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【摘要】 目的 观察波谱空间定位和扫描参数对图像质量的影响，并初步小结应用要点。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（ROI）的位置、大小和其他参数设置（FOV、频率矩阵、相位矩阵、预饱和带等），记录预扫描后系统显示的半高宽、水抑制程度等数值，并对扫描后显示的图像质量进行初步评价，探讨这些数值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。只有尽一切技术手段使得半高宽在系统提示的范围之内，才有可能获得好的谱线。
【关键词】 磁共振波谱学；半高宽；质量控制
Quality control and main techniques in MRS technology
CHEN Jian,WANG Wei,HE Ling,et al.Center for Medical Imageology,The First Peoples Hospital of Yangzhou,Yangzhou 225001,China
【Abstract】 Objective To explore the effects on images from the space location of spectrum and scanning parameters,and summarize the technological essential and application hints.Methods 65 patients were scanned in brain with magnetic resonance spectroscopy,the location and the size of region of interesting （ROI） and other scanning parameters values （FOV,frequency matrix,phase matrix,saturate cingulum,etc.） were changed intentionally,the values of full width at half maxium and water suppression lever were recorded.A preliminary evaluation of the resulted waves and the relationship between the parameters data and the quality of the MRS waves were probed.Results Of 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: the range of full width at half maxium value was 5～23,water suppression level was 92～99.In the 60-case group,all those full width at half maxium values were in the given range of the system,on the contrast,in the 5-case group full width at half maxium values were 7,9,16 and 23,and water suppression levels were 95,96,97.Conclusion High-quality wave spectrum depends on high uniformity of magnetic field.The value of full width at half maxium is an important factor that reflects the uniformity of magnetic field.Good wave spectrum lines only could be acquired with all those techniques which ensure the value of full width at half maxium to be within the given range of the system.
【Key words】 magnetic resonance spectroscopy; full width at half maxium;quality control
磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy,MRS）是一种非侵入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，这些谱线所提供的信息有助于做出定量分析和定性诊断。MRS利用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在临床上取得了一定的进展，不仅颅脑，在肝、肌肉及前列腺中也有应用，其中1H-MRS应用最多［1～5］。
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量，使其对早期病变检出及对病变的范围及边缘做出准确判断，显得尤为重要。
1 资料与方法
1.1 一般资料 本组65例中男37例，女28例。年龄1～73岁，平均35.1岁。
1.2 方法 采用GE公司的Signal MR/I Echo Speed 1.5T磁共振仪，对所有患者做多体素1H-MRS采集，使用标准头部线圈作为共用的发射和接收线圈，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）甚至可做斜位定位，同时采用饱和技术。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
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，可以用于临床诊断；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，其半高宽都在系统建议的范围内，本系统建议多体素MRS的半高宽最大值为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11～17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。经过反复的调整定位和ROI，并选择性地运用饱和技术，甚至直接进行手动匀场，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。
3 讨论
3.1 MRS图像质量的决定因素 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。（1）影响MRS信噪比的因素：MRS检测的信号强度与所测组织内原子核的自然丰度和核的浓度及其固有敏感度有关。①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。②ROI：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。③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。（2）影响MRS分辨率的因素：所测原子核化学位移的范围。化学位移越宽则分辨率越高。磁场在空间上要均匀，在时间上要稳定。均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。本组65例病例中由于磁场强度由设备本身决定，是固定不变，考虑到检查时间的因素，信号采集次数由实验者统一设定，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例其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。
3.2 MRS图像质量的控制
3.2.1 操作控制 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，若扫描后的半高宽最大值超过系统给定的标准，则会对波谱扫描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60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［6，7］，应根据病变部位的大小选择合理的参数设定。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。（3）定位技术。前面已经讨论过ROI的选择是获得高质量MRS的关键。笔者利用三平面定位技术，即选择一个好的方位MRI图像来定位，其他两个方位的MRI图像作为参考，从而可以很好地避免空气及骨骼的影响。
3.2.2 技术的选择 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1a所示的ROI边缘模糊及信号丢失，致使谱线变形。因此本组病例中60例好的谱线在定位时都使用了一种特殊技术，即可选择性饱和带技术。图1b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。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，也就没有或只有少量从这些组织激活的纵向磁化，从而也就不会生成信号或只有少量信号。饱和带脉冲可明确以图形方式应用于任一方向或全部六个方向，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2a、图2b分别为使用了饱和带脉冲的定位图和波谱图，图2c、图2d则是没有使用饱和带脉冲的定位图和波谱图。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TR除以切片数目得出的值＞150ms，饱和脉冲可能无效。
3.2.3 特定技术的应用 具备MRS技术的磁共振仪，对整个磁场的均匀度要求比较高，当确定ROI后需再进一步对ROI进行匀场。方法是通过逐步调整X、Y、Z三个轴的梯度线圈内的电流，使其产生的FID衰减达到最慢。波谱的信噪比和分辨率部分决定于谱线半高宽，谱线半高宽受原子核自然半高宽及磁场均匀度的影响，内磁场的均匀度越高，半高宽越小，基线越平整光滑。1H-MRS用水峰的最大半高宽来表示磁场的均匀性。抑水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成正比。本次研究的代谢产物含量都非常低，只有约120mmol，人体组织含有大量含H的化合物，水的浓度是其他代谢产物的10000～100000倍，因此如果不采取一定的抑制措施，代谢产物的共振峰会被淹没。故1H-MRS需要抑水［2，8，9］。新一代的磁共振仪都具有自动匀场和抑水功能。
总之，只有细致耐心地做好每一个环节，才能控制好磁共振波谱图像的质量，使之能更准确地反应病变，更好地为诊断服务。
（本文图片见附页2）
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作者单位： 225001 江苏扬州，扬州市第一人民医院医学影像中心
（编辑：周 蕊）