不同NEX的零回波时间序列在颅底骨质中的应用探索

李文俊 冯菲菲

福建医科大学肿瘤临床医学院 福建省肿瘤医院放射诊断科,福建省福州市 350014

颅底骨质结构复杂,由蝶骨大翼、蝶骨小翼、蝶骨基底部、枕骨基底部、斜坡、颞骨岩部以及贯穿神经血管的通道等组成。引起颅底骨质病变的因素有许多,如骨肿瘤、骨质侵犯、外伤、感染、骨质疏松等,其中尤其需重视的常见因素属于头颈部恶性肿瘤对颅底骨质的破坏,鼻咽癌在中国的南方好发,每年的发病率约0.03%[1]。颅底骨质被视为是预后不良因素,第8版鼻咽癌美国癌症联合委员会(American Joint Committee on Cancer,AJCC)已经将鼻咽癌颅底骨质结构、颈椎、翼突结构或副鼻窦受侵划分为T3期[2]。因此观察颅底骨质是否破坏在肿瘤分期中具有重要意义。常规磁共振在观测软组织病变中具有极大的优势,然而对于人体短T2成分的测量中常造成信号的丢失。零回波时间(Zero echo time,ZTE)技术作为磁共振新兴技术弥补了传统磁共振对短T2成分例如骨皮质、肌腱、韧带、肺、牙齿等显示的不足,近几年来在研究短T2组织器官方面学者们已获得了不少显著的成果,研究表明,零回波时间序列是所有短回波时间成像序列中最前沿的技术,对于捕获骨皮质等短T2组织信号具有较好的能力[3]。已知NEX(Number of Excitation)激励次数与信噪比息息相关,激励次数是指填充K空间时每一条K空间线的填充次数,信噪比正比于激励次数的平方根,所以NEX增加信噪比也会增加,当激励次数增加时可以改善一些运动伪影,但是时间也会增加,然而患者的耐受程度各不相同,当时间增加的长度过长反而会引起患者大幅度的运动,导致运动伪影明显的增多,所以实际检查过程中不可能无限增加NEX以求最高的信噪比。本研究旨在探索ZTE序列中最佳的NEX应对不同耐受程度的患者以获得最佳的诊断效果。

1 对象与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2022年3—5月在福建省肿瘤医院进行磁共振检查的患者20例,其中男15例,女5例,年龄30～70岁,平均年龄45岁。所有的志愿者均行常规磁共振常规序列以及NEX分别为1、2、3、4的ZTE序列。

1.2 检查方法 采用美国GE Discovery MR750W 3.0T超导型磁共振成像仪,使用12通道头颈联合线圈。扫描常规鼻咽平扫序列,横轴位T1WI-FSE,T2WI-FLEX,DWI(b值为0和800s/mm2)冠状位T2WI-STIR及矢状位T1WI。然后行三维质子密度加权成像(There Dimension Density Weighted Imaging,3D-PDWI-ZTE)四次不同的NEX扫描。扫描范围上至颞叶下至斜坡。ZTE序列的主要参数为:TR=334ms,TE=0ms,层厚=1mm,FOV=220mm×220mm,矩阵=220×384,采集时间分别为:NEX=1,TA=54s;NEX=2,TA=100s;NEX=3,TA=150s;NEX=4,TA=196s。平扫结束后行三平面T1WI-FSE增强扫描。

1.3 图像分析 图像处理在GE AW4.7后处理工作站进行,由两名15年以上诊断经验的医师对图像进行分析,意见不一致时两人协商统一。两名医师分别测量斜坡的SNR值,最后取平均值。感兴趣区(Region Of Interest ROI)选取面积为50mm2,画在斜坡中心,选取面积为15mm2画在踝突中心。每次测量保持ROI大小和位置一致,连续测量三次取平均值。信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)计算公式:SNR=S/SD(S为斜坡的信号强度,SD为相应层面四个噪声信号强度的标准差)对比噪声比(Contrast to Noise Ratio,CNR)计算公式:CNR=(S1-S2)/SD(S1为斜坡的信号强度,S2为踝突的信号强度,SD为同层四个噪声信号强度的标准差)计算不同NEX下的信噪比与对比度噪声比。

图像质量评分采用5分法。5分:信噪比高,骨质结构清晰。4分:信噪比较高,骨质结构较清晰。3分:信噪比中等,大部分骨质结构可分辨得出。2分:信噪比较低,只能分辨出主要骨质结构。1分:信噪比低,骨质结构模糊不清。

1.4 统计学方法 对不同激励次数下所得图像的信噪比与对比度噪声比以及图像质量评分分数运用SPSS22.0软件包对所测的数据进行独立样本t检验分析。P<0.05时差异有统计学意义。

2 结果

四组不同激励次数图像进行两两比较,NEX=1、NEX=2、NEX=3的图像在SNR与图像质量评分中差异具有统计学意义(P<0.05),图像质量逐级增高。在CNR中相邻两组对比差异无统计学意义,非相邻组间NEX=1与NEX=3对比方差齐(F=10.99,P>0.05),独立样本t检验,差异有统计学意义(P<0.05)。NEX=3与NEX=4的图像在SNR,CNR与图像质量评分上差异均无统计学意义(P>0.05)。见图1与表1。

表1 NEX为1～4的ZTE序列图像SNR、CNR及评分情况比较

图1 采用不同激励次数NEX的同一个人在同一层面上的ZTE序列图像

3 讨论

磁共振在软组织对比上具有绝对的优势,而且相对于CT没有电离辐射,在扫描过程中可以任意方位成像,功能成像还可以展示出组织的生理生化特征[4]。但是人体内存在着许多短T2成分的组织,例如骨质、肺、韧带、牙齿等,其信号衰减的速度快。在临床上应用的常规序列的回波时间通常在2～200ms,当这些短T2成分的组织成分在被脉冲激发至横向磁化矢量会迅速衰减,即使将常规序列中TE时间设置为最短的2ms,也难以采集到衰减过快的短T2信号,导致该类成分的信号丢失。为了检测出短T2或超短T2的组织信号,将回波时间减短至小于组织T2时间是关键点。经过科学家们的不懈努力,回波时间在2ms 以下的超短回波时间序列UTE开始应用于磁共振检测[5],它在短T2组织中的形态学和定量评估方面受到了很大的关注。虽然超短回波时间序列可以对短T2组织成分进行信号检测成像,但是仅仅通过缩短回波时间还是难以提供高对比度的图像。因为在这些短T2成分的周围一般都有相对较长的T2组织成分,其氢质子成分常常远多于短T2成分,因此即使UTE序列能获取到短T2成分的信息也难以提供高对比度的图像。ZTE MR技术是在UTE序列的基础上进一步改进的一种三维短T2成像技术,具有快速、稳定、低噪声等特点。ZTE序列通过在预先开启的梯度场中发射射频脉冲激励氢质子,射频脉冲结束后立即对激发部位氢质子产生的自由感应衰减信号进行读取,它将常规脉冲序列梯度场的切换步骤省略,通过将线圈发射与接收模式的切换时间和滤波时间缩短的方式,将回波时间无限接近于零。

激励次数NEX又叫作信号平均次数,增加NEX在一定程度上也能够提高信噪比,但是由于信号具有确定的相位编码方向但是噪声却是随机产生的,所以采用信号平均可以使信息叠加于噪声中进而被抵消。增加NEX数量也可以降低运动伪影,但是随着NEX的增长,扫描时间也就会随之增多,持续时间过长会引起患者不耐受而产生额外的运动,所以NEX数量不可过多,此时设置一种最适合的NEX就成了我们在实际操作时所要追求的目标。

颅底骨质受侵害被认为是鼻咽癌的一个预后不良的因素,Li等学者[6]依据颅底骨质受侵频率进行分组,高频(蝶骨基底部、斜坡、岩尖、翼突基底部)、中频(蝶骨大翼、翼突外侧板、枕骨大孔、蝶窦)、低频(筛窦、卵圆孔、颈静脉孔、舌下神经管)这三组中,中、低频组中骨质受侵的患者预后更差,更多分布在T4期 。Feng等学者[7]也提出重度颅底骨质侵犯相对于轻度更容易出现疾病的进展。因此磁共振在鼻咽癌的诊断中与分期中诊断准确度优于CT[8]。由于磁共振采集的是物质中氢质子横向弛豫的信号,而骨皮质中的氢质子较少,所能采集到的信号极弱,故常规磁共振扫描序列同根据物质密度差成像的CT比较明显不足。ZTE序列的出现提高了磁共振在骨皮质检测的敏感度。Breighner等[9]探讨了ZTE序列在骨关节中的应用,结果显示了ZTE序列与CT检测的结果有较高的一致性,提示了ZTE序列可以代替CT在骨质中的运用。

本研究存在如下不足:(1)样本量较小。(2)研究的部位局限于斜坡和踝突骨质,且扫描及测量有一定的偏差。(3)每位患者都具有自身的特殊性与不确定性,无法达到所有研究人员本身条件的完全统一。

综上所述,选取一个合适的NEX的ZTE序列以获取最佳图像,这在临床诊断分期以及预后判断中均具有重要的意义。