詹松華，譚文莉，馬文，張成，陳義磊，康英杰，李一婧，沈衛(wèi)東

（上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院 1.放射科；2.針灸科，上海 201203）

射頻線圈在磁共振成像過程中起著發(fā)射射頻脈沖、接收信號的作用，是磁共振系統(tǒng)中的重要組成部分。目前頭顱磁共振成像均采用硬質(zhì)線圈，為保證絕大多數(shù)檢查者適用的原則，頭顱線圈的內(nèi)徑必須大于絕大多數(shù)檢查者的頭顱，這就使得成像目標(biāo)與線圈間存在一定的距離。本課題組前期研發(fā)了可以調(diào)節(jié)線圈內(nèi)徑的頭顱柔性線圈，降低頭顱與線圈間的距離，以充分提高圖像的信噪比[1-2]。本研究意在檢驗頭顱14通道柔性線圈在血氧水平依賴功能磁共振成像（blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging,BOLD fMRI）中的價值。

1 資料與方法

1.1 志愿者入組及排除條件

招募11例上海中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)生作為正常健康志愿者，簽署知情同意書。入組標(biāo)準(zhǔn)：①右利手；②年齡20～40歲；③性別：男女不限；④既往1 個月內(nèi)未接受藥物及針灸治療。

1.2 磁共振檢查

采用聯(lián)影1.5T uMR560磁共振進(jìn)行成像，頭顱線圈分別采用①硬質(zhì)24通道線圈（24-channel array hard head coil, HC24）；②柔性14通道磁共振線圈（14-channel flexible head coil, AHC14）；③硬質(zhì)16通道線圈（16-channel hard normal head coil, HNC16），成像序列包括定位相、矢狀位3D T1WI、BOLD fMRI，每個線圈成像序列、序列參數(shù)保持完全一致。

矢狀位3D T1WI成像參數(shù)如下：gre_fsp序列；TR=10.5 ms；TE=4.4 ms；TI=1 120；BW=150 Hz；FA=15； 層 厚 =1 mm；FOV=220 mm×256 mm；Matrix=330×256；以大腦鐮為中心層面。橫斷位BOLD fMRI成像參數(shù)如下：epi序列；TR=3 000 ms；TE=30 ms；BW=2 250 Hz；FA=90； 層 厚/層 間 距=3.5 mm/0 mm；FOV=225 mm×225 mm；Matrix=64×64，共 100 個動態(tài)。

足三里刺激模式：進(jìn)行BOLD fMRI掃描前由針灸科醫(yī)生進(jìn)行左側(cè)足三里穴位的進(jìn)針，觀察受試者狀態(tài)，確認(rèn)受試者存在“得氣”的感覺，并連接電針刺激儀。BOLD fMRI刺激方式采用組塊設(shè)計，即“基線-任務(wù)刺激”模式，前10個動態(tài)的數(shù)據(jù)受試者處于靜息狀態(tài)，為排除磁共振信號偏移予以剔除，第 11～25、41～55、71～85動態(tài)為靜息狀態(tài)，第 26～40、56～70、86～100動態(tài)為刺激狀態(tài)。電針刺激采用改進(jìn)的華佗牌低頻脈沖治療儀（G6805-2），連續(xù)波，頻率2 Hz，電流128 μA～16.3 mA，電壓 67 mV～8.5 V，以志愿者能忍受為限度。受試者在3個線圈中的足三里刺激強(qiáng)度相同。

1.3 圖像質(zhì)量評價方法

圖像信噪比的測量：根據(jù)公式圖像信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）=平均測量興趣區(qū)信號強(qiáng)度（signal of measurement region of interest,SMROI）/同層背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation, SD）計算信噪比。矢狀位T1WI圖像ROI置于胼胝體壓部，橫斷位BOLD fMRI圖像ROI置于左側(cè)丘腦，同層背景噪聲ROI均置于左下角空白區(qū)域。取圖像ROI內(nèi)平均信號強(qiáng)度作為該受試者的SMROI。

圖像質(zhì)量主觀評價方法：兩位影像診斷醫(yī)師通過盲法對3個線圈所獲得的3D矢狀位T1WI的圖像質(zhì)量進(jìn)行評價。圖像質(zhì)量分為5級：5級，圖像質(zhì)量非常好，沒有或僅有微量偽影，可以精確區(qū)分灰白質(zhì)；4級，圖像質(zhì)量好，有少量偽影，可以區(qū)分灰白質(zhì)；3級，圖像質(zhì)量中等，有信心區(qū)分灰白質(zhì)；2級，圖像質(zhì)量差，部分區(qū)域無法區(qū)分灰白質(zhì)；1級，圖像質(zhì)量極差不能區(qū)分灰白質(zhì)。取兩位影像診斷醫(yī)師評分的均值作為該序列圖像的評 分。

1.4 BOLD fMRI圖像后處理

所有BOLD fMRI數(shù)據(jù)采用SPM12（statistical parametric mapping, SPM）進(jìn)行后處理。數(shù)據(jù)處理步驟包括：①時間層校正；②矯正頭動；③空間標(biāo)準(zhǔn)化；④空間平滑：半高全寬窗（full width at half maxima, FWHM）為8 mm，對空間標(biāo)準(zhǔn)化后的圖像進(jìn)行空域濾波。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

將獲得的圖像信噪比及主觀評分?jǐn)?shù)據(jù)采用SPSS 13軟件包進(jìn)行分析。圖像信噪比進(jìn)行正態(tài)分布及方差齊性檢驗，如符合正態(tài)分布將進(jìn)行ONEWAY ANOVA分析，組間分析采用最小顯著性差異法（least significant difference, LSD）。矢狀位3D T1WI圖像質(zhì)量主觀評分進(jìn)行非參數(shù)分析中的Kruskal-Wallis H檢驗。P ＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。SPM后處理中AHC14線圈圖像采用單樣本t檢驗進(jìn)行組內(nèi)分析，AHC14線圈、HC24線圈、HNC16線圈間激活區(qū)的差異采用配對t檢驗進(jìn)行兩兩比較。P ＜0.01、cluster size =10為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像信噪比

矢狀位3D T1WI圖像、橫斷位BOLD fMRI的信噪比在3個線圈間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05）。見表1。AHC14、HC24線圈的信噪比高于HC16線圈，AHC14線圈的3D T1WI、BOLD fMRI圖像信噪比分別較HNC16線圈提升 20.69%、39.69%。3D T1WI、BOLD fMRI圖 像中，AHC14、HC24線圈信噪比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）。

2.2 圖像主觀評分結(jié)果

盡管HC24線圈的矢狀位3D T1WI圖像主觀評分略高于AHC14、HNC16線圈，但3個線圈評分差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）。見表1。

表1 AHC14、HC24、HNC16線圈臨床測試的信噪比及主觀評價結(jié)果 （±s）

表1 AHC14、HC24、HNC16線圈臨床測試的信噪比及主觀評價結(jié)果 （±s）

注：1）與AHC14線圈比較，P ＜0.05；2）與HC24線圈比較，P ＜0.05；3）與 HNC16 線圈比較，P ＜0.05。

線圈 3D T1WI信噪比 BOLD信噪比 3D T1WI主觀評分/分AHC14 155.95±15.873） 260.80±31.473） 4.75±0.26 HC24 166.85±15.143） 293.08±54.653） 4.90±0.21 HNC16 129.22±16.481）2） 190.42±29.241）2） 4.75±0.24 F值/Chi-Square值 14.94 17.11 4.92 P值 0.000 0.000 0.085

2.3 BOLD fMRI

11例受試者中，有4例由于頭動因素予以排除，7例受試者平均年齡為26歲，男女比例為4︰3。AHC14線圈針刺足三里時任務(wù)態(tài)BOLD fMRI激活區(qū)域見表2。正激活的區(qū)域主要位于針刺下肢的對側(cè)，負(fù)激活的區(qū)域主要位于針刺下肢的同側(cè)（見圖1）。AHC14線圈與HC24線圈獲得的BOLD fMRI圖像進(jìn)行配對t檢驗顯示，腦功能活動增加的區(qū)域主要位于右側(cè)顳中下回及額下回，腦功能活動減低的區(qū)域位于左側(cè)額中回及海馬旁回（見表2、圖2）。AHC14線圈與HNC16線圈獲得的BOLD fMRI圖像進(jìn)行配對t檢驗顯示，腦功能活動增加的區(qū)域位于右側(cè)顳中回及額下回，腦功能活動減低的區(qū)域位于右側(cè)顳下回及額中回（見表3、圖3）。HC24線圈與HNC16線圈獲得的BOLD fMRI圖像進(jìn)行配對t檢驗顯示，腦功能活動增加的區(qū)域位于右側(cè)額上回、兩側(cè)頂下小葉，腦功能活動減低的區(qū)域位于右側(cè)丘腦及額下回（見表3）。

表2 針刺足三里時采用AHC14線圈成像BOLD fMRI激活區(qū)域

表3 針刺足三里時采用3個線圈成像BOLD fMRI激活區(qū)域的差異

圖1 采用頭顱柔性14通道線圈采集針刺左側(cè)足三里任務(wù)態(tài)BOLD fMRI圖像的后處理結(jié)果

圖2 與頭顱硬質(zhì)24通道線圈比較，頭顱柔性14通道線圈顯示的腦功能活動不同區(qū)域

圖3 與頭顱硬質(zhì)16通道線圈比較，頭顱柔性14通道線圈顯示的腦功能活動不同區(qū)域

3 討論

任何一個射頻線圈，接收到的都是信號和噪聲，故評價一個射頻線圈的質(zhì)量時，信噪比是重要的考量標(biāo)準(zhǔn)[3]。頭顱柔性14通道磁共振線圈通過降低成像目標(biāo)與線圈間的距離[4]，使圖像的信噪比得以提升。傳統(tǒng)頭顱硬質(zhì)線圈需要適合99%以上人群的頭顱內(nèi)徑進(jìn)行設(shè)計[5]，對于頭顱較小的受檢者而言，線圈與頭顱間距離增大。頭顱柔性線圈通過可調(diào)節(jié)內(nèi)徑從而個性化適應(yīng)受檢者頭顱大小。與傳統(tǒng)的頭顱硬質(zhì)16通道線圈相比較，頭顱柔性14通道磁共振線圈在線圈通道數(shù)下降的情況下，可以提升20%以上的信噪比。而BOLD fMRI序列為獲得較高的空間分辨率，常犧牲圖像的信噪比。通過采用頭顱柔性14通道磁共振線圈進(jìn)行BOLD fMRI，理論上更易于發(fā)現(xiàn)細(xì)小的腦功能活動改變區(qū)域，可以為臨床BOLD fMRI研究提供更可靠的試驗結(jié)果。

頭顱柔性14通道柔性線圈獲得的3D T1WI和BOLD fMRI圖像的信噪比，與24通道頭顱硬質(zhì)線圈比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，兩者均與硬質(zhì)16通道線圈差異存在統(tǒng)計學(xué)意義。說明14通道柔性線圈提升了圖像的信噪比，同時線圈所需要的通道數(shù)明顯降低，因此制造線圈的成本將更低。不過，3個線圈獲得的3D T1WI圖像主觀評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義，這可能是由于主觀圖像質(zhì)量的評價主要取決于肉眼對于圖像的分辨，而肉眼對于一定范圍內(nèi)的信噪比變化并不敏感所致。本研究中并未對BOLD fMRI原始圖像進(jìn)行主觀圖像質(zhì)量評價，主要是由于BOLD fMRI成像的圖像信噪比低，而且其主要結(jié)果往往通過軟件后處理進(jìn)行呈現(xiàn)，因此對原始圖像的主觀評價不具有臨床意義。

本研究中采用電針刺激足三里穴的任務(wù)態(tài)BOLD fMRI檢查來檢驗頭顱柔性14通道線圈在BOLD fMRI中的價值。這是因為足三里為外周穴位，刺激方法相對比較成熟，所獲得的結(jié)果可以與既往研究相比較。筆者的研究顯示電針刺激左側(cè)足三里穴主要的腦功能活動增加的區(qū)域為右側(cè)顳中回、額下回、額中回，腦功能活動減低的區(qū)域主要為左側(cè)額中回、海馬旁回。這與付平等[6]研究結(jié)果相似，其認(rèn)為電針針刺右側(cè)足三里主要激活區(qū)域為對側(cè)的前額葉、顳葉。徐春生等[7]研究了11例手針刺激左側(cè)足三里的受試者，主要為右側(cè)額中回、額下回正激活，雙側(cè)海馬旁回負(fù)激活，與本研究結(jié)果相似。在采用相同刺激模式、相同受試者情況下，本研究進(jìn)一步分析了不同頭顱磁共振線圈獲得的電針刺激足三里任務(wù)態(tài)BOLD fMRI的差異，發(fā)現(xiàn)采用AHC14線圈成像時出現(xiàn)顯示的腦功能活動增加的區(qū)域明顯多于HC24和HNC6線圈，而顯示的腦功能活動減低的區(qū)域也集中在采用AHC14線圈成像的單樣本t檢驗顯示的負(fù)激活區(qū)內(nèi)。提示在進(jìn)行任務(wù)態(tài)fMRI成像時，AHC14線圈可以更多地顯示存在細(xì)微改變的腦功能區(qū)。

不過針灸的針刺方式、BOLD fMRI設(shè)計模式及參數(shù)、后處理方法、受試者類型及數(shù)量等因素，也會影響腦內(nèi)激活區(qū)的范圍和程度，從而出現(xiàn)不同的結(jié)果。HUI等[8]認(rèn)為在針刺右側(cè)足三里“得氣”狀態(tài)下，腦內(nèi)功能區(qū)主要表現(xiàn)為廣泛的抑制。張嶸等[9]手針刺激右側(cè)足三里穴，主要激活區(qū)為雙側(cè)顳中回、額中上回、同側(cè)島葉、枕上回以及對側(cè)中央前后回、島蓋、角回。武媛媛等[10]對不同性格的健康志愿者進(jìn)行雙側(cè)足三里電針刺激的BOLD fMRI成像，認(rèn)為“外向性”組激活腦區(qū)包括：右側(cè)額下回、額上回、小腦山頂、顳上回、雙側(cè)額中回、緣上回、中央后回、左側(cè)小腦山坡、中央前回及顳中回等，右側(cè)額內(nèi)側(cè)回為負(fù)激活。徐春生等[11]2012年的研究認(rèn)為，即使在同一批針刺左側(cè)足三里的受試者中進(jìn)行隨機(jī)抽樣，獲得的各組的后處理結(jié)果也存在巨大的差異。孫曼等[12]的研究顯示采用不同的重復(fù)時間也會影響B(tài)OLD fMRI的結(jié)果。

綜上所述，頭顱柔性14通道線圈通過降低線圈與成像物體間的距離提升信噪比，可以獲得與24通道硬質(zhì)線圈相仿的圖像質(zhì)量，并可進(jìn)行相關(guān)的BOLD fMRI磁共振檢查，獲得理想的成像效果。