MR不同彌散加權(quán)序列前列腺圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

但漢麗，譚鈺川，楊露，章義鵬，譚勇，林檬，王蕾，張久權(quán)

作者單位：重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院影像科，重慶400030

前列腺癌已經(jīng)成為男性惡性腫瘤的第二位［1］，其發(fā)病率逐年上升。前列腺癌早期診斷對(duì)提高患者的生存質(zhì)量和5年生存率具有重要意義。MRI是目前前列腺癌影像診斷以及術(shù)前前列腺成像報(bào)告和數(shù)據(jù)評(píng)分系統(tǒng)(prostate imaging reporting and data system，PI-RADS)評(píng)分最準(zhǔn)確的影像檢查方法之一。因此，如何獲得高質(zhì)量的前列腺磁共振成像顯得尤為重要，同時(shí)它也將是醫(yī)生或未來(lái)的人工智能(artificial intelligence，AI)輔助診斷系統(tǒng)準(zhǔn)確識(shí)別疾病的各種影像或生物學(xué)特征的基本保證。

彌散加權(quán)序列以其較高的診斷準(zhǔn)確率、操作便利性以及圖像多樣性，獲得廣大科研及臨床工作者的青睞。前列腺癌細(xì)胞排列致密導(dǎo)致水分子活動(dòng)受限，引起DWI 圖像上信號(hào)增高而被識(shí)別［2-4］；然而，常規(guī)彌散采用單次激發(fā)平面回波成像，磁化率偽影較明顯，對(duì)前列腺解剖細(xì)節(jié)以及微小病灶的顯示受限。而ZOOMit DWI在前列腺上已被證明適用于彌散加權(quán)成像和彌散張量成像［5-6］；已有研究證明在ADC 圖中和高b 值圖像中顯示出更高的解剖結(jié)構(gòu)，減少了假象、重影和失真［6］；RESOLVE (readout segmentation of long variable echo-trains) DWI 在頭頸及乳腺的運(yùn)用中展現(xiàn)了短的回波間隙，圖像變形小，解剖細(xì)節(jié)顯示清楚，顯示高質(zhì)量圖像［7-9］。目前，還沒(méi)有報(bào)道這三種彌散序列在前列腺圖像質(zhì)量的對(duì)比。因此，本研究擬比較常規(guī)DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 三種不同彌散加權(quán)序列的前列腺圖像質(zhì)量，優(yōu)化前列腺M(fèi)RI掃描方案，提高影像診斷準(zhǔn)確率。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究經(jīng)重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理編號(hào)：CZLS2020248-A)，免除了患者的知情同意?；仡櫺允占?020年4月至10月于重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院影像科磁共振中心進(jìn)行前列腺磁共振掃描的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)在我院進(jìn)行前列腺磁共振掃描的患者；(2)磁共振檢查前4～6 周未行前列腺穿刺檢查的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)有骨盆骨質(zhì)術(shù)后(金屬偽影)的患者；(2)部分患者掃描三種彌散序列不全者。患者的所有臨床資料收集均來(lái)自臨床醫(yī)師書(shū)寫(xiě)的病歷。

1.2 掃描設(shè)備和掃描參數(shù)

本研究采用3.0 T MRI (Magnetom Prisma，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)，使 用18 通道相控陣體部線(xiàn)圈，掃描序列(表1)包括T2WI、常規(guī)DWI、ZOOMit DWI 以及RESOLVE DWI 掃描(b=0、50、1400 s/mm2)。

1.3 圖像分析

本研究由2 名臨床經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科診斷醫(yī)師(2名醫(yī)師在泌尿系統(tǒng)腫瘤診斷和評(píng)估分別有12年及8 年工作經(jīng)驗(yàn))對(duì)前列腺圖像進(jìn)行主觀(guān)評(píng)價(jià)。為了避免閱讀偏倚，將常規(guī)DWI、RESOLVE DWI 放大與ZOOMit DWI 圖像大小一致。2 名醫(yī)師分別對(duì)圖像進(jìn)行主觀(guān)評(píng)分，且不知道另外1名醫(yī)師的評(píng)分結(jié)果。參照Hellms 等［10］和Brendle 等［11］采用的Likert 的評(píng)分法，對(duì)所有DWI 序列的圖像清晰度、圖像失真以及偽影進(jìn)行評(píng)分，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：1 分=圖像清晰度差，即嚴(yán)重失真或偽影；2 分=中等圖像清晰度，即中等失真或偽影；3 分=良好的圖像清晰度，即輕微失真或偽影；4 分=優(yōu)異的圖像清晰度，即無(wú)失真或偽影。SNR和CNR 由2 名放射科技術(shù)人員(2 名技術(shù)人員分別有12 年及3 年工作經(jīng)驗(yàn))分別測(cè)量。該2 名技術(shù)人員分別在T2WI和所有彌散加權(quán)序列b=50、1400 s/mm2中手動(dòng)勾畫(huà)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)。測(cè)量閉孔內(nèi)肌相應(yīng)區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度(signal intensity,SI)，其中SD (muscle)為閉孔內(nèi)肌標(biāo)準(zhǔn)差，SD (prostate)為前列腺組織標(biāo)準(zhǔn)差。SNR和CNR的計(jì)算分別如下：

由2 名放射科技術(shù)人員手動(dòng)測(cè)量前列腺前后徑(anterior-posterior diameter，AP)、左 右 徑(right-left diameter，RL)、前后徑/左右徑(AP/RL)以及前列腺面積，以橫斷面T2WI 圖像上前列腺輪廓為前列腺解剖形狀的標(biāo)準(zhǔn)。三種彌散序列均與T2WI進(jìn)行對(duì)比。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理。對(duì)2名診斷醫(yī)師的主觀(guān)評(píng)分結(jié)果進(jìn)行Kappa 一致性檢驗(yàn)(Kappa＞0.75 表明兩者一致性較好，0.4～0.75 表明兩者一致性一般，＜0.4表明兩者一致性較差)。采用Kolmogorov-Smimov 檢驗(yàn)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，Levene 檢驗(yàn)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)。采用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)比較不同序列的主觀(guān)評(píng)分分布差異，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，然后采用經(jīng)bonferroni校正的顯著性水平進(jìn)行事后兩兩比較。對(duì)兩位技術(shù)人員的客觀(guān)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行ICC一致性分析(ICC＞0.75表明兩者一致性較好，0.4～0.75 表明兩者一致性一般，＜0.4 表明兩者一致性較差)。采用單因素ANOVA 檢驗(yàn)比較客觀(guān)指標(biāo)之間的差異，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者基本情況

本研究共納入64 例患者，其中4 例患者因彌散序列掃描不完整而排除。年齡范圍48～85 歲，中位數(shù)為69 歲。其中前列腺癌31 例(前列腺神經(jīng)內(nèi)分泌癌1 例，其余為前列腺腺泡癌)，急性細(xì)菌性前列腺炎2 例，前列腺增生12 例，前列腺正常3 例，膀胱惡性腫瘤11例，直腸癌1例。

表1 MRI掃描序列及參數(shù)Tab.1 MRI scan sequence and parameter

2.2 三種不同彌散加權(quán)序列的主觀(guān)評(píng)價(jià)

所有患者DWI圖像清晰，圖像質(zhì)量均符合診斷要求；2 名診斷醫(yī)師主觀(guān)評(píng)分的一致性一般或較好。三種不同彌散加權(quán)圖像清晰度主觀(guān)評(píng)分之間存在顯著差異(表2)，兩兩比較顯示常規(guī)DWI 和ZOOMit DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，常規(guī)DWI 和RESOLVE DWI 之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。三種不同彌散加權(quán)圖像失真主觀(guān)評(píng)分之間存在顯著差異，兩兩比較顯示ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，常規(guī)DWI 和ZOOMit DWI、常規(guī)DWI 和RESOLVE DWI 之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。三種不同彌散加權(quán)圖像偽影主觀(guān)評(píng)分之間存在顯著差異，兩兩比較顯示常規(guī)DWI和RESOLVE DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，常規(guī)DWI 和ZOOMit DWI 之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。

2.3 三種不同彌散加權(quán)序列的客觀(guān)評(píng)價(jià)

測(cè)量三種不同彌散加權(quán)序列SNR (b=50)、CNR(b=50)、SNR (b=1400)值，2 名技術(shù)人員的組間測(cè)量值一致性一般或較好。三種不同彌散加權(quán)序列的SNR(b=50)、SNR (b=1400)值均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)(表3)；三種不同彌散加權(quán)序列的CNR (b=50)值沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。

表2 三種不同彌散加權(quán)序列的主觀(guān)評(píng)分比較Tab.2 Comparison of subjective scores of three different diffusion weighted sequences

測(cè)量三種不同彌散加權(quán)序列前列腺AP、RL、AP/RL以及前列腺面積(area)，2名技術(shù)人員組間測(cè)量一致性一般或較好；以T2WI為標(biāo)準(zhǔn)，前列腺前后徑以及前列腺面積均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，左右徑、前后徑/左右徑比值存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)(表3)。三種彌散序列SNR (b=50)、CNR (b=50)、SNR (b=1400)、AP、RL、AP/RL、area數(shù)據(jù)分布情況如圖1所示。

3 討論

3.1 三種不同彌散序列的優(yōu)缺點(diǎn)

目前，臨床上比較常用的彌散序列即常規(guī)DWI為單次激發(fā)平面回波成像(single-shot echo-planarimaging，SS-EPI)，其優(yōu)點(diǎn)是成像速度快，對(duì)運(yùn)動(dòng)不敏感，缺點(diǎn)是解剖細(xì)節(jié)顯示欠清，圖像失真較明顯，尤其是在高場(chǎng)強(qiáng)下；由于在一次射頻激發(fā)后采用迂回的方式進(jìn)行K空間填充，因此在磁化率差異明顯的組織間容易產(chǎn)生磁化率偽影，從而影響前列腺小病灶的檢出以及定性診斷。ZOOMit DWI 可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的選擇性成像，可對(duì)目標(biāo)器官的選擇性放大成像；并可進(jìn)行多層采集，進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)的采集時(shí)間，提高圖像的空間分辨率，對(duì)前列腺微小病變的顯示有一定的優(yōu)勢(shì)［12］。RESOLVE DWI 序列在讀取方向上組合了多次K 空間采集，其優(yōu)點(diǎn)是較弱的磁化率偽影，圖像變形較小以及解剖細(xì)節(jié)顯示較清晰，但是需要多個(gè)TR間隔，因此增加了數(shù)據(jù)的采集的時(shí)間。

表3 不同彌散序列客觀(guān)參數(shù)的比較Tab.3 Comparison of objective parameters of different diffusion sequences

3.2 三種不同彌散序列的研究現(xiàn)狀

本研究主觀(guān)結(jié)果顯示，ZOOMit DWI 序列的圖像清晰度高于其他兩個(gè)DWI序列，ZOOMit DWI失真評(píng)分高于常規(guī)DWI 以及RESOLVE DWI 序列；與常規(guī)DWI 和ZOOMit DWI序列相比，使用RESOLVE DWI序列獲得的圖像上的偽影更為明顯，而常規(guī)DWI 序列和ZOOMit DWI 序列的偽影沒(méi)有顯著差異。這與其他學(xué)者的結(jié)果是一致的。Seeger等［13］比較了ZOOMit DWI和RESOLVE DWI在葡萄膜黑色素瘤中的應(yīng)用，認(rèn)為ZOOMit DWI能夠明顯提高圖像質(zhì)量。此外，Thierfelder 等［5］報(bào)道的研究結(jié)果也與本研究的結(jié)果一致。有研究提出使用ZOOMit DWI，可以獲得縮放FOV 的高分辨率、失真相對(duì)較小的擴(kuò)散加權(quán)圖像［14］。與RESOLVE DWI比較，ZOOMit DWI的采集時(shí)間明顯減少，與常規(guī)DWI差別不大。ZOOMit DWI 圖像的高清晰度和低失真可能與ZOOMit DWI 序列的最小體素大小有關(guān)。因此，ZOOMit DWI 提高了圖像清晰度，減少了偽影及失真，為高分辨率圖像提供了可能。

客觀(guān)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，ZOOMit DWI序列和傳統(tǒng)DWI序列的SNR (b=1400)有差異，但是ZOOMit DWI 箱型圖范圍較小，因此穩(wěn)定性較好，說(shuō)明其信噪比更高。通過(guò)測(cè)量前列腺?gòu)骄€(xiàn)的定量分析還表明，前后徑/左右徑比值顯示ZOOMit DWI 序列與T2WI 序列一致性較好；說(shuō)明用ZOOMit DWI 序列獲得的前列腺圖像畸變并不嚴(yán)重，與這本研究的主觀(guān)評(píng)分結(jié)果基本也是一致的。Seeger 等［13］關(guān)于腫瘤徑線(xiàn)測(cè)量的結(jié)果與本研究一致。前列腺圖像失真以及磁化率偽影是骨盆掃描中常見(jiàn)的問(wèn)題，其主要原因可能是鄰近的骨骼和直腸內(nèi)的氣體造成的。ZOOMit DWI 可實(shí)現(xiàn)對(duì)靶器官的選擇性放大成像，減少前列腺周?chē)鞴偃缰蹦c內(nèi)氣體的影響而引起的失真及偽影，增加圖像的信噪比，并可多層采集，彌補(bǔ)了常規(guī)DWI技術(shù)因圖像模糊致病灶易誤診、漏診的缺點(diǎn)［15］。對(duì)于前列腺腫瘤，由于磁化率偽影的影響，可能對(duì)微小病變的診斷存在困難；Attenberger 等［16］報(bào)道，ZOOMit DWI 可以清晰顯示常規(guī)DWI 上不能顯示的小病灶的范圍以及形態(tài)。有研究報(bào)道了ZOOMit DWI 以及常規(guī)DWI 的影像組學(xué)特征［17］，提示基于ZOOMit DWI 的影像組學(xué)特征可以更加準(zhǔn)確地診斷前列腺疾病。因此，ZOOMit DWI 不僅可以減少磁化率偽影，減少圖像畸變，提高圖像空間分辨率，同時(shí)還可以提供更多的組學(xué)信息，為前列腺疾病的診斷提供更高的圖像質(zhì)量以及更多的信息。

綜上所述，與常規(guī)DWI 和RESOLVE DWI 序列相比，使用ZOOMit DWI 序列獲得的圖像的主觀(guān)及客觀(guān)評(píng)分更高。主客觀(guān)評(píng)分也提示ZOOMit DWI圖像能更準(zhǔn)確地顯示前列腺輪廓，為前列腺疾病的診斷、臨床穿刺定位、術(shù)后療效評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確的信息。之前也有研究表明［11，15，18］ZOOMit DWI 可以在減少圖像變形和減少偽影的情況下提高圖像質(zhì)量。因此，ZOOMit DWI 可作為前列腺多參數(shù)MRI 的重要序列，為臨床診斷和治療提供準(zhǔn)確的信息。

本研究的局限性：首先樣本量相對(duì)較小。在我們未來(lái)的研究中，樣本量將增加，以提供更可靠的數(shù)據(jù)。其次是未按疾病分類(lèi)。在我們未來(lái)的研究中，將收集患者病理檢查結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果將其分為良性和惡性前列腺疾病組。

總之，使用ZOOMit DWI 序列獲得的圖像質(zhì)量更好。因此，ZOOMit DWI序列可以作為前列腺M(fèi)RI的首選DWI技術(shù)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。