使用3T下的2D多层短TE技术和GABA编辑自旋回波MRSI在单一协议中实现代谢成像的可重复性

《NMR in Biomedicine》：Reproducibility of Metabolic Mapping Using 2D Multi-Slice Short-TE and GABA-Edited Spin-Echo MRSI at 3T in a Single Protocol

该研究评估了3T场强下短TE多切片二维MRSI和GABA编辑MRSI的重复性，采用后处理运动补偿和线性组合建模（LCM）方法，对11名健康志愿者进行两次扫描（间隔7-14天）。结果显示，短TE MRSI在96%的脑区达到质量标准，tNAA、tCr、tCho、mI、Glx的CV值分别为5.8%、4.8%、11.1%、9.7%。GABA+映射因编辑和运动补偿问题成功率较低（46%），但通过质量筛选后CV值降至13.5%-16.9%。结论为多灶性疾病研究提供了可靠代谢图谱技术，GABA+检测仍需优化。

　　本文探讨了一种在3T磁共振波谱成像（MRSI）中，通过结合短回波时间（short-TE）和GABA编辑技术，实现对多种脑代谢物的可重复性检测方法。研究对象为11名健康志愿者，年龄范围从7岁到43岁，分别在间隔7至14天的两次扫描中接受检查。该研究旨在为后续在多发性脑病变（如Tuberous Sclerosis Complex, TSC）的临床应用提供可靠的代谢物分布信息。

MRSI作为一种非侵入性的技术，能够提供关于大脑代谢状态的详细图像，对于研究多焦点或弥漫性疾病的脑部异常具有重要意义。然而，对于浓度较低的代谢物，如GABA，由于其在光谱中与其他代谢物的重叠，通常需要特殊的编辑技术才能进行有效检测。短回波时间的MRSI能够对高浓度代谢物（如N-acetylaspartate, tNAA；creatine, tCr；choline, tCho；myo-inositol, mI；以及谷氨酸和谷氨酰胺的总和Glx）进行较为准确的测量，而GABA则需要更复杂的编辑方法。因此，研究的重点在于评估短回波时间与GABA编辑的MRSI在两次扫描之间的可重复性，尤其是在应用了回顾性运动补偿技术后。

在实际操作中，研究人员使用了“Osprey”软件包进行数据处理，其中包括回顾性运动补偿、专家共识推荐的处理流程以及线性组合建模（LCM）。研究中对14个感兴趣的脑区进行了分析，包括前额叶、运动皮层、前/后扣带回皮层、半卵圆中心、胼胝体的体部和头部、岛叶皮层以及丘脑等区域。通过计算内在和个体间的变异系数（CV），研究人员评估了代谢物估计的可重复性。结果显示，对于短回波时间MRSI的五种主要代谢物，77%的感兴趣区域在两次扫描中均符合质量控制标准，96%的区域在至少一次扫描中符合标准。平均内在变异系数分别为5.8%和4.8%，个体间变异系数分别为11.1%和9.7%。相比之下，GABA+的估计在两次扫描中仅46%的感兴趣区域符合质量控制标准，82%的区域在至少一次扫描中符合标准，其平均内在变异系数为13.5%，而个体间变异系数分别为13.5%和16.9%。这表明，虽然GABA+的可重复性不如其他代谢物，但只要数据符合质量标准，其可重复性仍可接受。

在数据采集方面，研究使用了Philips 3T “Ingenia Elition”设备，并结合了超几何双频（HGDB）水和脂质抑制脉冲，以及八次外体积抑制（OVS）脉冲，以减少背景信号干扰。短回波时间MRSI的扫描时间约为5分50秒，而GABA编辑的MRSI则需要更长的扫描时间，约22分21秒。尽管如此，研究发现使用回顾性运动补偿技术可以显著提高GABA编辑MRSI的成功率，相较于未使用该技术时的18%，使用后成功率达到46%。这一结果说明，回顾性运动补偿对于改善数据质量具有重要作用，尤其是在多切片的MRSI中，其能够有效应对偶发的运动干扰。

在处理流程中，研究采用了多种技术手段来提高数据的准确性和可重复性。例如，使用Hankel奇异值分解滤波器去除残留的水和脂质信号，通过零填充（zero-filling）提高频率参考的准确性，并结合波浪基线校正技术以消除残留的脂质信号。此外，研究人员还使用了专家共识推荐的线性组合建模方法，对多个代谢物的浓度进行估计。这种方法不仅能够提高代谢物识别的准确性，还能在一定程度上减少因运动或扫描参数波动带来的误差。

在质量评估方面，研究采用了多种指标，包括信噪比（SNR）和半高全宽（FWHM）。对于短回波时间MRSI，所有感兴趣区域的SNR均较高，而GABA编辑MRSI由于存在更多的信号重叠和运动干扰，其质量评估更为复杂。此外，研究还对代谢物估计的变异系数进行了统计分析，以判断其在不同个体和不同扫描之间的可重复性。结果表明，短回波时间MRSI在大多数感兴趣区域中表现出较高的可重复性，而GABA编辑MRSI的可重复性则受到运动补偿效果的限制。

研究还发现，年轻受试者的Glx（谷氨酸和谷氨酰胺的总和）浓度明显高于年长受试者，这一现象可能与大脑发育过程中的代谢变化有关。此外，研究结果与之前关于7T磁共振波谱成像（MRSI）的研究一致，表明在不同年龄阶段，某些代谢物的浓度会随着脑组织成熟而发生变化。因此，该研究为理解不同年龄段大脑代谢物的变化提供了重要的参考。

尽管研究取得了一定的成果，但仍存在一些局限性。例如，回顾性运动补偿技术虽然能够有效应对偶发的运动干扰，但对大范围的运动仍无法完全补偿，导致部分数据在质量控制后被排除。此外，HGDB脉冲虽然能够有效抑制脂质和水信号，但也会影响某些非重叠的参考信号（如MM09），从而限制了代谢物建模的准确性。为了克服这些局限性，研究建议采用更先进的脂质抑制和去除方法，以及结合前瞻性运动校正技术，以进一步提高数据的稳定性和可重复性。

综上所述，本研究展示了在3T环境下，使用多切片二维MRSI技术，可以实现对五种主要脑代谢物的快速、可重复的成像。尽管GABA+的成像仍面临一定的挑战，但只要数据符合质量控制标准，其可重复性依然可以接受。该研究为未来在临床环境中应用MRSI技术提供了重要的数据支持和技术参考，同时也指出了进一步改进扫描和处理技术的方向。