快速波谱成像用于急性缺血性脑卒中

吴 伟，陈 婷，吴小佳，罗银灯

(重庆医科大学附属第二医院放射科，重庆 400010)

近年急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke， AIS)发病率呈明显上升趋势，严重威胁中老年人的生命与健康[1]。早期诊断、治疗是降低AIS致残率、致死率及改善预后的关键。AIS发生过程中，缺血脑组织常早于结构改变而发生代谢异常。磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy， MRS)通过化学位移及自旋耦合现象测定分子组成及空间分布，可无创观察活体组织代谢及生物变化[2]，是检测脑卒中所致神经代谢改变的潜在有力工具。既往研究[3]发现N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl aspartate， NAA)轻度降低合并乳酸(lactate， Lac)增加可能与缺血半暗带显著相关。目前临床常规应用的多体素化学位移成像(chemical shift imaging， CSI)信号采集时间较长，常因部分患者无法持续制动而导致检查失败。快速波谱成像(turbo spectroscopic imaging， TSI)应用单次激发后多次相位编码填充数据空间，可明显减少信号采集时间[4]，更适用于AIS患者。本研究对比TSI与CSI信号采集时间和代谢物分布，分析代谢物分布与DWI高信号区域的匹配程度，评价TSI用于AIS的临床价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2020年5月—11月40例于重庆医科大学附属第二医院就诊的发病24 h内AIS患者，男22例、女18例，年龄58～75岁，平均(67.0±8.4)岁。排除标准：①脑肿瘤相关病史；②存在MR检查禁忌证。本研究获得院伦理委员会批准[编号：2019科伦审第(62)号]，检查前患者或家属签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips Achieva TX 3.0T MR扫描仪，8通道头颈联合相控阵线圈，行头部轴位弥散加权成像(diffusion weighted imaging， DWI)，扫描参数：TR 3 200 ms，TE 87 ms，b=1 000 s/mm2。以DWI显示病灶最大层面作为解剖定位层面，使扫描基线与前后联合连线平行，采用自旋回波(spin echo， SE)序列采集TSI，TR 2 000 ms，TE、回波间隔均为144 ms，FOV 220 mm×190 mm，感兴趣容积(volume of interest， VOI)100 mm×80 mm×10 mm，带宽2 000 Hz，加速因子4，采集时间2 min 2 s，以笔形波束射频匀场、环形饱和带抑制VOI外干扰信号，以激励法抑制水信号；采用点解析波谱(point resolved spectroscopy， PRESS)序列采集CSI，TR 2 000 ms，TE 144 ms，带宽2 000 Hz，采集时间5 min 52 s，余参数同上。

1.3 图像处理 将原始数据传输至Philips EWS工作站，分别采用模数频谱拟合脚本和实数频谱拟合脚本获得TSI及CSI数据的NAA、肌酸复合物(creatine complex， Cr)、胆碱复合物(choline-containing compounds， Cho)、Lac峰下面积及Lac/Cr比值。分割TSI拟合参数，获得NAA和Lac伪彩图，以黄色为高亮区，红色为暗区；将伪彩图与DWI融合，以DWI高信号中心为梗死核心区体素，跨高信号和正常信号为梗死边缘区体素，远离高信号区为正常脑组织体素；观察代谢物分布与DWI高信号区的匹配程度。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件，以±s表示计量资料，采用配对t检验比较TSI与CSI代谢物分布的差异。P<0.05为差异有统计意义。

2 结果

相比周边正常脑组织，梗死边缘区NAA稍降低，梗死核心区NAA降低程度较梗死边缘区更为明显；Lac改变则呈相反趋势，于梗死核心区及梗死边缘升高，于周边正常脑组织可检出少量Lac分布，见图1。经拟合后，TSI与CSI所示代谢物分布差异无明显统计学意义(P均>0.05)，见表1。TSI与CSI分别显示33例及32例NAA伪彩图暗区分布小于DWI高信号区，而Lac伪彩图高亮区大于DWI高信号区，见图2。

图1 患者男，65岁，AIS A、B.TSI观察患者头部梗死核心区体素(A)和代谢物谱线(B)，NAA、Cho、Cr及Lac曲线下面积依次为0.269、0.134、0.121及0.116； C、D.梗死边缘体素(C)及相应代谢物谱线(D)，NAA、Cho、Cr及Lac曲线下面积依次为0.318、0.131、0.112及0.107； E、F.正常脑组织体素(E)及相应代谢物谱线(F)，NAA、Cho、Cr及Lac曲线下面积依次为0.328、0.130、0.128及0.021

图2 患者女，76岁，AIS A.TSI显示头部体素分布； B.NAA伪彩图见NAA红色暗区(蓝箭)分布与DWI高信号(绿箭)明显不匹配； C.Lac伪彩图见Lac黄色高亮区(蓝箭)与DWI高信号(绿箭)明显不匹配； D～F.半个月后复查，DWI(D)及ADC图(E)见原病灶(箭)较治疗前略小，Lac伪彩图(F)中Lac高亮区(箭)较前明显减小

表1 不同成像方式拟合后AIS患者脑组织代谢物谱线曲线下面积比较(n=40)

3 讨论

脑卒中是世界范围内死亡率和发病率最高的疾病之一，我国每年超过100万人死于脑卒中相关疾病。早期诊断脑卒中、评估其严重程度并确定缺血半暗带，对拟定临床治疗方案具有重要价值[5-6]。既往研究[7-8]将DWI高信号区与灌注加权成像(perfusion weighted imaging， PWI)低灌注区之间的不匹配区域认定为可挽救的半暗带，但PWI灌注不足区域常包含低血容量组织，经及时治疗DWI高信号区可部分消退，导致难以确定不匹配区域。MRS可无创检测脑细胞代谢信息、反映脑组织活力，尤其代表神经元存活关键的NAA和作为供氧不足标志的Lac是反映缺血性脑卒中代谢改变的重要标记物[9]。

在缺血早期，脑细胞代谢异常早于细胞内水分子运动受限而发生，故MRS甚至可以先于DWI发现急性缺血脑卒中[10]。不同于常规MRI，MRS主要利用化学位移与耦合效应分辨不同代谢物，根据代谢物之间共振频率的差异，成像过程中不进行频率编码；行多体素采集时，为获得代谢物的空间位置信息，需行两次相位编码，导致采集时间较长。另外，MRS需要极高的磁场均匀度，采集信号前需要先行较长时间的匀场和相位准备等，使检查时间近10 min，限制了该技术的普遍应用[11]。

TSI原理与快速自旋回波序列类似，即于单次射频激发后进行数次相位编码，以快速填充K空间，成倍缩短信号采集时间[12-13]。本研究行加速因子为4的TSI，在保持相同几何参数的同时，采集时间仅为2 min 2 s，相对CSI，可节约采集时间一半以上。本研究对比CSI和TSI数据拟合后代谢物分布和相对浓度，发现二者略有差异，但无统计学意义，提示TSI或可替代CSI，用于获取NAA、Cho、Cr和Lac等分布，判断缺血缺氧程度。本研究中2种成像方式TE均为144 ms，CSI利用半回波采集，可反映代谢物相位信息，即Lac的波峰与NAA等相反，位于谱线基线下方，可直观地与自由脂质相区别；而TSI利用SE模式激发全回波采集，应用模数脚本拟合数据，仅有代谢物浓度信息而无相位信息，故TSI拟合后Lac波峰位于谱线上方，与NAA、Cho等保持一致。

本研究融合观察拟合后的伪彩图与DWI图像，TSI共显示33例NAA明显下降的暗区范围小于DWI显示高信号区，而Lac明显升高的高亮区大于DWI高信号区，代谢物分布改变与DWI高信号存在错配，与何超等[14]的研究结论基本相符。本研究并未于所有病例中均观察到上述信号错配现象，故难以确定这种代谢物分布伪彩图像与DWI的高信号错配即代表可以挽救的半暗带；另一方面，由于梗死面积较小，无法细分梗死核心区和边缘。本研究中CSI检出32例代谢物分布改变与DWI高信号存在错配，差别可能来自伪彩图直观显示相对浓度，而PRESS序列半回波采集的固有信噪比略低于SE序列的对称回波采集[15]。

本研究的不足：①考虑到类似快速自旋回波序列原理，回波链越长，信号衰减越严重、信噪比越低，拟合的谱线更易出现失真误判，故TSI选用4作为加速因子，可否选择更大者有待进一步研究；②尚无法完全肯定NAA、Lac伪彩图与DWI图像高信号区存在错配区域即为缺血半暗带。

综上所述，相比常规多体素波谱成像，TSI可在较短时间内完成采集并获得满足诊断要求的代谢物分布数据；AIS患者可能存在代谢物伪彩图与DWI高信号区错配现象。