颅脑MRI 压脂成像：Dixon-FLAIR和FS-FLAIR的对比研究

李贵进 林有波 陈思帆 王春梅 罗伟

在颅脑MRI 中，液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery，FLAIR）序列因其能抑制脑脊液或者自由水的信号，降低T2WI 上高信号脑脊液对病变显示及观察的影响，同时还能够减少部分容积效应和运动伪影对图像质量的影响，增加病变与脑实质的对比，从而提高病变特别是靠近脑脊液的病灶的检出率，对颅脑疾病的诊断与鉴别诊断具有重要价值，是目前颅脑MRI 基本序列［1］。传统FLAIR 序列使用反转恢复方式实现自由水信号的抑制，但并未抑制颅脑周围各组织结构的脂肪信号，从而FLAIR 图像的脂肪组织呈现高信号，且出现明显的层间化学位移伪影［2］，易忽略外伤、骨转移等颅骨异常或视神经炎等病变［3］。

频率选择脂肪抑制技术（frequency selective fat suppression，FS）与FLAIR 序列相结合的成像序列（FS-FLAIR）日益被广泛应用，获得比传统FLAIR序列更好的灰白质对比，减轻了图像伪影并增加了颅骨病变的检出率。但是FS 技术存在着对主磁场均匀性要求高、射频场不均匀敏感、容易受组织几何变形影响等缺点［4,5］。这些缺点导致了FSFLAIR 的图像质量往往不能满足临床需要，特别是在颅底组织磁化率差异较大的区域，例如上颌窦层面、眼眶层面及额窦层面出现明显的皮下脂肪抑制不均匀，影响病变的检出。

Dixon 水脂分离技术是一种基于水脂质子进动频率差别，并在不同时刻进行回波采集，通过图像重组来实现脂肪抑制的技术。在重组图像中，包含同相位图像、反相位图像、水图（脂肪抑制图像）及脂图（水抑制图像）［6-9］。根据水脂进动频率的差别进行水脂分离的原理，可以克服Dixon 技术对射频场B1 不均匀的敏感性；同时通过后处理重组技术减轻了Dixon 技术对主磁场B0 以及磁化率差异等引起的局部场不均匀的敏感性，改善了脂肪抑制的效果［10］。近年来Dixon 技术才逐渐用于TSE 序列的脂肪抑制，并因其对主磁场B0、射频场B1 不均匀不敏感的优点被广泛使用于脊柱、乳腺以及骨关节的脂肪抑制成像［11-13］。目前尚未见Dixon 水脂分离技术与FLAIR 序列相结合（Dixon-FLAIR）的相关文献报道。

本研究提出将Dixon 技术与FLAIR 序列相结合用于颅脑扫描，并以FS-FLAIR 为参照，评估Dixon-FLAIR 序列在磁化率差异较大区域（上颌窦层面、眼眶层面、额窦层面）及中央沟层面的脂肪抑制效果、可靠性及图像信噪比（signal-tonoise ratio，SNR）。

资料与方法

1.研究人群

本研究收集2022 年2 月～2022 年5 月行颅脑磁共振检查的患者共50 例。排除因运动不配合导致图像伪影的4 例，共有46 例患者数据入组，男18 例，女28 例，年龄29～89 岁，平均（58.8±14.9）岁。本研究经院医学伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

2.仪器和方法

数据采集使用1.5 T 超导型磁共振设备（Siemens Megnetom Essenza 1.5 T）及10 通道相控阵头颈联合线圈，嘱患者仰卧，头先进，并使用软垫对颅脑进行固定以防止出现运动伪影，行颅脑常规序列FS-FLAIR 及Dixon-FLAIR，扫描参数见表1。所有患者还行常规MRI 序列以满足诊断需求，包括轴位T1WI SE 序列：TR/TE 500/8.7 ms，轴位及矢状位T2WI TSE 序列（TR/TE 4500/89 ms）以及轴位DWI序列（TR/TE 3200/106 ms）。

表1 FS-FLAIR 与Dixon-FLAIR 序列的成像参数对比

3.数据处理

将全部患者的FS-FLAIR 以及Dixon-FLAIR序列的图像导入工作站，除去序列参数后由两名放射科诊断医师（医师1 具有10 年MRI 颅脑疾病诊断经验；医生2 具有6 年MRI 颅脑疾病诊断经验）分别对图像整体质量以及不同代表层面（上颌窦层面、眼眶层面、额窦层面以及中央沟层面）的脂肪抑制效果按照5 分法进行评估（表2）［8,14］。两名放射科医师采用双盲法对序列及临床信息不知晓的情况下对图像质量及序列抑脂效果进行评估，同时对两名医师评估情况的一致性进行评价。

表2 FS-FLAIR和Dixon-FLAIR 序列图像质量主观评分标准

另外一名放射科医师（医师3 具有5 年MRI颅脑疾病诊断经验）利用圆形ROI 测量FS-FLAIR序列与Dixon-FLAIR 序列容积图像上中间层面相同部位正常脑白质及背景的信号强度，避开颅骨、脑沟以及血管，一周之内对所有患者测量4 次并取脑白质及背景信号的平均值，利用公式（SNR=SI白质/SD背景）计算图像SNR［15］。

4.数据统计

应用SPSS 22.0 统计分析软件，计量资料均采用平均值与标准差（）表示。采用配对样本Wilcoxon 秩和检验分析比较FS-FLAIR 序列和Dixon-FLAIR 序列的图像整体质量及各代表层面的脂肪抑制效果评分。利用配对样本t 检验分析FS-FLAIR和Dixon-FLAIR 序列的SNR。两名观察者对FS-FLAIR 与Dixon-FLAIR 序列的图像整体质量以及各代表层面的脂肪抑制效果的一致性评估采用Kappa 检验（Kappa 值小于0.4表示一致性较差，0.41～0.6一致性中等，0.61～0.8一致性良好，大于0.8一致性极好）。P＜0.05 为差异有统计学意义。

结果

1.主客观评分结果

Dixon-FLAIR 序列的整体图像脂肪抑制效果评分为4 分，FS-FLAIR 序列为1.5 分，秩和检验差异有显著统计学意义（P＜0.05）。Dixon-FLAIR序列在不同层面的脂肪抑制评分（上颌窦层面3 分、眼眶层面4 分、额窦层面4 分以及中央沟层面4 分）明显优于FS-FLAIR 序列在相关层面的评分（上颌窦层面1 分、眼眶层面2 分、额窦层面1 分以及中央沟层面3 分），差异有统计学意义（P＜0.05）（表3、图1）。

表3 FS-FLAIR 序列与Dixon-FLAIR 序列主观与客观评估分析

在定量图像信噪比配对t 检验的评价中，Dixon-FLAIR 序列的SNR（195.44±37.96）高于FSFLAIR 序列的SNR（165.88±35.31），差异有统计学意义（P＜0.05）。

2.一致性分析

两名诊断医师对FS-FLAIR 及Dixon-FLAIR序列的整体图像及不同层面脂肪抑制效果的主观评估中，整体图像及上颌窦层面、眼眶层面、额窦层面、中央沟层面的评估结果均有极好的一致性，Kappa 系数均大于0.8（表4、图2）。

表4 两位不同资历的医师对整体图像及不同层面脂肪抑制效果评分的一致性Kappa 分析

讨 论

本次研究有两个主要的发现和结论：（1）Dixon-FLAIR 序列在整体图像质量及不同层面脂肪抑制的效果比FS-FLAIR 序列更好；（2）Dixon-FLAIR序列SNR 高于FS-FLAIR 序列。这些发现和结论有助于Dixon-FLAIR 序列应用于既要进行脂肪抑制又要进行自由水抑制的成像部位或临床场景，提高颅骨病变的检出率以及减少受皮下脂肪抑制不均匀而导致的病变漏诊。

图1、图2 FS-FLAIR 序列与Dixon-FLAIR 序列图像质量与脂肪抑制效果对比。1a）FS-FLAIR 序列在上颌窦周边明显的脂肪抑制不均匀；2a）Dixon-FLAIR 序列在上颌窦层面良好的脂肪抑制效果。1b）FS-FLAIR 序列在眼眶周边出现脂肪抑制不均匀；2b）Dixon-FLAIR 序列的脂肪抑制良好，视神经显示良好。1c）FS-FLAIR 序列在额窦周边明显的脂肪抑制不均匀；2c）Dixon-FLAIR 序列的图像脂肪抑制良好。1d）FS-FLAIR 序列在中央沟层面的脂肪抑制良好；2d）Dixon-FLAIR 序列在中央沟层面的脂肪抑制良好

1.Dixon-FLAIR 相比于FS-FLAIR 对脂肪抑制效果的改善

频率选择脂肪抑制技术的脂肪抑制效果对主磁场B0 及射频场B1 不均匀非常敏感［16,17］。导致主磁场不均匀的因素有很多，包括主磁场本身的均匀性、组织结构的几何变形、组织磁化率差异、金属植入物等；影响射频场不均匀的因素主要包括射频场的物理特性、场强升高及脉冲设计等。在进行颅脑成像时，颅底不同组织间具有明显的磁化率差异，导致局部磁场的不均匀，而随着主磁场强度增加，射频场不均匀性也随着增加。主磁场或者射频场的不均匀将导致频率选择脉冲不能有效对脂肪的信号进行饱和，从而影响脂肪抑制的效果［18,19］，相关结果在本研究中获得了证实。Dixon水脂分离技术利用水脂质子进动频率的差别采集多个回波并通过多峰拟合和B0 场矫正后处理重组技术实现水脂信号的分离，对主磁场B0 以及射频场B1 的不均匀性不敏感，能够明显提升整体图像脂肪抑制的效果。在本研究中，无论是磁化率差异较大的颅底各层面还是整体的脂肪抑制效果，该结论与之前的研究结论保持一致［6］。

2.Dixon-FLAIR 对SNR和扫描时间的影响

本次研究表明Dixon-FLAIR 序列脂肪抑制的图像信噪比优于FS-FLAIR 序列，笔者认为相关结论与Dixon 水脂分离技术的原理相关。Dixon 水脂分离技术需要采集至少两个不同的回波信息进行图像后处理重组［20］，重组过程需要将采集的回波信息进行相加或者相减等操作，在一定程度上减小了背景噪声标准差，获得更高的图像信噪比［21,22］。最终表现为Dixon-FLAIR 水脂分离图像的信噪比比传统FS-FLAIR 的信噪比更高。

另外，本研究使用常规Dixon 结合FLAIR 序列进行脂肪抑制，扫描时间是FS-FLAIR 的两倍。常规Dixon 水脂分离技术与自旋回波或者快速自旋回波序列相结合时，在一次射频激发后采集一个同相位的回波，在另一次激发后采集一个反相位回波，然后进行后处理重组获得脂肪抑制的图像。因需要在两次不同的激发中采集获得水脂分离所需信息，导致成像时间大约是传统频率选择脂肪抑制技术FS-FLAIR 的两倍。随着序列设计的发展以及磁共振梯度性能的提升，目前在部分设备上，自旋回波或快速自旋回波序列能够在一次激发后同时采集同反相位的回波信息并用于Dixon水脂分离的重组，即Fast-Dixon 技术。Fast-Dixon水脂分离技术的扫描时间与传统频率选择脂肪抑制相同［23］。利用Fast-Dixon 技术与FLAIR 序列相结合，即可在相同成像时间内获得比FS-FLAIR序列更高图像信噪比和更好的脂肪抑制效果。

本研究采用1.5 T 磁共振设备进行Dixon-FLAIR和FS-FLAIR 对比研究，在脂肪抑制效果和图像信噪比方面，Dixon-FLAIR 都优于FS-FLAIR 序列。根据磁共振成像的物理原理，场强越大，磁化率差异导致局部磁场不均匀的影响越大，即局部磁场均匀性越差，导致FS-FLAIR 脂肪抑制效果越差；而Dixon-FLAIR 序列对局部磁场不均匀不敏感，可获得稳定的脂肪抑制效果。SNR 与成像参数、场强和重组方法相关，在保持其他参数一致的情况下，信噪比与主磁场的场强成正比。所以在3.0 T 及以上磁共振设备中，Dixon-FLAIR 可获得比FS-FLAIR 更稳定和良好的脂肪抑制效果。

3.Dixon-FLAIR 的临床应用

Dixon-FLAIR 序列在自由水抑制的基础上实现更加均匀的脂肪抑制，提升病变的显示能力，同时也能进行一定程度的定量分析。Dixon 水脂分离技术能够在一次扫描中重组获得同相位图像、反相位图像、水图以及脂肪图，能够对组织或病变中的脂肪含量或者水含量进行初步定量分析，为临床提供额外的参考信息［24-26］，如使用该技术进行甲状腺眼病诊断和评估［20,27］。

本研究中Dixon-FLAIR 除了获得更好的皮下脂肪抑制效果外，对于某些组织结构显示也优于FS-FLAIR，例如Dixon-FLAIR 对于上颌窦、视神经等的显示优于FS-FLAIR 序列，有助于减少脂肪抑制不均匀而导致的病变遗漏，改善该区域病变的显示能力。

4.局限性

本次研究纳入的病例数及病例种类较少，结果可能出现偶然性。另外本研究采用传统经典的水脂分离技术Dixon 结合FLAIR 序列进行成像，扫描时间比较长，运动伪影可能影响结果准确性。此外，本研究从技术层面对比研究Dixon-FLAIR与FS-FLAIR 序列的脂肪抑制效果和图像信噪比，暂未对相关序列病变显示能力进行对比。

综上所述，相比传统的FS-FLAIR 序列，Dixon-FLAIR 序列脂肪抑制图像能够获得更高的SNR，同时在整体图像质量以及上颌窦层面、眼眶层面、额窦层面以及中央沟层面脂肪抑制效果均优于传统FS-FLAIR 序列。随着磁共振设备的更新迭代，越来越多设备能够进行TSE 序列的水脂分离成像，Dixon-FLAIR 序列有望取代传统FS-FLAIR 序列用于颅脑成像。