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编号:10267510
三维稳态破坏性梯度回返采集在颅脑疾病诊断中的应用(兼与二维自旋回波T1WI对比研究)
http://www.100md.com 《中华放射医学与防护杂志》 1999年第1期
     作者:朱文珍,王承缘,周义成,胡军武,冯定义

    单位:430030 武汉,同济医科大学附属同济医院放射科

    关键词:磁共振成像;脑疾病;对比研究

    中华放射学杂志990105 【摘要】 目的 前瞻性探讨三维稳态破坏性梯度回返采集(three-dimensional spoiled gradient recalled acquisition in steady state,3D-SPGR)在颅脑疾病中的应用价值,并且增强后与二维自旋回波(2D-SE)T1WI作对比分析。 方法 117例病变,采用GE 1.5T扫描机,增强后行2D-SE T1WI及3D-SPGR轴面扫描,并进行对比研究。结果 ⑴除动脉瘤外,2D-SE T1WI较3D-SPGR多发现13个病变,且两者描述主体病变强化程度相当;⑵2D-SE T1WI的信噪比、对比度及对比噪声比分别是3D-SPGR的1.57、1.2及1.97倍;⑶3D-SPGR图像后处理技术能显示20例病变累及血管的各种表现;⑷3D-SPGR显示大动脉瘤较MR血管造影更完美。结论 在颅脑疾病增强检查中,3D-SPGR具有许多2D-SE T1WI无法比拟的优越性,有取代2D-SE T1WI的可能。
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    Application of 3D-SPGR in cerebral diseases: comparative study of 3D-SPGR and 2D-SE T1WI after enhancement ZHU Wenzhen, WANG Chengyuan, ZHOU Yicheng, et al. Department of Radiology, Tongji Hospital, Tongji Medical University, Wuhan 430030

    【Abstract】 Objective To evaluate the utility of three-dimensional spoiled gradient recalled acquisition in steady state(3D-SPGR) imaging in the cerebral diseases, and compare 2D-SE T1WI with 3D-SPGR after enhancement. Methods 117 patients were studied with a 1.5T MRI scanner. After enhancement,2D-SE T1WI and 3D-SPGR were performed and compared. Results (1)2D-SE T1WI detected 13 more lesions than 3D-SPGR, and the degree of main lesion enhancement was equal on the two series. (2)SNR、C and CNR on 2D-SE T1WI were much greater than those of 3D-SPGR, increasing by an average of 57%,20% and 97% respectively.(3)3D-SPGR imaging with MPR and MIP depicted vascularity related to lesions in 20 cases.(4)6 cases of large aneurysms (8 lesions) were visualized much more clearly on 3D-SPGR technique than on MRA. Conclusions Enhanced 3D-SPGR plays an important role in the cerebral diseases, it is superior to 2D-SE T1WI in many aspects. It may replace 2D-SE T1WI in the future.
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    【Key words】 Magnetic resonance imaging Brain diseases Comparative study

    梯度回波(GRE)与自旋回波(SE)相比,其最大特点是大大缩短了成像时间,且保持一定的信噪比。稳态破坏性梯度回返采集(spoiled gradient recalled acquisition in steady state , SPGR)是GRE的一种, 主要产生T1WI[1]。笔者探讨三维SPGR(3D-SPGR)在颅脑疾病中的应用价值, 并且在增强后与二维SE(2D-SE)T1WI进行对比分析。

    材料与方法

    一、一般资料

    本组共117例,包括原发肿瘤91例,转移瘤13例,脑梗死2例,脑炎2例,脑囊虫病3例,动脉瘤6例。原发肿瘤均经病理证实,转移瘤临床有肿瘤病史,动脉瘤经手术或DSA证实,其余由临床资料证实。其中男69例,女48例;年龄4~68岁,平均45岁。
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    二、成像方法

    采用GE 1.5 T磁共振机及工作站Sun micro- system advantage windows,所有病例均有常规平扫,动脉瘤行MR血管造影(MRA)及增强轴面3D-SPGR扫描,其余病例增强后行2D-SE T1WI及3D-SPGR轴面扫描。扫描参数:3D-SPRG为TR 14~15毫秒、TE3.1~3.4毫秒、矩阵256×192、翻转角20°~30°、激励次数1、层厚0.7~1.3 mm、层距0 mm;2D-SE T1WI为TR 600毫秒、TE 16毫秒、矩阵256×192、翻转角0°、激励次数2、层厚5 mm、层距2.5 mm。此外,将3D-SPGR图像进行后处理,包括多平面重建(MPR)、三维表面重建及分割、最大强度投影(MIP)等。

    三、确定增强后主体病变信号强度的标准

    以各自序列的脑灰质和脂肪信号为参照,低于灰质信号记1分,等于灰质信号记2分,高于灰质信号但低于脂肪信号记3分,高于灰质信号并与脂肪信号相当者记4分。对2个序列同时发现的134个病变,分别计算其各自得分,并对其平均得分进行配对t检验,以评价2个序列病变增强程度的差异性。
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    四、计算有关的质量控制参数

    对增强后2个序列同时显示的体积大于1个像素的病变进行处理,分别计算2个序列的质量控制参数,包括信号噪声比( SNR)、对比度(C)及对比噪声比( CNR),计算公式如下[2]

    式中SI1、SI2分别表示病变及邻近正常脑组织信号的平均值,SD1、SD2分别表示病变及邻近正常脑组织信号的平均值的标准差。

    结果

    1.发现病变数目和显示病变细节的比较:除动脉瘤外,增强后2D-SE T1WI发现病变134个,3D-SPGR发现147个,后者较前者多检出13个小病变,为脑囊虫及转移瘤患者。在显示某些病变细节方面,3D-SPGR优于2D-SE,主要表现为环形的小附壁结节、出血降解产物含铁血黄素沉着以及小囊变和钙化的显示。而且3D-SPGR增强扫描后表面重建及“分割”,可形象立体地观察病变范围及与周围结构的关系(图1)。
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    2.病变强化程度的比较:134个病变,增强后2D-SE T1WI及3D- SPGR所得总分和平均分分别为430和3.21、410和3.06。对平均得分进行t检验,t=1.894,P>0.05,两者无显著性差异,说明2个序列对病变的对比增强程度基本相当(图2,3)。但12个病变2D-SE T1WI强化程度均明显超过3D-SPGR。

    图1 甲状腺癌转移。增强三维稳态破坏性梯度回返采集(3D-SPGR)增强扫描后表面重建及“分割”,见病变自皮下穿过颅骨达颅内,可形象立体地观察病变范围及与周围结构的关系 图2~4 脑膜瘤病例。图2为增强二维自旋回波(2D-SE) T1WI;图3为3D-SPGR像;图4为最大强度投影像 。图2及图3显示两序列病变强化程度及方式均相同,图4见左颈内动脉及大脑中动脉受压移位,呈“手抱球”状 图5 脑膜瘤病例,增强3D-SPGR矢状面重建像见肿瘤明显强化,可见胼周动脉参与供血 图6 动脉瘤病例,增强3D-SPGR斜矢面重建像,示动脉瘤起源于颈内动脉C2段,可真实地显示动脉瘤的瘤颈、血栓形成部位及残存瘤腔,血栓部分为低信号,而通畅瘤腔为高信号
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    3.质控参数的比较:2D-SE T1WI及3D-SPGR的SNR、C、CNR分别为10.11、0.18、2.85和

    6.46、0.15、1.45。前者平均分别为后者的1.57、1.20、1.97倍。

    4.3D-SPGR对病变血管的显示:使用三维图像后处理技术,19例肿瘤累及周围血管可被较好地显示,包括动脉移位变形11例(图4),上矢状窦不完全阻塞4例,其中1例脑膜瘤可见大脑前动脉供血(图5);2例可见扩大的肿瘤引流静脉,分别引流至上矢状窦及大脑大静脉;2例容积重建,肿瘤内部可见颈内动脉穿行;另1例血栓性静脉窦炎可见右侧乙状窦及横窦闭塞,并伴发侧支循环血管。

    5. 3D-SPGR及 MRA对大动脉瘤(最大径>2cm)的显示:6例8个动脉瘤中,涉及颈内动脉3个、大脑中动脉1个、椎动脉3个及基底动脉1个。MRA叠加像发现2个动脉瘤,另6个仅在MRA原始图像显示,且动脉瘤与周围结构关系不清。3D-SPGR及MPR发现8个动脉瘤,其中5个动脉瘤有血栓形成,表现为等或低信号区,而瘤腔通畅部分则为高信号(图6);6个动脉瘤可见瘤颈;1个见载瘤动脉向动脉瘤内射血;此外5个动脉瘤见占位效应,表现为周围脑实质移位变形及脑实质水肿。讨论
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    SPGR在给射频脉冲时增加1个相位偏移脉冲,把残余的横向磁矢量破坏掉,这样图像质量仅受纵向磁矢量变化影响,即产生T1WI[1]。笔者使用TR 14~15毫秒、TE 3.1~3.4毫秒、翻转角20°~30°,能获得较好的组织对比及T1WI,能提供较好的灰白质对比及脑实质与血管的对比。

    3D-SPGR与2D-SE比较,其优点之一是提高了空间分辨率[3]。3D-SPGR层厚为1 mm,而2D-SE层厚为5 mm,后者像素体积是前者的5倍,而像素容积与空间分辨率成反比,因此3D-SPGR空间分辨率是2D-SE的5倍。由于3D-SPGR能进行薄层连续扫描,减少了部分容积效应的影响,因此能发现更多的小病变以及更好地描述病变细节。出血降解产物如含铁血黄素在2D-SE常不易显示,但梯度回波由于磁敏感效应的影响[4],出血降解产物及钙化表现为显著性低信号。此外,3D成像是容积扫描,能根据病变位置进行多平面重建,简化了成像序列,节省了扫描时间[5];而且3D表面重建及“分割”(图1)可形象立体地显示病变的位置及其与周围结构的关系,对外科术前定位非常有益。
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    对主体病变强化程度的显示,本组资料显示两者基本相当,与Mirowitz[3]报道一致。但12个病变2D-SE T1WI强化程度均超过3D-SPGR,这是现阶段3D-SPGR不能完全取代2D-SE的重要原因。分析其原因有[4]:⑴注射钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA)后成像时间影响强化程度,血供程度及灌注均影响病变的强化,有些病变还出现延迟强化;⑵梯度回波序列病变T1WI时间延长,信号降低;⑶顺磁性造影剂的磁敏感效应可缩短病变的T2,并反作用于缩短T1效应;⑷成像参数的影响,这也是当前研究的热点。

    通过两序列原始图像质控参数的计算说明3D-SPGR可降低图像的SNR、C、CNR,因为影响图像的因素很多,如交叉激励、移动伪影、磁敏感效应、化学位移及扫描参数的选择等,尽管3D-SPGR降低了SNR及CNR,但并不降低发现病变的能力,且可通过增加层厚的MPR得到补偿。
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    每例2D-SE T1WI均见后颅窝流动相关伪影,这是由于血管内Gd-DTPA缩短T1效应所致,因而降低了空间分辨率。3D-SPGR使用极短TE,层厚较薄,可明显降低流动伪影以至消失,对后颅窝病变显示极好。3D-SPGR存在2个相位编码,故对移动伪影极为敏感[3],本组5例较显著,因而限制了不合作病人的检查。

    无论增强与否,3D-SPGR均显示血管为高信号,增强后3D-SPGR结合MIP及MPR可间接了解病变与血管的关系[6],本组20例病变累及血管,均可显示;对于幕上脑膜瘤及鞍区肿瘤尤为重要,可直观而形象地显示上矢状窦的侵犯、闭塞,显示肿瘤的颈内动脉供血及粗大引流静脉的引流方向及对周围血管的推移性和侵蚀性改变,对外科手术能提供极大的帮助。此外,由于3D-SPGR血管呈高信号,且薄层扫描,可清晰地显示颅神经受血管压迫的情况,对面瘫及三叉神经痛可明确病因[7],便于外科治疗。
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    颅内大动脉瘤由于受血流慢及涡流的影响,MRA对其的显示常不满意。我们采用改良的Kurihara等[8]方法,选择合适的参数行3D-SPGR检查,8个动脉瘤均得到较好显示,能明确动脉瘤与载瘤动脉的关系,清楚地显示动脉瘤周围脑实质的移位、变形、水肿,显示动脉瘤的真实大小及瘤内血栓,将血栓同瘤腔区分开来;而DSA仅能显示瘤腔,不能显示栓塞部分。这些信息对外科手术夹闭及栓塞治疗极为重要。

    总之,3D-SPGR具有许多2D-SE T1WI无法比拟的优越性,在颅脑疾病的MRI增强检查中极为重要,应作为常规检查方法。

    参考文献

    [1] Prorok RJ. Sign applications guide. Vol 2. 4th ed. Milwaukee:GE Medical System,1990.12-14.
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    [2] 高元桂,蔡幼铨,蔡祖龙,主编.磁共振成像诊断学. 北京:人民军医出版社,1993.48-49.

    [3] Mirowitz SA. Intracranial lesion enhancement with Gadolinium: T1-weighted spin-echo versus three-dimensional fourier transform gradient-echo MR imaging.Radiology,1992,185:529-534.

    [4] Zawadzki MB, Gillan GD, Nite WR, et al. MP-RAGE: a three-dimensional,T1-weighted,gradient-echo sequence initial experience in the brain.Radiology,1992,185: 769-775.
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    [5] Held P, Fellner C, Fellner F, et al. Three-dimensional MP-RAGE an alternative to conventional three-dimensional FLASH sequences for the diagnosis of viscerocranial tumors? Br J Radiol, 1995,68:1316-1324.

    [6] Atlas SW. Magnetic resonance imaging of the brain and spine. 2nd ed. Philadelphia: Lippincott-Raven Publishers, 1996.1481-1483.

    [7] Furuya Y, Ryu H, Uemura K, et al. MRI of intracranial neurovascular compression. J Comput Assist Tomogr,1992,16:503-505.

    [8] Kurihara N, Takahashi S, Higano S, et al. Evaluation of large intracranial aneurysm with three-dimensional MRI. J Comput Assist Tomogr,1995, 19:707-712.

    (收稿:1998-05-04 修回:1998-08-05), 百拇医药