3.0T磁共振全身擴(kuò)散加權(quán)成像最佳成像參數(shù)研究*

中山大學(xué)附屬東華醫(yī)院放射科(廣東 東莞 523110)

李志娟 鄒玉林 漆 強(qiáng)劉 曉 蘇麗興

WB-DWI是在自由呼吸狀態(tài)下，進(jìn)行全身大范圍多段DWI薄層成像，經(jīng)后處理工作站自動(dòng)拼接，進(jìn)行最大信號(hào)投影(maximum intensity projection,MIP)處理，再通過(guò)圖像黑白翻轉(zhuǎn)，獲得類(lèi)似PET圖像的一種DWI成像技術(shù)，可直觀顯示全身性病變的范圍、分布等特點(diǎn)，并可進(jìn)行ADC值的定量測(cè)量。WB-DWI對(duì)惡性腫瘤全身轉(zhuǎn)移、惡性血液病骨髓浸潤(rùn)的顯示及療效監(jiān)測(cè)有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[1]。針對(duì)WB-DWI技術(shù)臨床應(yīng)用的報(bào)道已有不少[2]，但在成像參數(shù)的優(yōu)化和圖像質(zhì)量控制方面的文獻(xiàn)報(bào)道較少，且多局限于1.5T磁共振[3]。本研究主要探討3.0T磁共振不同成像參數(shù)對(duì)WB-DWI圖像質(zhì)量的影像，獲得其最佳成像參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 一般資料健康志愿者30例，其中男18例，女12例，年齡18～51歲，平均年齡31.3歲。惡性腫瘤患者30例，其中男20例，女10例，年齡21～60歲，平均年齡49.7歲。所有患者均無(wú)幽閉恐懼癥，無(wú)任何MR檢查禁忌癥。將所有被檢查者隨機(jī)分為4組，每組15例。

1.2 檢查方法采用西門(mén)子MAGNETOM Verio 3.0T磁共振掃描儀，磁場(chǎng)強(qiáng)度500T/m，梯度切換率150mT/M/ms，最短TR/TE為1.5ms/0.6ms，最高b值可達(dá)1000s/mm2。信號(hào)采集分別采用體線圈和4個(gè)相控陣表面線圈(頭-頸聯(lián)合線圈和2個(gè)腹部表面線圈)，采用表面線圈時(shí)，相鄰線圈之間重疊5～10cm。掃描參數(shù)：TR 8100ms，TE 83ms，F(xiàn)OV 40cm×40cm，層厚5.0mm，無(wú)間距掃描，矩陣192×192，采集次數(shù)5次；第1組采用體線圈、STIR-EPI、b值=800s/mm2，第2組采用相控陣表面線圈、STIR-EPI、b值=800s/mm2，第3組采用相控陣表面線圈、SPAIR-EPI、b值=800s/mm2，第4組采用相控陣線圈、STIR-EPI、b值=400s/mm2。全身共分5段完成，每段40層，范圍為240mm，掃描范圍從頭頂至膝關(guān)節(jié)下緣水平，每段掃描時(shí)間為4min30s，全身掃描共計(jì)22min30s。掃描結(jié)束后采用圖像后處理工作站對(duì)各段的原始圖像進(jìn)行自動(dòng)拼接，對(duì)拼接后的WB-DWI圖像進(jìn)行三維MIP重建，并且利用黑白反轉(zhuǎn)技術(shù)，形成“類(lèi)PET”圖像。對(duì)所有圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)分，比較不同掃描參數(shù)下的WB-DWI圖像質(zhì)量。

1.3 圖像評(píng)價(jià)將WB-DWI圖像分5段(頭頸段、胸段、上中腹段、下腹-盆腔段、股骨段)進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)偽影或偽影較輕，組織結(jié)構(gòu)清晰可辯，評(píng)3分；偽影較重，部分偽影與組織結(jié)構(gòu)重疊，但組織結(jié)構(gòu)仍顯示較清晰，評(píng)2分；偽影較重，較多偽影與組織結(jié)構(gòu)重疊，部分組織結(jié)構(gòu)顯示不清，評(píng)1分；偽影嚴(yán)重，大量偽影與組織結(jié)構(gòu)重疊，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭曲、變形或信號(hào)缺損，評(píng)0分。每幅WB-DWI圖像最高15分，最低0分。由兩位主治以上醫(yī)師進(jìn)行盲法閱片，取二者評(píng)分平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。各組間差異的顯著性檢驗(yàn)采用方差分析，P＜0.05為差異有顯著性意義，P＜0.01為差異有極顯著性意義。

表1 不同信號(hào)采集線圈及掃描參數(shù)WB-DWI圖像質(zhì)量評(píng)分

2 結(jié) 果

不同信號(hào)采集線圈及掃描參數(shù)下WB-DWI圖像質(zhì)量評(píng)分見(jiàn)表1。

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示：采用相同背景信號(hào)抑制序列和b值(STIR-EPI、b值=800s/mm2)時(shí)，相控陣表面線圈圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于體線圈(圖1、2)，其差異有極顯著意義(P＜0.01)；采用相同信號(hào)采集線圈和b值(相控陣表面線圈、b值=800s/mm2)時(shí)，STIREPI圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于SPAIR-EPI(圖3、4)，其差異有顯著意義(P＜0.05)；采用相同采集線圈和背景信號(hào)抑制序列(相控陣表面線圈、STIR-EPI)時(shí)，b值=400s/mm2與b值=800s/mm2圖像質(zhì)量的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)(圖3、5)。采用相控陣表面線圈、STIREPI、b＝500s/mm2或800s/mm2時(shí)圖像質(zhì)量最佳。

3 討 論

3.1 3.0T磁共振WB-DWI成像技術(shù)特點(diǎn)WB-DWI可獲得類(lèi)似正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography,PET)的高質(zhì)量全身DWI圖像，相對(duì)于PET，WB-DWI具有價(jià)格相對(duì)低廉、無(wú)輻射等優(yōu)勢(shì)，在惡性腫瘤的放、化療療效監(jiān)測(cè)中有較重要的價(jià)值[4]。但由于場(chǎng)強(qiáng)越高，磁敏感偽影及化學(xué)位移偽影越明顯，故3.0T磁共振成像參數(shù)對(duì)WB-DWI圖像質(zhì)量影響較1.5T磁共振更大[5]，優(yōu)化其成像參數(shù)對(duì)改善圖像質(zhì)量具有重要意義。

3.2 不同信號(hào)采集線圈圖像質(zhì)量對(duì)比WB-DWI掃描范圍大，以往很多研究均采用體線圈進(jìn)行信號(hào)采集[6]，體線圈呈圓筒狀，內(nèi)置在磁體內(nèi)，用于激勵(lì)和接收較大體積組織的MRI信號(hào)，具有成像范圍大的優(yōu)勢(shì)，檢查過(guò)程中無(wú)需更換線圈，但其對(duì)磁場(chǎng)不均勻較敏感，線圈距離體表較遠(yuǎn)導(dǎo)致信噪比(signal to noise ratio,SNR)及靈敏度低、偽影較多。表面線圈貼近體表，SNR及靈敏度均較高[7]，但成像范圍有限，全身成像需多個(gè)表面線圈聯(lián)合使用，若表面線圈配備數(shù)量有限，檢查過(guò)程中需多次跟換表面線圈。本研究中所采用的西門(mén)子MAGNETOM Verio 3.0T磁共振掃描儀具有Tim技術(shù)，采用4個(gè)相控陣表面線圈、多通道采集及自動(dòng)移床技術(shù)，整個(gè)檢查過(guò)程一次掃描完成，其間無(wú)需更換表面線圈，簡(jiǎn)化了檢查流程，將檢查時(shí)間縮短至22.5min左右，與體線圈采集時(shí)間相仿，但圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于體線圈。

3.3 不同背景信號(hào)抑制序列圖像質(zhì)量對(duì)比WB-DWI最初是由Takahara等[8]開(kāi)發(fā)了一種在自由呼吸狀態(tài)下獲得薄層DWI的方法，利用短T1翻轉(zhuǎn)回復(fù)(STIR)序列有效地抑制脂肪信號(hào)，獲得滿意的背景抑制效果，提高了WBDWI圖像質(zhì)量。Takahara等[8]發(fā)現(xiàn)，盡管SPAIR的信噪比(SNR)高于STIR，但在頸胸部DWI圖像質(zhì)量比較中，應(yīng)用STIR-EPI的所有病例均獲得良好的脂肪抑制效果，而應(yīng)用SPAIR-EPI技術(shù)檢查的患者中，脂肪抑制效果不佳。本研究對(duì)STIR-EPI和SPAIR-EPI的背景抑制效果的比較中，也得出了類(lèi)似的結(jié)果。筆者分析原因可能是SPAIR脂肪抑制不夠均勻，對(duì)視野(field of view,FOV)邊緣及外周的脂肪信號(hào)抑制不足，導(dǎo)致FOV外殘余的脂肪信號(hào)疊加在軀體中心部位，使偽影增多，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量；而STIR脂肪抑制均勻，偽影明顯較SPAIR少。

圖1 患者，女，31歲，右肺上葉肺癌并全身多發(fā)轉(zhuǎn)移，掃描參數(shù)：體線圈，STIR-EPI，b=800s/mm2；圖2 患者，女，31歲，右肺上葉肺癌并全身多發(fā)轉(zhuǎn)移，掃描參數(shù)：相控陣表面線圈，STIR-EPI，b=800s/mm2；圖3 健康志愿者，男，32歲，掃描參數(shù)：相控陣表面線圈，STIR-EPI，b=800s/mm2；圖4 健康志愿者，男，24歲，掃描參數(shù)：相控陣表面線圈，SPAIR-EPI，b=800s/mm2；圖5 健康志愿者，男，24歲，掃描參數(shù)：相控陣表面線圈，STIREPI，b=400s/mm2。

3.4 不同b值圖像質(zhì)量對(duì)比b值越高對(duì)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越敏感，但隨著b值增高，組織信號(hào)衰減，SNR降低，梯度脈沖對(duì)周?chē)窠?jīng)的刺激增加。較小的b值圖像的SNR增高，但對(duì)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不敏感，組織血流灌注造成的水分子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致ADC測(cè)值偏高，不能準(zhǔn)確反映水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。一般b值＞400s/mm2方可基本消除血流灌注對(duì)DWI及ADC值測(cè)量的影響[9]。因此本研究中采用400s/mm2與800s/mm2兩種b值進(jìn)行圖像質(zhì)量的比較，盡管兩者圖像質(zhì)量差異不明顯，但采用b=800s/mm2在保持圖像質(zhì)量的前提下更能保證ADC值測(cè)量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

3.5 WB-DWI圖像偽影超高場(chǎng)強(qiáng)磁共振隨場(chǎng)強(qiáng)的增高，化學(xué)位移偽影、磁敏感偽影及流動(dòng)偽影更加突出，大FOV導(dǎo)致勻場(chǎng)效果不好、勻場(chǎng)時(shí)間較長(zhǎng)[10]。但由于WB-DWI全身多段成像必須采用統(tǒng)一FOV，故本研究中，筆者采用適中的FOV(40cm×40cm)，減少FOV外卷褶偽影的重疊。有文獻(xiàn)報(bào)道[11]采用36cm×36cm偽影較少，但對(duì)于體型較寬的患者無(wú)法包括全部胸廓。WB-DWI是在自由呼吸狀態(tài)下的一種成像方式，均勻呼吸可以明顯改善圖像質(zhì)量，本研究中健康志愿者的WB-DWI圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于惡性腫瘤患者，因?yàn)槎鄶?shù)惡性腫瘤患者受疼痛等影響，難以在長(zhǎng)時(shí)間的檢查中保持均勻呼吸。腸道內(nèi)容物在WB-DWI圖像上往往表現(xiàn)為混雜信號(hào)，經(jīng)三維MIP成像后，與正常結(jié)構(gòu)、病變信號(hào)重疊，影響對(duì)病變的判別和分析，因此，掃描前良好的腸道準(zhǔn)備非常必要。

3.6 展望與不足WB-DWI技術(shù)是繼PET-CT和SPECT骨掃描之后的又一種全身成像技術(shù)，其具有無(wú)輻射、無(wú)需注射藥物、價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)[4]，隨著磁共振軟、硬件技術(shù)的提升，WB-DWI圖像質(zhì)量將得到進(jìn)一步提高，重建圖像更加穩(wěn)定，定量測(cè)值更加準(zhǔn)確、可重復(fù)性更高，在腫瘤的篩查、分期及療效評(píng)價(jià)等方面將具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但WB-DWI技術(shù)目前仍存在諸多不足：由于一般磁共振表面線圈的配置數(shù)量都不足以一次性覆蓋全身，同時(shí)也為了將檢查時(shí)間控制在30分鐘內(nèi)，大多WB-DWI實(shí)際成像范圍在顱腦至膝關(guān)節(jié)范圍，并不能涵蓋全身范圍；為了減少偽影，較小FOV的使用，也是雙側(cè)上肢難以顯示；磁共振多參數(shù)成像的特點(diǎn)，導(dǎo)致WB-DWI圖像質(zhì)量受諸多因素影響，圖像質(zhì)量穩(wěn)定性欠佳，特別是在頸部、縱隔大血管旁等部位，偽影較重且難以控制，圖像質(zhì)量較差，并且影響ADC值定量測(cè)量；實(shí)質(zhì)性器官，如腦、脾臟、腎臟、睪丸等本身表現(xiàn)為較高信號(hào)，進(jìn)行三維MIP成像后，上述器官內(nèi)病變?nèi)菀妆谎谏w而難以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合橫斷位原始圖像判別。

綜上所述，WB-DWI圖像質(zhì)量受多參數(shù)影像，通過(guò)對(duì)成像參數(shù)和檢查流程的優(yōu)化，可以改善WB-DWI圖像質(zhì)量的同時(shí)，適當(dāng)減少掃描時(shí)間。研究表明，采用相控陣表面線圈、STIR-EPI、b=800s/mm2、FOV 40cm×40cm、TR=8000ms，并且呼吸均勻時(shí)獲得的WB-DWI圖像質(zhì)量最好，掃描時(shí)間適中。