2019, Vol. 36 
2. 上海交通大学医学院附属精神卫生中心 医学影像科, 上海 200030;
3. 上海西门子医疗, 上海 201318
2. Department of Medical Imaging, Mental Health Center, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200030, China;
3. Siemens Healthcare, Shanghai 201318, China
海马在人类学习、记忆和情感等方面起着重要作用，其结构的形态学改变与阿尔茨海默病、颞叶癫痫、精神分裂症、抑郁症[1]等多种疾病的发生发展密切相关.磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）检查是临床用于海马检查的重要手段，高质量的海马磁共振图像能够提供细微形态结构、组织对比等可靠的诊断信息.然而MRI扫描时间相对长、梯度噪声大、磁体孔径狭小等“恶劣”检查环境，往往加剧了精神疾病患者随机性运动的可能，导致磁共振图像出现运动伪影.此外，患者生理性运动（血管搏动、脑脊液流动等）也会影响磁共振图像质量.刀锋伪影校正（BLADE）技术是一种周期性旋转重叠平行线放射状填充k空间的采集技术，能剔除失真数据，消除或减少运动伪影，从而提高图像质量[2, 3].本研究针对精神疾病患者MRI检查不合作相对频繁的情况，将BLADE技术应用于其海马MRI检查，探讨BLADE技术在精神疾病患者海马MRI扫描中的应用价值.
1 实验部分 1.1 材料与方法 1.1.1 临床资料精神疾病患者的海马磁共振图像来源于在上海市精神卫生中心进行海马MRI检查的47例患者（男22例，女25例），年龄53~87岁，平均年龄为70.9岁.临床初诊或诊断包括轻度认知障碍、阿尔茨海默症、抑郁症、双相障碍以及精神分裂症.
1.1.2 模体资料采用美国放射学院（American College of Radiology，ACR）标准模体（型号：J13363，制造商：J.M. Specialty Parts, San Diego, USA），直径190 mm，高148 mm，内部填充10 mmol/L的氯化镍溶液和75 mmol/L的氯化钠溶液.
1.1.3 检查方法所有患者均使用3.0 T MRI扫描仪（Magnetom Verio 3.0T, Siemens Medical System, Erlangen, Germany）进行常规海马斜冠状位扫描，使用32通道头颅矩阵线圈.扫描序列包括常规序列T2WI TSE和T2WI FLAIR，以及结合了BLADE技术的BLADE T2WI TSE、BLADE T2WI FLAIR序列，扫描参数见表 1.
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表 1 用于海马斜冠状位MRI扫描的四种序列的采集参数 Table 1 Acquisition parameters of four sequences for hippocampal oblique coronal MRI scan |
ACR模体使用同一设备的12通道头颅线圈，按照ACR标准层厚、间隔、视野，在模体矢状位上定位，采用T2WI TSE、T2WI FLAIR与BLADE T2WI TSE、BLADE T2WI FLAIR序列对模体轴扫描11层.
1.2 磁共振图像分析 1.2.1 精神疾病患者海马磁共振图像分析患者的磁共振图像均抹去注释，随机排序.由两位具有10年以上工作经验的放射诊断医师各自在工作站上评价图像.评估前，先阐述评分要求和标准，并熟悉和练习，包括：熟悉海马解剖结构的细节（海马头、体、尾）.两位医师事先接受另外5组非本研究病例磁共振图像的阅片训练，并达到评估标准.然后，对47例样本进行评分.
评价指标包括运动伪影、搏动伪影、颗粒度、海马磁共振图像质量.在本研究中，运动伪影为因患者配合欠佳时运动所造成相位编码偏移，搏动伪影为动静脉搏动、脑脊液流动所致伪影，颗粒度反映主观噪声，海马磁共振图像质量为显示海马形态、边缘、灰白质对比度的能力.评价方法和标准参考Panayiotis等[4]分级方法，本研究将伪影、颗粒度、海马磁共振图像质量按照5分法进行评价.①伪影，根据图像伪影的严重程度：1=严重伪影（不能诊断）；2=明显伪影（海马结构模糊、灰白质对比度尚可分辨）；3=中度伪影（海马结构较清晰、灰白质可分辨）；4=轻微伪影（海马结构清晰、灰白质可分辨，但图像中偶见伪影）；5=无伪影.②颗粒度，根据噪点的大小：1=很差；2=差；3=中等；4=好；5=优.③海马磁共振图像质量，根据海马形态边缘的清晰度和锐利度，以及灰白质的细节显示能力：1=极度模糊，无法区分；2=模糊；3=稍模糊（介于2和4之间）；4=清晰但不锐利；5=清晰而锐利.两位观察者在判断运动伪影和搏动伪影的意见不一致时，经双方共同重新观察并讨论统一.
1.2.2 ACR模体磁共振图像分析根据ACR检测与评价标准，观察两项指标：高对比空间分辨率（the High Contrast Spatial Resolution，HCSR）和低对比物体探测能力（the Low Contrast Object Detectability，LCD）.HCSR是通过计数能识别出钻孔阵列中行及列的独立小亮点数目进行判断，其中，每对钻孔按不同孔径分别反映不同的分辨率：左、中、右钻孔对应的分辨率分别为1.1 mm、1.0 mm、0.9 mm.LCD是通过计数能分辨的轮辐的数目进行判断，在四层对比度值分别为1.4%、2.5%、3.6%和5.1%的图像中，总共包含40个轮辐.测量时，调整窗宽和窗位，以获得最佳轮辐可见度.
1.3 统计分析使用SPSS19统计学软件，采用Wilcoxon符号秩检验分析使用BLADE序列与传统序列时，精神疾病患者海马磁共振图像运动伪影、搏动伪影、颗粒度及图像质量评分差异，p < 0.05表示差异有统计学意义.
2 实验结果 2.1 精神疾病患者海马磁共振图像评价两位医师对使用四种序列得到的精神疾病患者海马磁共振图像（图 1）的主观评价结果（表 2）显示：结合了BLADE技术的图像显示出比传统T2WI TSE、T2WI FLAIR图像明显更少的运动伪影、搏动伪影（p < 0.001），提升了海马图像质量（p < 0.05）.但是颗粒度评分低于传统序列（p < 0.001）.
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图 1 3例精神疾病患者的海马斜冠状位磁共振图像.(a)传统T2WI FLAIR序列，运动伪影严重（1分），海马及全脑结构模糊不清；(b)结合BLADE技术的BLADE T2WI FLAIR序列，图(a)患者的海马磁共振图像运动伪影明显改善（4分）；(c) 1例持续大幅度运动的精神疾病患者，使用传统T2WI TSE序列时，运动伪影严重（1分）；(d)结合BLADE技术的BLADE T2WI TSE序列，图(c)患者的海马磁共振图像运动伪影改善（2分），但仍然存在；(e)传统T2WI FLAIR序列中，右侧近海马处可见搏动伪影（箭头）（4分）；(f)结合BLADE技术序列，图(e)患者的海马磁共振图像同一对应位置的搏动伪影消失（5分） Fig. 1 Hippocampal oblique coronal MR images of three mental patients. (a) Conventional T2WI FLAIR sequence, motion artifacts (1 point) were obvious, hippocampus and whole brain structure were ambiguous; (b) BLADE T2WI FLAIR sequence, the motion artifacts (4 points) of the same patient in Fig.(a) were significantly improved; (c) Conventional T2WI TSE sequence, one mental patient who continued to exercise significantly, with significant motion artifacts (1 point); (d) BLADE T2WI TSE sequence, the motion artifacts (2 points) of the same patient in Fig.(c) were improved, but still exist; (e) Conventional T2WI FLAIR sequence, pulsation artifacts (arrows) (4 points) were visible near the right hippocampus; (f) BLADE T2WI FLAIR sequence, the pulsation artifacts (5 points) of the same patient in Fig.(e) were disappeared at the same position |
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表 2 使用4种脉冲序列采集的精神疾病患者的海马斜冠状位磁共振图像的主观评价 Table 2 Subjective quality evaluation for hippocampal oblique coronal MR images of mental patients obtainedusing four pulse sequences |
对ACR模体第1层图像进行分析，可以看到，使用T2WI TSE和BLADE T2WI TSE序列在行和列两个方向上的HCSR均为0.9 mm；使用T2WI FLAIR在行列两个方向的HCSR为1.0 mm；使用BLADE T2WI FLAIR在行列两个方向的HCSR为1.1 mm（图 2）.对模体第8~11层图像进行分析，使用T2WI TSE、BLADE T2WI TSE、T2WI FLAIR、BLADE T2WI FLAIR序列在各自最佳显示状态下，LCD分别为31、36、30和31（图 3）.
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图 2 ACR模体磁共振图像的高对比空间分辨率（HCSR）检测.(a) T2WI FLAIR；(b) BLADE T2WI FLAIR；(c) T2WI TSE；(d) BLADE T2WI TSE Fig. 2 HCSR detection of ACR phantom. (a) T2WI FLAIR; (b) BLADE T2WI FLAIR; (c) T2WI TSE; (d) BLADE T2WI TSE |
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图 3 ACR模体磁共振图像的低对比物体探测能力（LCD）检测.(a) T2WI FLAIR；(b) BLADE T2WI FLAIR；(c) T2WI TSE；(d) BLADE T2WI TSE Fig. 3 LCD detection of ACR phantom. (a) T2WI FLAIR; (b) BLADE T2WI FLAIR; (c) T2WI TSE; (d) BLADE T2WI TSE |
T2WI TSE与T2WI FLAIR具有较好的灰白质对比度以及病变显示等优点，是头颅海马检查的常规序列.它们采用的是笛卡尔线性k空间的填充方式，即在相位方向上平行填充，k空间中心仅接受一次激发的采集（图 4）.因此，当患者在扫描过程中运动将导致器官在相位编码上的位置改变，易形成运动伪影.而BLADE技术是一种通过N组数据带（刀锋）以一定角度增量在k空间中连续旋转，围绕k空间中心进行放射状填充的数据采集技术，具有k空间中心部分过采样的特点，可用于校正层面内平移和旋转以及部分层面间的运动伪影[2, 5]（图 4）.本研究根据BLADE技术的优势以及精神疾病患者依从性相对较差的特点，将BLADE技术应用于这类患者的海马扫描，观察BLADE技术与传统T2WI TSE/FLAIR成像的图像质量.
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图 4 k空间的采集轨迹图.(a) TSE的k空间采样轨迹；(b) BLADE技术的k空间采样轨迹 Fig. 4 Acquisition map of k-space. (a) k-space trajectory of TSE; (b) k-space trajectory of BLADE |
研究发现，与传统扫描技术相比，结合了BLADE技术的T2WI TSE、T2WI FLAIR序列在运动伪影、搏动伪影、海马图像质量、LCD等方面表现出更优的评分，这与既往研究的发现一致.在既往研究中，学者们[4, 6-8]将BLADE技术应用于颅脑的DWI、T1WI FLAIR、T2WI TSE、T2WI FLAIR等序列，获得更好的图像质量，改善运动和流动伪影.在颅脑DWI的应用中[6]，BLADE技术在解决图像失真、磁敏感性伪影等方面优于读出方向上的分段扩散成像技术（Readout Segmented of Long Variable Echo, RESOLVE）及单次激发平面回波成像（Single-Shot Echo Planar Imaging, Single-Shot EPI）.此外，BLADE在其他解剖部位（前列腺、脊髓、关节、腹部等）和不同MRI（1.5 T和3.0 T）系统中的研究也有类似发现，与传统序列相比，其在消除运动伪影、磁敏感伪影以及改善器官评估方面有显著效果[9-13].在LCD评估中，一项对T1WI的脑成像研究显示，刀锋技术的应用较传统序列具有更高的对比噪声比、即较高的灰白质对比度[14].BLADE技术在上述质量指标表现出的优势，其主要的理论依据为：BLADE技术具备的中心过采样的特点，一方面提供了采样数据的冗余，将每组BLADE数据带以较低的分辨率快速往复地被采集，N组低分辨率数据带具有导航、调整信息的作用，校正层面内平移和旋转以及部分层面间的运动伪影；另一方面，由于空间的中心部分反复填充，而其中心部分决定对比度，因此BLADE获得了更好的LCD.
然而，在对颗粒度、HCSR评分时，BLADE技术较传统序列并无优势.这可能是因为在BLADE序列中，由于回波时间（Echo Time，TE）和采集时间（Acquisition Time，TA）的限制，我们使用了更高的带宽（Bandwidth，BW）和相对减少的k空间外围区域的采样.因此，相对于传统脉冲序列，使用在BLADE序列时，我们观察到了更多的噪声和相等或略逊的HCSR.此外，BLADE公认的缺点是扫描时间的增加[15]，本研究中使用结合BLADE技术的序列在相同参数下的扫描时间均稍长于传统序列.其原因为在扫描矩阵（Matrix，M）和快速因子（Turbo Factor，TF）相同的情况下，BLADE和TSE的激发次数N可分别由(1)式和(2)式表示.
| $N = \frac{{M \cdot \pi \cdot BC}}{{2 \cdot TF}}$ | (1) |
| $N = \frac{M}{{TF}}$ | (2) |
上式中BC为覆盖率.可见，当BC为100%时，BLADE较TSE序列需要更多的激发次数才能完成对k空间的填充，从而增加π/2倍扫描时间.因此，考虑到扫描时间、图像颗粒度、精神疾病患者随机运动风险的影响，我们建议对于相对合作的这类患者，仍然使用传统序列进行海马扫描.而对于不合作的精神疾病患者，BLADE技术将是最佳选择，因为该技术在保证图像质量的情况下对运动、搏动伪影具有补偿能力.另外本文结果显示，BLADE技术对持续、大幅度的运动补偿有限.在我们的研究中，因患者的持续大幅运动，共计5个BLADE序列在运动伪影的得分小于3分.虽然国内有学者[16]通过结合导航回波与压缩感知的技术和算法矫正大幅运动及非刚性运动伪影，为运动伪影的矫正提出了一种新思路，但BLADE仍是目前广泛运用于临床的技术.
在我们的研究中，只通过模体间接比较了BLADE T2WI TSE、BLADE T2WI FLAIR与相应传统序列的HCSR及LCD，且运用的是12通道头颅线圈.这是因为海马结构较小，我们直接在患者的磁共振图像上通过勾画感兴趣区域（Region of Interest，ROI）进行定量比较的误差及难度较大.另外，未对扫描的序列的顺序进行随机，这可能影响患者在检查的不同阶段的配合程度.
4 结论本文研究结果提示BLADE技术能显著改善精神疾病患者的海马磁共振图像质量，降低运动及搏动伪影，因此在精神疾病患者配合欠佳时，建议使用BLADE技术.但该技术也存在增加扫描时间、增大图像颗粒度等的缺点，可能会增加精神疾病患者海马MRI检查失败的风险，因此难以代替常规MRI检查.
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