颅脑三维梯度回波成像技术探讨
作者：胡军武 朱文珍 王承缘
单位：同济医科大学附属同济医院放射科， 武汉 430030
关键词：磁共振成像；梯度回波；三维
同济医科大学学报000429 摘要 探讨三维稳态破坏性梯度回返采集(three-dimensional spoiled gradient recalled acq uisition in steady state，3D-SPGR)在颅脑疾病中的应用价值与技术。采用GE1.5T扫 描机，对117例病变增强后行二维自旋回波(2D-SE)T1WI及3D-SPGR轴位扫描进行对比分 析。结果发现:3D-SPGR的最佳成像参数为TR 14～15 ms，TE 3.1～3.4 ms，翻转角 30°。 提示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。
, http://www.100md.com
中图法分类号 R445.2， R742.8
Technique of 3D-SPGR in Cerebral Diseas es
HU Junwu ZHU Wenzhen WANG Chengyuan
(Department of Radiology，Tongji Hospital，Tongji Medic al University，Wuhan 430030)
Abstract The utility and technique of three-dimensional spoiled gradient recalled acquis ition in steady state (3D-SPGR) in cerebral diseases were investigated. 117 pat ients were studied by using a 1.5T MR scanner. After enhancement，2D-SE T1WI an d 3D-SPGR were performed and compared. It was found that the best imag ing parameters of 3D-SPGR were TR 14 to 15 ms, TE 3.1 to 3.4 ms, FA 30°. It wa s suggested that enhanced 3D-SPGR had advantages over 2D-SE T1WI and possibi lity substituting for 2D-SE T1WI in the diagnosis of the cerebral diseases.
, 百拇医药
Key words MRI Technique; SPGR; three-dimension; cerebral di seases
梯度回波(GRE)为核磁共振成像(MRI)的发展提供了广阔的前景，与自旋回波(SE) 相比，GRE的最大特点是大大缩短了成像时间且保持了一定的信噪比。稳态破坏性梯度回返 序列(SPGR)是GRE的一种，主要产生T1*[1]。本文主要探讨三维稳态破坏性梯度 回返采集(three-dimensional spoiled gradient recalled acquisition in steady sta te，3D-SPGR)及其在颅脑的应用价值及成像技术。
1 材料与方法
1.1 一般资料
收集1996年10月～1998年10月病例共117例，其中原发肿瘤91例，转移瘤13例，腔隙性脑梗塞 2例，脑炎2例，脑囊虫病3例，动脉硬化6例。所有病例均经病理或临床资料证实。男69例， 女48例，年龄4～68岁。
, 百拇医药
1.2 成像设备及参数
采用GE 1.5T Signa Advantage型扫描机及相应工作站Sun microsystem advantage windo w s，所有病例行常规平扫，动脉瘤患者行磁共振血管成像(MRA)及增强轴位扫描，其余病例 增强后行二维自旋回波T1加权像(2D-SE T1WI)及3D-SPGR轴位扫描。 扫描参数: 3D-SPGR为TR 14～15 ms、TE 3.1～3.4 ms、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 ms、TE 16 ms、矩阵2 56×192、翻转角0°、激励次数2、层厚5 mm、层距2.5 mm。
此外，将3D-SPGR原始图像传送到工作站进行图像后处理，包括多平面重建(MPR)、最大 信号密度投影(MIP)、三维表面重建及分割(CUT)，并将3D-SPGR与2D-SE T1WI图像 进行对比分析。
, 百拇医药
1.3 翻转角(FA)及容积重建阈值的选择方法
FA的选择：固定TR14～15 ms，TE3.1～3.2 ms，分别选用20°、30°、40°、60°的FA，并 对 104例脑肿瘤的瘤体及瘤体邻近组织和基底节进行信号强度的测量，所测数据进行统计学分 析。容积重建阈值的选择：将FA为30°的序列的原始图像分别经15、20、25、30和40的预定阈值 进行三维容积重建。以重建后的脑实质及瘤体的信号接近原始图像为准。
2 结果
2.1 FA及阈值的选择
当TR、TE固定时，随FA的增大，瘤体及脑组织的信号强度(SI)降低，对比噪声比增加(见 表1)。经SAS软件包检验分析可知，在统计学上有极显著差异(P<0.001)。本组 选择了不同的FA，并认为FA在30°时能获得较好的脑组织对比及T1*图像(图1a、图1b)。
, 百拇医药
在工作站容积重建过程中，经过不同阈值下的信噪比和对比度的比较，发现阈值在15～30时 ，进行容积重建及分割技术，能直观地了解病变与邻近脑组织的界限、病变范围和深度，并 模拟手术径路[2](图2)。
图1 同一患者分别采用60°(图1a)及30°(图1b)翻转角进行3D- SPGR扫 描，前者灰白质对比较后者高，但信噪比下降，图像分辨明显较后者差，两者比较，后者图 像质量更高
图2 甲状腺癌转移，3D-SPGR容积重建及分割见肿瘤自皮下穿过颅骨直 达颅内，周围脑实质明显受压
, 百拇医药 图3 镰旁脑膜瘤，3D-SPGR矢状位重建见肿瘤显著强化并侵及上矢状窦 中部
2.2 对病变的显示
增强后3D-SPGR发现病变147个，增强后2D-SE T1WI发现病变134个，前者较后者多发 现 13个小病变，为脑囊虫病及转移瘤患者，且能发现更多的病变细节。如出血降解产物及环形 病变中小的附壁结节。而且两个序列病变强化程度相当。
2.3 3D-SPGR对血管的显示
使用工作站的三维图像后处理技术，19例肿瘤累及周围血管可被较好的显示，包括血管 变形移位，侵蚀。上矢状窦的闭塞等(图3)。
表1 104例脑肿瘤不同FA情况下SI平均值 FA
SI1
, 百拇医药
SI2
SI3
C(%)
20°
116.10
80.17
81.30
18.31
30°
82.65
55.43
56.72
, 百拇医药
19.17
40°
73.95
44.03
44.38
25.36
60°
48.12
26.92
27.06
28.25
SI1为增强后瘤体信号强度的平均值。SI2为增强后瘤体周围邻近组织的信号强度平均值 。SI3为增强后基底节信号强度的平均值。C={｜SI1-SI2｜/｜SI1-SI2｜}×10 0%
, 百拇医药
2.4 3D-SPGR对颅内大动脉瘤的显示
6例8个大动脉瘤在3D-SPGR完美显示，包括动脉瘤瘤颈、血栓形成、通畅瘤腔及其对周 围结构的压迫等，而MRA迭加像仅发现2个动脉瘤。
2.5 图像伪影的分析
增强扫描2D-SE T1WI每例均有后颅窝血管搏动伪影，3D-SPGR对移动伪影敏感，本组病例 有5例有显著的移动伪影。 3 讨论
3.1 SPGR 的成像原理及参数的选择
SPGR是由GRASS(gradient-recalled echos)稳态梯度回聚回波衍生而来的，所不同的是S PGR在给RF脉冲的同时又加了一个相位偏移脉冲，破坏了横向(Mxy)上的残余矢量而难以建 立稳态(Steady state)，仅纵向磁化矢量达到稳态[1]。因此，SPGR的成像质量 只受纵 向磁矢量变化的影响。纵向矢量又受两类因素的制约，一是内在因素：①组织T1，②质子密 度，③新流入质子；二是人为因素: ①TR选择，②翻转角(FA)的大小。当FA为900时，SPGR 的对比与SE相同，不同之处是T2*与T2效应。减小FA，磁矢量恢复时间也减小，因此，较短T R、较小FA能获得相似的对比，由于采用小FA后部分磁矢量转变成横向磁矢量而被破坏掉， 即使使用较长的TR，最大信号强度也不及900信号强度。因此，SPGR在使用短TR时常降低FA 。因此本文使用TR 14～15 ms、TE 3.1～3.4 ms，FA 300能获得较好的组织对比及T1WI像 ，能提供较好的灰白质对比。
, 百拇医药
3.2 3D-SPGR成像技术上的优越性
3D-SPGR是通过一次成像得到了较大体积的解剖信息，而且空间各向分辨力均一。三维成像 (3D)与二维成像(2D)在技术上有本质的区别。3D的射频是加在具有一定厚度的容积上， 从而使层间距变为0 mm。而2D的射频只加在一个单一的层面上，层厚和层间距都比3D厚，因 此3D病变检出率高。但信噪比(SNR)和对比度(C)有所下降，这也是目前3D-SPGR不能完 全取代2D-SE的重要原因，且由于存在2个相位编码，故对移动伪影敏感。单一序列扫描时间3D-SPGR虽然较2D-SE长(3D：4'3"；2D：2'53")，但扫描层数是2D-S E 的8倍，而且还能进行各个方向的断面重建，比较而言，3D较2D不仅简化了成像序列，也节 省了扫描时间。
3.3 3D-SPGR对血管病变的显示
无论是平扫还是增强扫描，3D-SPGR显示的血管均为高信号，这是物理与生物现象结合的 结果。由于静止组织反复被射频脉冲所激发，整个纵向磁化较少，而新流入的质子因为未被 射 频激发，具有较大的纵向磁化矢量，能产生较强的信号，这种未饱和的质子渗入到成像区域 是血管产生信号的重要原因，也是MRI中TOF的成像原理。因此3D-SPGR能显示病变对血管的 累及，对大动脉瘤的显示也较常规MRI要好[3,4]。
, 百拇医药
3.4 三维图像后处理技术
3D-SPGR的原始图像经工作站后处理后，能将传统的二维图像转化为三维显示。它形态逼 真，影像更接近于解剖实体，能从不同的方位显示病变形态与邻近的关系，并能精确定位， 它的主要技术有：①容积重建;②多平面重建；④多图像组合：将脑实质重建图像、脑表面 重建图像和血管图像再次组合，并用不同颜色标示，可显示血管与近邻脑组织的空间关系， 具有形象逼真的特点。
胡军武，男，1960年生，主管技师
参 考 文 献
1，Prorok R J. Sign applications guide. Vol 2. 4th ed. Milwaukee: G E Medical System, 1990. 12
2，Mirowitz S A. Intracranial lesion enhancement with Gadolinium: T1 -weighted sp in-echo versus three-dimensional fourier transform gradient-echo MR imaging. Radiology, 1992,185:529
3，Atlas S W. Magnetic resonance imaging of the brain and spine. 2the d. Philadelphia: Lippincott-Raven publishers, 1996. 1481
4，Kurihara N, Takahashi S, Higano S et al. Evaluation of large i ntracranial an eurysm with three-dimensional MRI. J Compute Assist Tomogr, 1995, 19:707
(1999-09-08 收稿), 百拇医药
单位：同济医科大学附属同济医院放射科， 武汉 430030
关键词：磁共振成像；梯度回波；三维
同济医科大学学报000429 摘要 探讨三维稳态破坏性梯度回返采集(three-dimensional spoiled gradient recalled acq uisition in steady state，3D-SPGR)在颅脑疾病中的应用价值与技术。采用GE1.5T扫 描机，对117例病变增强后行二维自旋回波(2D-SE)T1WI及3D-SPGR轴位扫描进行对比分 析。结果发现:3D-SPGR的最佳成像参数为TR 14～15 ms，TE 3.1～3.4 ms，翻转角 30°。 提示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。
, http://www.100md.com
中图法分类号 R445.2， R742.8
Technique of 3D-SPGR in Cerebral Diseas es
HU Junwu ZHU Wenzhen WANG Chengyuan
(Department of Radiology，Tongji Hospital，Tongji Medic al University，Wuhan 430030)
Abstract The utility and technique of three-dimensional spoiled gradient recalled acquis ition in steady state (3D-SPGR) in cerebral diseases were investigated. 117 pat ients were studied by using a 1.5T MR scanner. After enhancement，2D-SE T1WI an d 3D-SPGR were performed and compared. It was found that the best imag ing parameters of 3D-SPGR were TR 14 to 15 ms, TE 3.1 to 3.4 ms, FA 30°. It wa s suggested that enhanced 3D-SPGR had advantages over 2D-SE T1WI and possibi lity substituting for 2D-SE T1WI in the diagnosis of the cerebral diseases.
, 百拇医药
Key words MRI Technique; SPGR; three-dimension; cerebral di seases
梯度回波(GRE)为核磁共振成像(MRI)的发展提供了广阔的前景，与自旋回波(SE) 相比，GRE的最大特点是大大缩短了成像时间且保持了一定的信噪比。稳态破坏性梯度回返 序列(SPGR)是GRE的一种，主要产生T1*[1]。本文主要探讨三维稳态破坏性梯度 回返采集(three-dimensional spoiled gradient recalled acquisition in steady sta te，3D-SPGR)及其在颅脑的应用价值及成像技术。
1 材料与方法
1.1 一般资料
收集1996年10月～1998年10月病例共117例，其中原发肿瘤91例，转移瘤13例，腔隙性脑梗塞 2例，脑炎2例，脑囊虫病3例，动脉硬化6例。所有病例均经病理或临床资料证实。男69例， 女48例，年龄4～68岁。
, 百拇医药
1.2 成像设备及参数
采用GE 1.5T Signa Advantage型扫描机及相应工作站Sun microsystem advantage windo w s，所有病例行常规平扫，动脉瘤患者行磁共振血管成像(MRA)及增强轴位扫描，其余病例 增强后行二维自旋回波T1加权像(2D-SE T1WI)及3D-SPGR轴位扫描。 扫描参数: 3D-SPGR为TR 14～15 ms、TE 3.1～3.4 ms、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 ms、TE 16 ms、矩阵2 56×192、翻转角0°、激励次数2、层厚5 mm、层距2.5 mm。
此外，将3D-SPGR原始图像传送到工作站进行图像后处理，包括多平面重建(MPR)、最大 信号密度投影(MIP)、三维表面重建及分割(CUT)，并将3D-SPGR与2D-SE T1WI图像 进行对比分析。
, 百拇医药
1.3 翻转角(FA)及容积重建阈值的选择方法
FA的选择：固定TR14～15 ms，TE3.1～3.2 ms，分别选用20°、30°、40°、60°的FA，并 对 104例脑肿瘤的瘤体及瘤体邻近组织和基底节进行信号强度的测量，所测数据进行统计学分 析。容积重建阈值的选择：将FA为30°的序列的原始图像分别经15、20、25、30和40的预定阈值 进行三维容积重建。以重建后的脑实质及瘤体的信号接近原始图像为准。
2 结果
2.1 FA及阈值的选择
当TR、TE固定时，随FA的增大，瘤体及脑组织的信号强度(SI)降低，对比噪声比增加(见 表1)。经SAS软件包检验分析可知，在统计学上有极显著差异(P<0.001)。本组 选择了不同的FA，并认为FA在30°时能获得较好的脑组织对比及T1*图像(图1a、图1b)。
, 百拇医药
在工作站容积重建过程中，经过不同阈值下的信噪比和对比度的比较，发现阈值在15～30时 ，进行容积重建及分割技术，能直观地了解病变与邻近脑组织的界限、病变范围和深度，并 模拟手术径路[2](图2)。
图1 同一患者分别采用60°(图1a)及30°(图1b)翻转角进行3D- SPGR扫 描，前者灰白质对比较后者高，但信噪比下降，图像分辨明显较后者差，两者比较，后者图 像质量更高
图2 甲状腺癌转移，3D-SPGR容积重建及分割见肿瘤自皮下穿过颅骨直 达颅内，周围脑实质明显受压
, 百拇医药 图3 镰旁脑膜瘤，3D-SPGR矢状位重建见肿瘤显著强化并侵及上矢状窦 中部
2.2 对病变的显示
增强后3D-SPGR发现病变147个，增强后2D-SE T1WI发现病变134个，前者较后者多发 现 13个小病变，为脑囊虫病及转移瘤患者，且能发现更多的病变细节。如出血降解产物及环形 病变中小的附壁结节。而且两个序列病变强化程度相当。
2.3 3D-SPGR对血管的显示
使用工作站的三维图像后处理技术，19例肿瘤累及周围血管可被较好的显示，包括血管 变形移位，侵蚀。上矢状窦的闭塞等(图3)。
表1 104例脑肿瘤不同FA情况下SI平均值 FA
SI1
, 百拇医药
SI2
SI3
C(%)
20°
116.10
80.17
81.30
18.31
30°
82.65
55.43
56.72
, 百拇医药
19.17
40°
73.95
44.03
44.38
25.36
60°
48.12
26.92
27.06
28.25
SI1为增强后瘤体信号强度的平均值。SI2为增强后瘤体周围邻近组织的信号强度平均值 。SI3为增强后基底节信号强度的平均值。C={｜SI1-SI2｜/｜SI1-SI2｜}×10 0%
, 百拇医药
2.4 3D-SPGR对颅内大动脉瘤的显示
6例8个大动脉瘤在3D-SPGR完美显示，包括动脉瘤瘤颈、血栓形成、通畅瘤腔及其对周 围结构的压迫等，而MRA迭加像仅发现2个动脉瘤。
2.5 图像伪影的分析
增强扫描2D-SE T1WI每例均有后颅窝血管搏动伪影，3D-SPGR对移动伪影敏感，本组病例 有5例有显著的移动伪影。 3 讨论
3.1 SPGR 的成像原理及参数的选择
SPGR是由GRASS(gradient-recalled echos)稳态梯度回聚回波衍生而来的，所不同的是S PGR在给RF脉冲的同时又加了一个相位偏移脉冲，破坏了横向(Mxy)上的残余矢量而难以建 立稳态(Steady state)，仅纵向磁化矢量达到稳态[1]。因此，SPGR的成像质量 只受纵 向磁矢量变化的影响。纵向矢量又受两类因素的制约，一是内在因素：①组织T1，②质子密 度，③新流入质子；二是人为因素: ①TR选择，②翻转角(FA)的大小。当FA为900时，SPGR 的对比与SE相同，不同之处是T2*与T2效应。减小FA，磁矢量恢复时间也减小，因此，较短T R、较小FA能获得相似的对比，由于采用小FA后部分磁矢量转变成横向磁矢量而被破坏掉， 即使使用较长的TR，最大信号强度也不及900信号强度。因此，SPGR在使用短TR时常降低FA 。因此本文使用TR 14～15 ms、TE 3.1～3.4 ms，FA 300能获得较好的组织对比及T1WI像 ，能提供较好的灰白质对比。
, 百拇医药
3.2 3D-SPGR成像技术上的优越性
3D-SPGR是通过一次成像得到了较大体积的解剖信息，而且空间各向分辨力均一。三维成像 (3D)与二维成像(2D)在技术上有本质的区别。3D的射频是加在具有一定厚度的容积上， 从而使层间距变为0 mm。而2D的射频只加在一个单一的层面上，层厚和层间距都比3D厚，因 此3D病变检出率高。但信噪比(SNR)和对比度(C)有所下降，这也是目前3D-SPGR不能完 全取代2D-SE的重要原因，且由于存在2个相位编码，故对移动伪影敏感。单一序列扫描时间3D-SPGR虽然较2D-SE长(3D：4'3"；2D：2'53")，但扫描层数是2D-S E 的8倍，而且还能进行各个方向的断面重建，比较而言，3D较2D不仅简化了成像序列，也节 省了扫描时间。
3.3 3D-SPGR对血管病变的显示
无论是平扫还是增强扫描，3D-SPGR显示的血管均为高信号，这是物理与生物现象结合的 结果。由于静止组织反复被射频脉冲所激发，整个纵向磁化较少，而新流入的质子因为未被 射 频激发，具有较大的纵向磁化矢量，能产生较强的信号，这种未饱和的质子渗入到成像区域 是血管产生信号的重要原因，也是MRI中TOF的成像原理。因此3D-SPGR能显示病变对血管的 累及，对大动脉瘤的显示也较常规MRI要好[3,4]。
, 百拇医药
3.4 三维图像后处理技术
3D-SPGR的原始图像经工作站后处理后，能将传统的二维图像转化为三维显示。它形态逼 真，影像更接近于解剖实体，能从不同的方位显示病变形态与邻近的关系，并能精确定位， 它的主要技术有：①容积重建;②多平面重建；④多图像组合：将脑实质重建图像、脑表面 重建图像和血管图像再次组合，并用不同颜色标示，可显示血管与近邻脑组织的空间关系， 具有形象逼真的特点。
胡军武，男，1960年生，主管技师
参 考 文 献
1，Prorok R J. Sign applications guide. Vol 2. 4th ed. Milwaukee: G E Medical System, 1990. 12
2，Mirowitz S A. Intracranial lesion enhancement with Gadolinium: T1 -weighted sp in-echo versus three-dimensional fourier transform gradient-echo MR imaging. Radiology, 1992,185:529
3，Atlas S W. Magnetic resonance imaging of the brain and spine. 2the d. Philadelphia: Lippincott-Raven publishers, 1996. 1481
4，Kurihara N, Takahashi S, Higano S et al. Evaluation of large i ntracranial an eurysm with three-dimensional MRI. J Compute Assist Tomogr, 1995, 19:707
(1999-09-08 收稿), 百拇医药