3.0 T MR胃癌患者IVIM-DWI序列參數(shù)優(yōu)化的初步研究

翟艷慧，孫楠楠，王君鑫，張敏，李瑩，周濤，陳穎，賈守強(qiáng)

目前，體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像技術(shù)在腹部臟器的MR 檢查中應(yīng)用越來越廣泛，尤其在實(shí)質(zhì)臟器疾病的療效評(píng)估和定性判斷上具有重要價(jià)值［1-3］。但是，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)IVIM-擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)技術(shù)在空腔臟器-胃部的應(yīng)用研究報(bào)道較少。由于受到患者自身心臟跳動(dòng)、呼吸幅度以及胃腸道蠕動(dòng)產(chǎn)生的影響，腹部IVIM-DWI 質(zhì)量下降明顯［4］。另外，IVIM-DWI 需要利用多個(gè)b 值成像，b 值數(shù)目增加的同時(shí)也相應(yīng)地延長(zhǎng)了掃描時(shí)間［5］。然而，胃屬于空腔蠕動(dòng)臟器之一，不能滿足長(zhǎng)時(shí)間檢查的需要，即使使用了低張藥物，效果也有限。并且胃癌患者的體質(zhì)多較虛弱，亦不能耐受檢查時(shí)間過長(zhǎng)。由于掃描時(shí)間較長(zhǎng)，限制了IVIM 成像在運(yùn)動(dòng)器官中的應(yīng)用價(jià)值。因此，如何在保證圖像質(zhì)量及參數(shù)準(zhǔn)確性的前提下，通過參數(shù)優(yōu)化縮短掃描時(shí)間是磁共振IVIM 成像臨床應(yīng)用急需解決的問題。本研究擬探討在滿足影像診斷要求的前提下，尋找最短掃描時(shí)間，從而使IVIM-DWI 序列更高效普及于胃癌患者的檢查，為臨床胃癌的診治提供更客觀的量化依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

前瞻性收集濟(jì)南市人民醫(yī)院自2018 年12 月至2019 年10 月胃癌患者40 例，均經(jīng)過胃鏡病理確診，手術(shù)之前進(jìn)行MRI檢查。其中男25例，女15例，年齡(65.70±10.39)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①組織病理證實(shí)為低分化胃腺癌；②腫瘤最大徑大于1 cm；③胃鏡活檢后超過1 周者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有磁共振檢查禁忌證者，如體內(nèi)有心臟起搏器等金屬埋植物以及幽閉恐懼癥患者；②患者無法耐受磁共振檢查；③圖像偽影明顯，無法用于測(cè)量。按照隨機(jī)數(shù)字表法分為A、B 兩組，A 組21 例，B 組19 例。所有患者在MR 檢查前均簽署知情同意書，本研究得到濟(jì)南市人民醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 設(shè)備與檢查方法

成像及后處理設(shè)備：采用飛利浦Ingenia 3.0 T MR 掃 描 儀；dS Anterior coil 3.0 T 體 部 線 圈；IntelliSpace Portal 后處理工作站，應(yīng)用Philips IVIM-Version 1.2.0軟件包對(duì)圖像進(jìn)行后處理。

檢查前準(zhǔn)備：所有研究對(duì)象于檢查前進(jìn)行MRI檢查宣教，胃腸道準(zhǔn)備(空腹8 h 以上)并進(jìn)行呼吸及飲水訓(xùn)練，對(duì)無低張藥物禁忌證患者，檢查前10 min給予肌注鹽酸山莨菪堿10～20 mg，患者坐在檢查床上時(shí)囑其小口飲水500 mL 后緩慢仰臥，常規(guī)加用腹帶及呼吸門控，腳先進(jìn)，雙上肢置于頭側(cè)或身體兩側(cè)，采用呼氣后屏氣模式。

MRI 序列及參數(shù)：所有研究對(duì)象均行常規(guī)MRI 檢查和IVIM-DWI 檢查，常規(guī)序列包括冠狀位T2WI-TSE、軸位T2WI-TSE、T2WI-SPIR、mDIXON-All-BH；IVIM-DWI檢查采用平面回波技術(shù)加并行采集技術(shù)，A、B 兩組相同的掃描參數(shù)為選取12 個(gè)b 值，分別為0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200 s/mm2，層厚6 mm，層間距1 mm，矩陣120×98×24，視野360 mm×300 mm×191 mm；不同的掃描參數(shù)為A組：TR 2178 ms，TE 81 ms，信號(hào)平均采集次數(shù)9，掃描時(shí)間約為14 min；B 組：TR 1587 ms，TE 67 ms，信號(hào)平均采集次數(shù)2，掃描時(shí)間約為7 min 12 s。

1.3 圖像質(zhì)量分析

1.3.1 圖像客觀評(píng)價(jià)

(1)圖像信噪比(signal to noise ratio，SNR)、對(duì)比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)的測(cè)量：利用IntelliSpace Portal后處理工作站，首先，調(diào)整閾值去除DWI 圖像背景噪聲。然后，結(jié)合平掃T1WI、T2WI序列圖像，在b值為1200 s/mm2的IVIM-DWI圖像對(duì)胃癌病灶顯示良好的層面(避開出血及壞死區(qū))，及同層面背景區(qū)(脊柱旁豎脊肌區(qū))分別勾畫出3 個(gè)相同大小的圓形ROI，ROI 面積為50 mm2，并記錄胃癌病灶及背景的信號(hào)強(qiáng)度(S病灶、S背景)和背景的噪聲(SD背景)，取3 次測(cè)量值的平均值作為最終數(shù)值，最后利用公式：SNR=S病灶/SD背景，CNR=S病灶-S背景/SD背景，計(jì)算出每個(gè)患者IVIM-DWI 序列(b=1200 t)圖像的SNR、CNR。

(2)ADCslow、ADCfast、f 值的測(cè)量：應(yīng)用Philips IVIMVersion 1.2.0軟件包對(duì)圖像進(jìn)行后處理，得到相應(yīng)的ADC 圖，在胃癌病灶顯示良好的層面(避開出血及壞死區(qū))勾畫出3 個(gè)相同大小的ROI，ROI 面積為50 mm2，并記錄病灶的ADCslow、ADCfast、f值，取3次測(cè)量值的平均值作為最終數(shù)值。

1.3.2 圖像主觀評(píng)價(jià)

由2 名醫(yī)學(xué)影像中心腹部疾病影像診斷經(jīng)驗(yàn)豐富的高年資主治醫(yī)師盲法分析患者的MRI 圖像。對(duì)各組圖像質(zhì)量分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)不一致時(shí)協(xié)商并達(dá)成一致。主觀評(píng)價(jià)采用3級(jí)制進(jìn)行評(píng)分，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要以圖像對(duì)病變的顯示情況、有沒有磁敏感偽影和明顯運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)。1 級(jí)：圖像質(zhì)量?jī)?yōu)秀，病變邊緣及內(nèi)部情況顯示清晰，無磁敏感偽影及明顯運(yùn)動(dòng)；2 級(jí)：圖像質(zhì)量一般，病變邊緣及內(nèi)部情況能顯示但不夠清晰，有磁敏感偽影及運(yùn)動(dòng)，但診斷不受影響；3 級(jí)：圖像質(zhì)量差，病變邊緣及內(nèi)部情況無法顯示，有磁敏感偽影和明顯運(yùn)動(dòng)，不能進(jìn)行診斷［6］。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

2 結(jié)果

2.1 一般資料分析

兩組患者間性別、年齡、體重指數(shù)比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，見表l。

表1 兩組間性別、年齡、體重指數(shù)比較Tab.1 Comparison of gender,age and BMI between two groups

2.2 兩組患者的胃癌MRI表現(xiàn)

兩組患者胃癌病灶呈T1WI 低T2WI 稍高信號(hào)，T2WI-SPIR呈高信號(hào)，DWI(b=1200 t)呈高信號(hào)。

2.3 圖像質(zhì)量的客觀比較

A、B 兩組的SNR 分別為56.60±34.64、53.50±20.21，CNR 分 別 為41.38±31.72、44.95±18.52，ADCslow值分別為(0.635±0.274)×10-3mm2/s、(0.818±0.305)×10-3mm2/s，ADCfast值分別為(6.100±1.075)×10-3mm2/s、(6.471±1.549)×10-3mm2/s，f 值分別為(0.419±0.184)%、(0.402±0.193)%，SNR、CNR、ADCslow、ADCfast、f 值在A、B 兩組間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

2.4 圖像質(zhì)量的主觀比較

兩名資深主治醫(yī)師的主觀評(píng)分Kappa 值為0.875，一致性良好。A、B 兩組圖像的主觀評(píng)分見表2，A 組和B 組間圖像的主觀評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，兩 組 的IVIM-DWI(b=1200 t) 圖 像見圖1。

3 討論

1986 年，由Le Bihan 等首次提出了體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)的概念［7-8］。在磁共振檢查時(shí)，他們首次將組織的微循環(huán)灌注和水分子運(yùn)動(dòng)區(qū)分開?；贗VIM原理，雙指數(shù)模型是組織信號(hào)強(qiáng)度改變的基礎(chǔ)。用公式表示為Sb/S0=fexp［-b(ADCfast+ADCslow)］+(1-f) exp(-bADCslow)。在公式中，ADCfast值指的是微循環(huán)灌注的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，為假擴(kuò)散系數(shù)或者快速的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)成分；ADCslow值指的是純的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，為擴(kuò)散系數(shù)或者緩慢擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)成分；f 值代表微循環(huán)灌注在總擴(kuò)散效應(yīng)中的比率，為灌注分?jǐn)?shù)。

3.1 本研究選取多b 值的原因分析

IVIM-DWI 需要利用多個(gè)b 值成像，來獲取受檢組織水分子擴(kuò)散和微循環(huán)灌注兩方面的信息。b 值單位是s/mm2，是擴(kuò)散敏感因子，代表擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的能力，可以反映擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間和梯度場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)b 值大于200 s/mm2時(shí)，信號(hào)衰減的程度主要體現(xiàn)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；當(dāng)b值小于200 s/mm2時(shí)，信號(hào)衰減的程度主要體現(xiàn)組織的微循環(huán)灌注［9］。因此，b 值選取的合適與否與診斷結(jié)果的準(zhǔn)確程度直接相關(guān)。增加b 值在0～200 s/mm2范圍內(nèi)的采樣數(shù)就可以改善對(duì)ADCfast值估算的準(zhǔn)確性［10］。如果要提高惡性腫瘤的診斷敏感性，一般選擇高b值，因?yàn)檫@樣可以增加水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的敏感性及DWI 圖像的擴(kuò)散對(duì)比性［11-12］。然而，b 值與圖像的信噪比是呈反比的［13-14］。因?yàn)閎 值增大之后，加大了施加的梯度，延長(zhǎng)了梯度持續(xù)時(shí)間，從而導(dǎo)致TE延長(zhǎng)，降低了圖像的信噪比，因此最高b 值并不是單純的越大越好。并且有研究顯示［15］，當(dāng)選取b值數(shù)目低于10 個(gè) 時(shí)，ADCfast、ADCslow及f 值 的 可 重 復(fù) 性 均 會(huì) 減小。因此，本研究選取12 個(gè)b 值，分別為0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200 s/mm2。

表2 兩組IVIM-DWI圖像的主觀評(píng)分比較Tab.2 Comparison of subjective scores of IVIM-DWI images between the two groups

3.2 降低信號(hào)平均采集次數(shù)并適當(dāng)縮短回波時(shí)間對(duì)圖像質(zhì)量及掃描時(shí)間的影響

圖1 胃癌患者IVIM-DWI(b=1200 t)序列圖像。A：A 組患者的IVIM-DWI(b=1200 t)序列圖像；B：B 組患者的IVIM-DWI(b=1200 t)序列圖像，圖中胃癌表現(xiàn)為胃壁局部不規(guī)則增厚并呈高信號(hào)Fig. 1 Image of IVIM-DWI (b=1200 t) in gastric cancer patients.A: IVIM-DWI (b=1200 t) sequence images of the patients in the group A; B: IVIM-DWI (b=1200 t) sequence images of the patients in the group B, the gastric cancer showed irregular thickening and high signal in the gastric wall.

目前，信噪比和對(duì)比噪聲比是評(píng)價(jià)MR 圖像質(zhì)量最常用的兩個(gè)指標(biāo)。SNR、CNR 越大圖像越清晰，圖像質(zhì)量越好［16-17］。要提高圖像質(zhì)量，可以通過增加信號(hào)平均采集次數(shù)，因?yàn)檫@樣可以使圖像的信噪比增加，但信號(hào)平均采集次數(shù)增加的同時(shí)必然導(dǎo)致掃描時(shí)間的延長(zhǎng)，部分患者難以接受，根據(jù)公式“掃描時(shí)間=TR×n×信號(hào)平均采集次數(shù)(number of signal average，NSA)、SNRN=NSA2×SNR1”，理論上，單純的降低NSA 可縮短成像時(shí)間，由于SNR 并不是與NSA 呈正比，而是與NSA 的平方根呈正比，因此，SNR 受NSA 的影響是有限的［18-19］；另外，可以通過保持其他參數(shù)不變的條件下，適當(dāng)縮短回波時(shí)間來提高SNR。本研究中，A 組采用的NSA 為9、TE 為81 ms、TR 為2178 ms，B 組采用的NSA 為2、TE 為67 ms、TR 為1587 ms，其余掃描參數(shù)兩組一致，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組間SNR、CNR 的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這就印證了在其余參數(shù)不變時(shí)，降低信號(hào)平均采集次數(shù)并適當(dāng)縮短回波時(shí)間對(duì)圖像質(zhì)量的SNR、CNR 影響不明顯。雖然，主觀評(píng)分中A 組的評(píng)分顯著高于B 組，但是B 組亦能顯示病變邊緣及內(nèi)部情況，即使部分圖像有輕度的運(yùn)動(dòng)及磁敏感偽影，仍然不影響診斷。B 組的掃描時(shí)間約為7 min 12 s，明顯短于A組的掃描時(shí)間14 min。

3.3 降低NSA并適當(dāng)縮短TE對(duì)IVIM-DWI的相關(guān)參數(shù)值的影響

受組織T2穿透效應(yīng)的影響，DWI信號(hào)強(qiáng)度對(duì)活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散速度快慢的影響缺乏準(zhǔn)確性，其量化指標(biāo)是通過測(cè)量病灶的ADC 值［20-22］。IVIM-DWI的相關(guān)參數(shù)值A(chǔ)DCfast、ADCslow及f 值屬于可測(cè)量參數(shù)，能量化分析組織中水分子擴(kuò)散和微循環(huán)灌注信息。對(duì)于定量測(cè)量的研究，參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性對(duì)研究結(jié)果具有至關(guān)重要的影響。故本研究對(duì)各組ADCslow、ADCfast及f 值分別進(jìn)行測(cè)量，以了解改變掃描參數(shù)后是否會(huì)影響ADCslow、ADCfast及f值的準(zhǔn)確性。通過研究發(fā)現(xiàn)，A、B兩組間ADCslow、ADCfast及f值的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明掃描參數(shù)NSA、TR、TE的適度改變，并不影響ADCslow、ADCfast及f 值的準(zhǔn)確性。因此，綜合分析，B組的掃描參數(shù)可作為胃癌患者的個(gè)性化掃描參數(shù)。

3.4 本研究的不足和展望

本研究的不足之處在于樣本量偏小，還需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量。此外，IVIM-DWI中b值數(shù)目及范圍的選擇也缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，筆者在今后的工作中會(huì)進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)，增大樣本量，利用不同的b 值組合來進(jìn)一步優(yōu)化IVIM-DWI的掃描方案。

綜上，胃癌患者行IVIM-DWI檢查時(shí)，可以在采用較低的信號(hào)平均采集次數(shù)條件下適當(dāng)?shù)乜s短回波時(shí)間來提高圖像的SNR，使得圖像滿足診斷要求的前提下縮短掃描時(shí)間，從而為臨床胃癌的診治提供更可靠的量化依據(jù)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。