磁共振自由呼吸CS-VIBE在肺部腫瘤動(dòng)態(tài)增強(qiáng)成像中的應(yīng)用研究

鄭 裕 李仕紅 林光武 張學(xué)林 黃文君 傅彩霞

肺癌發(fā)病率及死亡率均位于世界第一位[1]，大部分肺癌發(fā)現(xiàn)的時(shí)候已經(jīng)是晚期，放化療是晚期肺癌的主要治療手段，近年來(lái)，磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)成像（dynamic contrast enhanced MRI scan， DCE-MRI）越來(lái)越多的被用于評(píng)估肺癌放化療的治療療效[2-3]，因?yàn)槠渚哂休^高的軟組織分辨率，且不僅能提供形態(tài)學(xué)的變化信息，還能體現(xiàn)功能參數(shù)的變化。而傳統(tǒng)的肺部定量DCE-MRI存在的最大技術(shù)性挑戰(zhàn)是掃描時(shí)間較長(zhǎng)，容易受到呼吸運(yùn)動(dòng)偽影的影響，盡管k空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，比如TWIST-VIBE，可以在維持較高的空間分辨率基礎(chǔ)上提高DCE-MRI的時(shí)間分辨率，從而實(shí)現(xiàn)超快速高空間分辨率掃描，目前得到了比較廣泛的應(yīng)用[4-6]，但其仍對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影敏感，需要采用分段屏氣掃描。對(duì)于接受放化療治療的患者往往肺功能不好，常常無(wú)法耐受多期短時(shí)間內(nèi)多次屏氣掃描。隨著磁共振技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有研究使用壓縮感知技術(shù)（compressed sensing ，CS）取得了可觀的結(jié)果[7-9]，通過(guò)采集較少的k空間數(shù)據(jù)，可以顯著加快數(shù)據(jù)采集時(shí)間，并能減低運(yùn)動(dòng)偽影的影響，且能在自由呼吸狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)多期動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描，能提供更精確的對(duì)病灶進(jìn)行評(píng)估的形態(tài)學(xué)和功能學(xué)信息。本研究旨在比較屏氣TWIST-VIBE與自由呼吸CSVIBE的圖像質(zhì)量，探討自由呼吸CS-VIBE在肺部腫瘤DCE-MRI的應(yīng)用價(jià)值。

方 法

1.臨床資料

搜集我院經(jīng)CT發(fā)現(xiàn)的肺部病灶患者，排除病灶直徑小于15mm和有磁共振檢查禁忌證的患者，最后行DCE-MR檢查者30例，其中男17例，女13例，年齡39～79歲，中位數(shù)63歲，根據(jù)患者屏氣功能，將患者分為配合屏氣組和無(wú)法屏氣組，其中12患者（男7例，女5例）能進(jìn)行短時(shí)間（約20s）的屏氣，而18例患者（男10例，女8例）無(wú)法配合短時(shí)間內(nèi)屏氣掃描。所有患者均通過(guò)穿刺、支氣管鏡或手術(shù)取得病理結(jié)果，肺惡性腫瘤23例，其中腺癌13例，鱗癌2例，神經(jīng)內(nèi)分泌癌7例，轉(zhuǎn)移1例。肺良性病灶7例，其中結(jié)核4例，肺炎機(jī)化2例，炎性假瘤1例。

2.MRI檢查

2.1儀器及掃描體位：使用3.0 T MR掃描儀（MAGNETON Prisma， Siemens Healthcare，Erlangen， Germany）雙梯度高場(chǎng)超導(dǎo)型MR掃描儀，32通道腹部線(xiàn)圈，患者仰臥位，頭先進(jìn)，手臂放于身體兩側(cè)，并訓(xùn)練患者進(jìn)行呼氣末屏氣掃描。

2.2 常規(guī)MRI：定位片掃描后，行T2WI HASTE 橫斷位及冠狀位（TR/TE= 1400/91ms，層厚5mm，層間隔30%，矩陣320×320，average=1，F(xiàn)OV=400mm） 掃 描，T1-VIBE-DIXON-BH橫斷位掃描（TR/TE= 3.97/1.23ms，層厚 3mm，層 間 隔 20%， 矩 陣 320×195，average=1，F(xiàn)OV=400mm），T2WI-blade-fs-trig橫斷位掃描（TR/TE=2500/80ms，層厚5mm，層間隔20%，矩陣384×384，average=1，F(xiàn)OV=400mm），并行橫斷面脂肪抑制單次激發(fā)平面回波序列DWI掃描（b值取0、800）。

2.3 T1 mapping掃描：以病變?yōu)橹行墓矑呙?8層，掃描時(shí)間13s，TR 4.17ms，TE 1.41ms，層厚3mm，層間隔20%，反轉(zhuǎn)角2°和12°。

2.4 DCE-MRI掃描

用高壓注射器經(jīng)肘靜脈注入釓劑，劑量0.1ml/kg，注射速度2.0ml/s，注射完后推注20ml生理鹽水。科研序列CS-VIBE及商品化序列TWIST-VIBE掃描參數(shù)詳見(jiàn)表1，掃完兩個(gè)空白時(shí)相后注入釓劑行CS-VIBE多期動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描，由于無(wú)法同時(shí)對(duì)同一患者進(jìn)行CS-VIBE及TWIST-VIBE多期動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描，僅于延遲末期行TWIST-VIBE掃描，用于比較圖像質(zhì)量。

3.圖像質(zhì)量評(píng)估

由2名具有多年MRI診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師盲法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。圖像總體質(zhì)量評(píng)價(jià)采用4點(diǎn)制評(píng)分法[10]：4=優(yōu)，3=良好，2=邊界能看清，1=無(wú)法診斷。病灶邊緣銳利度采用4點(diǎn)制評(píng)分：4=邊緣銳利，3=邊緣輕度模糊，2=邊緣中度模糊，1=無(wú)法觀察。圖像總體偽影采用4點(diǎn)制評(píng)分：4=無(wú)偽影，3=輕中度偽影，2=偽影嚴(yán)重，1=無(wú)法評(píng)閱。診斷自信采用3點(diǎn)制評(píng)分法：3=優(yōu)，2=良好，1=無(wú)法診斷。評(píng)分均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

4.灌注參數(shù)獲取

CS-VIBE圖像經(jīng)過(guò)重建和該序列自帶的后處理功能，能自動(dòng)生成相應(yīng)的Ktrans、Ve、Kep、iAUC60圖（圖1），無(wú)需后處理軟件進(jìn)行處理。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

計(jì)量資料均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)比較組內(nèi)和組間2序列間圖像質(zhì)量差異。采用組間相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient ，ICC）評(píng)價(jià)觀察者間圖像評(píng)分的一致性，ICC值＜0.4為一致性差，0.4≤ICC值≤0.75為一致性良好，ICC值＞0.75為一致性好[11]。采用SPSS22.0行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P＜0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 CS-VIBE（45期DCE-MRI擬合）灌注參數(shù)圖。

圖2 男性患者，72歲，右肺下葉占位，屏氣不佳，TWIST-VIBE可見(jiàn)較明顯呼吸偽影，而CS-VIBE的圖像偽影明顯較TWIST-VIBE降低。肺紋理及心臟周?chē)鷤斡耙裁黠@降低。

結(jié) 果

1.組內(nèi)圖像質(zhì)量比較

無(wú)法屏氣組CS-VIBE圖像總體質(zhì)量、病灶邊緣銳利度、偽影、診斷自信評(píng)分為別為3.55±0.45、3.27±0.43、3.13±0.51、2.72±0.43，TWISTVIBE以上評(píng)分分別為1.92±0.46、1.75±0.46、1.83±0.59、1.78±0.39，兩組間各項(xiàng)圖像質(zhì)量指標(biāo)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表2、圖2）。能屏氣組CS-VIBE圖像總體質(zhì)量、病灶邊緣銳利度、總體偽影、診斷自信評(píng)分為別為3.46±0.45、3.13±0.38、3.29±0.40、2.79±0.40，TWI STVIBE以上評(píng)分分別為 3.75±0.40、3.58±0.47、3.71±0.45、2.96±0.14，兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表3、圖3）。

圖3 男性患者，65歲，左肺上葉占位，患者屏氣配合好，病灶在CSVIBE和TWIST-VIBE上均能較清晰顯示，無(wú)明顯差異。

表1 掃描參數(shù)

表2 無(wú)法屏氣組增強(qiáng)掃描圖像質(zhì)量評(píng)分

表3 能屏氣組增強(qiáng)掃描圖像質(zhì)量評(píng)分

表4 兩組間CS-VIBE圖像質(zhì)量評(píng)分

2.組間圖像質(zhì)量比較

能屏氣組CS-VIBE圖像總體質(zhì)量、病灶邊緣銳利度、總體偽影、診斷自信評(píng)分分別為3.46±0.45、3.13±0.38、3.29±0.40、2.79±0.40，不能屏氣組CS-VIBE圖像總體質(zhì)量、病灶邊緣銳利度、總體偽影、診斷自信評(píng)分分別為3.55±0.45、3.27±0.43、3.13±0.51、2.72±0.43，兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表4）。

3.一致性分析

2名醫(yī)生對(duì)于圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)及參數(shù)的測(cè)量具有較好的一致性，ICC值為0.73～0.90。

討 論

CS-VIBE使用壓縮感知技術(shù)，即通過(guò)不相干欠采樣的k空間數(shù)據(jù)采集方法，縮短掃描時(shí)間的同時(shí)，使欠采樣的偽影無(wú)規(guī)則散布在圖像中，再通過(guò)稀疏轉(zhuǎn)化區(qū)分成像的真實(shí)信號(hào)與欠采樣產(chǎn)生的圖像混疊偽影，對(duì)圖像進(jìn)行稀疏轉(zhuǎn)化和不相干欠采樣后，有用的信息與“噪聲”則可以通過(guò)閾值的設(shè)立而明顯區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而將噪聲消除。但還有一些較小的圖像細(xì)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度可能接近偽影信號(hào)水平，為了恢復(fù)這部分信號(hào)，CS使用非線(xiàn)性迭代重建，在保證原始實(shí)際采集的k空間信號(hào)不變的同時(shí)確保圖像中偽影噪聲盡可能多的去除[12]，從而獲得高空間分辨率及高時(shí)間分別率且質(zhì)量較好的圖像。同時(shí)，我們所使用的CS-VIBE序列采用自導(dǎo)航，TWI ST-VIBE序列使用k空間數(shù)據(jù)共享的方式和雞尾酒并行采樣技術(shù)縮短DCE-MRI中單個(gè)期相的數(shù)據(jù)采集時(shí)間，大大提升體部動(dòng)態(tài)增強(qiáng)成像的時(shí)間及空間分辨率[13]，但TWI ST-VIBE對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影較敏感，在行腹部DCE-MR時(shí)需要多次屏氣來(lái)抑制呼吸偽影。Vreemann等[9]將CS-VIBE用于乳腺動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描時(shí)發(fā)現(xiàn)CS-VIBE較TWI STVIBE具有更高的空間分辨率，二者的圖像質(zhì)量不相上下，但TWI ST-VIBE較CS-VIBE更易受移動(dòng)偽影的影響。也有研究者發(fā)現(xiàn)對(duì)于屏氣困難的患者，CS-VIBE能在自由呼吸狀態(tài)下，糾正移動(dòng)偽影，從而進(jìn)行連續(xù)多期肝臟動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描[8]。

本次研究也發(fā)現(xiàn)對(duì)于無(wú)法屏氣的患者，采用CS-VIBE序列行DCE-MR掃描，其圖像總體質(zhì)量、病灶邊緣銳利度、病灶總體偽影及診斷自信等各指標(biāo)評(píng)分均高于需要屏氣的TWI ST-VIBE掃描。以上提示在今后進(jìn)行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描時(shí)，對(duì)于無(wú)法屏氣的肺部病灶患者，可以選擇CS-VIBE序列在自由呼吸的條件下行DCE-MR掃描，可以獲得較好質(zhì)量的圖像，同時(shí)可以獲取相關(guān)參數(shù)對(duì)病灶進(jìn)行定量評(píng)估。

對(duì)于能屏氣的患者，CS-VIBE圖像質(zhì)量各項(xiàng)評(píng)分均稍低于需要屏氣的TWI ST-VIBE掃描，但二者的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能由于CS-VIBE序列雖然采用了特殊的去偽影技術(shù)，但可能還是一定程度受到了呼吸偽影的影響。但CS-VIBE序列能進(jìn)行連續(xù)多期掃描，獲取更精確的定量參數(shù)，為肺部腫瘤患者的診斷提供幫助。本次研究由于對(duì)于同一患者，無(wú)法同時(shí)進(jìn)行CS-VIBE及TWI ST-VIBE序列的DCEMR掃描，因此，暫無(wú)法評(píng)估二者所獲取的定量參數(shù)的差異。

此外，對(duì)圖像質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主觀評(píng)分時(shí)，ICC值（0.73～0.90）說(shuō)明兩名醫(yī)生具有較好的一致性，提示以上指標(biāo)能客觀、準(zhǔn)確、全面地反映CSVIBE及TWI ST-VIBE序列用于肺部病灶掃描時(shí)的圖像質(zhì)量。

總之，對(duì)于無(wú)法短時(shí)間內(nèi)屏氣或患有慢性阻塞性肺疾病等容易因?yàn)槠翚舛l(fā)生一過(guò)性呼吸困難的患者，使用自由呼吸CS-VIBE，可以在滿(mǎn)足高時(shí)空分辨率的情況下，進(jìn)行連續(xù)多期的DCE-MR掃描，為肺部腫瘤的診斷提供幫助。