping、T2-mapping需要采集多个序列成像，扫描时间长，并不适合于常规临床应用。集成磁共振成像(synthetic MRI，SyMRI)是一种全新的MR扫描方法，这种技术通过一次扫描即可得到T1、T2等多个组织弛豫时间[1]。这种成像方法的稳定性目前尚未有报道，本研究对比两个中心的数据，研究SyMRI在T1、T2弛豫定量的可重复性。

表2 各脑区组内及组间T1、T2值对比结果相关性分析

材料与方法

1.一般资料

本研究通过了两家医院伦理委员会的审核，并获得所有受试者的知情同意。2019年2月-6月纳入8名健康志愿者进行SyMRI扫描。其中男4例，女4例，年龄22～54岁，平均(38.2±5.8)岁。

2.仪器与方法

采用GE 1.5T Explorer MR扫描仪，头颈联合线圈。常规扫描序列包括横轴面T2WI、T1FLAIR、T2FLAIR、DWI及3D T1BRAVO。SyMRI基于Qmap (quantitative mapping)序列，其扫描参数为：视野24 cm×24 cm，TR 4000 ms，TE 21 ms或95 ms，回波链12，矩阵320×256，层厚4 mm，层间距1 mm，扫描时间为5分36秒。为进行可重复性研究，每位志愿者均在有同样机型及平台的两家医院进行扫描，并在同一台MR上不同时间扫描两次，即每位志愿者均扫描4次，每次扫描参数完全一致。

3.图像分析

用Qmap后处理软件进行后处理，生成所有层面的T1-mapping及T2-mapping图像。使用SPM 12.0软件将脑实质进行分割，首先将T1-mapping和3D T1图像进行配准，将配准后的T1图像从个体化空间非线性的标准化至Montreal Neurological Institute(MNI)空间，这样将量化图谱转化为MNI空间，最后使用AAL灰质模板和JHU-ICBM白质模板提取各个脑区的定量参数值。测量4个灰质区(额叶灰质、颞叶灰质、枕叶灰质及丘脑)及4个白质区(胼胝体、内囊、外囊及放射冠)的组织T1值及T2值。

4.统计学方法

测量结果采用SPSS 23.0软件(Chicago，IL，USA)进行统计分析。使用组内相关系数(intraclass co rrelation coeff icient，ICC)评价同一台MR前后扫描(组内)及不同MR之间(组间)测量结果的一致性。采用Bland-Altman散点图显示组内及组间测量结果的一致性。采用K-S拟合优度检验数据分布，志愿者的T1及T2值测量结果均符合正态分布，故采用t检验对比组间及组内测量结果。P<0.05表示差异有统计学意义。

结 果

志愿者Qmap扫描生成的T1-mapping及T2-mapping图像见图1。组间及组内可重复性研究 ICC和Bland-Altman显示所有部位组间及组内的测量结果均表现出很好的一致性(表1，图2)，同时组间及组内测量结果差异没有统计学意义(表2)。

表1 各脑区组内及组间T1、T2值测量ICC结果

讨 论

本研究分别在同一机型的MR进行组间及组内的SyMRI，同时对相应生成的T1及T2弛豫图进行了基于体素的分析，最后比较组间及组内的定量结果。结果表明，无论是组间还是组内，脑灰质及白质区的T1值和T2值均表现出很好的稳定性和可重复性。

目前临床上MR成像主要是加权成像，即通过TE或TR等参数的设定突出T1或者T2的权重，因此无论是T1或是T2加权，其图像对比也含有组织其他弛豫信息。当计算组织的T1或T2弛豫时间时，则需要不同TE或TR时间的多个序列生成不同权重的T1或T2对比，再通过信号强度曲线拟合计算T1或者T2值，简而言之是先成像后定量。SyMRI的成像过程与传统方法完全不同，以本研究中的Qmap序列为例，首先在一个序列中直接采集多个回波、多个延迟时间的信号强度，一次性计算出T1、T2、质子密度(proton density，PD)及射频场B1值，在根据以上的值调整TE及TR时间生成不同的图像对比，因此是先定量后成像。正因SyMRI可得到组织的特征性弛豫值，因此理论上SyMRI可以得到“纯正”的T1或T2对比的图像，这和传统的加权成像也不相同。已有国内外文献报道，无论是成人还是儿童，SyMRI的成像质量完全可与传统的成像方法媲美[2-6]，且T1、T1FLAIR的对比要优于传统方法，同时，SyMRI还能生成传统方法不易得到的相位敏感翻转恢复成像(phase sensitive inversion recovery，PSIR)、单纯灰质成像等对比，研究发现这些对比在多发性硬化[7-9]、颜面血管瘤病综合症[10-11]等病变的诊断中具有独到优势。

图1 女，28岁，正常志愿者。a)T1-mapping图； b) T2-mapping图。

图2组间及组内Bland-Altman图。Bland-Altman散点图及95%的可信区间表明组内及组间测量结果具有很好的一致性。

弛豫定量已广泛应用于全身多个系统病变的诊断，如T2值评价关节软骨[12]及诊断前列腺癌[13]，T1值变化诊断心肌梗死[14]及纤维化[15]等。在中枢神经系统方面，弛豫定量在癫痫、多发性硬化、创伤以及肿瘤等方面的研究也有报道，然而目前弛豫定量的方法各个医疗机构并未统一，同时扫描时间长，还受患者配合因素影响，因而在临床并未广泛开展。和传统方法相比，Qmap序列参数便于统一，显著缩短了扫描时间，从而显著提高了扫描的成功率，因此纳入日常临床实践是可行的。此外，Qmap还可同时获得B1场的分布，进行B1场校正，因此理论上Qmap得到的弛豫定量值会更准确。本研究初步证实健康志愿者定量结果具有可靠的稳定性，为下一步长期随访研究、多中心研究奠定了基础，进一步即可进行病变的研究。

本研究存在一些不足之处。首先，研究对象的均为健康志愿者，而且年龄范围有限。增加样本量，同时纳入不同类型的病变是下一步的研究方向。其次，因扫描时间的限制，本研究并未扫描常规T1-mapping及T2-mapping与Qmap的结果进行对照，但已有研究报道SyMRI获得的结果与常规方法基本吻合[16]。此外，为了减少影响研究结果的变量，所有扫描采用的参数是完全一致的，而不同参数是否获得稳定的结果也需要进一步探讨，以便能开展广泛的多中心研究。

综上所述，Qmap生成的组织弛豫T1及T2值有很好的稳定性，因此可作为长期随访研究或多中心研究的有效影像指标。