MRS扫描中的成像要点及经验分享

18 8月

MRS是目前唯一能够无创检测活体组织内化学物质的功能成像技术,尽管目前MRI的软硬件发展和技术手段均已非常的先进与成熟,但MRS在人体代谢物检测中的应用还是受到诸多的限制与不足。要想获得优异的谱线质量需要关注诸多方面的问题,如MRI场强、所选用的序列参数、被检者的配合度以及操作相关的技巧等等。本期主要分享在MRS成像中的常见问题及个人的一些经验总结,仅供参考。

MRS的应用要比目前临床使用的MRI断层成像早得多,只是最早的MRS主要用于工业化学上物质的检测,随着软硬件发展及技术手段的革新,MRS才被逐步地应用于医学人体代谢物的分析,MRS能识别在常规MRI扫描中未能发现的异常信号。

 

MRS获得的结果显示并不是我们临床中常见的断层解剖图像,而是以谱线的形式展示的代谢物成分信息,对其谱线的解读较断层解剖图像更为复杂。

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  • MRI设备获得的幅度/时间信息,通过傅里叶变换后获得幅度/频率信息,在频域上即可对其代谢物区分开来(上图△,示意图)。
  • MRS成像可以检测到人体内组织的病理和生化改变所导致的相应代谢物的变化和水平,通过其提供的信息来反应疾病的病理改变特征。

人体内可进行MRS成像的不只是H1,还可以是P31、C13、Na23等。由于人体内含氢物质的量和类都极其丰富,所以在临床上常选用氢质子进行MRS成像,我们常说的MRS成像也就是氢原子谱。

在临床扫描中对于MRS成像建议使用尽可能高的场强(≥1.5 T)。

  • 在常规的MRI成像中会尽可能的减轻化学位移现象,从而减轻其给图像带来的相关伪影,但MRS恰恰是借助于不同物质间精确的化学位移来显示人体内不同代谢物以及浓度。场强越高化学位移现象越明显,不同代谢产物之间的差别就会越大,在所得到的谱线中则更容易将它们区分开来。
  • 人体内代谢产物较人体内含的水和脂肪是微乎其微的,所以必须采用压脂和抑水来消除其极高信号强度对微弱代谢物信号的影响,并采用高场强来保证谱线的信噪比。
  • 人体在代谢过程中会产生非常多的代谢产物,但因其它们之间的浓度差异,以我们目前的MRI的成像方法和手段并不能将其全部的显示出来。

在实际的MRS扫描中应考虑其可行性和可信性的问题,并不是所有的部位及所有的病变都适合行MRS成像,要想获得理想的谱线,大体需满足如下条件:

  • 被检代谢物之间存在一定的化学位移,这是基础。
  • 代谢物具有一定的浓度,也就是说病灶不能太小。
  • 足够的场强能将它们区分开。
  • 足够的磁场均匀度保证其谱线质量。
  • 成像组织或区域内含脂和含水相对较少。
  • 成像体素内尽量避免包含骨板、气窦、血流、脑脊液、金属、坏死、钙化、脂肪、出血等有磁敏感效应的组织结构。

 

在MRS扫描时,并不是直接的点击开始扫描,而是建议首先进行预扫描,通过预扫描获得获得相关参数,对其评估是否具备MRS成像条件后在进行正式的MRS扫描。

  • 预扫描获得磁场均匀度(线宽)参考信息。
  • 预扫描获得水抑制参考信息。

在获得的MRS谱线上,每种代谢物在谱线上的位置并不会随着场强的变化而变化(ppm与B0无关),而是固定的,其变化的是代谢物对应的峰高和线下面积等数值。

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  • 纵坐标为信号强度。
  • 横坐标为无量纲的ppm。
  • 基准0处于坐标的右侧,常以四甲基硅烷的质子谱为内标基准(不同厂商间可能存在差别,具体的参考机型操作手册)。
  • 谱线中单个代谢物的峰值高低并不具有相应的诊断意义,而是需通过不同代谢物之间的对比才具参考价值。
  • 作为半定量分析的MRS,其缺乏特异性和统一的数值标准,相应结果并不能作为诊断某种疾病的唯一依据。
  • 基线的校正是获得准确谱峰下面积的关键。

如何衡量一幅谱线的质量,适不适合诊断!

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  • 磁场的均匀度(线宽),看峰窄不窄。
  • 信噪比,看峰高不高。
  • 抑水是否彻底,看峰干不干扰。
  • 基线稳定度,看峰脚齐不齐。
  • 胆碱(choline)和肌酸(creatine)显示,看二者是否良好分离。

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即使是扫描失败,要能准确地找出其原因,调整扫描方案。

把控好MRS成像中的每个环节都是关键,要不然花费几分钟时间扫描所得的图像并不能满足诊断的话,那又得再次扫描。

  • 被检者的严格制动。
  • 恰当的体素。体素过小会造成信噪比较低及谱线不稳定等。MRS扫描获得的最终谱线反应的是整个体素内所有代谢物的综合信息。如设置的体素过大,体素内的正常组织和异常组织代谢物之间会被相互的平均,则会造成部分容积效应,不宜<10*10*10mm。同理,如病灶过小,其部分容积效应会很明显,获得的谱线对病变的诊断并不具备可靠的诊断价值,所以MRS对微小病灶的诊断价值是极其有限的。
  • 精准定位。采用纯(不倾斜角度)横/矢/冠位更便于MRS的定位,同时,应观察所定位的体素在三个方位上是否避开了干扰谱线的组织及结构;所添加的饱和带是否覆盖了所定位的体素等。
  • 合理使用饱和带。饱和带并不是越多越好,仅放置于容易干扰的有信号区域即可,如对骨质和含脂肪丰富的区域添加饱和带抑制相应信号。
  • 虽然增强图像更有利对病灶的精准定位,但对比剂可能会改变波谱的形状,所以建议MRS应在对比剂注射之前进行。
  1. 对比剂的注入会改变局部磁场均匀性,导致谱线线宽的增加、信噪比降低、伪影的增加等,从而影响谱线的解读。
  2. 对比剂注入后会改变谱线某些代谢物的峰高、峰下面积等相关参数,虽然部分文献表明注射对比剂后对其结果影响甚微(更多的是有血脑屏障的颅内),但也有文献表明对于乳腺,前列腺等部位,部分对比剂不但会影响波谱的质量,还会对相应结果造成影响。
  3. 虽然目前的文献表明对比剂更多的是影响谱线的质量,但对于最终结果造成多大的影响,还有待进一步的研究。
  • 根据临床需求合理选择扫描序列、TE值等。

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  • 使用饱和带是改善成像区域内磁场均匀度极为有效的措施之一。在进行MRS扫描时应充分利用饱和带改善谱线质量,但饱和带不宜过多,常采用较窄的2-4条,呈一定角度地放置于容易干扰的区域即可。
  • MRS成像过程中,系统会在体素的周边默认添加与体素平行的饱和带。

单体素还是多体素!

单体素 多体素
易实现匀场,成像时间较短 不易实现匀场,成像时间更长
体素较大,信噪比较高 信噪比不及单体素的MRS
更有利于短T2物质和微量物质的显示 更有利较大区域的成像
仅可获得单个谱线,无法对比 可获得多个谱线,利于对比
  • 单体素定位时范围应避开干扰谱线的组织及结构。
  • 多体素定位时范围应包含病变、病变周围组织和部分正常组织便于对比。

STEAM(激励回波采用)还是PRESS(点分辨率)!

  • STEAM主要用于短回波MRS,其水抑制效果较好,但信噪比不及PRESS,对运动较为敏感。
  • PRESS可以用长、短回波MRS,其信噪比相当于STEAM的2倍,临床扫描中应用更为广泛。

短TE还是长TE!

短TE 长TE
信号强度高,但基线稳定性差 信号强度不高,但基线稳定
谱线中可见的代谢产物多,提供的信息较多,但量化更为困难 微量代谢物无法显示,谱线中可见的代谢产物少,直观简洁
可显示含量较低和短T2代谢物 短T2代谢物不能显示,利于显示长T2物质
特定物质的检出,如Lip、Glx、mI等

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