0 引言

       髓鞘化是脑发育的重要过程，在建立和维持大脑内的协调和沟通方面起着关键作用，是评估2岁以内小儿脑发育一个主要标准。因此准确对髓鞘化程度进行评价在脑发育的评估中十分有价值。MRI是对髓鞘化进行活体成像最有用的方法^[1]。过去对髓鞘化的评估更多使用基于T1WI、T2WI及T2液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery, FLAIR）等常规序列的视觉评估方法等定性方法。近年相关研究尝试对髓鞘化进行进一步的量化评估，以更准确地评估脑发育过程中的髓鞘化。包括T1 mapping、髓磷脂水成像，以及广义技术包括扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）、扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）、磁化转移成像、合成MRI（synthetic MRI）、定量磁敏感成像（quantitative susceptibility mapping, QSM）、磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS）等。以上所有髓鞘发育成像方法各有其优缺点，敏感性、特异性、准确性及扫描时间是选择髓鞘定量分析方法的重要考虑因素。T1 mapping技术是一种基于弛豫时间的磁共振定量技术，可以通过定量反映弛豫时间的变化以提示生理、病理过程的相关组织学变化^[2]。T1 mapping的各种技术已经广泛应用于包括大脑、心脏、血管、肝脏、肾脏、乳腺、子宫等多个部位疾病的诊断及评估中^[3]。T1 mapping技术中的磁化准备2快速采集梯度回波（magnetization prepared 2 rapid acquisition gradient echoes, MP2RAGE）序列被较多地应用于神经系统，可以对髓鞘状态进行较准确的定量评估^[4]，但该序列扫描时间较长，较难整合到临床常规序列中。改良回顾反转恢复（modified Look-Locker inversion recover, MOLLI）序列是T1 mapping技术最常用的序列，具有较高的精确度和重复性，扫描时间较短，被广泛深入地应用于心脏各种生理病理状态的评估。本研究对MOLLI序列进行优化，并使用优化后的MOLLI序列对儿童脑部典型髓鞘化区域进行定量分析，并与MP2RAGE序列相应区域的T1 mapping结果比较，以探讨优化后的MOLLI序列在定量评价儿童脑发育中的可靠性。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       收集2018年11月至2022年11月于四川大学华西第二医院完成头部磁共振检查的儿童病例68例，根据纳入排除标准，最终纳入53例，男30例，女23例，年龄1天至16岁，年龄（7.6±4.8）岁，中位年龄为6.2岁，小于2岁的儿童占比为37.7%。纳入标准：（1）年龄<18岁；（2）同时完成了MOLLI及MP2RAGE两个序列的扫描；（3）MRI常规序列（T1WI、T2WI及T2-FLAIR）检查脑部无异常。排除标准：（1）图像质量不佳，影响提取感兴趣区（region of interest, ROI）脑区的T1值；（2）存在先天性心脏病、肿瘤疾病、血液病及系统性疾病病史；（3）有影响生长发育的慢性疾病史及遗传病史；（4）患有神经和精神疾病。本研究通过本院医学伦理委员会批准（批准文号：K2019048），检查前患者监护人均签署知情同意书。

1.2 扫描方法与技术参数

       扫描设备为西门子MAGNETOM Skyra 3.0 T磁共振扫描仪，采用20通道相控阵体部线圈，扫描过程中使用泡沫填充物和耳塞减少扫描机器噪声和头动，不能配合扫描的儿童扫描时口服水合氯醛镇静剂（药品名称：水合氯醛口服溶液；生产厂家：四川大学华西第二医院），服用剂量为0.5 mL/kg。MOLLI序列使用800 ms R-R间隔的虚拟ECG门控，采集方案为7（3）3（在第一次反转脉冲后连续采集7次，间隔3个虚拟心动周期，施加第二次反转脉冲后再连续采集3次），以保证有足够的T1恢复时间，在T1恢复曲线上有10个数据点，采用平衡稳态自由进动（balance steady state free precession, bSSFP）序列为读出序列，最终得到10幅不同反转时间的图像，扫描参数：TR 395.16 ms；TE 1.55 ms；TI 249 ms；FOV 240 mm× 216 mm；空间分辨率1.36×1.36；翻转角35°；层厚4 mm；层数18；相位矩阵158×176；部分傅里叶1；iPAT 2；扫描时间3分48秒。MP2RAGE序列运用3D高分辨率、双反转扫描，扫描参数：TR 5000 ms；TE 98 ms；TI 700ms/2500ms；FOV 172 mm×122 mm；空间分辨率1.0×1.0×1.0；翻转角4°/5°；层厚1 mm；层数144；相位矩阵192×172；部分傅立叶6/8；iPAT 2；扫描时间6分40秒。

1.3 图像分析

       ROI的选定参照脑总体发育成熟度评分系统（Total Maturational Scores, TMS）^[5]中的白质髓鞘化评价，最终选定36个脑区：双侧小脑中脚、小脑深部白质、脑桥腹外侧、脑桥背侧、大脑脚、内囊前肢、内囊后肢、苍白球、视辐射、丘脑腹外侧、中央前回、中央后回、半卵圆中心、枕叶、颞叶、额叶、顶叶及胼胝体膝部、压部。由两名放射科医师（分别有2年、7年诊断工作经验），使用ITK Snap（3.8.0）在一例4岁8月儿童的T1 maps上独立勾画ROI，并将其勾画结果进行对比，有异议处经协商后确定，从而得到ROI的配准模板（图1A~1B）；模板选择考虑到脑体积随年龄的变化，在尝试了多个不同年龄的受试体作为模板勾画进行配准后，最终选择该儿童的T1 maps作为模板，以兼顾不同年龄阶段配准的准确性。然后使用Python（3.10）调用ANTs配准工具将每个MR图像与配准模板进行配准以自动获取其ROI（图1C~1F），这种方法避免了人工勾画时的主观因素影响。由于不同年龄段儿童的脑区大小存在差异，上述两名放射科医生对部分≤3岁的儿童各ROI大小进行了手动调整，有异议处经协商后确定，以确保ROI准确且具有代表性，调整后各脑区面积差异无统计学意义。最后从ITK Snap导出每个脑区ROI的T1平均值。

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图1  感兴趣区（ROI）勾画标准模板及配准后ROI（部分脑区）。图1A~1B为ROI标准模板（部分脑区），均在改良回顾反转恢复（MOLLI）序列T1 map上勾画所得；图1C~1F为配准后的ROI（部分脑区）。图1C、1D为受试者1，年龄6天，1C、1D分别为MOLLI序列、磁化准备2快速采集梯度回波（MP2RAGE）序列T1 map；图1E、1F为受试者2，年龄6岁零1个月，1E、1F分别为MOLLI序列、MP2RAGE序列T1 map。
Fig. 1  Region of interest (ROI) delineation standard template and registered ROI (partial brain regions). 1A-1B show the ROI standard template (partial brain regions), all delineated on the T1 map of the modified Look-Locker inversion recover (MOLLI) sequence; 1C-1F show the ROI (partial brain regions) after registration. 1C and 1D show the T1 maps of MOLLI and magnetization prepared 2 rapid acquisition gradient echoes (MP2RAGE) sequences for subjects 1, 6 days old. 1E and 1F show the T1 maps of MOLLI and MP2RAGE sequences for subjects 2, 6 years and 1 month old.

1.4 统计学分析

       采用SPSS 26.0统计学软件及 GraphPad Prism 8.0进行统计学分析及制图。符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，不符合正态分布的计量资料以中位数（下四分位数，上四分位数）表示。采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）评估两个序列所得各ROI T1值的一致性，ICC值<0.20表示一致性较差，0.21~0.40表示一致性一般，0.41~0.60表示一致性中等，0.61~0.80表示一致性较好，0.81~1.00表示一致性很好。由于本样本数据不符合正态性，故采用配对样本Wilcoxon符号检验评估各个脑区MOLLI序列及MP2RAGE序列所得T1值的差异，并对原始P值进行多重假设检验校正，使用FDR校正中的BH法进行校正；采用Spearman相关性分析分别评估两个序列ROI T1值与年龄之间的相关性，以|r|≤0.4表示相关程度较弱，0.4<|r|≤0.7表示呈中等程度相关，|r|>0.7表示相关程度较强。以P<0.05为差异有统计学意义。以年龄为横坐标、两种序列所得的T1值为纵坐标做分组散点图，并进行Sigmodial（Hillmodel）非线性拟合，来观察两种序列所得T1值随年龄的变化趋势。此外，我们还对两个序列出现运动伪影的概率进行了统计。

2 结果

2.1 MOLLI序列与MP2RAGE序列所得T1值的一致性分析

       优化后的MOLLI序列和MP2RAGE序列所得各脑区T1值的一致性好，其中4个脑区ICC<0.8，分别为：脑桥背侧（左）0.741，脑桥背侧（右）0.694、大脑脚（左）0.788，大脑脚（右）0.702，其余脑区ICC>0.8，包括：小脑中脚（双侧）、脑桥腹外侧（双侧）、小脑深部白质（双侧）、延髓（双侧）、内囊前肢（双侧）、内囊后肢（双侧）、苍白球（双侧）、视辐射（双侧）、丘脑腹外侧（双侧）、中央前回（双侧）、中央后回（双侧）、半卵圆中心（双侧）、枕叶（双侧）、颞叶（双侧）、额叶（双侧）、顶叶（双侧）、胼胝体膝部、胼胝体压部，见表1。

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表1  两个序列所得T1值组间一致性（部分脑区）
Tab. 1  Intergroup consistency of T1 values obtained from two sequences (partial brain regions)

2.2 MOLLI序列与MP2RAGE序列所得T1值的差异性分析

       MOLLI序列各脑区的T1值均高于MP2RAGE序列，差异均有统计学意义（P<0.05，FDR校正），见表2及图2。

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图2  两个序列所得T1值的差异（部分脑区）。MOLLI：改良回顾反转恢复；MP2RAGE：磁化准备2快速采集梯度回波。
Fig. 2  Differences in T1 values obtained from two sequences (partial brain regions). MOLLI: modified Look-Locker inversion recover; MP2RAGE: magnetization prepared 2 rapid acquisition gradient echoes.

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表2  两序列所得T1值组间的差异性（部分脑区）
Tab. 2  Differences in T1 values between two sequences (partial brain regions)

2.3 MOLLI序列与MP2RAGE序列各脑区所得T1值与年龄的相关性分析

       在相关性分析中，两个序列在各脑区所得T1值均与年龄相关性好（P均<0.001），其中MP2RAGE序列中8个脑区的T1值与年龄呈中等程度的负相关（0.4<|r|≤0.7），包括：小脑中脚（双侧）、小脑深部白质（双侧）、延髓（双侧）、脑桥腹外侧（左）、胼胝体压部；MOLLI序列所得T1值与年龄呈中等程度的负相关的脑区除上述8个脑区外，还包括中央后回（双侧）；余各个脑区在MP2RAGE、MOLLI两个序列上的T1值与年龄均呈较强程度的负相关（|r|>0.7），包括：脑桥腹外侧（双侧）、内囊前肢（双侧）、内囊后肢（双侧）、苍白球（双侧）、视辐射（双侧）、丘脑腹外侧（右）、中央前回（双侧）、半卵圆中心（双侧）、枕叶（双侧）、颞叶（双侧）、额叶（双侧）、顶叶（双侧）、胼胝体膝部，见表3；非线性相关拟合图示在0~2岁之间各脑区T1值迅速下降，其后下降较平缓，见图3。

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图3  两个序列T1值随年龄的变化趋势（部分脑区）。MOLLI：改良回顾反转恢复；MP2RAGE：磁化准备2快速采集梯度回波。
Fig. 3  Trend of T1 values of two sequences with age (partial brain regions). MOLLI: modified Look-Locker inversion recover; MP2RAGE: magnetization prepared 2 rapid acquisition gradient echoes.

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表3  两序列组T1值与年龄的相关系数（部分脑区）（P均＜0.001）
Tab. 3  Correlation coefficients between T1 values and age in two sequence groups (partial brain regions) (all P＜0.001)

2.4 MOLLI序列与MP2RAGE序列图像出现运动伪影比例统计

       此外，MP2RAGE序列所得T1 map出现运动伪影的比例（28%）远高于MOLLI序列（9%）。

3 讨论

       本项研究在国内外首次将MOLLI序列应用于儿童脑部髓鞘发育定量分析，采用半自动分割配准的方法测量T1值比较了优化后的MOLLI序列和神经系统中应用较成熟的MP2RAGE序列所得各脑区T1值的一致性、差异性，并分析了各脑区T1值与年龄的相关性。结果显示，MOLLI序列和MP2RAGE序列所得各脑区T1值的一致性好，MOLLI序列各脑区T1值均高于MP2RAGE序列，两个序列在各脑区所得T1值均与年龄相关性好，在0~2岁之间各脑区T1值迅速下降，其后下降较平缓，与既往研究髓鞘发育时间轨迹一致，此外，MP2RAGE序列所得T1 map出现运动伪影的比例高于MOLLI序列。本研究证实了MOLLI序列用于儿童脑部发育的定量评价的可行性，可较准确地量化脑区的T1值，能够反映儿童脑部髓鞘化的趋势，可能较MP2RAGE序列更能准确反映脑区的真实T1值，为儿童神经系统的研究提供了新的选择。

3.1 T1值测量方法及MOLLI序列的优化

       T1 mapping定量技术可以通过多种序列实现，测量并计算组织的真实纵向弛豫时间，即T1值，从而客观真实地反映各解剖区域的组织学特征^[6]。目前应用最广泛的是MOLLI技术及其变体。MOLLI序列是MESSROGHLI等^[7]提出的由原始Look-Locker光谱方法演变而来的成像方法，MOLLI技术已被证明具有高度可重复性，并可以产生具有高信噪比^[8]的源图像。MOLLI在过去常应用于心脏各种疾病的评估中，JIA等^[9]首次尝试将MOLLI序列用于胎儿脑发育的研究，并对其进行优化，证实了优化后的MOLII序列用于胎儿脑部发育定量评估的可行性，但JIA等的研究是手动进行ROI的勾画，存在主观影响，且效率较低, 本研究使用该优化后的MOLLI序列，在JIA等研究基础上增加了扫描层面，覆盖脑区更广，采用半自动配准的方法测量T1值，以减少主观偏倚，提高时效性。

       不同于常用的心脏的5（3）3采集方案，优化后的MOLLI序列采用了7（3）3采集方案，引入800 ms R-R间隔的虚拟ECG门控，从而实现对无ECG信号的神经系统的成像。使用7（3）3采集方案，使得反转脉冲之间的纵向磁化强度恢复更完全，从而对T1值的测量更准确。且使用这种优化的序列后，各个断面扫描时间较短，使其对运动伪影具有更强的鲁棒性，也更加适合在胎儿、儿童等特殊群体中使用。

3.2 MOLLI序列与MP2RAGE序列所得T1值的一致性

       MP2RAGE序列是由MARQUES等^[10]提出的MPRAGE序列的一个变种，在纵向磁化反转后，使用快速梯度回波获得2个不同TI图像。MP2RAGE序列不仅可以获得定量T1值，还能同时提供三维高清解剖结构图。过去的研究已证实，MP2RAGE序列在神经系统应用相对成熟且表现出优良的诊断效能^[11]，被广泛运用于髓鞘状态的定量评估。

       本研究将MP2RAGE序列所测得T1值作为标准，结果显示MOLLI序列与MP2RAGE序列所得T1值有较好的一致性，从而证明了优化后的MOLLI序列能与MP2RAGE序列一样较准确地反映脑区T1值的变化，即优化后的MOLLI序列用于儿童脑发育的定量结果是可靠的。

3.3 MOLLI序列与MP2RAGE序列所得T1值的差异性

       在两个序列所得T1值的对比中，本研究还发现优化后的MOLLI序列所得各脑区的T1值高于MP2RAGE，分析其原因，可能因为优化后的MOLLI序列所设置的采集方案允许长T1组织在反转脉冲之间完全恢复纵向磁化，弥补了反转脉冲间信号恢复不足而可能低估长T1组织的T1值的缺陷，且优化后的MOLLI序列采集方案为7（3）3，每次扫描采集10个TI的图像相比只采集2个TI图像的MP2RAGE序列更能完整记录组织的反转恢复信息，因此优化后的MOLLI序列所得T1值能更准确地反映各脑区真实的T1值，进一步地证实还需要在以后的研究中将两种序列所得T1值与T1 mapping金标准序列反转恢复序列所得T1值进行比较验证。另外两个序列所得T1值差异可能还与这两个序列参数的选择、拟合程序及对反演的效率的不一致有关^[10]。

3.4 T1值在各脑区与年龄的相关性

       本研究结果显示，两种序列在36个ROI所得的T1值均与年龄呈负相关，T1值随着脑发育进程的进程逐渐缩短，且在0~2岁之间各脑区T1值迅速下降，其后下降较平缓，过往研究结果与我们的研究结果基本一致。EMINIAN等^[12]使用MP2RAGE序列对42例年龄1至20岁的健康受试者进行定量分析，结果显示在额叶和顶叶白质，随着年龄的增长，T1弛豫时间显著降低；LEE等^[13]使用多延迟饱和多回波（multidynamic multiecho, MDME）序列对89名34周至17岁的胎儿/儿童进行定量MRI检查，研究表明白质各脑区的T1值随着年龄的增加而降低，且在生命第一年内动态变化最大；GRÄFE等^[14]使用一个基于单次激发反转恢复序列的改良T1 mapping技术对100例2个月至18岁脑部正常的患者进行定量检查，研究发现儿童大脑各区域的T1弛豫时间在3岁前迅速下降，随后下降明显变弱，直至成年，且这些特征在白质脑区中比在深灰质中更加明显。白质的T1值随着脑发育进程的逐渐缩小很大程度上是由于髓鞘发育过程中的组织生理变化，髓鞘是包裹在神经元轴突周围的脂质双分子层，髓鞘化即髓鞘形成的过程，随着髓鞘化，细胞密度增大，胆固醇和糖脂含量增加，T1值随之下降^[15]，而儿童髓鞘化主要在出生后两年内基本完成，因此T1值在0~2岁阶段下降最快，这与髄鞘化的时间轨迹一致。

3.5 伪影及扫描时间

       此外，MP2RAGE序列所得T1 map出现运动伪影的比例（28%）远高于MOLLI序列（9%），本研究中MOLLI序列的成像时间为3分48秒，MP2RAGE序列的成像时间为6分40秒，MOLLI具有更好的鲁棒性、相对更短的扫描时间使得MOLLI T1 mapping技术在临床推广应用方面具有一定优势。

3.6 局限性与展望

       本研究存在以下局限性：（1）样本量较少，需要进一步扩大样本量进行研究；（2）没有扫描T1 mapping的金标准序列，无法更加精确地比较两个序列反映真实T1值的能力；（3）两个序列采集的体素大小不同，信噪比不同，其T1定量的可比性仍需要探讨。T1值是一种非侵入性的生物学指标，在神经系统的科学研究中有着较好的应用前景，在以后的研究中，可以应用深度学习、人工智能进行自动分割及配准，以实现对大脑的精细T1定量分析，另外可增加多参数方法，以提供更全面及特异的髓鞘定量评价信号，为脑部髓鞘发育及疾病的临床实践提供新工具、新思路。

4 结论

       综上，本研究认为，优化后的MOLLI序列可用于儿童脑部发育的定量评价，可较准确地量化脑区的T1值，能够反映儿童脑部髄鞘发育的趋势；优化后的MOLLI序列与目前神经系统常用的MP2RAGE序列对比，可能更准确反映脑区的真实T1值，所需扫描时间也相对更短，具有更好的鲁棒性，为神经系统，尤其是胎儿、儿童等特殊人群神经系统的研究提供了新的选择。