1.5T和3.0T上腹部擴(kuò)散加權(quán)成像三種呼吸采集方式的比較

史卓，趙心明，宋俊峰，馬霄虹，葉楓

磁共振 擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）已廣泛應(yīng)用于腹部臟器疾病的評(píng)估，提供了有用的定量和定性信息[1-4]。目前，很多上腹部的MRI檢查在3.0T核磁共振機(jī)上進(jìn)行，但也有相當(dāng)多的醫(yī)院使用1.5T儀器掃描。本研究的目的就是對(duì)1.5T和3.0T常用的屏氣、呼吸觸發(fā)、自由呼吸3種技術(shù)采集到的DWI圖像進(jìn)行定量、定性分析，以判斷上腹部DWI的最佳掃描方案，希望為今后的臨床工作提供一個(gè)參考性意見(jiàn)。

材料與方法

1.志愿者

2013年9-12月共有21位志愿者（其中男13例，女8例，平均年齡47±13歲）參與了本次研究。所有志愿者均無(wú)上腹部主要臟器的疾病史。

2.MR掃描方案

每位志愿者都經(jīng)過(guò)GE的1.5T和3.0T掃描儀（Signa HDxt，GE Healthcare，USA）及體部相控陣線圈進(jìn)行檢查，兩套磁共振檢查在同一天完成。其中，DWI方案是在單次激發(fā)自旋回波平面成像（singleshot spin-echo echo-planar imaging，SE-EPI）序 列 的基礎(chǔ)上分別進(jìn)行屏氣、呼吸觸發(fā)和自由呼吸3種方式的掃描，b值都是100和800，掃描層數(shù)為24，激勵(lì)次數(shù)屏氣為1，呼吸觸發(fā)為2，自由呼吸為4[5]；掃描范圍包全上腹部（表1）。

3.圖像分析

影像科2名高年資主治醫(yī)師分別盲法記錄、測(cè)量數(shù)據(jù)，他們通過(guò)GE AW442Workstation進(jìn)行定量和定性分析。

表1 3種DWI在1.5T和3T中的成像技術(shù)和參數(shù)

定量分析：對(duì)于每個(gè)器官的信噪比（signal to noise ratio，SNR）和表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC），觀測(cè)者反復(fù)測(cè)量3次求其平均值，每次測(cè)量的位置需保持一致。圓形感興趣區(qū)（region of interests，ROI）分別被放置于右腎皮質(zhì)；肝臟的右后葉（門靜脈主干及其右分支層面）；脾臟的中部；以及胰尾部的DWI和ADC圖上。相關(guān)組織DWI圖像的信噪比由下式計(jì)算[6]：

SD為背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差，其測(cè)量方法為放置一1cm2左右的ROI于腹壁外，由工作站自動(dòng)得出其數(shù)值。

定性分析：DWI圖像偽影被歸類成3組。①運(yùn)動(dòng)偽影包括呼吸、心跳、胃腸蠕動(dòng)等周期性運(yùn)動(dòng)造成的偽影；②磁敏感偽影包含胃等含有氣體的空腔，由渦電流效應(yīng)引起的組織結(jié)構(gòu)扭曲以及信號(hào)的丟失；③射頻脈沖不均一偽影（介電效應(yīng)或渦電流造成），由疊加在圖像上的暗區(qū)大小來(lái)評(píng)估。觀測(cè)者用4分法對(duì)每組圖像的偽影進(jìn)行 分 級(jí)[7，8]：1分，無(wú) 偽 影；2分，較 少 偽 影；3分，較多偽影；4分，嚴(yán)重偽影；同時(shí)，兩位醫(yī)師還對(duì)所有DWI圖像所描述的解剖細(xì)節(jié)進(jìn)行評(píng)分：1分，圖像質(zhì)量差；2分，質(zhì)量一般；3分，質(zhì)量較好；4分，圖像質(zhì)量好。

表2 1.5和3.0T3種DWI采集方式下各種偽影以及圖像質(zhì)量評(píng)分

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本研究均采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件（LEAD Technologies，New York，NY）對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。若各計(jì)量資料均符合正態(tài)分布，采用配對(duì)t檢驗(yàn)或完全隨機(jī)設(shè)計(jì)資料的方差分析進(jìn)行比較；若各組變量不全符合正態(tài)分布，則采用配對(duì)設(shè)計(jì)符號(hào)秩檢驗(yàn)或者完全隨機(jī)設(shè)計(jì)多個(gè)樣本比較的秩和檢驗(yàn)進(jìn)行分析。若檢驗(yàn)水準(zhǔn)為0.05，依據(jù)Bonferroni校正P＜0.05／3＝0.0167認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

結(jié) 果

表2比較了1.5和3.0T3種DWI序列的偽影和圖像質(zhì)量評(píng)分，從表格測(cè)得的各組數(shù)據(jù)中我們可以看出高b值較低b值偽影多，3.0T較1.5T對(duì)偽影更敏感；其中，呼吸觸發(fā)DWI 3.0T的圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于1.5T（P＜0.05），而自由呼吸技術(shù)無(wú)論在b100和b800何種情況下，1.5T的偽影評(píng)分以及圖像質(zhì)量均優(yōu)于3.0T。

表3顯示了兩種場(chǎng)強(qiáng)下屏氣、呼吸觸發(fā)和自由呼吸技術(shù)之間的偽影和圖像質(zhì)量評(píng)分比較的結(jié)果。從表中可以看出，3.0T時(shí)呼吸觸發(fā)DWI圖像質(zhì)量最好、偽影最少，而屏氣DWI技術(shù)在1.5Tb＝100時(shí)的圖像質(zhì)量相對(duì)較差，b＝800時(shí)偽影相對(duì)較多（P＜0.01）。

表4總結(jié)了信噪比（signal to noise ratio，SNR）的比較結(jié)果：從采集方式來(lái)看自由呼吸DWI的信噪比高于呼吸觸發(fā)、屏氣技術(shù)；而兩種場(chǎng)強(qiáng)下，無(wú)論是b100或b800，膽囊、腎、脾和胰腺在3.0T中的SNR均高于1.5T，而肝臟大部分情況卻低于1.5T。

表3 兩種場(chǎng)強(qiáng)下三種DWI方案之間兩兩比較圖像質(zhì)量和偽影

表5、6顯示了兩種場(chǎng)強(qiáng)下b值為800、100時(shí)，正常器官ADC值比較的結(jié)果，其中，1.5和3.0T之間所測(cè)正常肝臟、膽囊、腎臟、脾和胰腺的ADC值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。整體說(shuō)來(lái)脾臟的ADC值是這幾個(gè)器官中最低的。

表5 兩種場(chǎng)強(qiáng)下正常器官b＝800時(shí)的ADC值

表6 兩種場(chǎng)強(qiáng)下正常器官b＝100時(shí)的ADC值

討 論

1.1.5T與3.0T

3.0T磁共振掃描儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床，DWI的研究熱點(diǎn)也早已從單指數(shù)模型轉(zhuǎn)向雙指數(shù)、拉伸指數(shù)等模型的研究[9]。但目前上腹部DWI序列應(yīng)如何運(yùn)用的報(bào)道并不統(tǒng)一[5，10，11]。理論上，3.0T磁共振掃描儀是最理想的DWI成像系統(tǒng)，可以提供兩倍于1.5T的固有信噪比。但是，高場(chǎng)強(qiáng)下的腹部DWI成像也面臨著磁化率不同引起的幾何畸變，高度的磁場(chǎng)敏感性引起的信號(hào)丟失，嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)偽影，以及由于脂肪組織配準(zhǔn)不良引起的化學(xué)位移偽影等挑戰(zhàn)。我們的研究結(jié)果也證明了這幾點(diǎn)：表2中3.0T呼吸觸發(fā)DWI的圖像質(zhì)量雖然優(yōu)于1.5T（P＜0.05），但b＝100時(shí)，3.0T屏氣技術(shù)采集到的偽影卻較1.5T多（P＜0.0001），且1.5T自由呼吸DWI的圖像質(zhì)量及偽影評(píng)分都優(yōu)于3.0T；整體說(shuō)來(lái)高b值較低b值的偽影多，3.0T較1.5T對(duì)偽影更敏感。

3.0T另一項(xiàng)需要關(guān)注的方面是駐波（立波）和介電效應(yīng)，它們的物理行為（無(wú)論是相長(zhǎng)干涉或相消干涉）會(huì)削減射頻脈沖的均一性。當(dāng)靜磁場(chǎng)強(qiáng)度增加時(shí)，這種效應(yīng)會(huì)更明顯，3.0T較1.5T會(huì)更多的受到射頻脈沖不均一偽影的影響。在我們的研究當(dāng)中，b100的組織信號(hào)強(qiáng)度較b800高，可以很好的觀察到這一現(xiàn)象：隨著場(chǎng)強(qiáng)的增加，尤其在這種自旋回波序列（SEEPI）中，為了滿足上腹部的軸向掃描參數(shù)，射頻脈沖的帶寬必須增加、波長(zhǎng)必須減少，圖像信號(hào)（尤其是上腹部中心）就會(huì)不均一或者丟失，這也是肝左葉或胰腺經(jīng)常不清楚的原因。高場(chǎng)強(qiáng)下這種偽影的嚴(yán)重程度取決于多種因素，包括被檢查物的幾何結(jié)構(gòu)和電性質(zhì)，射頻線圈的設(shè)計(jì)，以及激勵(lì)電源、射頻線圈和被檢物之間的相互作用。目前，已有改良設(shè)計(jì)的線圈使射頻場(chǎng)更加均勻。

理論上，ADC值與磁場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，我們的研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。雖然脾臟的值最低，但本研究與Matsuoka[12]和Notohamiprodjo[13]的報(bào)道相近，重 點(diǎn)臟器在1.5T和3.0T中的ADC值均無(wú)差異；盡管Lavdas等[14]發(fā)現(xiàn)Siemens Avanto 1.5T所測(cè)ADC值高于Verio 3.0T，但他們同時(shí)也注意到Philips Achieva 1.5T測(cè)得的ADC值卻低于Achieva 3.0T，所以這種偏差很可能與掃描機(jī)型有關(guān)，相關(guān)的結(jié)論仍有待今后進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。

另一方面，兩種場(chǎng)強(qiáng)下信噪比（SNR）卻呈現(xiàn)出另一番比較結(jié)果：肝臟在3.0T中的SNR明顯低于1.5T，而膽囊、右腎、脾和胰腺均高于1.5T（表4）。從采集方式來(lái)看，自由呼吸DWI的SNR整體上高于呼吸觸發(fā)和屏氣技術(shù)。這些結(jié)果提示我們今后針對(duì)不同檢查的對(duì)象，應(yīng)采取相應(yīng)的掃描策略。

2.屏氣、呼吸觸發(fā)與自由呼吸

圖1 志愿者的同一層面在3.0T和1.5T上進(jìn)行3種采集方式的掃描結(jié)果。其中，3.0T呼吸觸發(fā)DWI的圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于1.5T，而1.5T自由呼吸DWI圖像均優(yōu)于3.0T；自由呼吸DWI的信噪比高于呼吸觸發(fā)，屏氣技術(shù)。a）3.0T；b）1.5T，上排b＝800，下排b＝100。RT：Respiratory Triggered DWI，呼吸觸發(fā)DWI；BH：Breath-hold DWI，屏氣DWI；FB：Free-Breathing DWI，自由呼吸DWI。

上腹部DWI呼吸運(yùn)動(dòng)偽影的消除方法已有多種，但諸如心臟搏動(dòng)、胃腸蠕動(dòng)的偽影仍不可避免，仍會(huì)降低圖像質(zhì)量。單次激勵(lì)的SE-EPI序列的K空間填充時(shí)間雖然很快，但由于讀出間隔的限制，一次采集完上腹部DWI圖像的時(shí)間最快也得20s左右，因此自由呼吸擴(kuò)散加權(quán)成像必然會(huì)受到呼吸運(yùn)動(dòng)的影響。屏氣方案是唯一可以減少上腹部呼吸運(yùn)動(dòng)的DWI采集技術(shù)，但它又受到采集時(shí)間的制約，所以其激勵(lì)次數(shù)較低（NEX＝1），SNR和空間分辨率都會(huì)受到影響；為了補(bǔ)償圖像由于呼吸運(yùn)動(dòng)造成的病變顯示不清，我們與Choi等[5，15-17]的方案設(shè)計(jì)類似，自由呼吸DWI的激勵(lì)次數(shù)最高（NEX＝4），呼吸觸發(fā)DWI居中（NEX＝2），所以3種方式之間的參數(shù)不可能完全一致。

本研究的結(jié)果顯示當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)為3.0T時(shí)，呼吸觸發(fā)DWI相對(duì)于另外兩種技術(shù)的圖像質(zhì)量好、偽影少，其評(píng)分也較1.5T好，且兩種場(chǎng)強(qiáng)下的掃描時(shí)間基本一致；而屏氣DWI在1.5T低b時(shí)的圖像質(zhì)量相對(duì)較差，高b時(shí)，偽影又相對(duì)較多；另一方面，3.0T自由呼吸技術(shù)因?yàn)闆](méi)有進(jìn)行呼吸補(bǔ)償，圖像更多受到運(yùn)動(dòng)偽影的影響，與1.5T相比圖像質(zhì)量差，需要用門控技術(shù)進(jìn)行采集糾正（表3）。因此在高場(chǎng)強(qiáng)下（3.0T），尤其是不能平靜呼吸的患者，自由呼吸方案在增加了激勵(lì)次數(shù)后，有可能會(huì)導(dǎo)致像素配準(zhǔn)錯(cuò)誤，圖像質(zhì)量會(huì)被降低，這種效應(yīng)在微小病變的檢測(cè)中非常明顯，所以屏氣技術(shù)減少呼吸偽影的作用仍需做進(jìn)一步的研究。但因大部分患者最多能堅(jiān)持20s左右的屏氣時(shí)間，就目前的情況而言，3.0T呼吸觸發(fā)技術(shù)仍屬于獲取最佳DWI圖像質(zhì)量的采集方案。

3.本研究的局限性

本研究也存在一些局限：①隊(duì)列的規(guī)模較小，入組的都是正常、健康、合作較好的志愿者，與典型的有上腹部臟器疾病的患者情況不同，DWI的圖像偽影和質(zhì)量會(huì)不一樣；②沒(méi)有比較和評(píng)估呼氣末血液的系統(tǒng)性高流速、偽各向異性效應(yīng)對(duì)ADC值影響的大小[10，18]；③不同廠家的型號(hào)和參數(shù)可能會(huì)不同，這里得出的結(jié)論是否可以推廣應(yīng)用，仍有待今后進(jìn)一步補(bǔ)充和驗(yàn)證。

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