磁共振频谱定量后处理技术比较及检测序列对磁共振频谱定量的影响

发布时间：2020-03-30 19:14

【摘要】： 研究目的: 磁共振频谱检测是目前最有效的、无创的在体细胞内代谢物检测方法。在过去的几十年里面,MRS已经从以往的实验室走进了我们的日常临床检查工作当中,并成为目前临床常规疾病诊断应用较广泛的一种检查方法。在体磁共振频谱同时又是一种能对被检查组织中代谢物变化进行分析并定量的方法。MRS信号所提供的定量信息一般是以频域的方式出现,并以频谱的形式表现出来。在一般大脑磁共振频谱检查中,所得的各种常见代谢物包括:NAA、Cho、Cr、和mI。此外还包括少量的谷氨酸(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、乳酸(Lac)和γ-氨基丁酸(GABA)。这些代谢物在大脑中含量的变化往往早于、或与临床症状发生同时出现,并为疾病的发展及预后、治疗效果评价提供重要的参考信息。目前磁共振频谱信号检测的方法有两种,分别是通过三维梯度层面定位并形成信号的单体素频谱扫描方法及提供MRI空间相位编码的频谱成像两种方法。然而我们知道,根据磁共振扫描系统所获得的信号强度进行代谢物浓度定量是一种技术含量较高并且相对复杂的方法。这一处理过程中涉及大量不同的物理原理和技术方法,使得这个问题尤其是对于初学者,显得更为复杂。在过去的十多年中,已经出现了很多种类型的物理模型和算法,但是其中只有一小部分的方法适合而又被广泛应用于临床研究。这些软件程序数据包里一般都包括一些自动的或者互动预处理方法,例如频率偏移校正、填零和一阶校正、以及由于涡流效应引起的相位差校正等方法。总的来说,磁共振频谱定量其实就是一种数据处理的过程。我们将会简要的介绍一些常用于磁共振频谱定量的后处理方法。所有的后处理方法都是通过扫描仪获得更多的数据及修改参数来进行浓度定量。但是,对于目前临床常用的几种磁共振频谱定量处理软件的比较及选择方面介绍的文章相对较少。为了为将来磁共振频谱定量研究选择合适的后处理软件,本文将会对目前3种的常用后处理软件:LCModel、SAGE、Functool进行比较,分析三者之间的优缺点,选择出较为优秀的软件,并根据实验第一部分结果选择合适的后处理软件,比较PRESS和STEAM序列对大脑中央前回的代谢物绝对定量的差异,并根据结果进行分析,为将来磁共振频谱数据采集序列选择及后处理软件选择提供参考依据。方法: x?±s14例健康成年人,年龄23-29岁,平均年龄为26.1岁,均为右利手。应用美国GE公司1.5 T Signal HDx TwinSpeed超导型磁共振成像系统及配套头颈专用正交线圈。常规MRI扫描:所有受试者均进行头部MRI平扫:采用FSGRE(TR/TE=4000ms/107ms)获取三维T2WI解剖图像,并使用PRESS及STEAM序列对左侧大脑中央前回进行单体素磁共振频谱扫描,扫描参数为TE=30ms,TR=3000ms。每次扫描约4′30″及7′30″。扫描后实验数据分别通过LCModel、SAGE及Functool三种软件进行进一步处理。其中利用LCModel两种序列扫描数据进行处理,得出NAA、Cho、Cr、mI、Glx浓度及NAA/Cr、Cho/Cr、mI/Cr的比值;SAGE及Functool仅对STEAM和PRESS序列扫描数据处理,得出NAA/Cr、Cho/Cr及mI/Cr比值。处理后数据通过SPSS13.0处理,计算各代谢物浓度、及比值的均值及标准差,计算结果用表示。其中三种软件处理STEAM序列所得代谢物比值采用多因素分析,以P0.05为有显著性差异,并与文献参考值进行比较。另外根据前一实验结果,通过LCModel处理PRESS和STEAM序列得到数据中的四种代谢物浓度,并采用配对t检验统计试验结果,以P0.05为有显著性差异。结果:三种软件处理比值结果中除NAA/Cr外,其他两个比值(Cho/Cr、mI/Cr)相互间存在不同程度的差异,其中Cho/Cr比值中LCModel与SAGE数据间没有显著差异,而这两者均与Functool存在显著差异。mI/Cr比值中,LCModel与两种软件之间没有显著差异,而SAGE与Functool之间存在显著差异。LCModel软件分析得到Cho/Cr比值与文献偏差明显。使用Functool软件进行分析发现,NAA/Cr、mI/Cr比值与文献结果间均存在偏差。使用SAGE软件对频谱的波峰下面积分析并计算出比值,得出Cho/Cr、mI/Cr与文献参考值间存在差异。根据前面一部分的实验结果,使用LCModel软件PRESS和STEAM序列检测所得数据进行分析。两种序列代谢物浓度比较后发现两者之间没有显著差异,与参考文献中代谢物浓度范围比较,发现STEAM检测所得浓度相对接近,并根据实验结果、序列的特征对两种扫描序列进行分析。结论:使用后处理软件对于磁共振频谱进行定量处理,在谱线处理方面,各软件均存在各自的优劣,与文献参考值之间各自均存在不同程度的差距,在基线的拟合及系统误差处理方面LCModel较SAGE软件及Functool软件有优势,但LCModel对代谢物浓度比值估算与文献参考值比较仍存在误差。进一步分析,在短TE条件下,利用LCModel软件分析,STEAM序列对绝对定量与PRESS序列基本一致,但对实验数据以及与文献参考值比较分析后得出STEAM序列检测所得频谱数据在短TE情况下较稳定,频谱谱线相对于PRESS序列基线要稳定。
【图文】：

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图 1 PRESS 序列与 STEAM 序列示意图Fig.1 Sketch map of PRESS and STEAM sequence图 2 本实验在中央前回定位图像，FOV 24cm×18 cmFig.1 location map for ours experiment in the anterior central gyrus，， FOV 24cm×18cm

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图 2 本实验在中央前回定位图像，FOV 24cm×18 cmFig.1 location map for ours experiment in the anterior central gyrus， FOV 24cm×18cm(a) (b) (c)图 3 LCModel、SAGE 及 Functool 软件分析后所得频谱图像分别为 PRESS 和 STE测出频谱经 LCModel（图 a）、SAGE（图 b）和 Functool（图 c）软件处理后所得出频Fig.2 Pictures obtained from LCModel(a， b)， SAGE(c) and Functool(d).
【学位授予单位】：汕头大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R445.2

【参考文献】