WARP序列在腰椎金属植入物术后去金属伪影的应用*

魏娟，李培岭，张会婷，赵振江，郭智萍

［ 1.河南省洛阳正骨医院（河南省骨科医院）放射科，河南 郑州 450000；2.西门子医疗系统有限公司磁共振事业部，湖北 武汉 430000；3.河南省慢病健康管理重点实验室，河南 郑州 450000 ］

磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）检查具有良好的软组织分辨率，可以清晰显示腰椎解剖结构及术后情况，有助于医师评估术后恢复情况。MRI 检查中，金属伪影产生的原因主要是因为金属植入物与周围软组织磁化率不同，导致金属植入物周围局部B0场不均匀［1-3］。由于金属植入物附近的磁场信号强度发生改变，导致原子核进动频率改变，使得体素内去相位的加速、空间位置错误、选择性饱和脉冲的失效，造成信号丢失或堆积、图像几何变形，干扰医师对金属植入物周围解剖结构及病变的评估［4-5］。低场强可减少金属伪影的发生，同时，一些去金属伪影序列方法，如视角倾斜技术（view angle tilting,VAT）、层面编码金属伪影矫正技术（slice encoding for metal artifact correction,SEMAC）［6-7］被应用于减低金属伪影。此外，对MRI 脉冲序列参数进行修改，如使用快速、高能、高带宽的射频脉冲，同时具有相应的宽接收带宽，也可显著降低金属相关的磁化率伪影。西门子公司MRI 机器的去金属伪影序列序列（WARP 序列），同时采用VAT、SEMAC以及高带宽技术，能有效减少或者去除金属植入物伪影，提高金属植入物周围局部组织解剖及病变的显示能力，在金属植入物术后患者中得到一定的应用［8-9］。本研究的目的是探讨在1.5T MRI 扫描仪上腰椎金属植入物患者常规TSE 序列与WARP 序列在图像质量评估、金属植入物伪影面积的差异，评估WARP 序列在腰椎金属植入物术后患者的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究为回顾性研究，收集2020 年1 月至2022 年1 月在河南省洛阳正骨医院行1.5T MRI 检查的腰椎金属植入物术后的患者图像。本研究的纳入标准如下：①在腰椎和骶椎之间行椎弓根螺钉固定的成年患者；②同时行MRI 常规快速自旋回波（turbo spin echo,TSE）序列及WARP 序列检查；③所用金属植入物均为钛合金材料。排除标准：①植入物为非钛合金材料或材质不明确；②因移动伪影无法观察的患者图像；③扫描序列不全或不符合本次研究要求的患者图像。所有患者在进行检查前均签署MRI 检查知情同意书。

1.2 MRI 数据采集

采用德国Siemens Magnetom Aera 1.5T 超导MRI 扫描仪，使用18 通道脊柱相控阵线圈，所有患者均行常规TSE 序列［包括矢状位T1加权像（T1WI）、T2加权象（T2WI）、短时翻转恢复序列（short tau inversion recovery sequence,STIR）和横轴位T2WI］及WARP 技术成像序列（包括矢状位T1WI、T2WI、STIR 和横轴位T2WI）；序列扫描参数，如重复时间（repetitiontime,TR）、回波时间（echo time,TE）、视野（field of view,FOV）、层厚、带宽，具体参数见表1。

表1 39 例腰椎金属植入物患者TSE 序列和WARP 序列扫描参数

1.3 图像分析

由2 位9 年以上工作经验放射科医师在图像存贮及传输系统（PACS）工作站进行图像测量、分析及评估，主要包括评价各序列图像质量、植入物伪影面积的测量。

1.3.1 定性评价 两位医师对图像进行双盲独立观察，评分标准如下：1 分，图像质量差，有严重伪影，不能用于诊断；2 分，图像质量较差，有伪影，对诊断有一定影响；3 分，图像质量较好，有伪影但不影响诊断；4 分，图像质量很好，几乎无可视伪影；5 分，图像质量优良，无伪影。

1.3.2 定量评价 伪影面积测量：2 位医师先选取5 位患者进行序列金属伪影面积测量的训练，当一致性较高时，再对其余患者分别进行金属伪影面积测量。选取同一患者常规TSE 序列和WARP 序列矢状位图像中相匹配的旁正中（金属螺钉椎间孔层面）图像，手动勾画感兴趣区，测量金属伪影的面积，包括信号缺失所形成的暗区、信号堆积所形成的亮区及金属植入物周围的几何失真区域［10］；两位观察者之间进行可靠性评估后，金属伪影面积取两位医师测量平均值。

1.4 统计学方法

使用SPSS 25.0 软件（IBM）进行统计分析，计量资料结果以均数±标准差（）表示。观察者间的可靠性评估使用Kappa 一致性分析，κ值＞0.75 为一致性好，κ值在0.4～0.75 之间为一致性较好，κ值＜0.4 为一致性差；采用Wilcoxon 秩和检验评估观察者对图像质量评价的差异；两种序列间金属伪影面积的比较采用配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

39 例腰椎植入物患者中，其中男23 例，女16 例，年龄22～79 岁，平均（55.82±12.95）岁。术后检查时间为3 天至5 年5 个月，平均约7.7 个月，其中16 例患者术后检查时间小于10 天。腰椎金属植入物分布范围为，2 节段20 例，3 节段11 例，4 节段8 例。

2.1 腰椎金属植入物患者图像质量的评价

两名医师在常规TSE 序列和WARP 序列观察者对图像评分一致性的Kappa 值范围为0.677～0.831，两观察者评分一致性较好。WARP 序列的图像评分高于常规TSE 序列，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表2。WARP 序列较常规TSE 序列图像质量好，更能清晰显示金属植入物周围解剖结构，典型图像如图1A、1E 所示。在矢状位图像上，两位观察者对于WARP 序列和常规TSE 序列对金属植入物周围解剖结构评分中，T1WI＞T2WI＞STIR，差异有统计学意义（P＜0.05）。

表2 39 例患者腰椎金属植入物图像质量评分比较（）

表2 39 例患者腰椎金属植入物图像质量评分比较（）

注：TSE 表示常规TSE 序列，WARP 表示WARP 序列，T2WI-Sag 表示T2WI 矢状位，T2WI-Tra 表示T2WI 横断位；†Wilcoxon 秩和检验中基于负秩。

2.2 WARP 序列和常规TSE 序列上金属伪影面积的比较

WARP 各序列矢状位图像上金属伪影面积的平均值显著小于常规TSE 序列，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。WARP 序列较常规TSE 序列同成像方法金属伪影面积明显减小（图1B～1D、图1F～1H）。

表3 39 例患者WARP 序列和常规TSE 序列矢状位金属伪影面积测量结果及比较

3 讨论

WARP 序列可以明显减少金属伪影产生。本次研究中，腰椎金属植入物患者MRI 检查，WARP 序列和常规TSE 相同序列的评分中，WARP 序列较同序列的常规TSE 序列评分增加，说明在去伪影方面，WARP 序列有更好的效果。WARP 序列较常规TSE 序列金属伪影的面积减少约28%～34%，金属植入物周围的解剖细节可显示清晰。与既往研究［3，11］WARP 序列可有效降低金属植入物伪影一致，但本研究用测量金属伪影面积的方法，使得金属伪影减少的数据更为直观化。

有研究者发现，金属植入物患者MRI 检查，对脂肪抑制T2WI 图像进行SEMAC 校正后，金属伪影显著减少，然而，信号堆积不能被完全纠正［11-12］。在各种脂肪抑制方法中，由于脂肪组织具有短T1的特点，基于T1的抑制技术，如短反转时间反转恢复STIR 序列对非均匀静磁场不敏感，有利于克服金属伪影，实现更好的脂肪抑制效果［6,13］。WARP-STIR 序列较常规TSE-STIR 序列金属伪影较明显降低，为评估假体周围的骨髓和其他软组织病变提供了高质量的对比，有益于医师对金属植入物周围的一些解剖及病变的观察。但是，去金属伪影序列金属伪影的减少往往以图像信噪比降低、空间分辨率及对比度较常规序列低为代价［3］。本研究中，STIR 序列的评分，图像质量均较同序列T1WI 和T2WI 降低，既往研究［9,14-15］发现，STIR 序列图像质量的降低，会增加骨髓水肿的漏诊概率。

本研究中，两观察者对于WARP 序列和常规TSE 序列的T1WI 评分均优于同序列的T2WI 和STIR 序列，T1WI 金属伪影面积较同序列T2WI 及STIR 小，图像质量评分也高。T1WI 成像基于短TR、短TE 成像，有研究［10,16］表明，短TE 成像可以明显减少金属伪影产生，钛合金材料无论在常规TSE 序列还是SEMAC 序列上，T1WI 金属伪影面积较同序列T2WI 或STIR 序列小［17］，本次腰椎金属植入物患者MRI 检查也证明此结论，同时，WARP-T1WI 序列可以清晰显示金属假体，即使是视野边缘，也可以较常规T1WI 显示更多细节。本研究中WARP-T1WI 扫描时间较TSE-T1WI 时间长约1 min，增强扫描患者有可能会错过血管肿瘤峰值时间［14］。因此，评估腰椎金属植入物术后患者情况时，应结合患者具体情况选择是否全部行WARP 序列扫描。

本研究尚存在一些局限性：首先，WARP 序列和常规TSE 序列图像存在差异，在定性和定量评价上不可避免的存在偏差；其次，由于本研究样本量较小，为了得到更为可靠的统计结果，有待后续扩大样本量继续研究；再次，本研究未纳入腰椎金属植入物术后增强患者WARP 序列和常规TSE 序列图像，无法为腰椎金属植入物术后MRI 增强扫描患者提供两序列增强图像对比。

综上所述，WARP 序列较常规TSE 序列可有效降低腰椎金属植入物伪影，更清晰显示金属植入物周围解剖细节，提高医师对腰椎金属植入物术后患者诊断的信心，有助于腰椎术后患者的随访。