腰椎磁共振T1WI快速自旋回波序列减少血管搏动伪影方法的临床应用对比

陈 薇，张 炜，杨 炼，肖 艳，杨 坤，李 峻，孔祥闯

华中科技大学同济医学院附属协和医院放射科，分子影像湖北省重点实验室，武汉 430022

磁共振伪影是指在磁共振扫描或信息处理过程中，由于某种或几种原因出现了一些人体本身不存在的图像信息，表现为图像变形、重叠、缺失、模糊等，使图像质量下降的影像，也称假影或鬼影[1]。血管搏动伪影是磁共振图像伪影中常见的一种类型[2]，常造成MRI图像质量干扰。尤其在增强后,血液T1缩短，伪影更加明显，甚至可以造成误诊或者漏诊[3]。如何减少伪影成为临床亟待解决的问题，本研究就减少腰椎增强后T1WI快速自旋回波序列出现的血管搏动伪影的方法进行探讨。

1 资料与方法

1.1 研究对象

随机选取2020年5月～8月在我院就诊且行腰椎磁共振平扫加增强检查的患者35例。其中男性17例，女性18例；年龄24～76岁，平均(55.7±13.5)岁。排除标准：体内有金属植入物者；磁共振检查禁忌证者。

1.2 磁共振扫描方法

所有检查在3.0 T磁共振(Siemens MAGNETOM Skyra)中进行，常规行矢状面T2WI快速自旋回波(T2-tse-sag)、T1WI快速自旋回波(T1-tse-sag)和横断面T2WI快速自旋回波(T2-tse-tra)扫描，经肘静脉以1.5 mL/s速度注射0.1 mmol/kg对比剂(钆贝葡胺注射液，博莱科药业)和15 mL生理盐水后，行矢状面T1WI(T1-tse-dixon-sag)扫描，扫描参数见表1。每位患者分别行4组扫描，A组为常规腰椎矢状位扫描，平行于人体正中矢状面，并施加饱和脉冲；B组在A组扫描方法基础上施加饱和脉冲，饱和带紧贴椎体前缘；C组在A组扫描方法基础上施加层面方向的流动补偿；D组在矢状位上倾斜视野，使之平行于腹主动脉长轴走行进行腰椎矢状位扫描，施加饱和脉冲，同时施加层面方向流动补偿，定位方法见图1，每组的扫描时间均为120 s。

表1 扫描序列及成像参数Table 1 Scanning sequences and imaging parameters

1.3 图像处理

将图像传至后处理工作站，在腰椎椎体前缘区域采用手工圈画出ROI并进行测量，所有ROI的大小均为60～70 mm2，分别记录A、B、C、D组扫描的信号强度SI，噪声值N，共测量3次取平均值，按照公式：信噪比(SNR)=SI/N计算信噪比[4-6]。手动测量血管搏动伪影对腰椎图像质量影响最大层面的伪影面积。

1.4 图像质量主观评价

由2名高年资放射科医师对图像进行5级法评分：5分为优秀，无明显伪影、噪声，解剖细节显示清晰；4分为良好，有轻微伪影、噪声，解剖细节显示较好，不影响诊断；3分为中等，有部分伪影、噪声，解剖细节显示尚可，大部分部位可诊断；2分为差，存在严重伪影、噪声，解剖细节显示差，多数部位不可诊断；1分为无法诊断[7-8]。

1.5 统计学方法

采用统计软件SPSS 22.0进行统计学分析，医生双盲评价采用Kappa一致性检验(K=0.94)，采用配对t检验比较4种扫描方法的图像质量、图像信噪比的差异。

A：常规定位方法，定位长轴平行于人体长轴方向；B：倾斜视野法，倾斜角度使定位长轴平行于主动脉长轴图1 图像定位的方法Fig.1 Methods of image positioning

2 结果

2.1 图像质量评估

血管搏动伪影对腰椎图像质量影响最大层面的平均伪影面积，A组为(16.78±7.98)cm2；B组为(9.07±6.36)cm2；C组为(8.91±6.35)cm2；D组为(1.35±3.01 )cm2(表2)；其中D组平均伪影面积较A组减少了92%，较B组减少了86%，较C组减少了85%，组间比较差异有统计学意义(P<0.01)。

图像质量主观评价，A组为(3.80±0.70)分；B组为(4.40±0.49)分；C组为(4.54±0.50)分；D组为(4.97±0.16)分(表2)，D组图像质量明显优于其它组(P<0.01)。见图2、图3。

表2 各组主观图像质量评分及血管搏动伪影面积的比较Table 2 Comparison of subjective image quality score and vascular pulsation artifact area in the four groups

2.2 组间信噪比的比较

分别比较A组与B组、A组与C组、A组与D组、B组与C组、B组与D组、C组与D组间平均信噪比的差异，P值分别为0.250、0.491、0.235、0.468、0.926、0.582，均无统计学意义。

病例1腰椎MR增强后扫描。A：可见明显血管搏动伪影，椎体结构显示欠佳；B：血管搏动伪影消失，饱和带的条形伪影明显，图像质量未见改善；C：血管搏动伪影减轻；D：血管搏动伪影消失，图像质量明显改善图2 不同扫描方法的图像质量比较Fig.2 Image quality of different scanning methods

病例2腰椎MR增强扫描，腰2椎体后缘及附件(白色箭头所示)可见不规则片状混杂信号影，病灶边缘可见环形低信号影，增强扫描强化明显。A：可见明显血管搏动伪影，病灶边缘显示不清，强化部分显示欠佳；B：血管搏动伪影消失，病灶显示清晰，强化明显，但饱和带的条形伪影明显，腰椎2、3、4椎体前缘显示不清；C：血管搏动伪影减轻，病灶显示清晰，强化明显，但腰椎3、4椎体前缘可见血管搏动伪影，椎体显示欠佳；D：血管搏动伪影消失，病灶显示清晰，强化明显，图像质量明显改善图3 不同扫描方法对病灶的显示Fig.3 Manifestations of lumbar lesions under different scanning methods

3 讨论

3.1 血管搏动伪影产生的原因

血管搏动伪影本质上是氢质子的流动所导致。在信号读出过程中，运动质子在相位准备梯度阶段所积累的相位变化在读出梯度期间不能被回归到零点，由此产生的额外的相位信息叠加到下一个相位编码信息里，这种叠加的信息被解读后产生错误的相位信息，从而产生了相位编码方向的流动伪影。搏动伪影的产生主要是由于在采集图像K空间的不同MR信号时，血管的形态、位置发生变化，导致了相位的错误，从而在相位编码方向上出现运动伪影[9]。血管搏动伪影，是运动伪影的一种[10-11]。人体内部存在多种不可控制的运动，如呼吸、心跳、血管博动、脑脊液搏动等等，这些运动会导致部分器官、组织发生周期性运动，空间位移。

血管搏动伪影是磁共振检查中的常见现象，T1加权图像的血管搏动伪影较T2加权图像明显，T1增强图像的血管搏动伪影较T1增强前图像明显[3]。增强扫描时，血液T1缩短，信号较高，血管搏动伪影更加明显。

3.2 降低血管搏动伪影的方法

3.2.1 施加流动补偿 流动补偿技术是通过施加额外的两个大小相同、方向相反的梯度场，促使流动质子在信号读取期间所产生的额外相位信息重新归零，从而达到消除流动伪影目的的过程[12-13]。流动速度和流动方式都是影像伪影大小和方向的主要因素，匀速流动所产生的额外相位信息可以通过低阶流动补偿得到解决；但管径较大的动脉血管血流速度较快且随着心脏活动而发生周期性变化，并伴随有搏动现象，这种流动产生的额外相位信息通过低阶补偿并不能完全克服[13]。流动补偿对于消除层面内流体引起的流动伪影效果较好，而消除垂直于层面的流体造成的流动伪影效果不太理想。本研究中血管搏动伪影主要来自血流速度较快的腹主动脉，施加了层面方向上的流动补偿后，对血管搏动伪影有一定的抑制效果

3.2.2 施加饱和脉冲 空间饱和带是非频率选择性的，它通过使相应的组织提前达到饱和，在成像周期的射频激励过程中无法再次接受射频脉冲的能量而产生横向磁化[13]。饱和带是频率覆盖范围很广的射频脉冲，成像视野内的饱和带就像一块挡板，被饱和带覆盖区域的组织信号在图像中表现为低信号，如果利用饱和带将动脉血管覆盖，被覆盖的动脉血管在图像中表现为低信号，则可减轻该动脉血管导致的搏动伪影。施加饱和带一般采用硬脉冲，其影响范围比定位时肉眼所见饱和带更大，因此使用视野内饱和带应尽量让饱和带和成像组织保持一定的距离，一般在5 mm以上[13]，避免因覆盖病变组织而造成漏诊。

3.2.3 切换相位编码方向 切换相位编码方向即人为地改变频率、相位编码方向，使流动方向与相位编码方向一致。当流动方向与相位编码方向一致时，产生的伪影与相应的血管结构重叠，在图像上血管的伪影不显示。此方法在去除血管搏动伪影中经常使用，把伪影换到其他方向就可以明确伪影并识别，只要不影响感兴趣区的成像即可。本研究采用的相位编码方向是头足方向，改为前后方向则腹部运动伪影又会出现,严重影响图像质量，无法满足诊断要求，所以在腰椎序列并不适用。

3.2.4 倾斜视野 扫描时采取的头足位编码方向，倾斜角度使之平行于腹主动脉走行可以将血管的搏动伪影落在腰椎以外的地方，以减少血管博动伪影对腰椎成像的影响[14]。同时施加流动补偿，能有效地抑制血液流动伪影。

3.3 倾斜视野法减少血管搏动伪影的价值

本研究将倾斜视野法用在腰椎T1WI快速自旋回波序列的磁共振扫描上，发现D组倾斜视野法平均伪影面积较A组扫描方法减少了92%，较B组减少了86%，较C组减少了85%，说明血管搏动伪影在倾斜视野法中得到了较好的控制。在对图像质量的主观评分中发现，倾斜视野法能够更加清晰地显示血管与组织交界面，减轻血管周边组织信号的丢失，降低伪影对图像质量的干扰。4种检查方法扫描时间一样，在不增加扫描时间的基础上，倾斜视野法使图像质量更好。倾斜视野法更有利于腰椎解剖部位的显示，其主观评分更高。同时在对病变作出判断时，倾斜视野法对病变的形态、大小、边界显示更清晰，提高了诊断医师的诊断信心。

本研究采用自身前后对照比较35例患者采用不同方法减轻腰椎磁共振成像血管搏动伪影的效果。结果显示，在使用倾斜视野法后伪影明显减少，图像上椎体及椎间盘信号丢失明显减少，且常规序列的图像血管搏动伪影较倾斜视野法严重，表明通过倾斜视野法可明显降低腰椎增强后的血管搏动伪影，伪影面积减少，图像质量明显提高。综上所述，倾斜视野法能够显著改善图像质量，并减少血管博动伪影，对腰椎增强磁共振的诊断有重要价值。本研究也存在一些不足之处，如为单中心研究，病例较少，有待进一步扩大研究人群；仅就特定型号磁共振仪的检测结果进行研究，需进一步在不同厂家不同型号机器上验证研究。