同時多層采集技術(shù)在乳腺MR高清擴(kuò)散峰度成像中的可行性研究

云昊，霍敏，胡益祺，艾濤，唐大中

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)在乳腺病變的診斷和療效評估中發(fā)揮了重要作用[1-3]。由于水分子的擴(kuò)散運(yùn)動因細(xì)胞密度、細(xì)胞膜的滲透性及細(xì)胞外間質(zhì)成分等異質(zhì)性而呈現(xiàn)出非高斯擴(kuò)散的特性，而傳統(tǒng)的單指數(shù)DWI難以對其準(zhǔn)確評估。擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)是一種能夠反映生物組織非高斯分布水分子擴(kuò)散運(yùn)動的方法，其在乳腺良惡性病變的診斷效能上優(yōu)于傳統(tǒng)的單指數(shù)DWI。然而常規(guī)DKI采用單次激發(fā)平面回波(single-shot echo planar imaging，ss-EPI)的方式來讀出信號，這種采集方式容易造成解剖結(jié)構(gòu)變形、磁敏感偽影、T2*模糊效應(yīng)及信噪比低等困擾[4]。讀出方向分段采樣EPI(readout-segmented EPI，RESOLVE)通過一個2D導(dǎo)航回波在讀出梯度方向進(jìn)行分段連續(xù)采集，縮短了回波間隔時間，有效提高了圖像的空間分辨率和信噪比，減少了磁敏感偽影和圖像變形[5]。多項研究結(jié)果表明，RESOLVE DWI對乳腺的診斷性能優(yōu)于ss-EPI DWI，其圖像具有更好的病灶-背景實質(zhì)對比和更高的空間分辨率[6,7]；但讀出方向的分段采集顯著延長了掃描時間，尤其是采用RESOLVE技術(shù)的多b值或高b值DWI，其掃描時間更長，并由此可能導(dǎo)致患者的不適及運(yùn)動偽影的出現(xiàn)。

同時多層采集技術(shù)(simultaneous multislice,SMS)是一種全新的快速采集技術(shù)，它采用復(fù)雜的RF脈沖和高密度線圈的并行采集技術(shù)，可以同時獲取Z軸方向上的多層數(shù)據(jù)，顯著減少了圖像的采集時間，而幾乎沒有信噪比的損失[8]。在保持相同解剖覆蓋范圍和同樣圖像質(zhì)量的情況下，SMS技術(shù)可以將掃描時間減少到原來的1/4～1/2。目前，SMS技術(shù)已成功應(yīng)用于顱腦、肝、乳腺等組織器官的磁共振成像[9-11]。本研究旨在探討SMS技術(shù)在乳腺高清擴(kuò)散峰度成像中的可行性。

材料與方法

1.病例資料

回顧性搜集2019年3～9月在本院行乳腺MRI檢查的患者。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡≥18歲；乳腺良惡性病變經(jīng)手術(shù)或微創(chuàng)活檢病理證實，且術(shù)前一周內(nèi)成功完成乳腺MRI檢查(掃描序列中含有RESOLVE DWI和SMS RESOLVE DWI)；腫塊最大徑線≥5 mm。最后共46例女性患者(48個病變)納入本研究，其中惡性病變41個，良性病變7個。惡性病變包括浸潤性癌35個和導(dǎo)管原位癌6個，良性病變包括纖維腺瘤5個、腺病1個和良性葉狀腫瘤1個。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)并豁免受試者簽署知情同意書。

2.檢查方法

采用德國Siemens Skyra 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀及16通道乳腺專用相控陣列線圈進(jìn)行雙側(cè)乳腺成像。掃描序列包括橫軸面T2WI、矢狀面T2WI、RESOLVE DKI、SMS RESOLVE DKI、TWSIT-VIBE動態(tài)增強(qiáng)序列。RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI在掃描層厚、層間距、視野、讀出帶寬和采集矩陣上均保持一致，具體掃描參數(shù)見表1。

表1 Rs-EPI-DKI和SMS rs-EPI-DKI序列掃描參數(shù)

圖1 左側(cè)乳腺纖維腺瘤患者，女，48歲。圖a～d為常規(guī)RESOLVE DKI/DWI(b=1000s/mm2)圖像及定量參數(shù)圖，圖e～h為SMS RESOLVE DKI/DWI(b=1000s/mm2)圖像及定量參數(shù)圖。a)常規(guī)RESOLVE DKI/DWI圖像；b)MK定量參數(shù)圖，MK=0.49±0.09；c)MD定量參數(shù)圖，MD=(1.80±0.27)×10-3mm2/s；d)ADC圖像，ADC值為(1.41±0.12)×10-3mm2/s；e)SMS RESOLVE DKI/DWI圖像；f)MK定量參數(shù)圖，MK=0.53±0.11；g)MD定量參數(shù)圖，MD=(1.99±0.32)×10-3mm2/s；h)ADC圖像，ADC值為(1.45±0.12)×10-3mm2/s。

3.圖像分析

所有圖像采集完成后均上傳到后處理工作站，由兩位放射科醫(yī)師在不知臨床及病理信息的情況下共同閱片。DKI相關(guān)的定量參數(shù)包括平均峰度(mean kurtosis，MK)、平均擴(kuò)散(mean diffusion，MD) 和表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)通過第三方軟件(DKI_tool_0.2.2)進(jìn)行測量。在信號強(qiáng)度對比最高的DWI圖像上選取病灶的最大層面，手動勾畫包含整個病灶的感興趣區(qū)(ROI)，同時避開明顯的出血、壞死及囊變區(qū)，軟件自動計算MK、MD及ADC參數(shù)的平均值。測量時在對應(yīng)的RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列上，盡量保證ROI位置和大小的一致性。所有病灶的測量均重復(fù)3次，取平均值為最終結(jié)果。

圖像質(zhì)量的主觀評價采用5分制(1分，無診斷價值；2分，差；3分，基本滿意；4分，很好；5分，優(yōu)秀)，評估內(nèi)容包括圖像的銳利度、幾何變形、圖像對比度、病灶可見度、解剖細(xì)節(jié)的顯示以及總體圖像質(zhì)量。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。定量數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列對應(yīng)定量參數(shù)之間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析。以病理結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，采用受試者工作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析評價不同DKI序列相關(guān)定量參數(shù)的診斷效能；并采用Delong et al.方法進(jìn)行兩組之間曲線下面積(area under curve，AUC)的比較。兩組之間圖像質(zhì)量的比較采用Wilcoxon秩和檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.一般資料

本研究共納入46例女性患者(48個病灶)，年齡范圍26～57歲，平均(42±13)歲。所有病灶的平均最大徑線為(21.5±16.3)mm。在相同掃描參數(shù)的情況下，RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列的掃描時間分別為4分27秒和2分17秒，SMS RESOLVE DKI序列較RESOLVE DKI序列縮短48.7%。

2.RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列的圖像質(zhì)量比較

RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列的整體圖像質(zhì)量評分分別為(4.48±0.55)分和(4.30±0.66)分，均具有很高的診斷價值。兩種序列在圖像銳利度、幾何變形、圖像對比度、病灶可見度、解剖細(xì)節(jié)和總體圖像質(zhì)量評分上差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05，表2，圖1、2)。

表2 2種序列的圖像質(zhì)量主觀評分比較 (分)

3.RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列的定量參數(shù)比較

RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列上所有病變的平均MK值分別為0.85±0.19和0.85±0.17，平均MD值分別為(1.33±0.29)×10-3mm2/s和(1.34±0.30)×10-3mm2/s，平均ADC值分別為(0.97±0.25)×10-3mm2/s和(0.97±0.25) ×10-3mm2/s。Pearson相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果顯示RESOLVE DKI與SMS RESOLVE DKI序列上對應(yīng)的定量參數(shù)之間具有極好的線性相關(guān)性(圖3)；兩種序列對應(yīng)的MK、MD及ADC值之間的相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.965、0.950和0.984，對應(yīng)的P值均<0.001。ROC曲線分析結(jié)果顯示RESOLVE DKI與SMS RESOLVE DKI定量參數(shù)對乳腺良惡性病變的鑒別診斷效能差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表3)。

圖2 左側(cè)乳腺癌患者，女，44歲。圖a～d為常規(guī)RESOLVE DKI/DWI(b=1000s/mm2)圖像及定量參數(shù)圖，圖e～h為SMS RESOLVE DKI/DWI(b=1000s/mm2)圖像及定量參數(shù)圖。a)常規(guī)RESOLVE DKI/DWI圖像；b)MK定量參數(shù)圖，MK=0.76±0.08；c)MD定量參數(shù)圖，MD=(1.39±0.30)×10-3mm2/s；d)ADC圖像，ADC值為(1.01±0.15)×10-3mm2/s；e)SMS RESOLVE DKI/DWI圖像；f)MK定量參數(shù)圖，MK=0.84±0.10；g)MD定量參數(shù)圖，MD=(1.30±0.26)×10-3mm2/s；h)ADC圖像，ADC值為(0.92±0.15)×10-3mm2/s。

圖3 RESOLVE DKI與SMS RESOLVE DKI定量參數(shù)之間的相關(guān)性散點圖。a)RESOLVE DKI與MK之間的相關(guān)性散點圖；b)RESOLVE DKI與MD之間的相關(guān)性散點圖；c)RESOLVE DKI與ADC之間的相關(guān)性散點圖。

表3 2個定量參數(shù)的ROC分析結(jié)果

討 論

DWI序列是乳腺MRI不可或缺的一部分，但在活體狀態(tài)下水分子的擴(kuò)散運(yùn)動呈現(xiàn)出非高斯擴(kuò)散的特性[12]?；谠摾碚摌?gòu)建的擴(kuò)散峰度成像(DKI)反映的水分子擴(kuò)散特性更接近人體內(nèi)真實微環(huán)境，DKI在乳腺良惡性病變的診斷效能上優(yōu)于傳統(tǒng)的單指數(shù)DWI[13-16]。DKI可提供多個定量參數(shù)，能夠更準(zhǔn)確地反映組織內(nèi)細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化，為臨床提供更加真實、可信的診斷信息[17]。定量參數(shù)MK值與組織復(fù)雜程度呈正比，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，MK值也越大；MD代表經(jīng)非高斯分布校正過的表觀擴(kuò)散系數(shù)值[13,18]。有研究表明在乳腺良、惡性病變的鑒別上，DKI較傳統(tǒng)DWI具有更高的診斷價值[14]。本研究結(jié)果表明與良性病變相比，惡性病變的MD、ADC和MK值較低，這與以前研究的結(jié)論一致[15-16,19]。

由于雙側(cè)乳腺的結(jié)構(gòu)特點，主磁場和B1場在乳腺周圍極不均勻，導(dǎo)致常規(guī)DKI的圖像信噪比較低和出現(xiàn)嚴(yán)重的幾何形變。隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用數(shù)據(jù)分段讀取的RESOLVE DKI序列提高了擴(kuò)散圖像的信噪比和減小了幾何形變，但成像時間顯著延長；這可能導(dǎo)致患者耐受力下降，形成運(yùn)動偽影而降低圖像質(zhì)量。并行成像采集技術(shù)通過減少相位編碼步級來減少成像時間，雖然這有利于提高擴(kuò)散序列圖像的信噪比以及改善圖像的幾何變形，但是受制于線圈的通道數(shù)等多種因素的制約。同時多層采集技術(shù)(SMS)是繼并行采集技術(shù)之后又一重大快速成像技術(shù)的發(fā)展，它能同時激發(fā)、采集、提取及重建多個層面。本研究中SMS設(shè)置為1次激發(fā)和采集2層，相當(dāng)于每層的TR值約為常規(guī)RESOLVE DKI的一半，因此可有效縮短圖像的采集時間，且受信號欠采樣的影響小[8]。本研究結(jié)果顯示RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI的成像時間分別為4分27秒和2分17秒，SMS RESOLVE DKI的成像時間縮短了近一半。SMS的優(yōu)點為在不損失圖像質(zhì)量的前提下縮短成像時間。此外，SMS采用blipped-CAIPIPNHA(blipped-Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results In Higher Acceleration)雞尾酒并行采集技術(shù)，其特殊的K空間分段填充方式可有效控制圖像失真，從本質(zhì)上提高圖像信噪比[20]。SMS技術(shù)在神經(jīng)影像領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)廣泛開展，與EPI、ASL、DTI、BOLD等序列相結(jié)合，可得到更為清晰的圖像并明顯縮短成像時間，且各測量參數(shù)、觀察指標(biāo)未見顯著差異[8,21]。本研究結(jié)果顯示乳腺DKI兩種序列的相關(guān)定量參數(shù)值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，對乳腺良惡性病變的鑒別診斷效能相仿。這也證實了其臨床應(yīng)用的可行性。

本研究存在以下局限性：首先，本研究主要集中于DKI定量參數(shù)對比的統(tǒng)計學(xué)分析，雖然圖像質(zhì)量的評估由乳腺專業(yè)影像醫(yī)師來完成，但未進(jìn)行觀察者一致性的評估，仍可能存在一定的主觀偏差，且未進(jìn)行客觀的圖像信噪比和對比噪聲比的測量，后期需進(jìn)一步對比研究。其次，樣本量較小，良性病變組僅7個病灶，結(jié)果可能會高估DKI對乳腺良惡性病變的診斷效能。因此，需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量以明確SMS RESOLVE DKI的實際診斷價值。

綜上所述，SMS RESOLVE DKI序列在成像時間減半的同時，其DKI相關(guān)的定量參數(shù)、診斷效能和圖像質(zhì)量均與常規(guī)RESOLVE DKI相當(dāng)，說明了SMS技術(shù)在乳腺DKI成像中的可行性；另外，這一新技術(shù)可與其他序列結(jié)合，為進(jìn)一步縮短掃描時間提供了可靠方案，同時改善患者的舒適度，提高檢查成功率和整體檢查效率，值得臨床推廣應(yīng)用。