采用門控技術(shù)克服呼吸及心臟運(yùn)動對肝臟DWI影響的研究進(jìn)展

梁倩雯，鐘桂棉，艾竹，向之明

肝臟DWI原理及應(yīng)用

擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）作為一種檢測活體組織內(nèi)水分子運(yùn)動狀態(tài)的無創(chuàng)性成像方法，是從分子水平反映生物體的組織生理病理、代謝等功能狀態(tài)的成像技術(shù)。DWI最初應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，隨著呼吸補(bǔ)償及心電門控技術(shù)的發(fā)展，逐步用于腹部器官病變診斷，目前在肝臟中的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)［1－2］。

人體內(nèi)水分子由于受細(xì)胞的構(gòu)成、密度、微觀結(jié)構(gòu)和微循環(huán)等生物、物理特性影響，其擴(kuò)散會增加或受限。DWI就是在常規(guī)MR序列基礎(chǔ)上前后對稱地各施加一個(gè)長度、幅度和位置相等的擴(kuò)散敏感梯度脈沖。水分子的隨機(jī)運(yùn)動速度造成組織信號不同程度地減弱，導(dǎo)致不能完全復(fù)相位，并形成組織對比，產(chǎn)生擴(kuò)散圖像［3］。肝臟DWI容易受呼吸、心跳等生理運(yùn)動影響，要求采集速度快，目前單次激發(fā)自旋平面回波成像（SS－SEEPI）掃描速度快并具有較高圖像信噪比，被廣泛運(yùn)用于肝臟DWI成像中［1，4－5］。

b值（擴(kuò)散敏感系數(shù)）用以表示擴(kuò)散梯度和時(shí)間參數(shù)的關(guān)系。在DWI上組織信號衰減包含擴(kuò)散敏感梯度場方向上各種形式的運(yùn)動。其組織信號強(qiáng)度變化表示為表面擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC），ADC降低表示限制擴(kuò)散，反之，則是自由擴(kuò)散［4］。b值越高，對水分子運(yùn)動越敏感，但是圖像信噪比降低；低b值則相反［6－7］。既往肝臟DWI研究一般認(rèn)為在保證圖像質(zhì)量的前提下，盡量選擇高b值，使肝臟及病灶的對比較好，減少血流灌注影響，ADC值更準(zhǔn)確，有利于病變的診斷［8－9］。

肝臟DWI的臨床價(jià)值及局限

肝臟DWI目前被廣泛運(yùn)用于肝臟疾病的診斷及鑒別診斷。國內(nèi)外不少學(xué)者研究認(rèn)為DWI在肝臟小病灶檢出、病灶鑒別診斷、肝硬化、肝纖維化評估、腫瘤療效評價(jià)及組織特征定性等方面有重要價(jià)值。Chen等［10］研究發(fā)現(xiàn)DWI圖像能提高常規(guī)MR圖像對肝硬化結(jié)節(jié)的診斷符合率，特別是診斷小肝癌和高級別異型增生結(jié)節(jié)。Elizabeth等［11－13］認(rèn)為肝臟DWI檢查中，由于惡性增殖細(xì)胞的不斷增加，限制細(xì)胞水分子的運(yùn)動，使得DWI圖呈高信號，ADC值最低。肝臟良性病變較惡性病變的ADC值高，其中肝囊腫的ADC值最高，肝血管瘤次之，肝癌較低［14－15］。此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)DWI圖像及ADC值不但可以在一定程度上判別腫瘤分化級別［16］，還可以通過治療前后改變來評判惡性腫瘤治療效果，這種改變甚至比生物學(xué)指標(biāo)及臨床癥狀改變出現(xiàn)更早［17］。

雖然DWI對肝臟疾病的診斷有一定作用，但肝臟DWI圖像的質(zhì)量欠佳，ADC值誤差較大，目前也面臨一些局限和挑戰(zhàn)：①SS－SE－EPI對運(yùn)動敏感性，使其具識別水分子運(yùn)動的同時(shí)受到周圍器官生理運(yùn)動影響，從而使圖像質(zhì)量降低，特別是肝左葉信號容易丟失［17］。②肝臟DWI成像方法、參數(shù)目前仍無統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同研究者之間數(shù)據(jù)難以進(jìn)行對比［14］。③準(zhǔn)確的ADC值對病灶檢出、定性、療效判定等均有一定價(jià)值，但目前研究顯示相同病變ADC值的變化范圍較大，缺乏具體的參考標(biāo)準(zhǔn)［15］。④ADC值的可重復(fù)性研究缺乏相應(yīng)的臨床及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要進(jìn)一步研究。

呼吸、心臟運(yùn)動對肝臟DWI的影響及相關(guān)門控技術(shù)研究進(jìn)展

國內(nèi)外學(xué)者針對肝臟DWI目前的局限，圍繞如何克服呼吸及心跳對肝臟DWI的影響作了相關(guān)的深入研究，大致包括以下三個(gè)方面。

1.呼吸運(yùn)動對肝臟DWI影響的相關(guān)研究

肝臟DWI成像呼吸抑制研究一般采用自由呼吸、屏氣、呼吸觸發(fā)及導(dǎo)航觸發(fā)采集技術(shù)。屏氣要求在檢查前對受檢者進(jìn)行規(guī)范呼吸訓(xùn)練，采用呼氣末屏氣的規(guī)范方法，完整肝臟掃描需要多次屏氣［15］，屏氣能在一定程度上減少呼吸運(yùn)動偽影，獲得滿意的DWI圖像，但往往由于屏氣時(shí)間長受檢者難以接受［7］。自由呼吸要求患者盡量均勻呼吸，雖然受檢者易于接受，但由于呼吸運(yùn)動導(dǎo)致圖像偽影多；呼吸觸發(fā)技術(shù)是采用外置呼吸探測器接收呼吸運(yùn)動，在一定呼吸運(yùn)動幅度閾值上下限之間采集數(shù)據(jù)，從而達(dá)到每次同步采集，把呼吸的影響控制在最低。導(dǎo)航觸發(fā)技術(shù)是在右側(cè)膈肌最高點(diǎn)為中心放置導(dǎo)航條，先連續(xù)采集受檢者自由呼吸狀態(tài)下的數(shù)個(gè)呼吸周期來探測膈肌位置，然后采用斷續(xù)的導(dǎo)航脈沖，當(dāng)膈肌位置落入采集窗時(shí)采集圖像［4－5］。在肝臟DWI掃描中，呼吸觸發(fā)與導(dǎo)航觸發(fā)的掃描時(shí)間較自由呼吸及屏氣相對要長，而且受受檢者的呼吸頻率影響大，掃描時(shí)間也會延長。

如何克服呼吸運(yùn)動對肝臟DWI影響，各位學(xué)者研究意見不盡統(tǒng)一。Taouli［18］通過比較導(dǎo)航觸發(fā)技術(shù)與屏氣，結(jié)果顯示前者能改善DWI圖像質(zhì)量、提高肝臟病變與正常肝實(shí)質(zhì)的對比度，并能獲得更精確的ADC值，從而易于發(fā)現(xiàn)肝臟的微小病變。Li等［19］在研究DWI對腎功能衰竭的評估中亦得到相似的結(jié)論，認(rèn)為導(dǎo)航觸發(fā)技術(shù)還可作為一種預(yù)期修正的方法，相比屏氣技術(shù)，能獲得更低的、與腎小球?yàn)V過率更相關(guān)的ADC值。在肝臟ADC可重復(fù)性研究方面，Chen等［20］認(rèn)為肝臟不同斷面解剖位置和各種呼吸補(bǔ)償技術(shù)都影響肝臟ADC值測量和重復(fù)性，表明屏氣ADC值重現(xiàn)性較差，自由呼吸、呼吸觸發(fā)、導(dǎo)航觸發(fā)三種方式并無差異，相應(yīng)地自由呼吸因其具有良好的重現(xiàn)性和較短的采集時(shí)間推薦用于臨床。與Chen等［20］研究類似，Baltzer等和Choi等［21－22］都認(rèn)為使用自由呼吸技術(shù)采集圖像有優(yōu)勢，前者認(rèn)為屏氣采集可能錯過大小小于10mm的病灶，在良惡性病灶對比研究中，自由呼吸DWI受試者工作特征曲線（ROC）下面積多于屏氣。

在有關(guān)呼吸抑制技術(shù)對肝臟病變顯示和病變ADC值的研究中，Kwee等［23］對比健康志愿者肝實(shí)質(zhì)ADC值（b＝0及500s／mm2）發(fā)現(xiàn)，呼吸觸發(fā)ADC值最高且重復(fù)性差，自由呼吸（厚層、薄層）與屏氣之間差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，建議臨床上測量ADC值采用自由呼吸和屏氣獲得的圖像。部分學(xué)者研究認(rèn)為呼吸觸發(fā)ADC值高有兩個(gè)原因，一是由于分次掃描時(shí)可能出現(xiàn)呼氣末圖像的錯配，二是由于呼吸運(yùn)動（特別是呼吸末時(shí)）的肝臟形變所產(chǎn)生偽各向異性所導(dǎo)致ADC值誤差［13，24］。與此研究結(jié)果相反，Kim等［13］與Kandpal等［25］則認(rèn)為屏氣與呼吸觸發(fā)下采集肝臟腫瘤DWI的平均ADC值無差異，但Kandpal等與Holzapfel等［26］認(rèn)為由于呼吸觸發(fā)采集能提供更好信噪比和更高質(zhì)量的圖像，故呼吸觸發(fā)對肝臟局灶性病變診斷敏感性好。Naganawa等［7］與Chen等［27］分析發(fā)現(xiàn)，肝臟屏氣DWI能提高良惡性病變的鑒別診斷，其敏感度和特異度分別達(dá)到93%和87%，陽性似然比和陰性似然比分別為7.28和0.09。

2.心臟運(yùn)動對肝臟DWI影響的相關(guān)研究

除了呼吸運(yùn)動外，心臟及大血管搏動亦會影響肝臟DWI成像，特別是對肝左葉［17］。目前多采用心電觸發(fā)及脈搏觸發(fā)技術(shù)，其原理是每一次數(shù)據(jù)采集與生理運(yùn)動周期同步，固定時(shí)相采集，從而減少或消除心臟大血管的搏動對DWI成像的影響。

Kwee等［28］與Mürtz等［6］均認(rèn)為由于脈搏觸發(fā)能降低心臟及大血管搏動對擴(kuò)散的影響，肝臟DWI配合心臟周期采集，圖像質(zhì)量可改進(jìn)。Mürtz等［6］認(rèn)為圖像質(zhì)量與最佳觸發(fā)延遲時(shí)間及受試者的心率密切相關(guān)，一般以500～600ms為佳，大約處于心動周期的舒張期階段，此時(shí)圖像所含器官能清楚呈現(xiàn)、信噪比高且ADC值范圍較為可靠。這個(gè)結(jié)果與Skare等［29］在觀測心電門控對減少腦DTI偽影時(shí)發(fā)現(xiàn)是一致的。在Kwee等［28］的研究中，還分別從相位編碼、頻率編碼及層面梯度方向上對肝臟進(jìn)行DWI成像，對比心臟收縮期及舒張期肝臟DWI信號丟失情況，結(jié)果顯示心臟運(yùn)動對肝臟左、右葉信號丟失均有影響，收縮期肝臟左、右葉的DWI信號丟失較舒張期明顯，肝左葉在頻率編碼方向上信號丟失最嚴(yán)重，肝右葉在相位編碼方向上信號丟失最嚴(yán)重。Liau等［30］實(shí)驗(yàn)表明肝左葉信號偏差較肝右葉大，越靠近心臟的部位信號丟失越明顯，與Kwee等［28］研究結(jié)果大致相似。

近年來，有關(guān)心臟運(yùn)動對肝臟多b值的研究亦見報(bào)道。Lee等［31］使用多b值采集肝臟DWI圖像，并比較自由呼吸、呼吸觸發(fā)和心回波描記觸發(fā)（echocardiography triggering，ET）采集圖像的ADC與IVIM定量參數(shù)可重復(fù)性，其認(rèn)為ET技術(shù)通過降低心臟運(yùn)動引起的測量誤差使各定量參數(shù)重復(fù)性最好。Ozaki等［32］則認(rèn)為四梯度配合快速補(bǔ)償梯度采集DWI圖像可以在高b值條件下保持較好的信噪比，修正心臟運(yùn)動對肝臟的影響，在此技術(shù)上得到的肝臟左、右葉ADC值較常規(guī)肝臟DWI要低，且左、右葉ADC值無明顯差異。

3.聯(lián)合呼吸及心電門控技術(shù)對肝臟DWI影響的相關(guān)研究

目前國內(nèi)外文獻(xiàn)中，同時(shí)采用呼吸及心電門控技術(shù)克服呼吸及心臟運(yùn)動的肝臟DWI研究罕見，究其主要原因一是掃描時(shí)間長，受檢者難以耐受；二是呼吸及心臟運(yùn)動對肝臟的影響涉及到物理、電生理、血液動力學(xué)等諸多因素挑戰(zhàn)。目前為止僅見個(gè)別報(bào)道。Wong等［33］同時(shí)使用心電與呼吸補(bǔ)償技術(shù)DTI研究認(rèn)為，肝左葉由于部分各向異性，心臟收縮期的ADC值較舒張期高，而肝右葉并不明顯；在屏氣與自由呼吸對比上，自由呼吸平均擴(kuò)散率等較屏氣要高。Wittsack等［34］同時(shí)使用心電門控和呼吸觸發(fā)技術(shù)進(jìn)行3.0TMR DWI和增強(qiáng)掃描研究腎血流時(shí)發(fā)現(xiàn)，心電門控DWI能夠在心動周期的不同時(shí)間點(diǎn)測定擴(kuò)散系數(shù)，搏動性腎血流量取決于心動周期，在最小平均流速為45cm／s和最大流速61cm／s相比，假擴(kuò)散比率為0.29明顯低于在最大流速時(shí)的0.40（P＝0.001）。在最小血流量時(shí)使用單指數(shù)模型計(jì)算的ADC［（2.14±0.08）×10－3mm2／s］，也表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.001），小于最大血流量時(shí)的ADC［（2.37±0.04）×10×10－3mm2／s］。Wang等［35］在研究胸腹部腫瘤放療時(shí)，提出聯(lián)合使用呼吸與心電門控采集圖像，由于器官運(yùn)動影響會進(jìn)一步降低，可減少概率地圖邊緣范圍，此時(shí)對放療治療有潛在指導(dǎo)意義，同時(shí)認(rèn)為由于一次呼吸內(nèi)包含幾次心跳，在放療時(shí)同時(shí)使用呼吸與心電門控采集時(shí)應(yīng)先考慮呼吸觸發(fā)，因?yàn)樾呐K舒張期較容易重復(fù)。

綜上所述，肝臟DWI研究日益成為熱點(diǎn)，但臨床應(yīng)用還面臨諸多挑戰(zhàn)。如何在肝臟DWI采集過程中結(jié)合多種控制運(yùn)動采集技術(shù)（呼吸門控、自由呼吸、膈肌導(dǎo)航、呼氣末屏氣、心電門控），探討控制呼吸運(yùn)動及心臟搏動對DWI影響降到最低的方案，提高肝臟DWI的成像質(zhì)量和ADC值測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，尚需進(jìn)一步的系統(tǒng)研究。

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