復(fù)合靈敏度編碼高分辨率擴(kuò)散加權(quán)成像與常規(guī)擴(kuò)散加權(quán)成像在頭顱檢查中的價(jià)值比較

李 剛，羅 娜，歐陽佳裕

（中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院 放射科，廣東 510000）

擴(kuò)散加權(quán)成像 （Diffusion-Weighted Imaging，DWI）是唯一能夠無創(chuàng)檢測體內(nèi)組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的技術(shù)。由于每種組織的結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同，導(dǎo)致水分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不同，這為磁共振成像帶來一種新的影像對比［1-2］。臨床上，DWI在頭顱成像中的應(yīng)用非常廣泛，尤其是在急性腦梗死中，較常規(guī)MR序列更加敏感。有研究表明，在缺血發(fā)生后的數(shù)分鐘內(nèi)，便可在DWI序列表現(xiàn)出高信號，并伴有 ADC值的降低［3］。目前在顱腦磁共振檢查中，DWI序列常規(guī)采用的技術(shù)是傳統(tǒng)單次激發(fā)平面回波成像（single shot-echo planar imaging SS-EPI），其具有成像速度快、對運(yùn)動(dòng)不敏感等優(yōu)點(diǎn)［4］，但也存在明顯的不足。由于在一次射頻激發(fā)后采用迂回填充K空間，使得在顱骨及含氣腔隙鄰近的特定腦區(qū)（如前額葉底部和顳葉海馬等區(qū)域）出現(xiàn)明顯的磁化率偽影；同時(shí)這種K空間填充的方式會使回波鏈非常長，回波間信號差異較大，導(dǎo)致圖像模糊，降低分辨率；而等效回波時(shí)間的TE較長，又導(dǎo)致圖像的信噪比較低。因此，DWI序列的改進(jìn)和完善一直是磁共振成像領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問題［5-6］。GE磁共振平臺推出的復(fù)合靈敏度編碼高分辨率擴(kuò)散加權(quán)成像（multiplexed sensitivity encoding diffusion-weighted imaging，MUSEDWI）技術(shù)，通過相位編碼方向的交錯(cuò)采集，校正非線性采集間相位變化，可以很好地抑制圖像磁敏感偽影，并且提高信噪比，為實(shí)現(xiàn)高保真、高分辨率擴(kuò)散加權(quán)圖像提供了可能［5］。本研究旨在通過對比磁敏感偽影、影像清晰度、SNR及表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffuion coefficient，ADC）值，來比較 MUSE-DWI與常規(guī)SS-EPI-DWI兩種不同擴(kuò)散加權(quán)序列的頭顱部圖像質(zhì)量，以探討MUSE-DWI序列在臨床的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2022年1月至3月，因頭痛、頭暈在中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院嶺南醫(yī)院行頭顱MRI檢查的32名患者。年齡在24-72周歲之間，平均年齡48周歲。 全部受檢者頭部均無腦血管、腦腫瘤及顱內(nèi)感染等疾病。檢查前，患者及其家屬簽署磁共振檢查知情同意書，確認(rèn)體內(nèi)有無金屬植入物。受檢時(shí)患者頭部和接收線圈之間放置泡沫墊以防止頭部移動(dòng)。在為上述32名患者進(jìn)行磁共振擴(kuò)散序列掃描時(shí)，均采用高清彌散成像MUSE-DWI序列及常規(guī)單次激發(fā)的SS-EPI-DWI序列進(jìn)行掃描。

1.2 MRI掃描方法

采用 GE 3.0T MRI（SIGNA Architect）磁共振成像儀，線圈選取48通道專用頭部相控陣線圈。分別進(jìn)行頭顱橫斷面MUSE擴(kuò)散和常規(guī)擴(kuò)散掃描，兩種掃描序列均采取復(fù)制粘貼的方式以保持一致，掃描參數(shù)見表1。同時(shí)自動(dòng)完成b=0s/和b=1000s/值的圖像重建。

表1 MUSE-DWI和常規(guī)DWI的掃描參數(shù)

1.3 圖像分析

所有圖像的ADC值及SNR的測量均在AW4.7（GE）后處理工作站進(jìn)行。影像的主觀評價(jià)由2位資深診斷醫(yī)師用雙盲法閱讀后各自進(jìn)行評判，在有意見分歧時(shí)，經(jīng)討論取得共識。

主觀評價(jià)評分：評定標(biāo)準(zhǔn)采用 Link 4級評分法評價(jià)DWI圖像質(zhì)量。①磁敏感偽影：嚴(yán)重偽影，影響腦部診斷為1分；偽影較多為2分，如前額葉底部條狀高信號累及3層或3層以上為2分；輕度偽影為3分，如顳葉海馬腦區(qū)圖像條狀高信號累及1-2層；無明顯偽影為4分，即前額葉底部和顳葉海馬等腦區(qū)無明顯偽影。②影像清晰度：顱內(nèi)結(jié)構(gòu)較難辨認(rèn)，為1分；圖像部分模糊，圖像邊緣勉強(qiáng)可辨為2分；圖像輕度模糊稍欠銳利為3分；圖像結(jié)構(gòu)銳利，解剖結(jié)構(gòu)清晰為4分。③因腦區(qū)的偽影和圖像變形，無法完成診斷的，皆為0分。綜合評分=（偽影+影像清晰度）/2。

信噪比（signal to noise ratio，SNR）測量：在獲取的側(cè)腦室水平層面中心區(qū)域，分別勾畫感興趣區(qū)（region of interest，ROI），大小約為 50-60mm2，盡量避開腦溝偽影等，測量其信號強(qiáng)度。測量三次取平均值。根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算：SNR=SIROI/SDROI。由于并行采集技術(shù)的使用會影響背景噪聲值的測量，因此在ROI內(nèi)測量的被用于估計(jì)局部噪聲［7］。

表觀彌散系數(shù) （apparent diffusion coefficient，ADC）：采用 AW4.7（GE）后處理工作站，在擬合生成的ADC值圖像上測量ADC值。在獲取的側(cè)腦室水平層面中心區(qū)域分別在MUSE-DWI與常規(guī)DWI上劃定ROI，大小約為 50-60mm2。測量3次取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包進(jìn)行處理。 以Shapiro-wilk檢驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)量資料符合正態(tài)分布，正態(tài)分布的計(jì)量資料用（±s）表示。MUSE-DWI與常規(guī)DWI間的主觀評分及 SNR、ADC值的比較，采用配對t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

MUSE-DWI序列和常規(guī)SS-EPI-DWI序列的圖像主觀評分。

MUSE-DWI序列圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于常規(guī)SSEPI-DWI序列，MUSE-DWI序列綜合評分為3.67±0.21分，SS-EPI-DWI序列為2.03±0.36分，差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）（見表 2，圖①-②）。

表2 MUSE-DWI序列和常規(guī)SS-EPI-DWI序列的圖像主觀評分（±s）

表2 MUSE-DWI序列和常規(guī)SS-EPI-DWI序列的圖像主觀評分（±s）

掃描序列 磁敏感偽影 影像清晰度 綜合評分MUSE-DWI 3.609 5±0.304 1 3.734 4±0.253 5 —2.125 0±0.475 2 3.671 9±0.215 6 — —2.031 3±0.367 8 — — —SS-EPI-DWI 1.938 5±0.416 4 — —t值 18.27 16.56 22.30 P值 <0.01 <0.01 <0.01

注：圖①和圖②分別為MUSE-DWI圖像和常規(guī)DWI圖像，MUSE-DWI圖像由磁敏感效應(yīng)導(dǎo)致的圖像畸變明顯變少，影像清晰度更高。

MUSE-DWI序列圖像的SNR值為23.99±6.72，常規(guī)SS-EPI-DWI序列圖像的SNR值為 18.80±5.20，兩組數(shù)據(jù)總體均數(shù)存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 （差值為5.19，95%CI 3.79-6.59，P<0.01）。 MUSE-DWI序列圖像的SNR值高于SS-EPI-DWI序列（見表3）。

表3 MUSE-DWI序列和常規(guī)SS-EPI-DWI序列的SNR比較

MUSE-DWI序列圖像和常規(guī)SS-EPI-DWI序列圖像病灶 ADC值分別為 0.77±0.03×10-3mm2/s和0.76±0.03×10-3mm2/s，MUSE-DWI 組略高于常規(guī)SS-EPI-DWI組。兩組掃描序列圖像的ADC值差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.15）（見表 4）。

表4 MUSE-DWI序列和常規(guī)SS-EPI-DWI序列的ADC值比較

3 討論

擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）用于無創(chuàng)評估組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，已被證實(shí)可評價(jià)各種腦損傷，現(xiàn)已成為中樞神經(jīng)系統(tǒng) MRI檢查的基礎(chǔ)功能序列。DWI在腦血管疾病檢查應(yīng)用中，聯(lián)合MRA，能夠更加精準(zhǔn)地判斷動(dòng)脈狹窄部位，提高靈敏度、準(zhǔn)確率［8］。在顱內(nèi)感染與腫瘤鑒別診斷中，DWI、ADC值及rADC值聯(lián)合應(yīng)用，能夠較好地鑒別病毒性腦炎和腦低級星形細(xì)胞瘤［9］。在顱內(nèi)占位性病變術(shù)前診斷中，DWI與ADC值聯(lián)合應(yīng)用可以提供腫瘤內(nèi)部功能信息，與常規(guī)序列相結(jié)合，可以為腦腫瘤的診斷提供更加可靠的信息。 如 Surov 等（2018）［10］測量大型多中心樣本中不同腦膜瘤的表觀擴(kuò)散系數(shù) （ADC）直方圖分析參數(shù)，表明ADC直方圖分析可用于預(yù)測腦膜瘤的腫瘤分級和增殖潛力，為臨床提供更多信息。在脫髓鞘疾病應(yīng)用中，已有文獻(xiàn)報(bào)道，ADC值可以從微觀水平反映多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）不同類型病灶之間的差異，為MS病灶分期提供信息［11］。

因采集速度快且對大體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的相位誤差不敏感，單次激發(fā)回波平面成像（SS-EPI）技術(shù)通常被用于獲取臨床DWI圖像。即在SS-EPI施加一對雙極梯度，采用速度快、對運(yùn)動(dòng)不敏感的EPI進(jìn)行信號的讀取采集［12］。但由于其在相位編碼方向上，信號讀取重建過程耗時(shí)較長，導(dǎo)致對多種原因引起的相位累積錯(cuò)誤比較敏感，主要表現(xiàn)為重建圖像（如前額葉底部和顳葉海馬等容易受到磁敏感性影響區(qū)域）的幾何變形，以及由于圖像畸變而導(dǎo)致體素中信號發(fā)生疊加而形成高信號偽影［13］。同時(shí)由于其較長回波時(shí)間，會導(dǎo)致信噪比降低。常規(guī)彌散加權(quán)成像中的這些問題會對圖像質(zhì)量造成很大的干擾，降低臨床診斷的信心［14］。

為了解決上述問題，引入了復(fù)合靈敏度編碼（multiple sensitivity encoding，MUSE）的高分辨率擴(kuò)散成像技術(shù)。通過在相位編碼方向的交錯(cuò)分次采集，使得梯度脈沖及EPI的讀出時(shí)間縮短，這樣可以很好地提高信噪比，改善圖像偽影。并且在重建圖像過程中能夠測量和校正相位誤差，進(jìn)一步抑制由相位錯(cuò)誤累積引起的畸變［15-16］。本研究發(fā)現(xiàn)，在其他參數(shù)保持不變的情況下，在圖像質(zhì)量和信噪比方面，MUSE-DWI組均明顯優(yōu)于常規(guī) SS-EPI-DWI組，兩組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。MUSE-DWI利用傳統(tǒng)的SENSE技術(shù)對多段的圖像進(jìn)行求解，然后提取校正相位信息。之后將這些相位信息和多段圖像數(shù)據(jù)放入重建框架中，共同計(jì)算擴(kuò)散圖像。在上述過程中減少了相位的錯(cuò)誤累積，降低了圖像幾何形變的程度和由畸變引起的信號聚集。在信噪比方面由于MUSE-DWI大大改進(jìn)了矩陣反演條件，與傳統(tǒng)的SS-EPI-DWI相比，可以降低噪聲，提供高信噪比的DWI圖像。同時(shí)ADC值是預(yù)測腫瘤良、惡性級別的一個(gè)很好的指標(biāo)［10]，在相同的 b值下兩種掃描序列圖像的ADC值差異尚無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P=0.15），即MUSE-DWI掃描序列僅提高了圖像質(zhì)量而未影響腦白質(zhì)ADC值。

本研究尚存在一些不足，如入組樣本量較少，未能對不同腦損傷患者進(jìn)行細(xì)化對照研究，以及對于畸變區(qū)域描述未能定量評估。在今后還將進(jìn)一步擴(kuò)大病例數(shù)量，深入研究 MUSE-DWI對疾病診斷和治療預(yù)后的價(jià)值。

綜上所述，在磁共振頭顱掃描中應(yīng)用MUSEDWI序列的圖像質(zhì)量顯著優(yōu)于常規(guī)SS-EPI-DWI序列，圖像的磁敏感偽影明顯減少，而對于腦白質(zhì)的ADC值的測量則沒有顯著差異。因此，MUSE-DWI序列可推廣應(yīng)用于常規(guī)臨床掃描，以改善DWI圖像質(zhì)量。