自由呼吸擴散加權成像與屏氣擴散加權成像在腎臟病變方面的對比研究

擴散加權成像（diffusion-weighted imaging，DW I）圖像已經(jīng)成為腹部磁共振成像中愈來愈重要的成像序列[1]，在病變檢出及定性方面都發(fā)揮了重要的作用。傳統(tǒng)成像中為了避免腹部臟器的運動而采取屏氣擴散加權成像（breath-hold DW I，BH-DW I)以最大限度地避免偽影的產(chǎn)生及圖像質(zhì)量的降低，然而對于屏氣困難的患者，屏氣擴散加權成像通常難以實現(xiàn)。自由呼吸擴散加權成像（free breathing DW I，F(xiàn)B-DW I)近年來逐漸應用于上腹部臟器成像，既往研究對肝臟及肝臟病變的表觀彌散系數(shù)在自由呼吸擴散加權成像及屏氣加權成像的一致性方面進行了分析[2,3]，然而尚未對腎實質(zhì)或腎臟疾病在兩種擴散加權成像圖像之間的異同進行探討，因此本研究針對兩種成像圖像之間的圖像質(zhì)量及表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）值之間的異同進行探討。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇解放軍總醫(yī)院 2010-08～2010-09經(jīng)手術后病理或隨訪證實的 45例腎臟疾病患者，其中4例患者的MRI圖像質(zhì)量偽影較重，故而排除，最終納入41例患者，其中男性28例，女性13例；年齡25～74歲，平均53.1歲。41例患者中28例進行了根治性腎切除術；2例進行了腎、輸尿管全長切除術；7例進行了部分腎切除術，MRI檢查與手術時間間隔1～71d，平均14.8d；4例隨訪6個月。

1.2 掃描技術與方法 所有患者均采用美國 GE Signal HD Excite MR掃描儀進行檢查，場強為1.5T，使用體部相控陣線圈。擴散加權成像掃描參數(shù)如下：屏氣擴散加權成像參數(shù)為TR 5 000ms, TE 55.2ms,視野（FOV）36cm×36cm～40cm×40cm，矩陣128×128，層厚5～6mm，層間距1mm，反轉(zhuǎn)角15°，激勵次數(shù)為2；自由呼吸擴散加權成像除激勵次數(shù)為8以外，其余參數(shù)與屏氣擴散加權成像參數(shù)一致。

1.3 圖像分析 采用GE AW 4.3工作站對圖像進行分析。由1名專門從事腹部磁共振成像的醫(yī)師對所有病變的DW I圖像進行分析，在DW I圖像上測量信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR）及相對病變對比度。信噪比、對比噪聲比及相對病變對比度根據(jù)如下公式計算：

信噪比=腎實質(zhì)信號/背景噪聲標準差

對比噪聲比=病灶信號－腎實質(zhì)信號/背景噪聲標準差

相對病變對比度=病灶信號/腎實質(zhì)信號

在工作站自動生成的ADC圖上測量病變的ADC值，測量時ROI選擇的方法為對于最大徑＞3cm的病變選擇3個ROI，然后取平均值，最大徑＜3cm的放置一個ROI。放置ROI時盡量使兩組ADC圖上ROI的位置一致，對于實性病變，避開囊變、壞死及出血區(qū)域。同時則將 ROI放置于病變鄰近未受累及的腎實質(zhì)中以測量腎實質(zhì)ADC值，ROI大小與病變內(nèi)ROI一致。

1.4 病理及隨訪 所有經(jīng)手術取得的病理結(jié)果，均由2名病理科醫(yī)師進行讀片，并得出一致結(jié)論。未經(jīng)手術治療的患者，由1名MRI醫(yī)師進行隨訪，隨訪時間超過6個月。

1.5 統(tǒng)計學分析 數(shù)據(jù)采用 SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進行分析，兩組DW I圖像的信噪比、對比信噪聲比及相對病變對比度通過 W ilcoxon檢驗進行統(tǒng)計學分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。兩組腎實質(zhì)ADC值及病變ADC值的一致性通過Pearson相關分析及信度分析方法進行分析。

2 結(jié)果

2.1 MRI檢查、病理及隨訪結(jié)果 41例患者同時進行了屏氣擴散加權成像與自由呼吸擴散成像，共檢出41個病灶。其中37例經(jīng)手術治療，根治性腎切除術28例，部分切除術7例，腎及輸尿管切除術2例。病理結(jié)果為腎透明細胞癌29例，乳頭狀腎細胞癌2例，尿路上皮癌2例，血管平滑肌脂肪瘤4例。另外4例影像診斷為腎囊腫，隨訪時間為181～235d，平均210d，病變未見明顯變化。

2.2 DW I圖像質(zhì)量分析 41個病灶均進行了屏氣擴散加權成像及自由呼吸擴散加權成像掃描（圖 1），自由呼吸擴散加權成像的SNR(49.3)顯著高于屏氣擴散加權成像的SNR（29.5）（P＜0.001）（圖2），同時前者的CNR（27.8）也顯著高于后者（15）（P＜0.001）（圖3）。然而兩種DW I圖像的相對病變對比度差異無統(tǒng)計學意義（P=0.459）（圖4）。

圖1 59歲女性患者，左腎透明細胞癌。b值為800s/mm2時，病變在自由呼吸DW I圖像（A）及屏氣DW I圖像（C）上呈高信號。自由呼吸DWI圖像的信噪比及對比噪聲比均高于屏氣DWI。病變內(nèi)放置3個感興趣區(qū)（ROI），計算平均ADC值。自由呼吸ADC圖（B）得出的平均ADC值（1.920×10?3mm2/s )與屏氣ADC圖（D）得出的平均ADC值（1.933×10?3 mm2/s)相似

圖2 箱線圖顯示b值為800s/mm2時，自由呼吸擴散加權成像的SNR顯著高于屏氣擴散加權成像

圖3 箱線圖顯示b值為800s/mm2時，自由呼吸擴散加權成像的CNR顯著高于屏氣擴散加權成像

圖4 箱線圖顯示b值為800s/mm2時，自由呼吸擴散加權成像與屏氣擴散加權成像相對病變對比度無明顯差異

2.3 ADC值分析 屏氣擴散加權成像與自由呼吸擴散加權成像分別生成的ADC圖顯示，未受累及的腎實質(zhì)的平均ADC值分別為（2.15±0.17）×10-3mm2/s、（2.16±0.17）×10-3mm2/s，兩種方法測量的ADC值之間Pearson相關系數(shù)為0.871（P＜0.001），校正的Cronbach α系數(shù)為0.931，組內(nèi)相關系數(shù)為0.931。41例腎臟病變通過自由呼吸擴散加權成像及屏氣擴散加權成像獲得的ADC圖測量出的兩組平均ADC值分別為（1.69±0.64）×10-3mm2/s、（1.60±0.69）×10-3mm2/s。兩種方法測量的ADC值之間Pearson相關系數(shù)為0.888（P＜0.001），校正的Cronbach α系數(shù)為0.949，組內(nèi)相關系數(shù)為0.901。每種腎臟疾病的ADC值見圖5和表1。

圖5 箱線圖顯示根據(jù)兩種擴散加權成像方法測得腎臟不同種類病變的ADC值。圖示顯示兩組ADC值分布相似

表1 不同種類腎臟病變的ADC值（±s，×10－3 mm2/s）

表1 不同種類腎臟病變的ADC值（±s，×10－3 mm2/s）

病變種類n FB-DWI ADC值BH-DWI ADC值透明細胞癌 29 1.65±0.49 1.57±0.57 囊腫2.84±0.42血管平滑肌脂肪瘤 4 1.16±0.13 1.07±0.35 43.00±0.13乳頭狀腎細胞癌0.78±0.05尿路上皮癌 2 1.35±0.45 1.43±0.42 20.90±0.12

3 討論

目前腹部臟器的擴散加權成像多在患者屏氣過程中進行采集，然而這種掃描方式在一些屏氣困難或者由于疾病原因而導致患者不能耐受屏氣的情況下，采集的圖像的質(zhì)量其穩(wěn)定性都難以保證，因此，本研究嘗試在患者自由呼吸過程中進行擴散加權成像的采集，以期作為屏氣擴散加權成像的補充。

自由呼吸擴散加權成像之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，是由于雖然呼吸運動是固有的，但是呼吸運動并不會導致擴散加權成像圖像質(zhì)量的顯著下降，同時不會對 ADC值造成實質(zhì)性影響。因此，擴散加權成像圖像對呼吸運動不敏感的這種特點使得自由呼吸擴散加權成像成為可能[4]。

本研究結(jié)果顯示，由于提高了采集激勵次數(shù)，自由呼吸擴散加權成像的信噪比及對比噪聲比明顯高于屏氣擴散加權成像，這從一定程度上彌補了傳統(tǒng)屏氣擴散加權成像圖像質(zhì)量較差的不足，目前尚未發(fā)現(xiàn)有關這兩種擴散加權成像方式在腎臟疾病方面的應用比較。本研究對兩種擴散加權成像生成的ADC圖進行了對比分析，對于腎臟局灶性疾病以平均ADC值作為參數(shù)，兩組ADC值并無明顯差異，同時兩組腎實質(zhì)ADC值之間亦無明顯差異，本研究中腎實質(zhì)的ADC值為（2.16±0.17）×10-3mm2/s，與本文作者之前的研究[5]以及既往研究的報道均一致[6,7]。ADC值的一致可使腎臟疾病在這兩種不同擴散加權成像條件下仍可以采用統(tǒng)一的ADC閾值進行定量分析。

進行擴散加權成像時，選擇較高的b值能更真實地反映病變水分子運動受限的情況[5,8]，避免了血流等因素對ADC值的影響，從而有利于病變的檢出及鑒別診斷，因此本研究選擇的b值為800s/mm2，但隨著 b值的增高，擴散加權成像圖像質(zhì)量會有所下降，特別是當選擇高b值時，圖像的信噪比明顯降低，從而導致病變檢出及定性診斷的可靠性下降，然而自由呼吸擴散加權成像由于顯著提高了采集激勵次數(shù)，使得圖像質(zhì)量相對于屏氣擴散加權成像顯著提高，這也為更高b值擴散加權成像的研究提供了可能。

本研究中自由呼吸擴散加權成像圖像的信噪比及對比噪聲比相對于屏氣擴散加權成像顯著提高，然而相對病變對比度并未顯著提高，其主要原因可能是由于采集激勵次數(shù)的增加，病變的信號增強，但同時鄰近腎實質(zhì)的信號也相應提高，從而可能導致相對病變對比度的提高程度并不明顯。

理論上，自由呼吸擴散加權成像會導致圖像模糊[2]。因此，在自由呼吸擴散加權成像中，較小病變 ADC值的測量會受到鄰近臟器實質(zhì)部分容積效應的影響，從而導致自由呼吸擴散加權成像病變ADC值測量準確性及可重復性降低。在模擬緩慢呼吸運動的水模研究中，如果 ROI放置于均勻一致的區(qū)域，所測量的ADC值不超過靜止水模的10%；然而如果ROI覆蓋了水模的邊緣，則 ADC值則出現(xiàn)顯著差異[9,10]。因此本研究選擇的腎臟病變直徑均＞1cm。另外，自由呼吸擴散加權成像的掃描時間在本研究中明顯長于屏氣擴散加權成像，這也可能增加患者的不適感，不過圖像質(zhì)量的改善可以彌補這一不足。

本研究在1.5T場強的磁共振掃描儀上進行，結(jié)果并不能推而廣之用于3.0T或更高場強的磁共振掃描儀，由于3.0T磁共振機本身的高信噪比[11]，可使得屏氣擴散加權成像的信噪比顯著提高，因此可能無論是屏氣擴散加權成像或是自由呼吸擴散加權成像的圖像質(zhì)量都得到提高，兩者之間是否有顯著差異尚有待于進一步的研究加以證實。

本研究仍有一些不足之處，首先對于腎臟病變ADC值的測量由1名醫(yī)師進行，以后的研究中應采用多名醫(yī)師進行讀片分析，會進一步增加本研究的可靠性。其次，本組病例入組的疾病種類相對較少，期望在下一步的研究中積累更多疾病種類進行分析。另外，由于本研究的主要目的是比較兩種序列之間的差別，并未對自由呼吸擴散加權成像與其他常規(guī) MRI序列在病變檢出和定性方面進行分析。

總之，自由呼吸擴散加權成像可作為常規(guī)擴散加權成像的補充，特別對于屏氣困難的患者更有價值。

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