單向高激勵次數(shù)序列對肝臟DWI圖像質(zhì)量及表觀彌散系數(shù)的影響

胥津歌，孫 楠，史燕杰，閆 鑠，李曉婷，孫應(yīng)實(shí)

(北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所醫(yī)學(xué)影像科 惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100142)

圖1 患者男，43歲，神經(jīng)內(nèi)分泌瘤伴彌漫性肝轉(zhuǎn)移 A、B.單向高NEX序列DWI圖像(A)及ADC圖(B)；b=1 000 s/mm2； C、D.常規(guī)序列DWI圖像(C)及ADC圖(D)，b=1 000 s/mm2

彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging， DWI)已廣泛用于臨床，在診斷和鑒別肝臟疾病以及評估療效等方面發(fā)揮重要作用[1-2]。近年肝臟DWI成像質(zhì)量雖有所提高，但仍存在信噪比(signal to noise ratio， SNR)低、表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient， ADC)重復(fù)性差、易因心臟搏動產(chǎn)生偽影影響觀察肝臟左葉等問題[3]，采用門控技術(shù)可降低呼吸運(yùn)動及心臟搏動對圖像質(zhì)量的影響[4]。既往研究[5]多通過優(yōu)化b值提高圖像質(zhì)量，而針對心臟搏動所致肝左葉信號丟失和偽影問題進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化的報道較少。單向高激勵次數(shù)(number of excitation， NEX)序列是通過減少彌散方向和增加NEX 得到的改進(jìn)DWI序列，NEX增加使圖像信號填充次數(shù)加倍，可減少心臟搏動導(dǎo)致的信號丟失，肝左葉偽影隨之減少；彌散方向減少有利于縮短掃描時間。本研究觀察單向高NEX序列對肝臟DWI圖像質(zhì)量和ADC的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2020年6月—8月21例于北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院就診的肝臟疾病患者(疾病組)，男15例，女6例，年齡38～83歲，平均(61.1±12.0)歲；納入標(biāo)準(zhǔn)：①無MR檢查禁忌證；②MR檢查各序列資料完整；③檢查前未接受放射、化學(xué)治療(化療)或肝臟手術(shù)。同期納入26名健康體檢者(健康組)，男11名，女15名，年齡35～73歲，平均(53.3±9.5)歲；納入標(biāo)準(zhǔn)：①無肝臟疾病及肝臟手術(shù)史；②無MR檢查禁忌證；③各序列MR資料完整；④半年內(nèi)未服用任何藥物；⑤無酗酒史。檢查前所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE MR750 3.0T MR掃描儀。囑受檢者仰臥，以軸位單次激發(fā)脂肪抑制自旋回波-平面回波成像(spin echo-echo planar imaging， SE-EPI)序列采集上腹部常規(guī)DWI，于左右、上下和前后3個方向上施加彌散梯度，參數(shù)：TR 3 157 ms，TE 56.6 ms，矩陣100×140，層厚7 mm，層間距1 mm，F(xiàn)OV 400 mm×320 mm，并行采集因子為2，b值為50和1 000 s/mm2，NEX為2和8，掃描時間98 s。之后采集上腹部單向高NEX序列DWI，僅于左右方向施加彌散梯度，掃描參數(shù)：b值為50和1 000 s/mm2，NEX為4和16，掃描時間74 s，其他參數(shù)同前。見圖1、2。

1.3 圖像分析 將圖像上傳至圖像存儲與傳輸系統(tǒng)。由2名具有3年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師獨(dú)立采用3分法[6]，以盲法分別對肝臟DWI和ADC圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評價，評價疾病組圖像顯示病灶、解剖結(jié)構(gòu)和偽影情況及健康組顯示解剖結(jié)構(gòu)和偽影情況。顯示病灶評分標(biāo)準(zhǔn)：病灶與周圍肝實(shí)質(zhì)形成明顯對比、內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰、邊緣銳利為3分；病灶與周圍肝實(shí)質(zhì)對比明顯、但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清、邊緣欠銳利或模糊為2分；病灶不明顯，與周圍肝實(shí)質(zhì)較難區(qū)分為1分。解剖結(jié)構(gòu)評分標(biāo)準(zhǔn)：圖像對比良好，清晰顯示血管等結(jié)構(gòu)且無形變?yōu)?分；圖像對比良好，清楚顯示血管等組織結(jié)構(gòu)、但有輕微扭曲變形為2分；圖像對比較差，血管等組織結(jié)構(gòu)模糊不清、扭曲變形明顯為1分。偽影評分標(biāo)準(zhǔn)：無或極少偽影為3分；偽影較多，但不影響診斷為2分；偽影多，影響診斷為1分。

圖2 健康體檢者，女，49歲 A、B.單向高NEX序列DWI圖像(A)及ADC圖(B)，b=1 000 s/mm2； C、D.常規(guī)序列DWI圖像(C)及ADC圖(D)，b=1 000 s/mm2

以SNR為客觀評價指標(biāo)。由1名具有2年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師先后于b=1 000 s/mm2的常規(guī)序列和單向高NEX序列圖像上勾畫疾病組肝臟ROI，于肝左、右葉實(shí)質(zhì)各勾畫3個面積為50 mm2的圓形ROI，記為ROI 1；于病灶信號最高區(qū)域勾畫1個50 mm2圓形ROI，記為ROI 2；于病灶最大層面勾畫1個盡可能覆蓋整個病灶的不規(guī)則ROI，記為ROI 3。健康組勾畫正常肝實(shí)質(zhì)ROI，方式同疾病組。取ROI內(nèi)各像素信號強(qiáng)度(signal intensity， SI)的平均值為SI肝。測量相同層面圖像外無偽影區(qū)域的背景噪聲SI的標(biāo)準(zhǔn)差(SD背景)；根據(jù)公式SNR=SI肝/SD背景計算SNR。

將圖像到上傳至GE AW4.5工作站，由1名具有2年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師測量單向高NEX和常規(guī)序列圖像的ADC，記錄各個ROI的ADC標(biāo)準(zhǔn)差SD，計算變異系數(shù)(coefficient of variation， CV)，CV=SD/ADC×100%。以上數(shù)據(jù)均測量2次，2次測量間隔1周，取平均值作為結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 24.0統(tǒng)計分析軟件。符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示，以配對t檢驗(yàn)比較單向高NEX和常規(guī)序列的SNR、ADC及CV；不符合正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)(上下四分位)表示，以Wilcoxon符號秩和檢驗(yàn)比較2個序列的主觀評分。采用Kappa檢驗(yàn)評價觀察者間一致性，Kappa≤0.2為一致性差，0.20.8為一致性優(yōu)；計算2名觀察者評分一致率(%)，評分一致率越高，觀察者間一致性越好，取值范圍與Kappa值相同。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一致性分析Kappa檢驗(yàn)結(jié)果顯示，2名觀察者間，主觀評分指標(biāo)中44.44%的一致性良好，38.89%一致性為中等，16.67%一致性為一般；觀察者主觀評分一致率0.7～0.9，均為良好或優(yōu)。

2.2 圖像質(zhì)量 疾病組DWI和ADC圖像顯示肝左、右葉病灶差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；單向高NEX序列圖像顯示肝左葉解剖結(jié)構(gòu)和偽影均優(yōu)于常規(guī)序列(P均<0.05)，見表1。健康組單向高NEX序列DWI和ADC圖像肝左葉偽影評分均優(yōu)于常規(guī)序列(P均<0.05)，見表2。

表1 疾病組常規(guī)序列與單向高NEX序列肝臟DWI和ADC圖像主觀評分比較(n=21，分)

疾病組單向高NEX序列圖像中肝左葉實(shí)質(zhì)及病灶的SNR均高于常規(guī)序列(P均<0.05)，見表3。健康組單向高NEX序列圖像中肝左葉實(shí)質(zhì)SNR(16.46±1.34)高于常規(guī)序列(13.73±1.14)(t=-3.386，P=0.002)，肝右葉實(shí)質(zhì)單向高NEX序列的SNR(31.90±2.68)與常規(guī)序列(32.19±3.04)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=0.160，P=0.874)。

2.3 ADC與CV 2組左、右葉肝實(shí)質(zhì)及疾病組肝左、右葉病灶單向高NEX序列和常規(guī)序列的ADC差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；單向高NEX序列的CV均低于常規(guī)序列(P均<0.05)，見表4。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)單向高NEX序列圖像顯示肝左葉解剖結(jié)構(gòu)、偽影評分及SNR均高于常規(guī)序列DWI (P均<0.05)。NEX是使用相同振幅的相位編碼斜率采集數(shù)據(jù)的次數(shù)，NEX倍增則信號增加[7]。心臟搏動可能引起肝左葉體素不一致甚至丟失信號，NEX加倍即信號填充次數(shù)加倍，大大減少心臟搏動所致信號丟失現(xiàn)象，偽影也隨之減少，但掃描時間隨之增加。肝實(shí)質(zhì)內(nèi)水分子彌散呈各向同性[8]，即DWI圖像3個不同方向上ADC測值相等。既往研究[8]表明，針對肝臟DWI采用多向彌散梯度可能是不必要的，因此本研究將彌散方向設(shè)為單向(左右)，以期縮短掃描時間。

表2 健康組常規(guī)序列與單向高NEX序列肝臟DWI和ADC圖像主觀評分比較(n=26，分)

表3 疾病組不同位置單向高NEX序列與常規(guī)序列圖像SNR比較(n=21，±s)

表3 疾病組不同位置單向高NEX序列與常規(guī)序列圖像SNR比較(n=21，±s)

掃描序列肝左葉ROI 1ROI 2ROI 3肝右葉ROI 1ROI 2ROI 3單向高NEX DWI18.74±2.1075.30±18.7454.45±12.2826.98±2.5165.37±8.8750.08±5.34常規(guī)DWI16.81±1.7966.98±17.7348.95±10.8326.63±2.8474.24±14.1853.31±8.79t值-2.330-5.216-2.898-0.3201.3040.817P值0.030<0.010.0130.7530.2330.441

表4 2組肝臟單向高NEX序列與常規(guī)序列DWI的ADC、CV比較(±s)

表4 2組肝臟單向高NEX序列與常規(guī)序列DWI的ADC、CV比較(±s)

掃描序列ADC(×10-3 mm2/s)正常左葉正常右葉病灶CV(%)正常左葉正常右葉病灶疾病組(n=21) 單向高NEX1.40±0.030.99±0.081.48±0.145.95±0.555.75±1.048.60±0.98 常規(guī)1.41±0.040.92±0.021.50±0.1511.67±1.5210.17±2.5514.85±1.79 t值0.310-1.0350.7993.9422.4367.323 P值0.7600.3130.4340.0010.024<0.001健康組(n=26) 單向高NEX1.46±0.031.00±0.02—6.37±0.374.32±0.28— 常規(guī)1.46±0.040.99±0.03—11.15±1.278.22±0.55— t值-0.152-1.068—3.8947.939— P值0.8800.296—0.001<0.001—

肝臟病灶的ADC可提供病變特征信息，對于鑒別良惡性病變至關(guān)重要[9-10]。CV代表ADC離散程度，CV越高則ADC離散程度越大，即ADC測值的可重復(fù)性越差[11]。本研究疾病組和健康組左、右葉肝實(shí)質(zhì)在單向高NEX序列和常規(guī)序列下ADC差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，且2組左、右葉肝實(shí)質(zhì)單向高NEX序列CV均低于常規(guī)序列(P均<0.05)，提示隨著NEX增加，ADC測值可重復(fù)性提高，對于受心臟運(yùn)動影響而在常規(guī)DWI圖像上較難觀察到的肝左小葉結(jié)節(jié)病變或可疑病變，單向高NEX序列圖像可能顯示效果更好。

綜上所述，增加NEX和減少肝臟DWI彌散方向可在不影響ADC的前提下減少DWI圖像中肝左葉偽影，提高圖像質(zhì)量。本研究的不足：樣本量小，可能影響Kappa值，亦難以分別觀察肝臟不同疾病；僅根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置單向高NEX序列彌散方向，未進(jìn)行各方向間圖像質(zhì)量比較。