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经验交流
多参数集成序列在急性缺血性脑卒中诊断中的应用价值
张莎 钟佳利 黄鑫 彭如臣

Cite this article as: Zhang S, Zhong JL, Huang X, et al. The application value of MTP synthetic sequence in the diagnosis of acute ischemic stroke[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(7): 107-111.本文引用格式:张莎, 钟佳利, 黄鑫, 等. 多参数集成序列在急性缺血性脑卒中诊断中的应用价值[J]. 磁共振成像, 2022, 13(7): 107-111. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.07.019.


[摘要] 目的 探讨多参数(multiple parametric, MTP)集成序列在急性缺血性脑卒中诊断中的应用价值。材料与方法 前瞻性纳入51例急性缺血性脑卒中患者,均行常规序列与MTP集成序列扫描,比较两者在整体图像质量、图像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR),病变检出效能等方面的差异。结果 整体图像质量主观评分方面,在T1WI、磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging, SWI)序列中MTP集成序列对比常规序列差异无统计学意义(Z=-1.89、-0.45,P=0.06、0.66),在T2WI、T2WI-液体衰减反转恢复(T2WI-fluid attenuated inversion recoery, T2WI-FLAIR)序列中常规序列图像质量优于MTP集成序列,差异具有统计学意义(Z=-3.64、-4.16,P均<0.001);在图像脑组织SNR方面,MTP集成序列在T1WI、质子密度加权成像(proton density weighted image, PDWI)、T2WI-FLAIR、SWI的脑组织SNR均优于常规序列,差异具有统计学意义(Z=-4.78,P<0.001);在脑梗死病灶的显示效能与微出血病灶检出率方面,MTP集成序列与常规序列差异无统计学意义(χ2=0.54、0.16,P=0.77、0.92)。结论 应用MTP集成序列可缩短患者检查时间,获得三维常规与定量磁共振图像,对急性缺血性脑卒中的影像诊断具有良好的临床应用价值。
[Abstract] Objective To explore the application value of multiple parametric (MTP) synthetic sequence in acute ischemic stroke.Materials and Methods A prospective study was conducted on 51 patients with acute ischemic stroke. Conventional sequence and MTP synthetic sequence were scanned respectively. The differences in overall image quality, image signal-to-noise ratio (SNR) and lesion detection efficiency were compared.Results In terms of subjective score of overall image quality, compared with conventional sequence, MTP synthetic sequence has no statistical significance in T1WI and susceptibility weighted imaging (SWI) sequence (Z=-1.89, -0.45; P=0.06, 0.66), and has statistical significance in T2WI and T2WI-fluid attenuated inversion recovery (T2WI-FLAIR) sequence (Z=-3.64, -4.16; P<0.001). The image quality of conventional sequence is better than MTP synthetic sequence. In terms of image brain tissue SNR, MTP synthetic sequence was superior to conventional sequence in brain tissue SNR of T1WI, proton density weighted image (PDWI), T2WI-FLAIR and SWI (Z=-4.78; P<0.001). There was no statistical significance between MTP synthetic sequence and conventional sequence in the display efficiency of cerebral infarction lesions and the detection rate of microbleeding lesions (χ2=0.54, 0.16; P=0.77, 0.92).Conclusions The application of MTP synthetic sequence can shorten the examination time of patients and obtain routine and quantitative MRI images. It has good clinical application value for the imaging diagnosis of acute ischemic stroke.
[关键词] 磁共振成像;多参数集成序列;三维成像;急性缺血性脑卒中;脑微出血
[Keywords] magnetic resonance imaging;multiple parametric synthetic sequence;three-dimensional imaging;acute ischemic stroke;brain microbleeding

张莎    钟佳利    黄鑫    彭如臣 *  

首都医科大学附属北京潞河医院放射科,北京 101149

彭如臣,E-mail:13501271260@163.com

作者利益冲突声明:全部作者均声明无利益冲突。


收稿日期:2022-03-01
接受日期:2022-04-12
中图分类号:R445.2  R743.3 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.07.019
本文引用格式:张莎, 钟佳利, 黄鑫, 等. 多参数集成序列在急性缺血性脑卒中诊断中的应用价值[J]. 磁共振成像, 2022, 13(7): 107-111. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.07.019

       脑血管病在我国疾病死亡率排名中位列首位,其中急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke, AIS)是最为常见的脑血管病[1],该疾病因脑部血液循环受阻,局部脑组织出现缺血、缺氧,从而导致脑组织缺血性坏死等症状,严重危害患者的生命安全[2]。MRI检查以其优秀的软组织对比度在AIS的诊断中具有重要的应用价值[3]。在AIS患者的MRI检查中,常规需要扫描T1WI、T2WI、T2WI-液体衰减反转恢复(T2WI-fluid attenuated inversion recoery, T2WI-FLAIR)、扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)序列[4],在怀疑合并脑微出血时还需增加磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging, SWI)序列[5, 6]。常规扫描计划在国内外广泛应用于AIS患者,但仍然存在一定的局限性:首先,常规扫描除SWI序列均采用二维扫描,可能因部分容积效应或病变位于扫描层面间隔之中等原因造成误诊或漏诊;其次,扫描众多不同对比加权的序列需要耗费较长时间,AIS患者通常有头晕,恶心等症状,长时间的扫描对患者的负担较大,可能导致扫描过程中患者无法配合导致图像产生较大的运动伪影,从而对诊断产生干扰[1, 2]。为解决上述问题,国内外的研究主要集中在两个方向:并行采集等加速成像技术和集成磁共振成像技术。并行采集等加速成像技术可降低序列的扫描时间,但是此类方法会导致图像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)下降,进而对诊断产生干扰[7, 8]。近年来,集成磁共振成像(synthetic magnetic resonance imaging, SyMRI)开始逐渐应用于临床,SyMRI技术可以在一次扫描后,通过计算获得不同对比的序列,从而大幅度地节省扫描时间[9, 10, 11]。国内外研究显示集成磁共振技术在脑血管病的诊断中具有较大的应用价值[12, 13],但仍然有序列扫描时间长,且无法获得SWI等三维图像的局限性[14, 15, 16]。最新的多参数(multiple parametric, MTP)集成序列基于梯度回波(gradient echo, GRE),可以获得三维图像,对小病灶的发现具有一定优势,其在扫描后通过计算不仅可以获得T1WI、T2*WI、质子密度加权成像(proton density weighted imaging, PDWI)、T2-FLAIR等常规对比图像,更可以获得SWI、定量磁敏感图(quantitative susceptibility mapping, QSM)、横向磁化率定量成像(R2* mapping)对比图像,对于AIS尤其是AIS合并脑微出血的诊断具有较高的临床应用价值。本研究将比较MTP集成序列与常规序列在AIS患者的整体图像质量、图像SNR、病变检出率等方面的差异。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究为前瞻性研究,已通过本院医学伦理委员会批准(批准文号:2020-KY-091),全体受试者均签署了知情同意书。选取2020年9月至2021年10月就诊于我院神经内科,因怀疑AIS行磁共振检查的患者。纳入标准:经临床诊断怀疑AIS的患者;排除标准:(1)因躁动等原因不能顺利完成检查的患者;(2)DWI序列无明显高信号的患者。筛选出的62例患者,6例因DWI序列无明显高信号被排除,5例因无法顺利完成扫描被排除,最终51例患者纳入本研究,其中男35例,女16例,年龄(64.31±12.25)岁。

1.2 仪器设备

       中国联影公司uMR 780 3.0 T超导型磁共振仪,24通道相控阵头颈联合线圈。

1.3 检查方法及扫描参数

       51例入组患者均在一次扫描过程中接受常规序列与MTP集成序列,顺序为先扫描常规序列,后扫描MTP集成序列。常规序列包括T1WI、T2WI、T2WI-FLAIR、DWI、SWI,MTP集成序列在一次扫描后,通过计算重建出常规T1WI、T2*WI、PDWI、T2WI-FLAIR、SWI,以及QSM、T2* map、R2* map、T1 map、质子密度定量图(proton density map, PD map)等定量图像,具体参数见表1

表1  常规和MTP集成序列扫描参数

1.4 图像处理及分析

       隐藏患者信息,将51例患者的常规序列T2WI、T1WI、T2-FLAIR、SWI图像与MTP集成序列自动计算生成的MTP-PDWI、MTP-T1WI、MTP-T2WI-FLAIR、MTP-SWI图像传入联影后处理工作站(uWS-780),由2名10年以上工作经验的诊断医师对图像的整体图像质量、脑组织SNR,以及急性脑梗死病灶与微出血病灶的检出率进行评价。

1.4.1 整体图像质量主观评价

       设置5分制评价表:1分,图像伪影严重,颅脑解剖结构显示不清,无法满足诊断要求;2分,图像伪影较大,颅脑解剖结构显示较差,基本无法满足诊断要求;3分,图像存在部分伪影,颅脑解剖结构显示尚可,基本满足诊断要求;4分,图像存在轻微伪影,颅脑解剖结构显示较好,可以满足诊断要求;5分,图像无伪影,颅脑解剖结构显示清晰,完全满足诊断要求。2名诊断医师以盲法对常规序列与MTP集成序列的图像以上述5分制评分表进行打分,意见不同时,讨论并达成统一意见。

1.4.2 图像脑组织SNR测量

       2名诊断医师对常规序列与MTP集成序列的脑组织SNR进行测量,SNR=信号强度(signal intensity, SI)脑组织/标准差(standard deviation, SD)噪声,SI脑组织测量于大脑胼胝体膝部,感兴趣区(region of interest, ROI)设定为圆形,面积约5 mm2,SD噪声测量于图像相位编码方向上的空白区域,ROI设定为圆形,面积约5 mm2,取2名医师测量值的平均值为最终结果。

1.4.3 急性脑梗死病灶与微出血病灶的检出率

       2名医师以盲法对常规序列与MTP集成序列显示AIS患者的脑梗死病灶及微出血病灶的效能进行评价。在脑梗死病灶显示方面,首先应用DWI序列筛查出51例患者共67个脑梗死病灶,然后2名医师在T2WI-FLAIR以及MTP-T2WI-FLAIR上对DWI序列显示的急性脑梗死病灶能否清晰显示进行评价,分为清晰显示、隐约可见、以及无法显示3个等级。在微出血病灶显示方面,应用SWI以及MTP-SWI序列评价微出血病灶的数量,分为无微出血灶、单个微出血灶、以及多个微出血灶(2个及以上),意见不同时,讨论并达成统一意见。

1.5 统计学分析

       采用SPSS 21.0软件进行统计学分析,以组内相关系数(interclass correlation coefficient, ICC)检验2名医师脑组织SNR测量结果的一致性,ICC≤0.40认为一致性差,0.40<ICC≤0.75认为一致性一般,0.75<ICC≤1.00认为一致性好。应用Wilcoxon配对秩和检验对常规与MTP集成序列的整体图像质量评分、脑组织SNR结果进行比较,各数据均采用(x¯±s)表示,应用χ2检验对急性脑梗死病灶以及微出血病灶的检出率进行比较,P<0.05认为差异具有统计学意义。

2 结果

       在急性脑梗死病灶的显示方面,MTP集成序列对比常规序列具有相似的显示能力(图1),在脑微出血灶的显示方面,T2WI、T1WI、T2-FLAIR序列的显示能力有限,需要借助SWI、QSM等序列进行诊断(图2)。在整体图像质量主观评分方面,MTP集成序列对比常规序列,在T1WI、SWI序列中差异无统计学意义(P>0.05),在T2WI、T2WI-FLAIR序列中常规序列的图像质量优于MTP集成序列,差异具有统计学意义(P<0.05)(表2);在图像的脑组织SNR方面,2名医师对常规序列的SNR测量的结果一致性好(T2WI、T1WI、T2-FLAIR、SWI的ICC值分别为0.88、0.91、0.84、0.87),2名医师对MTP集成序列的SNR测量的结果一致性好(MTP-PDWI、MTP-T1WI、MTP-T2WI-FLAIR、MTP-SWI的ICC值分别为0.85、0.84、0.93、0.90),MTP集成序列在T1WI、PDWI、T2WI-FALIR、SWI的脑组织SNR均优于常规序列,差异均具有统计学意义(P<0.05)(表3);在脑梗死病灶的显示效能与微出血病灶检出率方面,MTP集成序列与常规序列差异无统计学意义(P>0.05)(表45)。

图1~2  同一患者,男,65岁,急性脑梗死伴微出血。图1 基底节层面图像。图1A~1D分别为常规序列DWI、T1WI、T2WI、T2WI-FALIR图像,图1E~1H为MTP集成序列经过后期重建的MTP-SWI、MTP- T1WI、MTP-T2WI、MTP-T2WI-FLAIR。两者对于右侧侧脑室旁的急性与陈旧性脑梗死病灶的显示效果相近。图2 脑桥层面图像。图2A~2D分别为常规序列SWI、T1WI、T2WI、T2WI-FALIR图像,右侧颞叶所示微出血病灶在SWI序列上可见,在T1WI、T2WI、T2WI-FALIR序列上不可见。图2E~2H分别为MTP集成序列经过后期重建的MTP-SWI、MTP-T2* map、MTP-R2* map、MTP-QSM图像,微出血病灶在四组图像上均可见,MTP-QSM序列显示效果最佳。注:DWI:扩散加权成像;FALIR:液体衰减反转恢复;MTP:多参数;SWI:磁敏感加权成像;R2* map:横向磁化率定量图;QSM:定量磁敏感图。
表2  常规序列与MTP集成序列的整体图像质量主观评分结果(x¯±s
表3  常规序列与MTP集成序列的图像信噪比结果比较(x¯±s
表4  常规序列与MTP集成序列在显示急性脑梗死病灶清晰度的差异(例)
表5  常规序列与MTP集成序列在诊断单发、多发微出血灶的差异(例)

3 讨论

       本研究探讨MTP集成序列在AIS诊断中的应用价值。在前瞻性纳入的51例AIS患者中,对比MTP集成序列与常规序列在整体图像质量主观评分、SNR、急性脑梗死与脑微出血病灶检出率的差异。结果显示MTP集成序列可以获得满足临床诊断要求的图像,在急性脑梗死与脑微出血的病灶检出率方面与常规序列差异无统计学意义。MTP集成序列的创新性在于采用GRE三维成像,在AIS患者中对于小梗死病灶具有更好的显示效果,不易漏诊;通过计算获得的SWI与QSM序列对颅内出血性疾病同样具有良好的临床应用价值。

3.1 MTP集成序列的原理与应用优势

       以往集成序列多采用自旋回波(fast spin echo, FSE)成像[17, 18],通过在不同TR内施加多个饱和脉冲,同时进行双回波采集,获得T1与T2定量图像,通过计算获得射频场,即B1值,进而通过计算获得多个对比的图像。MTP集成序列基于GRE成像[19],其具有2个TR,2个翻转角,5个不同的TE,来获得定量T1 map与T2* map,再通过计算获得B1 map与PD map,进而重建出不同对比的图像。MTP集成序列具有3个优势:(1)基于三维成像,层厚仅为1.5 mm,且没有层间隔,更容易发现小病灶,减少漏诊的发生;(2)可以获得SWI对比的图像,对于颅内微出血的诊断具有极大应用价值,在本研究中,我们发现SWI序列对于微出血的显示是有必要的,常规序列如T1WI,T2WI-FLAIR对微出血的显示能力不佳,但在常规序列的基础上增加SWI序列需要花费额外的2~3 min,对于AIS患者,扫描时间的延长可能导致患者配合程度下降,导致图像出现较为严重的运动伪影;(3)GRE成像可以加快扫描速度,以往集成序列的扫描时间通常在5 min左右,本研究中MTP集成序列采用了压缩感知与并行采集技术加速,仅需3 min 19 s即可完成全脑的扫描,节省了35%的扫描时间,如果相较于常规序列的则节省了60%的扫描时间。本研究中一共纳入了62例患者,但是其中5例因不能完成扫描被排除,所以降低扫描时间对于AIS患者顺利完成MRI检查具有较高的临床意义。

3.2 MRI定量成像的应用优势

       MTP集成序列除常规序列外,通过计算可以重建出QSM、T2* map、R2* map、T1 map、PD map等定量MRI图像,在特定情况下可以发挥更大的优势。研究表明SWI与QSM序列对于脑微出血的显示与诊断具有较大的应用价值[20],在临床中,MTP集成序列结合DWI序列可以在一定程度上替代CT检查成为急性卒中患者的首选检查,仅需大约4 min的扫描即可提供诊断脑缺血与脑出血的影像信息,具有较高的临床应用价值,但对于躁动、颅内有金属植入物以及幽闭恐惧症等患者并不适用;相比之下,CT检查因其相对低廉的价格,极快速的扫描与成像速度在急性卒中患者中仍然是更为广泛便捷的检查方案。T1 map、PD map等定量图像,在新生儿颅脑MRI检查中具有一定的优势[21],在赵彩雯等[22]的研究中,应用集成序列中的T1 map、T2 map对早产儿脑的成熟状况进行定量评估,结果显示T1 map、T2 map的定量值可衡量区域大脑发育的时-空轨迹,显示早产儿与足月儿早期脑发育的细微差异,对评估早产儿的大脑成熟度具有重要价值;在Schmidbauer等[23]的研究中发现集成序列对于检测早产儿髓鞘形成延迟优于常规序列。T2 map对于脑卒中后大脑水肿具有定量测量的作用[24],在Seiler等[25]的研究中发现,T2 map值会随着卒中时间的不同,脑组织缺血后水肿的进展情况而产生变化,应用T2 map图像可以在一定程度上分析患者的脑卒中时间。

3.3 MTP集成序列与常规序列图像质量对比

       本研究中在整体图像质量主观评分方面,在PDWI、T2WI-FLAIR序列中,MTP集成序列的图像质量评分低于常规序列,可能是由于MTP集成序列所有图像均通过计算获得,因此在图像边缘可能出现因计算而产生的伪影,从而导致图像质量主观评分的下降,尽管如此,MTP集成序列仍然具有足够的图像质量,所有序列的整体图像质量评分均在4分以上,可以满足诊断需要。在Tanenbaum等[17]的研究中,也发现了集成序列T2WI-FLAIR的图像质量评分不如常规序列,但并没有对诊断产生影响,这与我们的研究相符。在颅脑SNR方面,MTP集成序列在T1WI、PDWI、T2WI-FALIR、SWI的脑组织SNR均优于常规序列,可能是由于MTP集成序列的图像是所有回波信号的综合,包括长、短TE,所以具有更高的SNR,具有较高的应用价值。

3.4 MTP集成序列与常规序列对脑梗死与出血病灶的检出率

       本研究结果显示,在急性脑梗死病灶与微出血病灶的检出率方面,MTP集成序列与常规序列具有相同的诊断效能,但值得注意的是MTP集成序列是三维序列,理论上在小病灶的显示上会更具优势,而临床上常规颅脑MRI扫描一般不包含SWI等三维序列,导致小的脑梗死或脑出血病灶可能会被漏诊,MTP集成序列可解决此类问题。常规序列的优势在T2WI、T2WI-FLAIR图像的主观评分更高,尤其是T2WI-FLAIR对于颅内病灶的显示与诊断具有重要价值,常规序列显示颅内脑梗死病灶轮廓更清晰,且不易产生伪影。

3.5 本研究的局限性

       本研究具有一定的局限性:(1)MTP集成序列无法通过计算获得DWI图像,依靠T2WI-FLAIR序列无法区分急性和慢性缺血性病变,因此,在临床上应该附加DWI序列配合MTP集成序列使用;(2)MTP集成序列基于GRE技术,无法剔除主磁场的不均匀性,所以无法获得T2WI图像,但是可以用PDWI与T2*WI图像做一定替代,对于脑梗死病灶的显示具有相近图像对比;(3)MTP集成序列需要患者扫描期间保持头部静止,否则计算出的所有对比序列均会产生伪影,所以并不适用于躁动的患者。

       综上所述,MTP集成序列在扫描后通过计算可以获得三维T1WI、PDWI、T2WI-FLAIR、SWI图像,以及QSM、T2* map、R2* map、T1 map、PD map等定量图像,对于缩短AIS患者的检查时间,提供更多病灶诊断信息,如脑梗死灶、微出血灶等具有较好的临床应用价值。

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