同時(shí)多層成像-彌散加權(quán)成像用于直腸癌的可行性

周 蜜，王益雙，吳韻竹，印隆林*

(1.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院放射科，四川 成都 610072；2.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司MR科研部，上海 200135)

結(jié)直腸癌是發(fā)病率和死亡率較高的惡性腫瘤之一，其中約30%～35%發(fā)生于直腸[1-2]。歐洲胃腸和腹部放射學(xué)學(xué)會(huì)共識(shí)[3]推薦MRI作為直腸癌分期的首選檢查，并建議常規(guī)直腸MR檢查方案應(yīng)至少包括T2WI和彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)。然而，采集直腸癌常規(guī)DWI時(shí)，為獲得良好的圖像質(zhì)量，需增加采集次數(shù)和彌散方向，導(dǎo)致掃描時(shí)間延長(zhǎng)及患者不適。同時(shí)多層成像(simultaneous multi-slice, SMS)是一種MRI技術(shù)，可同時(shí)獲取多層數(shù)據(jù)，顯著縮短圖像采集時(shí)間[4]?；赟MS的DWI(SMS-DWI)已應(yīng)用于前列腺、腎臟、肝臟、胰腺等相關(guān)研究[5-8]，少見(jiàn)應(yīng)用于直腸癌[9]。本研究探討SMS-DWI應(yīng)用于直腸癌的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2021年3月—12月45例于四川省人民醫(yī)院經(jīng)內(nèi)窺鏡引導(dǎo)活檢及術(shù)后病理證實(shí)的直腸腺癌患者，男29例、女16例，年齡27～75歲、中位年齡54.6歲；均經(jīng)內(nèi)窺鏡引導(dǎo)活檢病理確診直腸癌，于術(shù)前10天內(nèi)接受MR常規(guī)DWI及SMS-DWI檢查，圖像資料完整，無(wú)明顯偽影。排除標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)后病理學(xué)診斷為直腸黏液腺癌、腺瘤及炎癥者；②病灶過(guò)小，無(wú)法勾畫(huà)ROI；③檢查前接受放射及化學(xué)治療等。45例均為單發(fā)病灶，病灶與肛緣距離<5 cm 12個(gè)、5～10 cm 26個(gè)、>10 cm 7個(gè)；腫瘤病理T分期T0 期7個(gè)、T1期3個(gè)、T2期13個(gè)及T3期22個(gè)；5個(gè)為低分化、31個(gè)為中分化、9個(gè)為高分化腫瘤。

1.2 儀器與方法 囑患者檢查前30 min以20 ml開(kāi)塞露清潔腸道。掃描前10 min予肌內(nèi)注射鹽酸山莨菪堿10 mg。采用Siemens MAGNETOM Vida 3.0T MR掃描儀及18通道體部陣列線圈行直腸掃描，采集常規(guī)T2WI、DWI及SMS-DWI。主要參數(shù)：常規(guī)軸位DWI，TR 6 700 ms，TE 63 ms，層厚4.5 mm，層間距0.9 mm，層數(shù)25，F(xiàn)OV 216 mm×216 mm，矩陣128×128，基于K空間的加速技術(shù)加速因子為2，b值為0及1 000 s/mm2，激勵(lì)次數(shù)為2及3，掃描時(shí)間168 s；軸位SMS-DWI，TR 3 700 ms，TE 72 ms，層加速因子2，其余參數(shù)同常規(guī)DWI，掃描時(shí)間102 s。掃描時(shí)軸位DWI定位與軸位T2WI一致，均垂直于矢狀位T2WI所示腫瘤所在腸壁。

1.3 圖像分析

1.3.1 主觀評(píng)價(jià) 由2名分別具有6年及8年腹部影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)、不知曉組織病理學(xué)結(jié)果和DWI結(jié)果的主治醫(yī)師觀察常規(guī)DWI及SMS-DWI，采用Likert量表4分法[10]分別基于常規(guī)DWI及SMS-DWI(b=1 000 s/mm2)對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)分，包括病灶邊緣銳利度、變形、偽影及病灶顯著性；分別基于DWI(b=1 000 s/mm2)、軟件自動(dòng)生成表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)圖及DWI+ADC圖評(píng)估整體圖像質(zhì)量，即整體圖像質(zhì)量DWI、整體圖像質(zhì)量ADC及整體圖像質(zhì)量DWI+ADC。邊緣銳利度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：1分，邊緣不銳利；2分，邊緣稍微銳利；3分，邊緣中等銳利；4分，邊緣非常銳利。變形評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：1分，存在嚴(yán)重變形；2分，中等程度變形；3分，輕微變形；4分，無(wú)變形。偽影(運(yùn)動(dòng)、磁敏感偽影)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：1分，偽影嚴(yán)重，診斷困難；2分，中度偽影，影響診斷；3分，輕度偽影，基本不影響診斷；4分，無(wú)偽影，不影響診斷。病灶顯著性評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：1分，病灶極難發(fā)現(xiàn)；2分，病灶難以辨認(rèn)；3分，病灶隱約可見(jiàn)；4分，病灶非常明顯。整體圖像質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：1分，圖像模糊變形嚴(yán)重，解剖結(jié)構(gòu)顯示不清；2分，圖像模糊變形較嚴(yán)重，解剖結(jié)構(gòu)顯示較混亂；3分，圖像輕微模糊變形，解剖結(jié)構(gòu)顯示較清晰；4分，圖像無(wú)模糊變形，解剖結(jié)構(gòu)顯示清晰。

1.3.2 客觀評(píng)價(jià) 由上述2名醫(yī)師中的1名對(duì)常規(guī)DWI和SMS-DWI進(jìn)行定量分析。于常規(guī)DWI(b=0 s/mm2)顯示病灶最大層面上避開(kāi)囊變及壞死區(qū)域沿病灶邊緣勾畫(huà)ROI，并將其復(fù)制至常規(guī)DWI和SMS-DWI(b=1 000 s/mm2)上,根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整ROI輪廓(圖1)；隨機(jī)于左、右側(cè)臀大肌處放置平均面積為(21.3±8.2)mm2的圓形ROI，測(cè)量其信號(hào)強(qiáng)度(signal intensity, SI)及SI標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD)，重復(fù)測(cè)量3次，取平均值(SI腫瘤、SD腫瘤、SI臀大肌、SD臀大肌)；于圖像背景區(qū)域測(cè)量SI的SD，以3次測(cè)量結(jié)果的均值為背景噪聲SD(SD背景)。依照公式1～3計(jì)算圖像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)、對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise, CNR)及信號(hào)強(qiáng)度比(signal intensity ratio, SIR)[10]：

(1)

(2)

SIR=SI腫瘤/SI臀大肌

(3)

于常規(guī)DWI(b=0 s/mm2)上遠(yuǎn)離病灶的非瘤直腸組織中勾畫(huà)平均面積為(11.3±3.8)mm2的圓形ROI，將之與病灶ROI復(fù)制到常規(guī)DWI及SMS-DWI ADC圖上，根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整病灶ROI輪廓，測(cè)量其ADC值(ADC非瘤組織、ADC腫瘤)；重復(fù)測(cè)量3次，取平均值進(jìn)行分析。見(jiàn)圖1。

圖1 患者男，65歲，直腸癌(箭) A、B.直腸軸位常規(guī)DWI(A)及SMS-DWI(B)，b=1 000 s/mm2，箭示測(cè)量SI腫瘤的 ROI； C、D.直腸軸位常規(guī)DWI(C)及SMS-DWI(D)的ADC圖，箭示測(cè)量ADC腫瘤 ROI

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 21.0和MedCalc統(tǒng)計(jì)分析軟件。以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示圖像質(zhì)量主觀評(píng)分、客觀評(píng)分及ADC值，采用Wilcoxon檢驗(yàn)進(jìn)行比較。以Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)觀察者間圖像質(zhì)量主觀評(píng)分結(jié)果的一致性，Kappa>0.75為一致性非常好，0.4

2 結(jié)果

2.1 主觀評(píng)價(jià) 2名醫(yī)師評(píng)價(jià)常規(guī)DWI與SMS-DWI上病灶組織邊緣銳利度、變形、偽影、病灶顯著性及整體圖像質(zhì)量DWI+ADC的一致性均非常好(Kappa=0.79、0.83、0.86、0.89、0.82及0.86，P均<0.05)。常規(guī)DWI與SMS-DWI圖像質(zhì)量主觀評(píng)分差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見(jiàn)表1。

表1 常規(guī)DWI與SMS-DWI圖像質(zhì)量主觀評(píng)分比較[中位數(shù)(上下四分位數(shù))]

2.2 客觀評(píng)價(jià) 常規(guī)DWI與SMS-DWI圖像的SNR、SIR及其ADC腫瘤差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，圖像CNR及其ADC非瘤組織差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 常規(guī)DWI與SMS-DWI圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)及組織ADC值比較[中位數(shù)(上下四分位數(shù))]

3 討論

目前MR功能成像如DWI、彌散峰度成像等[11]應(yīng)用日漸廣泛，已用于直腸癌相關(guān)領(lǐng)域。DWI可檢測(cè)直腸癌及評(píng)估其特征，且有助于預(yù)測(cè)放射、化學(xué)治療直腸癌效果[12]，但其掃描時(shí)間較長(zhǎng)，腸蠕動(dòng)易致圖像產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影，使其質(zhì)量降低，影響檢出及診斷病變。如何在保證DWI圖像質(zhì)量的同時(shí)縮短掃描時(shí)間是臨床亟待解決的問(wèn)題。

SMS技術(shù)利用多頻率復(fù)合射頻脈沖對(duì)多個(gè)成像層面同時(shí)激發(fā)信號(hào)，以二維方式輸出圖像，可在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)有效縮短采集時(shí)間[13]。本研究所用直腸常規(guī)DWI掃描時(shí)間為168 s，SMS-DWI掃描時(shí)間為102 s，二者圖像質(zhì)量主觀評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)SNR及SIR差異亦無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示SMS-DWI在縮短采集時(shí)間的基礎(chǔ)上能獲得與常規(guī)DWI相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量，與PARK等[5]研究結(jié)果相符合；但常規(guī)DWI的CNR高于SMS-DWI，這是由于SMS的圖像SI低于單層激發(fā)圖像，使得SMS-DWI噪聲水平升高，進(jìn)而降低了CNR。

本研究發(fā)現(xiàn)，直腸癌ADC值在常規(guī)DWI與SMS-DWI中差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；SMS-DWI中，非瘤直腸壁ADC值低于常規(guī)DWI。既往研究[14]報(bào)道，與常規(guī)DWI相比，SMS-DWI的正常胰腺組織ADC值降低，原因在于SMS-DWI噪聲水平升高，導(dǎo)致ADC值減低[8]；本研究結(jié)果與之相符。ADC值反映組織的生理病理特性，多種因素，包括MR設(shè)備磁場(chǎng)強(qiáng)度、脈沖序列及b值等均可對(duì)其造成影響[15]，使得常規(guī)DWI與SMS-DWI中的腫瘤組織及非瘤直腸組織的ADC值可能存在差異。

綜上所述，SMS-DWI用于直腸癌具有可行性，可在保證圖像質(zhì)量與常規(guī)DWI相當(dāng)?shù)耐瑫r(shí)縮短采集時(shí)間，有望進(jìn)一步推廣用于臨床實(shí)踐。本研究的主要局限性：①手動(dòng)勾畫(huà)ROI，可能存在誤差；②樣本量小，有待積累病例進(jìn)一步觀察。