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磁共振波谱技术的质量控制和临床应用

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维普资讯 http://www.cqvip.com 一质控与安全 磁共振波谱技术的质量控制和临床应用 陈建王苇何玲 袁红梅杜先懋李澄 (扬州市第一人民医院 江苏省扬州市225001) 摘要 目的:调整波谱空间定位和扫描参数,观察其对图像质量的影响,并总结应用要点实践于临床。方法:对65例头 颅检查的受检者行磁共振波谱扫描,有目的地改变感兴趣区域的位置、大小和其他参数设置,对扫描后显示的图像质量 进行初步评价,探讨参数设置与波谱质量之间的关系。结果:65例患者中有60例波谱谱线形态较好,代谢物峰值位置 正常;5例谱线形态变形,波峰漂移较大。记录的结果数据中,半高宽5~23.水抑制级别92~99 谱线形态较好的60例 中,半高宽均在系统提示的范围内;5例谱线差的半高宽为7、9、16和23,水抑制级别为95、96、97。结论:获得高质量的 波谱,需要较高的磁场均匀度.而半高宽是反映均匀度的一个重要指标 关键词 波谱:半高宽;质量控制:均匀性 中图分类号:R445;TH774 文献标志码:B 文章编号:1003—8868(2007)11-0068—03 Quality control and clinical application 0f MRS technology CHEN Jian,WANG Wei,HE Ling,YUAN Hong-mei,DU Xian—mao,LI Cheng (The First People S Hospital of Yangzhou,Yangzhou 225001,Jiangsu,China) Abstract Objeetlve To observe the changes of image quMi ̄after adjusting the space location and the scan parameters of MRS.MdIh 65 patients were scanned with magnetism resonance spectrum head examination.The location,size and other scan parameters of the region interested were changed intentionally.The quality of the images was preliminarily evaluated and the relationship between the parameters and the quality of MRS were probed.R唧h In the 65 cases.60 were with better shape of wave lines and metabolite peak positions,5 with aberrant lines and shifted peaks.Among the recorded data: he range oft half high width value is 5-23,water suppression level 92-99.With the 60-case group,all those half high width values were within the given range of the system,on the contrast,within the 5-case group half high width values were 7,9, 16 and 23,and water suppression levels were 95,96,97.C叫d High-quality wave spectrum depends on high uniformity f omagnetic field.The value of half high width is an important factor that reflects the uniformity of magnetic field. Key words spectum;halrf hi gh width;quality control;uniformity 磁共振波谱(Magnetic Resonance Spectroscopv,MRS)利用 采用饱和技术 根据ROI区域组织的大小来确定ROI的大小 和矩阵的大小,组织越大,ROI越大,矩阵越小;组织越小,ROI 越小.矩阵越大。在预扫描后记录系统给出的半高宽及水抑制 级别.数据采集完毕后由工作站软件对采集的数据进行后处 理及分析.并做出评价 2结果 核磁共振中的化学位移和自旋耦合现象使含有同一种原子核 的不同化合物中的不同分子集团在频率轴的不同位置被分别 表现出来.它们构成了谱线的精细结构 目前利用MRS已经 对多种原子核进行过测定并都已逐渐在临床上取得了一定的 进展,不仅限于颅脑,在肝、肌肉及前列腺中也有应用,其中 H—MRS应用最多[1-51 MRS是一种非侵人方式显示组织代谢物 质的含量并以谱线的形式反映其含量的技术.这些谱线所提 数据处理结果显示65例患者中有60例波谱谱线较好. 代谢物峰值位置正常.可用于临床诊断:还有5例谱线起伏及 波峰漂移较大。质量较差 记录的数据结果中,半高宽值为5~ 23。水抑制级别值为92~99。谱线较好的60例中,其半高宽都 供的信息有助于做出定量分析和定性诊断 影响波谱图像质量的因素很多.但只有正确精细的谱线 才能准确地反映组织中代谢物的含量.否则就会使其反映的 效果收之甚微.甚至误导诊断。因此.如何提高波谱图像的质 在系统建议的范围内.本系统建议多体素MRS的半高宽的最 大值为10;5例谱线差的半高宽为7、9、16和23,水抑制级别 量,使得对早期病变的检出.对病变的范围及边缘做出准确判 断.显得尤为重要。 1材料与方法 为95、96、97。在ROI范围中包含有空气、颅骨等物质或者在颅 底定位时.半高宽值往往偏大,常在l1~17甚至达到20以上, 含水多的地方其水抑制级别也较低.影响谱线的质量和分析。 经过反复地调整定位和ROI.并选择性地运用饱和技术.甚至 本组65例中男37例.女28例。年龄1~73岁.平均35.1 岁 采用Sinalg MR/I Echo Speed 1.5T对所有患者做了多体素 H—MRS采集.使用标准头部线圈作为共用的发射和接收线 直接进行手动匀场.其半高宽值会发生改变,甚至会降到5~7. 这样就会大大地改善谱线质量 在选择定位时.原则上ROI区太小,所得信号相对较低; 反之.ROI区过大.则易受所测组织之外脂肪、骨骼及空气 的污染.这样会导致如图1(a)所示的ROI边缘模糊及信号 圈,采集序列为PRESS序列.选择一个能很好地反映感兴趣 组织的方位进行定位,可以是标准轴位、矢状位或冠状位,对 那些周围组织复杂的感兴趣区(ROI)甚至可作斜位定位.同时 作者简介:陈建,助理工程师;王苇,博士。 丢失.致使谱线变形 因此本组病例中60例好的谱线在定 Q医疗卫生装备・2007年11月第28卷第11期 VV Chinese Med}a刚EquipmentJournal・Vol28 NO.11 November2007 维普资讯 http://www.cqvip.com

质控与安全一 位时都使用了一种特殊技术。即可选择性饱和带技术。图1 的饱和脉冲.这将减少每个TR所允许的切片总数 一般而 言.如果 rR除以切片数目得出的值大于150 ms.饱和脉冲可 能无效。 3讨论 (b)即为使用了可选择性饱和带技术后的效果。而5例差的 谱线其ROI包含有脂肪、骨骼等组织,且完全没有使用可选 择性饱和带技术。 与MRI图像一样.MRS图像的质量主要也是由信噪比和 分辨率决定的。影响MRS信噪比的因素有:MRS检测的信号 强度与所测组织内原子核的自然浓度和核的浓度及其固有敏 感度有关。磁场强度:磁场强度越高.信号越强。MRS的敏感性 与磁场强度的2/3次方成正比.场强越高.敏感性和分辨率越 高 ROI:ROI的信号强度与所检测到的核的数量成正比.增大 ROI可提高信噪比。信号采集次数:增加采集次数使信号通过 累加而增强.噪声被平均而分散。累加次数增加n次.信噪比 增加n/2倍.但检查时间要相应延长 而影响MRS分辨率的因 素有:所测原子核化学位移的范围 化学位移越宽则分辨率越 高。磁场的均匀性:磁场在空间上要均匀.在时间上要稳定 均 (a) 喜磐 兽 萝 0边缘模糊及信号丢失  (b)使用预饱和带后的效果 …… ……… 圈1 使用预饱和带前后的图形比较 空间饱和带将RF脉冲发送到FOV内部或外部的选定位 置.从而使该处的原子核子达到饱和并消除不必要的细胞核 匀的磁场是活体研究获得高分辨率波谱的必要条件.磁场的 均匀性越好。则半高宽越窄。因此可用最大半高宽(FWHM)来 表示磁场的均匀性 信号。空间饱和带脉冲是在选层脉冲之前应用的90 ̄RF脉冲. 受饱和带脉冲影响的组织没有时间充分恢复.因此.也就没有 本组65例病例中由于磁场强度是由设备本身决定的.是 固定不变的:考虑到检查时间的因素.信号采集次数由实验者 统一设定的;因此影响信噪比的主要是ROI的大小:而磁场的 均匀性虽然依靠设备自身自动调节.但主要还是跟ROI范围 内的组织成分相关 从本次研究中可以发现谱线较好的60例 或只有少量从这些组织激活的纵向磁化.也就不会生成信号 或只有少量信号 饱和带脉冲可以图形方式应用于任一方向 或全部6个方向.饱和带脉冲的位置和厚度可根据需要自己 选择。输入的饱和带位置规定了饱和带脉冲的前缘 饱和带范 围可以在扫描容量的内部或外部进行规定。如图2(a)、2(b)分 的ROI都很好地避开了空气和颅骨.而谱线差的5例ROI中都 含有颅骨,因此ROI的定位在MRS中非常重要。 别为使用了饱和带脉冲的定位图和波谱图,2(c)、2(dO ̄0是没 有使用饱和带脉冲的定位图和波谱图 MRS谱线的半高宽主要受原子核自然半高宽及磁场的均 匀度影响.ROI内磁场的均匀度越高.所得谱线的半高宽越 小。从本组病例所得到的MRS图像中可以看出.若扫描后的 半高宽的最大值超过系统给定的标准.则会对波谱扫描的曲 线的精确性产生较大影响,可能出现下列结果:(1)化学物质 的峰线过宽,导致波谱分析的结果不精确:(2)波谱曲线的基 线呈明显的锯齿状,说明波谱的噪声比较大;(3)波谱曲线的 基线呈现左高右低的倾斜状.有时会累及胆碱及肌酸的尖峰. 说明波谱曲线受水及其他物质的污染:(4)整个波谱曲线呈现 杂乱无章的锯齿状线.没有任何化学物质的尖峰 这种情况的 (a)使用SAT脉冲带 的-H—MRS定位图 (b)使用SAT脉冲带 的1H—MRS谱线图 分析比较复杂.其原因较多.但绝大多数都可表现为半高宽过 大。本组病例中较差的5例谱线.都分别出现有峰线过宽、基 线不稳甚至杂乱无章的现象.即使在6o例好的谱线中也有3 例出现了峰线过宽的现象 总结发生上述现象的原因如下:(1)扫描定位不准确,感 兴趣区与颅骨内板、骨棘、脂肪成分、硬膜紧密相连或包含这 些成分:(2)磁场的均匀性较差;(3)射频中心频率漂移。 为了避免这些情况的发生.并确保半高宽在范围内.可着 手于以下几个方面:(1)患者的配合:多体素采集每次检查时间 长.患者的移动将会影响整个数据的采集 因此在检查之前一 定要嘱咐患者在整个检查过程中务必保持一个体位.必要时可 (C)没有使用SAT脉冲 带的 H—MRS定位图 (d)没有使用SAT脉冲带 的tH—MRS谱线图 在患者的头颅两侧塞填海绵垫以固定。(2)参数的设定:频率矩 阵、相位矩阵、FOV、层厚以及采集次数这些都会影响到分辨率 和信噪比.但两者不可兼得 .应根据病变部位的大小选择合 图2使用饱和脉冲带前后的谱线显示 需要考虑的是.空间饱和带脉冲将增加向患者发射的 RF并增加SAR.特别是对于多个平面内的饱和脉冲或倾斜 理的参数设定。笔者的经验是组织越大,ROI越大,矩阵越小; 组织越小,ROI越小,矩阵越大。 f 下转第76页 ) 医疗卫生装备・2007年11月第28卷第11期 Q ChineseMedicalEquipment doumal・Vol2.8No.11 November2007 Vu 维普资讯 http://www.cqvip.com

~技术革新 难以实现.特别对于MATLAB各类工具箱的调用尤为困难。 关系数的分析.在Visual Basic Il 选择膜片钳信号文件 (3)在Visual Basic中通过调用MATLAB的引擎接口.使用 应用程序中设置浮动阈值.从而 Windows的ActiveX技术与MATLAB进行数据交互 通过Ob— 达到滤噪的作用 5讨论 } 编辑M文件 ject.Execute语句在程序中直接使用MATLAB提供的函数库和 图形库。 ActiveX技术是一项非常有 4实验与结果 价值和前途的技术.ActiveX 利用ActiveX技术建立VB 与MAⅡAB的通道 我们在对膜片钳采集到的信号进行处理的研究工作中. Automation协议能够让一个应 基于Windows2000 Professional操作平台.采用面向对象的软 用程序去控制另一个应用程序 在VB应用程序控制 件设计方法.用Visual Basic 6.0开发了膜片钳信号滤噪处理 完成指定的任务.而这2个应 MAⅡAB执行M文件 系统.系统界面如图1所示。 用程序却可以由不同的开发商 完成 目前有很多编程语 对MAⅡAB计算结果进行处理 言如Visual Basic、Visual C++、 JAVA均支持ActiveX Automa— 图2系统流程图 tion控制端协议.同时许多著名 的软件如Word、Excel、MATLAB也都支持ActiveX Automa— tion服务器端协议 因此.利用本文介绍的方法就可以方便 地在用户自行开发的应用软件中嵌入上述软件的功能.从 而大大简化软件开发过程.同时提供给使用者更为专业可 靠的软件界面 Visual Basic与MATLAB的混合编程.有利于程序发布及使 用口。通过二者结合,减少了设计算法的时间.降低了编程难度,同 时兼顾了代码安全和界面友好 图1 膜片钳信号滤噪系统界面 参考文献 系统的核心滤噪功能通过对MATLAB的Wavelet工具箱 [1]飞思科技产品研发中心.MATLAB 6.5辅助小波分析与应用[M]. 的调用实现。系统流程如图2所示。 北京:电子工业出版社,2003. 我们以小波变换的多分辨率分析特性为基础.利用MAT— [2]汪浩,张国良.在MATLAB中使用动态数据交换和ActiveX技术 LAB的Wavelet工具箱将膜片钳信号分解成一系列不同频率 [J1.舰船工程研究,2004,104(1):23-25. 分辨率的子带.通过对各个分解尺度的信号和噪声的小波相 (2006-06—06收稿2007—06-07修回) +-+-+-+・ (....上接第69页....) (3)定位技术:前面已经讨论过ROI的选择是获得高质量MRS [1]Castillo M,Kwoek L,Mukherji S K.Clinical applications of proton 的关键。笔者利用三平面定位技术.即选择一个好的方位MRI MR spectroscopy啪.AJNR,1996,17(1):1—15. 图像来定位.其他2个方位的MRI图像作为参考.从而可以很 [2]Tien R D,Lai P H,Smith J S,et 01.Single-voxel proton brain 好地避免空气及骨骼的影响 spectroscopy exanl(PROBE/SV)in patients witl1 primary brain tu— 具备MRS技术的磁共振仪.对整个磁场的均匀度要求比 mors .AjR,1996,167(1):201-209. 较高.当确定ROI后需再进一步对ROI进行匀场。方法是通过 [3] Robinson S P’Barton S J,Mcsheehy P M'et以Nuclear magnetic 逐步调整 、y、z3个轴的梯度线圈内的电流,使其产生的FID resonance spectorscopy of cancer British Journal of Radiology, 1997,70:60—69. 衰减达到最慢来实现的 波谱的信噪比和分辨率部分决定于谱 [4]Burtscher I M,Hohas S.Proton MR spectroscopy in clinical routine 线半高宽.谱线半高宽受原子核自然半高宽及磁场均匀度的影 fJ].J Magn Reson Imaging,2001,13(2):560—567. 响,内磁场的均匀度越高.半高宽越小.基线越平整光滑。・H— [5]Andreia V,Faria,Fabiano R The pattern of proton magnetic resonance MRS用水峰的最大半高宽(FWHM)来表示磁场的均匀性 抑水 spectroscopy in non-neoplastie eneephalie lesions Arq Neurop— 是专用于质子波谱的技术.波谱的信号强度与所测物质的浓度 siquiatr,2004,62(2-B):429-436. 成正比。本次研究的代谢产物都非常低.只有约120mmo1.人体 [6] 彭振军.医用磁共振成像技术【M】.武汉:湖北科学技术出版社, 组织含有大量含H的化合物.水的浓度是其他代谢产物的1 1998:130-137,209. 万~10万倍.因此如果不采取一定的抑制措施.代谢产物的共振 [7]赵喜平.磁共振成像系统的原理及其应用[M].北京:科学出版 峰就会被淹没。故・H—MRS需要抑水口一。新一代的磁共振仪都 社.2000:391-403. 具有自动匀场和抑水功能 只有细致地做好每一个环节.控制 [8] 黄继英,梁星原.磁共振成像原理[ .西安:陕西科学技术出版社, 好磁共振波谱图像的质量.使之能更准确地反应病变.才能更 1998:173—176. 好地为临床诊断提供依据 f9J 刘定西,于群.MR成像分册[ .武汉:湖北科学技术出版社,1999: l1O一111. 参考文献 (2007—04-02收稿2007—07—30修回) _7 医疗卫生装备・2007年11月第28卷第11期 ,V Chinese MedicaI Equipment Journal・Vol28 No 1 1 November 2007 

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