摘要：目的：对附加水激发技术的 3D-FLASH 序列进行优化，并与传统的频率预饱和脂肪抑制技术的 3D-FLASH 序列进行比较。方法：健康成年志愿者 10 人，扫描序列采用不同的脉冲重复时间(TR)、回波时间(TE)和翻转角度(FA)的 3 组 3D-WE-FLASH 序列和一组 3D-FS-FLASH 序列。在各扫描序列标准矢状位图像上测量膝关节软骨信噪比(SNR)、关节软骨与周围组织之间的对比度噪声比(CNR)和关节软骨与关节液体之间的对比度噪声比效率(CNRca-fluidefficiency)。采用重复测量资料的方差分析对量化数据进行分析。结果：SNRca，CNRca-fluid，CNRca-bone，CNRca-fat，CNRca-meNIsus在序列 4 组均显著性高于序列 1、2、3 组;SNRca，CNRca-fluid，CNRca-fat，CNRca-bone在序列 2组显著性高于序列 1、3 组;CNRca-fluideff 在序列 2、4 组之间无显著性差异。结论：经优化后的水激发 3D-FLASH 序列能够显著缩短扫描时间并达到理想的软骨成像效果。

　　核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是目前唯一能无创性检查关节软骨病变的方法，脂肪抑制三维扰相梯度回波(3D-FS-SPGR 或 3D-FS-FLASH)序列是目前公认的显示关节软骨的最佳扫描序列，但其成像时间过长是主要缺点。本研究采用水激发(Wates Excitation，WE)技术代替传统频率预饱和脂肪抑制技术，同时改进射频激发脉冲反转角度，将改型的序列与传统的软骨成像序列进行对比研究，探讨 WE 技术用于软骨成像的可行性。

　　1 资料与方法

　　1.1 一般资料

　　健康成年志愿者 10 名，男 6 名，女 4 名，年龄 27～40 岁，平均 32 岁。所有志愿者均无膝关节外伤病史及膝关节不适症状。

　　1.2 检查方法

　　使用 Siemens 1.5T Magnetom Avanto 超导型全身磁共振扫描仪(有效梯度场 57mT·m-1，有效梯度场切换率 216(T·m-1·s))，线圈采用包裹式表面线圈，包绕整个膝关节，线圈中心定位于髌骨下缘水平。标准矢状位扫描。

　　健康志愿者所采用扫描序列包括有 3 组伴 WE 的 3D-FLASH 序列(序列 1、2、3 分别选择翻转角度 15°、30°、45°以及各自对应的扫描时机器所允许的最小重复时间 TR、回波时间 TE ) 和 1 组 伴 传 统 频 率 预 饱 和 脂 肪 抑 制 技 术 的 三 维 快 速 小 角 度 激 发 成 像(Three-Dimensional Fat Saturation Fast Low Angle Shot，3D-FS-FLASH 为序列 4)序列。4 组 3D-FLASH 序列的扫描参数中扫描矩阵(320×275)、层厚(1.5mm)、视野(160mm×180mm)、采集次数(1 次)均相同，其余参数见表 1。

　　1.3 MRI 数据量化评估

　　采用 eFILM Workstation(version 2.1.2，Merge Healthcare)对 MR 图像进行相关的数据分析，选择相同层面测量健康志愿者关节软骨、关节液体以及周围的骨髓、半月板、脂肪等在各扫描序列中的信号强度(Signal Intensity，SI)。关节液体根据实际情况选择合适的感兴趣区大小，其余则根据所测量结构不同选择 4～9mm2大小不等感兴趣区。另设置感兴趣区于没有血管搏动伪影或其他伪影且紧靠膝关节的区域测量背景噪声，测量 3 次取其标准差的均值为背景噪声 SDnoise。根据公式计算组织的信噪 比(SNR，SNR=SI/SDnoise)、对比度噪声比(CNR, contrast-to-noise ratio,CNR=(SI1-SI2)/SDnoise)、对比度噪声比效率(CNR efficie-ncy=CNR/ 扫描时间 ( s))。SNRca、CNRca-fluid、CNRca-menisus、CNRca-fat、CNRca-bone、CNRca-fluid eff 分别代表关节软骨的 SNR、软骨/积液 CNR、软骨/半月板 CNR、软骨/髌下脂肪垫 CNR、软骨/骨髓CNR、软骨/积液 CNR。

　　1.4 统计分析

　　采用 SPSS13.0 软件进行统计分析。采用重复测量资料的方差分析对软骨 SNR 在各扫描序列之间的差异以及软骨对周围组织(包括关节液体、骨髓、半月板、脂肪)的 CNR 之间的差异进行比较，P<0.05 被认为具有显著性差异。

　　2 结果

　　2.1 图像评价

　　3D-FS-FLASH 序列上软骨表现为高信号分层带状结构，以髌软骨、股骨滑车、股骨外侧髁软骨、及胫骨关节面软骨分层明显(图 1(d))，软骨与软骨下骨质分界清晰。8 例出现髌上囊或关节间隙少量低信号液体。半月板结构显示为中等稍高信号。3D-WE-FLASH 亦表现软骨高信号，液体则呈低信号(图 1(a)，图 1(b)和图 1(c))，30°翻转角脂肪抑制更加均匀，软骨与周围结构有较好的对比，仅凭肉眼难以区分 30°翻转角 3D-WE-FLASH(图 1(b))与 3D-FS-FLASH 序列(图 1(d))图像之间的细微差别，两者均具有较好的软骨信噪比，软骨与软骨下骨质分界清晰。

　　2.2 各扫描序列定量评价

　　健康成年志愿者膝关节软骨 SNR 及关节软骨对周围各组织的 CNR 见图 2 和表 2。不同序列软骨 SNR 比较：序列 4 组显著性高于序列 1、2、3 组;序列 2 组显著性高于序列 1、3 组，序列 1、3 组之间无显著性差异。不同序列 CNRca-fluid 比较：4 组序列之间均有显著性差异，由高到低分别为序列 4 组、序列 2 组、序列 3 组、序列 1 组。不同序列CNRca-menisus 比较：序列 4 组显著性高于其他 3 组，序列 2 组与序列 1 组之间无显著性差异，序列 2 组、序列 1 组均显著性高于序列 3 组。不同序列 CNRca-fat、CNRca-bone 比较：序列 4 组显著性高于序列 1、2、3 组;序列 2 组显著性高于序列 1、3 组，序列 1、3 组之间无显著性差异。不同序列 CNRca-fluid eff 比较，序列 2、4 组之间以及序列 1、3 组之间无显著性差异，序列 2、4 组显著性高于序列 1、3 组。

　　综合上述统计结果，在3组不同翻转角度的3D-WE-FLASH扫描序列中，除CNRca-menisus外，SNRca、CNRca-fluid、CNRca-fat、CNRca-bone、CNRca-fluid eff 均在 30°翻转角时达到最高值，虽然仍低于采用传统频率预饱和脂肪抑制技术的序列 4 组，但是序列 2、4 组之间的 CNRca-fluid 效率无显著性差异。

　　3 讨论

　　在众多 MR 扫描序列中，附加脂肪抑制的 3D-FS-SPGR 序列(比如 GE 公司的 3D-SPGR 序列、Siemens 公司的 FLASH 序列)被认为是目前显示关节面软骨的最佳序列。在 Disler 的大样本使用该序列的研究中，对软骨缺损诊断的敏感度为 75%～85%，特异度 97%，与关节镜分级比较两者具有极好的相关性[1]，国内学者采用相同的序列进行研究亦得出相近的结论[2-3]。

　　尽管 3D-FS-FLASH 序列对关节软骨病变评价的有效性已得到较多认同，但成像时间过长是其主要缺点，此外该序列对场强均匀度要求很高，在进行大 FOV 扫描时，视野周边区域脂肪抑制效果较差。与脂质预饱和脉冲不同，WE 技术采用空间和频率双选择脉冲(spatial-spectralexcitation)，仅激励某一层面的水成分，而脂肪质子自旋仍处于平衡状态，因而不产生信号。这种组合脉冲包含若干个间隔时间及其短暂的亚脉冲，亚脉冲的数目、偏转角度、偏转方向以及间隔时间决定了它的频谱空间选择方式[4]。目前常用的 3 种脉冲组合方式有1-3-3-1(亚脉冲角度为11.25°：33.75°：33.75°：11.25°)，1-2-1(亚脉冲角度为22.45°：45°：22.45°)，1-1(亚脉冲角度为 45°：45°)。Hardy 对比研究认为采用 1-2-1 组合模式的脉冲能够获得较理想的脂肪抑制效果，同时关节软骨与周围组织也具有较好的对比[5]。

　　采用这一技术每个 TR 之前只需增加 3.45ms 的采集时间(传统 FS 序列则需增加 25ms 的采集时间)[6]，因此能够大大缩短扫描时间，采用水激发技术的另一个优点是该序列对不均匀磁场的敏感性较低，可以减少金属伪影，而这对于关节手术后的评价非常有意义。在序列的优化方面，Glaser 等[7]的研究表明随着 FLASH 序列翻转角度的增加(15°～40°，每次增加 5°)除肌肉以外的关节软骨及其周围组织的信噪比逐渐增加，但关节软骨的对比度噪声比在 30°达到最高值，虽然仍低于采用 FS 序列所测得的对比度噪声比，但是能减少超过一半的扫描时间(由 16 分 30 秒减少到 7 分 14 秒)，本实验采用 15°、30°及45°3 组 3D-WE-FLASH 序列与传统的 3D-FS-FLASH 序列进行比较研究，TR/TE 时间则采用机器扫描时所允许的最短 TR、TE 时间，以期在最短时间内最大限度提高软骨的成像效果。与Glaser 的研究结果一致，采用 30°翻转角能获得比 15°、45°翻转角更大软骨与积液之间的对比度噪声比，而且脂肪抑制效果也是 30°翻转角最佳;与 Glaser 的研究结论有所不同的是，关节软骨的信噪比在 30°亦达到最高值，其原因可能是随着翻转角度的继续增加图像T1 权重加大，相应软骨信号逐渐减低，而 30°翻转角较好的背景噪声控制亦使之能获得最佳软骨信噪比，仅凭肉眼难以区分该序列与 3D-FS-FLASH 序列之间的细微差异。

　　更重要的是随着扫描时间的降低，CNRca-fluid 效率明显提高，采用 30°翻转角度的 3D-WE-FLASH 序列与 3D-FS-FALSH 序列比较 CNRca-fluid 效率无显著性差异，但前者比后者要缩短将近 1/3的时间，这意味着在临床实际工作中前一序列可能更具有推广价值。

　　总之，在采用不同翻转角度的 3 组序列中，采用 30°翻转角度的 3D-WE-FLASH 序列能达到最佳软骨信噪比及软骨/关节液体之间的对比度噪声比，虽然仍稍逊于 3D-FS-FLASH 序列，但通过扫描参数的优化 3D-WE-FLASH 扫描时间已减低到 308s，相应的 CNRca-fluid 效率明显提高，与 3D-FS-FLASH 序列之间无显著性差异。改良后的序列在软骨病变中的诊断价值还需临床病例对照研究的进一步证实。

　　参考文献

　　[1] Disler DG, McCauley TR, Kelman CG, et al. Fat-suppressed three-dimensional spoiledgradient-echo MR imaging of hyaline cartilage defects in the knee: Comparison with standardMR imaging and arthroscopy[J]. AJR Am J Roentgenol, 1996, 167(1): 127-132.

　　[2] 李松柏, 何翠菊, 吴振华, 等. 膝关节软骨缺损性病变的 MR 成像序列研究[J]. 中华放射学杂志,2003, 37(11): 967-972.Li SB, He CJ, Wu ZH, et al. Study of MR sequence in detecting hyaline cartilage defects ofthe knee joint[J]. Chin J Radiol, 2003, 37(11): 967-972.

　　[3] 张敏, 李石玲, 郭智萍, 等. 膝关节软骨损伤的 MR 诊断及与关节镜结果对照[J]. 中华放射学杂志,2005, 39(7): 731-735.Zhang M, Li SL, Guo ZP, et al. MR diagnosis of articular cartilage in jury in the knee: comparedwith arthroscopy[J]. Chin J Radiol, 2005, 39(7): 731-735.

　　[4] 顾菲，张雪哲. 水激励技术在关节软骨 MR 成像中的应用[J]. 中华放射学杂志, 2007,41(12)1299-1303.Gu F, Zhang XZ. The study of selective water excitation in the MR imaging of articularcartilage[J]. Chin J Radiol, 2007, 41(12)1299-1303.

　　[5] Hardy PA, Recht MP, Piraino DW. Fat suppressed MRI of articular cartilage with a spatialspectral excitation pulse[J]. J Magn Reson Imaging, 1998, 8(6): 1279-1287.

　　[6] Hauger O, Dumont E, Chateil JF, et al. Water excitation as an alternative to fat saturationin MR imaging: preliminary results in musculoskeletal imaging[J]. Radiology. 2002, 224(3):657-663.

　　[7] Glaser C, Faber S, Eckstein F, et al. Optimization and validation of a rapid high-resolutionT1-W 3D FLASH water excitation MRI sequence for the quantitative assessment of articularcartilage volume and thickness[J]. Magn Reson Imaging, 2001, 19(2): 177-85.

　　作者简介：方挺松(1977-)，男，广东省佛山市中医院 CT 室主治医师，主要从磁共振造影剂及骨关节系统影像诊断研究

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