孫春鋒,陸健,繆小芬,梁宏偉,王紹剛,姜吉鋒,丁丁
現(xiàn)在有關(guān)MR 全身DWI(whole-body diffusion weighted imaging,WB-DWI)的臨床應(yīng)用研究報道越來越多[1-2],尤其是應(yīng)用于疾病的隨訪復(fù)查及療效的評估,WB-DWI圖像及數(shù)據(jù)測量的穩(wěn)定性成為WB-DWI應(yīng)用于隨訪復(fù)查的一個必要前提。本文對33例健康志愿者前后兩次行WB-DWI檢查的圖像及相關(guān)參數(shù)測量值進(jìn)行比較研究,旨在探討WB-DWI的可重復(fù)性。
搜集2008年2月-2012年4月行WB-DWI檢查的33例健康志愿者,男13例,女20例,年齡42歲~76歲,平均52.3歲。所有志愿者均行兩次WB-DWI檢查,兩次檢查間隔時間為71~405d,平均間隔時間為237.4天。入選標(biāo)準(zhǔn):①既往身體健康,兩次WB-DWI檢查期間無創(chuàng)傷、感染、放置節(jié)育環(huán)及全身性疾病等病史;②WB-DWI圖像清晰;③無MRI檢查禁忌癥并簽署知情同意書。
MRI掃描采用1.5T 磁共振掃描儀(Signa HDe,GE Medical System,USA),梯度場33mT/m,梯度切換率120mT/m/S。圖像工作站采用GE 公司提供的Advantage Windows TM 圖形圖像工作站,軟件版本4.3(AW4.3)。
WB-DWI掃描采用磁體內(nèi)置BODY 線圈,采用短T1翻轉(zhuǎn)恢復(fù)平面回波擴散加權(quán)成像(short T1inversion recovery echo planar imaging diffusion weighted imaging,STIR-EPI-DWI)脈沖序列(TR 5000ms,TE 100ms,TI 180ms,b值600s/mm2),在X、Y、Z 三個空間軸上同時施加擴散加權(quán)梯度場。全身掃描范圍從頭頂至膝關(guān)節(jié)水平,在橫軸面上分6~7段進(jìn)行掃描,每段30層,段與段之間有2層重疊。每段掃描參數(shù):層厚7mm,層間距1mm,視野4 0cm×4 0cm,矩陣128×128,帶寬250,激勵次數(shù)6,回波鏈長度14。檢查者仰臥于掃描床上足先進(jìn),定位線定于眉中線,平靜自由呼吸,在完成一段數(shù)據(jù)采集后,檢查床前進(jìn)至下一段進(jìn)行掃描,每段掃描時間242s,總掃描時間約1936s。
將采集的DWI數(shù)據(jù)信息傳輸至工作站(Advantage Windows TM 圖形圖像工作站,軟件版本ADW4.3)中,利用三維最小強度投影(three-dimensional maximum intersity projection,3D MIP)技術(shù)和FUNCTOOL軟件(Functool 4.5.1)進(jìn)行后處理。所得重建圖像再利用黑白反轉(zhuǎn)技術(shù)得到全身“類PET”圖像。
WB-DWI圖像評價由2位有經(jīng)驗的MRI醫(yī)師在工作站上各自獨立完成。正常WB-DWI圖像評價標(biāo)準(zhǔn):各段相鄰部分無明顯錯位,所得圖像清晰、無污染,全身背景信號差距相仿,無明顯圖像扭曲、變形、斷層及錯層,正常組織背景信號被充分抑制。WB-DWI圖像總體評價:全身分12個區(qū)域分別進(jìn)行評分,每個區(qū)域滿分為5分,圖像評分總分為60分。全身12個區(qū)域分別為顱內(nèi)、顱面骨及軟組織(A 區(qū))、頸椎、鎖骨及軟組織(B區(qū))、腋下及縱膈胸腔區(qū)(C 區(qū))、兩肺區(qū)(D區(qū))、上腹部及軟組織(E 區(qū))、下腹盆腔區(qū)及軟組織(F 區(qū))、胸廓骨、上肢骨及軟組織(G 區(qū))、胸椎(H區(qū))、腰椎(I區(qū))、骶椎(J區(qū))、骨盆骨(K 區(qū))、股骨、下肢骨及軟組織(L區(qū)),每個區(qū)域與正常WB-DWI圖像比較后有異常即為0分,異常主要指存在金屬偽影(假牙、節(jié)育環(huán)等)、頭頸交界區(qū)磁敏感偽影、渦流偽影等,引起圖像局部信號缺失、變形、拼接錯層斷層等。偶然發(fā)現(xiàn)的良性病灶不影響評價。
數(shù)據(jù)測量均在橫軸面圖像上進(jìn)行,測量部位分別為胼胝體壓部、左側(cè)顳枕葉白質(zhì)、肝臟、脾臟、右側(cè)腎臟、左側(cè)腎臟,共六個部位。測量的興趣區(qū)(region of interest,ROI)選定在b=0s/mm2的圖像上進(jìn)行手工放置,面積大小均為88mm2。ROI放置的解剖部位:顱腦及雙腎固定,顱腦為側(cè)腦室體部層面的胼胝體壓部及左側(cè)腦室后角旁的顳枕部白質(zhì),雙腎為腎門水平外側(cè)部分腎實質(zhì);肝脾不固定,兩次測量的位置盡可能一致,盡量避開壞死、囊變等信號不均勻區(qū)域,ADC圖的色彩飽和度基本一致,然后測量ADC 值、eADC 值及信號值(signal intensity,SI)。所有部位均重復(fù)測量3次后取平均值,結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示。
采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析,WB-DWI兩次檢查圖像總體評分及參數(shù)測量值比較采用配對資料t檢驗,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
33名健康志愿者所有圖像均顯示良好,圖像總體評分均在50分以上,未見明顯金屬偽影、錯層及斷層(圖1)。前后兩次重建圖像一一比較,整體圖像差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,表1)。
表1 健康志愿者兩次WB-DWI圖像評分比較
胼胝體壓部、左側(cè)顳枕白質(zhì)、肝臟、脾臟、右腎、左腎區(qū)域兩次檢查測得的ADC值、eADC值、SI600及SI0差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,表2),各測量部位的ROI放置見圖2。同一檢查者兩次檢查所得測量數(shù)據(jù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義,圖像穩(wěn)定性較高(SI600、SI0分別表示b=600、0s/mm2時的SI值)。
表2 兩次WB-DWI頭顱及上腹部參數(shù)測量值比較
圖2 正常志愿者測量目標(biāo)ROI選取位置示意圖。a)腦實質(zhì)區(qū)域的b=600s/mm2 圖像;b)b=0s/mm2 圖像;c)ADC 圖;d)eADC圖,圖中ROI 1~2依次放置在胼胝體壓部及左側(cè)顳枕葉白質(zhì);e)測量肝臟及脾臟的ADC 圖,圖中ROI 3~4依次放置于肝臟及脾臟;f)測量兩側(cè)腎臟的ADC圖,圖中ROI 5~6依次放置在右側(cè)腎臟及左側(cè)腎臟。
WB-DWI是在傳統(tǒng)DWI基礎(chǔ)上衍生出來的,這一技術(shù)首先是由Takahara等[3]在1.5T MRI基礎(chǔ)上提出來的將DWI與短T1翻轉(zhuǎn)恢復(fù)平面回波(STIREPI)掃描技術(shù)相結(jié)合的一種MRI成像方法。STIREPI技術(shù)對主磁場和射頻場場強的不均勻性不敏感,因此能夠穩(wěn)定、可靠地抑制背景信號。與脂肪抑制技術(shù)相比,STIR-EPI能夠更好地抑制大視野的脂肪及組織背景信號,包括脂肪、血管、肌肉和骨髓等組織信號,更加清晰地顯示病變情況。MRI的主要技術(shù)瓶頸為掃描時間長,受呼吸運動影響較大,常常需要檢查者屏住呼吸來配合掃描檢查,而體弱患者尤其是老年人因難以耐受長時間屏氣而無法行相關(guān)的MRI檢查。WB-DWI技術(shù)克服了此種弊端,不僅患者可在自由呼吸狀態(tài)下進(jìn)行檢查,并且掃描時間大大縮短,同時仍兼有DWI的優(yōu)勢,為全身大范圍掃描提供了技術(shù)基礎(chǔ)。WB-DWI圖像經(jīng)3D-MIP 重建可得到較高信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、較高分辨力的圖像,通過黑白翻轉(zhuǎn)技術(shù)對病變的顯示可達(dá)到與PET 相媲美的效果,可立體、直觀地評估原發(fā)病灶和病灶外的腫瘤和/或非腫瘤病變,跟蹤隨訪治療效果,并可對ADC值進(jìn)行定量測量[4]。
通常所說的與PET 相媲美的WB-DWI圖像是指利用b=600s/mm2原始圖像經(jīng)過后處理而獲得,在此圖像上體內(nèi)處于自由游離狀態(tài)即無擴散受限的水均呈背景信號;但是在利用b=0s/mm2原始圖像經(jīng)過后處理而獲得的WB-DWI圖像上,上述自由狀態(tài)水均呈明顯低信號,另外四肢大血管也可顯示呈線樣及網(wǎng)樣低信號。體部其余結(jié)構(gòu)在雙b值重建圖像上相差不大。體內(nèi)生理性游離狀態(tài)的自由水主要存在于顱內(nèi)腦脊液、玻璃體及耳蝸內(nèi)液體、椎管內(nèi)腦脊液、膽道系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、骨關(guān)節(jié)腔積液及體內(nèi)生理性囊腫如卵泡囊腫等;病理性自由水主要存在于胸腹腔積液、各臟器囊性灶、各種病變囊變壞死區(qū)、組織水腫等。本研究正常WB-DWI圖像從各角度觀察,段與段之間無明顯解剖變形、金屬及磁敏感等偽影(圖1);正常背景組織包括肌肉、脂肪、胃腸道等均被抑制而呈背景色;腦組織、脊髓、會厭、脾臟、膽囊、腎臟、子宮、附件、睪丸、前列腺均呈中低信號,其中膽囊由于成分關(guān)系信號變化幅度較大,脾臟由于T2透射效應(yīng)呈明顯低信號,腎臟及脾臟由于疊加T2效應(yīng)在b=0s/mm2圖像上信號普遍減低[5];骨髓腔總體上隨年齡的增加信號逐漸下降,但是由于骨髓生理性轉(zhuǎn)換順序及速度不一表現(xiàn)稍有差別,總體上中軸骨及四肢骨近側(cè)較其余部位信號略低[6],但一般相對較均勻、對稱,正常中老年人骨骼系統(tǒng)呈背景信號。
圖像及數(shù)據(jù)測量的高度穩(wěn)定性及可重復(fù)性是WB-DWI可應(yīng)用于臨床和研究的一個必要前提。本研究顯示同一臺MRI設(shè)備在兩次檢查條件不變的情況下,對于同一健康志愿者前后兩次WB-DWI總體圖像差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),而且間隔時間長短對圖像無明顯影響,本組中志愿者檢查間隔時間為71~405d,平均間隔時間為237.4d,因此就同一臺或者同一型號的MRI設(shè)備來說,WB-DWI整體圖像穩(wěn)定性比較高,具有較好的可重復(fù)性。
WB-DWI的成像技術(shù)及ADC 值的研究,是WBDWI的研究重點和發(fā)展方向。ADC 值的測量有助于病變的鑒別診斷、監(jiān)測腫瘤病變的治療效果和預(yù)后評估[7-8],然而這都需要建立在ADC 的測量具有良好可重復(fù)性和測量精確度的基礎(chǔ)上。目前關(guān)于在自由呼吸情況下進(jìn)行ADC 值測量的類似研究國內(nèi)外鮮有報道。Kwee等[9]使用1.5T MRI 16通道體表相控陣線圈對11例健康志愿者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),呼吸觸發(fā)DWI所測量的ADC 值可重復(fù)性較差,而且與自由呼吸狀態(tài)下DWI及屏氣狀態(tài)下DWI相比,呼吸觸發(fā)DWI所測量的肝臟ADC 值更高。而Nasu等[10]比較呼吸觸發(fā)DWI和自主呼吸狀態(tài)下DWI,發(fā)現(xiàn)兩種技術(shù)所測得的ADC值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),但自主呼吸狀態(tài)下DWI所測得的肝臟病灶A(yù)DC 值相對更加分散,本研究中亦發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果,除了肝臟以外,脾臟、雙腎、腦實質(zhì)及骨骼系統(tǒng)病變在兩種技術(shù)下測得的ADC值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。Muro等[11]在運動和靜止?fàn)顟B(tài)下測量模型內(nèi)液體的ADC 值,研究結(jié)果表明,物體在靜止和運動狀態(tài)下其ADC 值有差異,但不超過10%,同時對肝轉(zhuǎn)移瘤研究的結(jié)果表明,與呼吸觸發(fā)DWI相比,自主呼吸狀態(tài)下DWI圖像具有更高的信噪比,但這僅限于均質(zhì)狀態(tài)模型的ADC值測量。
對于靜止的組織器官的ADC 值測量的可靠性,已經(jīng)有相關(guān)文獻(xiàn)報道[12],但亦僅限于自主呼吸狀態(tài)下單次激發(fā)回波平面擴散加權(quán)成像(spin-echo planar imaging diffusion weighted imaging,SE-EPI-DWI)序列檢查的ADC值測量的可重復(fù)性研究。采用MR 設(shè)備內(nèi)置的大體線圈和STIR-EPI-DWI序列在自由呼吸狀態(tài)下的WB-DWI,呼吸運動、心臟的搏動是否會影響到上腹部肝、脾、腎ADC 值測量的重復(fù)性,以及靜止?fàn)顟B(tài)下的顱內(nèi)腦實質(zhì)結(jié)構(gòu)ADC 值測量的重復(fù)性,國內(nèi)外均未見相關(guān)報道。
本研究為了同時觀察WB-DWI對運動及靜止?fàn)顟B(tài)下器官的ADC 值影響,選取中上腹部呼吸運動幅度較大的肝臟及脾臟、呼吸運動幅度相對較小的雙腎、相對靜止?fàn)顟B(tài)下的腦實質(zhì)進(jìn)行觀察研究,在不限定時間間隔內(nèi)完成重復(fù)檢查。對于腦實質(zhì),筆者規(guī)定了固定的興趣區(qū)放置部位。選擇肝臟及脾臟作為研究對象,筆者沒有規(guī)定ROI放置部位,只是要求前后兩次檢查選擇的測量層面及ROI放置位置要求盡可能前后一致;因為DWI圖像可能存在一定程度的變形和偽影,所以ROI選定在b=0s/mm2時相當(dāng)于T2WI圖像上進(jìn)行手工放置,根據(jù)ADC 圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,避開臟器邊緣、良性病灶、較大的血管及膽管等結(jié)構(gòu),測量肝臟及脾臟的ADC 值。Mul1er等[13]在研究正常人腎臟時發(fā)現(xiàn),腎臟組織內(nèi)水分子在各個方向的擴散速度并不一致,表現(xiàn)為擴散的各向異性。由于在DWI上無法清晰區(qū)分腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì),因此在本研究中ROI的放置沒有區(qū)分皮髓質(zhì),取腎門水平外側(cè)部腎實質(zhì)作為測量部位。本組研究結(jié)果表明,自由呼吸狀態(tài)下WB-DWI測量腦實質(zhì)及腹部臟器前后兩次ADC值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義,具有很好的可重復(fù)性;同時筆者前后兩次測量了相同部位、相同ROI的eADC值、b=0、600s/mm2時的SI值,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義,同一健康志愿者前后兩次參數(shù)的測量穩(wěn)定性較高,WBDWI可重復(fù)性較好。
同時,在研究過程中筆者深刻體會到肝臟及脾臟兩次測量位置盡可能一致的重要性,因為測量位置稍有偏差,兩次所得數(shù)據(jù)差異就比較大。筆者發(fā)現(xiàn)自主呼吸狀態(tài)下DWI檢查,在STIR-EPI-DWI序列上所測得的各項數(shù)據(jù)比SE-EPI-DWI序列相對更加分散,筆者推測可能由于施加了STIR,圖像的本底信號丟失較嚴(yán)重,導(dǎo)致各臟器信號相對更加不均。
總之,同一志愿者前后兩次行WB-DWI檢查,無論在圖像整體評價還是內(nèi)在的參數(shù)測量上,均具有很好的可重復(fù)性,為WB-DWI應(yīng)用于臨床和研究提供了依據(jù)。
[1] 馬婉玲,宦怡,印弘,等.全身DWI的正常表現(xiàn)及在轉(zhuǎn)移瘤篩查中的臨床應(yīng)用[J].放射學(xué)實踐,2012,27(6):657-660.
[2] 康厚藝,張偉國,金榕兵,等.肺癌的MR 全身DWI與PET 成像的對照研究[J].放射學(xué)實踐,2011,26(3):286-289.
[3] Takahara T,Imai Y,Yamashita T,et al.Difusion weighted whole body imaging with background body signal suppression(DWIBS):technical improvement using free breathing,STIR and high resolution 3Ddisplay[J].Radiat Med,2004,22(4):275-282.
[4] Dietrich O,Biffar A,Baur-Melnyk A,et al.Technical aspects of MR diffusion imaging of the body[J].Eur J Radiol,2010,76(3):314-322.
[5] Parker GJ.Analysis of MR diffusion weighted images[J].Br J Radiol,2004,77(2):176-185.
[6] 徐賢,張金山,馬林,等.3.0T 磁共振全身擴散加權(quán)成像的正常表現(xiàn)和初步臨床研究[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2007,23(6):793-796.
[7] Charles-Edwards EM,deSouza NM.Diffusion-weighted magnetic resonance imaging and its application to cancer[J].Cancer Imaging,2006,6(1):135-143.
[8] Jin ZY,Xue HD.Whole body diffusion weighted imaging:a new era of oncological radiology[J].Chin Med Sci J,2008,23(3):129-132.
[9] KWee TC,Takahara T,Koh DM,et al.Comparison and reproducibility of ADC measurements in breath hold,respiratory triggered,and free-breathing diffusion-weighted MR imaging of the liver[J].J Magnetic Resonance Imaging,2008,28(5):1141-1148.
[10] Nasu K,Kuroki Y,Sekiguchi R,et al.The effect of simultaneous use of respiratory triggering in diffusion-weighted imaging of the liver[J].Magn Reson Med Sei,2006,5(3):129-136.
[11] Muro I,Takahara T,Horie T,et al.Influence of respiratory motion in body diffusion weighted imaging under free breathing(examination of a moving phantom)[J].Nihon Hoshasen Gijutsu Gakkai Zasshi,2005,61(11):1551-1558.
[12] 蔡林峰,陳韻彬.肝臟磁共振彌散加權(quán)成像的可重復(fù)性研究[J].中國CT 與MRI雜志,2008,6(6):39-41.
[13] Muller MF,Prasad PV,Bimmler D,et al.Functional imaging of the kidney by means of measurement of the apparent diffusion coefficient[J].Radiology,1994,193(12):711-715.