膀胱癌ss-EPI-、RESOLVE-和iShim-DWI圖像質(zhì)量的對比

王一倩，朱育婷，羅敏

膀胱癌是泌尿系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤，根據(jù)腫瘤是否侵及固有肌層分為非肌層浸潤性和肌層浸潤性膀胱癌，前者主要通過經(jīng)尿道膀胱腫瘤切除術(shù)進行治療，而后者預(yù)后差，最有效的治療方式是根治性膀胱切除術(shù)，因此術(shù)前評估膀胱癌肌層浸潤與否的準確性直接影響患者的治療和預(yù)后[1]。MRI已被廣泛用于膀胱癌的診斷和局部分期，其成像質(zhì)量會影響放射科醫(yī)師對膀胱癌病灶的檢出和腫瘤是否侵犯肌層的判斷，因此優(yōu)化掃描參數(shù)以獲得良好圖像是檢測和評估病變的關(guān)鍵。

DWI具有良好的對比度分辨率和反映惡性組織中水分子擴散受限的能力，評估膀胱癌分期的準確性高。目前臨床常規(guī)DWI序列采用單次激發(fā)平面回波成像(single-shot echo-planar imaging,ss-EPI)技術(shù)，該序列掃描速度快，但對磁場不均勻特別敏感，極易產(chǎn)生偽影，尤其是磁敏感偽影(通常來自相鄰腸道內(nèi)的氣體)[2]，導(dǎo)致圖像的幾何失真，限制其識別腫瘤侵犯肌層的能力，而且可影響到對小病灶的檢出，從而降低診斷準確性[3]。因此，需要改進DWI掃描序列來改善圖像質(zhì)量，提高對膀胱癌的診斷效能，這對于膀胱癌患者選擇最佳的治療策略至關(guān)重要。近年來出現(xiàn)了一些新的技術(shù)，如采用多次激發(fā)分段讀出(readout segmentation of long variable echo-trains,RESOLVE)技術(shù)的高分辨DWI序列，它可以將k空間軌跡在讀出方向上分成多個部分，提高空間分辨率并減少磁化率引起的偽影和T2*模糊[2,4]；另一種采用單層動態(tài)勻場(integrated slice-specific dynamic shimming,iShim)技術(shù)的DWI序列，在掃描過程中可以實時、逐層的動態(tài)優(yōu)化勻場，減少因場強不均勻?qū)е碌膱D像模糊，從而提高DWI質(zhì)量[5]。本研究通過是對比分析膀胱癌患者術(shù)前3.0T MRI檢查中ss-EPI-DWI、RESOLVE-DWI和iShim-DWI的圖像質(zhì)量，旨在探討iShim-DWI在膀胱癌術(shù)前診斷中的應(yīng)用價值。

材料與方法

本研究方案經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(K2020-03-115)。本研究系回顧性分析，無需患者簽署知情同意書。

1.臨床資料

選取2019年11月-2021年4月在福建省立醫(yī)院經(jīng)手術(shù)病理證實的膀胱癌患者。納入標準：①臨床資料完整，經(jīng)病理證實為膀胱癌；②術(shù)前行MRI檢查，掃描序列包括ss-EPI-DWI、RESOLVE-DWI和iShim-DWI；③MRI檢查前未進行任何相關(guān)治療。排除標準：患有嚴重慢性消耗性疾病、嚴重泌尿系統(tǒng)合并癥或其它原因(如膀胱充盈不佳、盆腔金屬假體或植入物偽影等)使患者無法配合MRI檢查，圖像質(zhì)量欠佳。

最終納入97例膀胱癌患者，男86例(88.66%)，女11例(11.34%)，年齡20～88歲，平均(64.12±11.97)歲。其中，58例單發(fā)，39例多發(fā)，在MRI上共發(fā)現(xiàn)224個腫瘤病灶。以腫瘤最大直徑1.0 cm為臨界值[10,14]，145個病灶的直徑≥1.0 cm，中位數(shù)為2.2 cm(上、下四分位數(shù)間距1.5～3.4 cm)；79個病灶的直徑<1.0 cm，中位數(shù)為0.6 cm(上、下四分位數(shù)間距0.5～0.7 cm)。術(shù)后病理結(jié)果：尿路上皮癌95例，腺癌和小細胞癌各1例。97例中，共51例有明確的肌層浸潤情況的評估結(jié)果，其中30例(58.8%)有肌層浸潤，21例(41.2%)無肌層浸潤；其余46例病理檢查僅提示了腫瘤組織的分化程度，故未被納入3種DWI序列鑒別腫瘤肌層浸潤的統(tǒng)計樣本中。

2.MRI檢查方法

囑患者于MRI檢查前6 h排便，減少腸道氣體干擾。檢查前40 min排空尿液后，飲水400～800 mL，使膀胱適度充盈。

使用Siemens Magnetom Prisma 3.0T磁共振掃描儀，32通道集成脊柱線圈和18通道體線圈?；颊呷⊙雠P位，MR平掃序列包括橫軸面、矢狀面和冠狀面T2WI以及橫軸面T1WI、ss-EPI-DWI、RESOLVE-DWI和iShim-DWI，隨后行橫軸面、矢狀面和冠狀面DCE-MRI掃描。

DWI掃描均采用并行采集技術(shù)GRAPPA(generalized autocalibrating partially parallel acquisitions)，加速因子為2，其它掃描參數(shù)如下。

①ss-EPI-DWI： TR 7000 ms，TE 50 ms，視野240 mm×211 mm，矩陣100×88，層厚3.5 mm，層間距0.0 mm，b值為50、600和1200 s/mm2(激勵次數(shù)分別為2、3、4)，帶寬2272 Hz/Px，采集時間3 min 44 s;②RESOLVE-DWI：TR 3210 ms，TE 41 ms，視野240 mm×211 mm，矩陣100×88，層厚3.5 mm，層間距0.0 mm，b值為50、600和1200 s/mm2(激勵次數(shù)均為1)，帶寬2272 Hz/Px，采集時間3 min 22 s；③iShim-DWI：TR 3700 ms，TE 48 ms，視野 240 mm×211 mm，矩陣100×88，層厚3.5 mm，層間距0.0 mm，b值50/600/1200 s/mm2，Average分別為4、8、10，采集帶寬2272 Hz/Px，采集時間1 min 31 s。

3.圖像分析

將所有圖像傳輸至Siemens Syngo.via后處理工作站，由兩位主治及以上放射科醫(yī)師(分別具有9年和5年腹部影像診斷經(jīng)驗)采用雙盲法對97例膀胱癌患者的3種DWI序列的圖像質(zhì)量獨立進行定性和定量評估，同時評估腫瘤是否侵犯膀胱固有肌層。分析步驟：隨機抽取每例膀胱癌患者3個序列中的任一序列編入第1組，以同樣方法抽取另一個序列編入第2組，最后一個序列自動編入第3組，觀察者每次僅評估一組圖像，每2組圖像之間間隔2～4周進行閱片以減少評估之間的相互干擾[6]。

定性分析主要包括圖像質(zhì)量評分和腫瘤對肌層的侵犯情況。首先，使用李克特量表對DWI圖像質(zhì)量進行評估，評分內(nèi)容包括解剖細節(jié)、圖像失真、病變顯著性、偽影和整體圖像質(zhì)量，每個項目均采用5級評分法[4-12]。①解剖細節(jié)：1分=非常差，膀胱輪廓和邊緣無法識別；2分=差，膀胱輪廓和邊緣模糊；3分=一般，膀胱輪廓較清楚、但邊緣模糊；4分=良好，膀胱輪廓清楚、邊緣清晰；5分=好，膀胱輪廓光滑銳利。②圖像失真：1分=極重度，噪聲非常多；2分=重度，噪聲多；3分=中度，噪聲中等；4分=輕度，噪聲少；5分=無，無噪聲。③病變顯著性：1分=不可識別；2分=輕微的信號差異(與尿液信號相比)；3分=中等信號差異；4分=明顯的信號差異；5分=明顯的信號差異且病灶邊緣清晰。④偽影：1分=極重度，病灶或膀胱嚴重扭曲；2分=重度，病灶大部分顯示不清；3分=中度，病灶小部分顯示不清；4分=輕度，不影響病灶；5分=無，病灶顯示清晰。⑤整體圖像質(zhì)量：1分=非常差，無法診斷；2分=差，圖像很模糊；3分=一般，圖像稍模糊；4分=良好，圖像較清晰；5分=好，圖像清晰。

為了評估觀察者組內(nèi)評分的一致性，每位觀察者在首次評分結(jié)束后2～3個月內(nèi)隨機抽取每組中1/4的樣本進行重新評分[13]。

然后，對腫瘤侵犯肌層的情況進行評估。每位觀察者在三組圖像中根據(jù)膀胱影像報告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(Vesical Imaging Reporting and DataSystem,VI-RADS)分別評分(1～5分)[14]，對于每個患者，只考慮VI-RADS評分最高的病灶，假設(shè)VI-RADS≥3分為臨界值來定義肌層浸潤性膀胱癌，意見分歧通過共同協(xié)商來解決[13]。

圖1 患者,男，67歲，膀胱左后壁非浸潤性高級別尿路上皮癌。三種DWI序列圖像質(zhì)量主觀評價指標(解剖細節(jié)、圖像失真、病變顯著性、偽影和整體圖像質(zhì)量)的評分示例。a)ss-EPI-DWI，顯示病灶侵犯肌層，膀胱左、右側(cè)壁及后壁可見偽影(箭)，5項指標的評分依次為3、4、4、3和3分；b)RESOLVE-DWI，疑有病灶侵犯鄰近肌層，膀胱右側(cè)壁可見偽影(箭)，5項指標的評分依次為2、4、4、4和3分；c)iShim-DWI，顯示病灶未累及肌層(箭)，5項指標的評分依次為4、5、5、5和5分。

定量評估：參考T2WI和DCE-MRI圖像，選擇病灶最大層面，在iShim-DWI(b=1200 s/mm2)圖像上確定病灶的邊界并勾畫ROI，然后將ROI復(fù)制到相同層面、相同位置的ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI及ADC圖像上，ROI面積為8～30 mm2，多發(fā)膀胱癌患者取最大病灶，ROI勾畫時應(yīng)注意避開腫瘤蒂、壞死、囊變和出血區(qū)。測量和記錄膀胱癌的信號強度(SIBC)和ADC值、正常膀胱壁(遠離病灶處)的信號強度(SIBW)、背景組織(肌肉)信號強度的標準差(SD肌肉)，每個指標每位觀察者測量3次取平均值，再取兩位觀察者測量值的平均值作為最終數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析[7,10-11,15]。計算信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)和對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)：

(1)

(2)

4.統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 26.0和MedCalc 20.0軟件進行統(tǒng)計分析。定量資料中符合正態(tài)分布者采用均值±標準差描述，非正態(tài)分布者采用中位數(shù)和四分位數(shù)間距進行描述。對兩位觀察者組間和組內(nèi)評分的一致性采用Kappa檢驗，Kappa值≤0.20為一致性差； 0.21～0.40為一般；0.41～0.60為中等；0.61～0.80為良好；0.81～1.00為好。三種DWI序列的圖像質(zhì)量的各項定性指標評分(采用觀察者組內(nèi)一致性較高者的評分)的比較采用Friedman M秩和檢驗，各項定量評價指標值的比較采用單因素方差分析和SNK-q檢驗。以最終組織病理學(xué)檢查結(jié)果作為參考標準，采用卡方檢驗和受試者工作特征(ROC)曲線評估3種DWI序列對膀胱癌肌層浸潤的診斷效能，計算曲線下面積(AUC)及其95% CI。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.觀察者組間和組內(nèi)評分一致性比較

兩位觀察者評估三種DWI序列在解剖細節(jié)、圖像失真、病變顯著性、偽影和整體圖像質(zhì)量的中位數(shù)基本一致，ss-EPI-DWI的5項指標的得分依次為4、4、5、4和4分，RESOLVE-DWI依次為3、4、4、4和3分，iShim-DWI依次為4、5、5、5和5分，3個序列的總分分別為21、18和24分。兩位觀察者對三種DWI序列圖像質(zhì)量評分的組間一致性的Kappa檢驗結(jié)果見表1。五項指標的評分結(jié)果為良好～好且均具有統(tǒng)計學(xué)意義(Kappa均≥0.75，P均<0.001)。

圖像質(zhì)量各項主觀評分結(jié)果的觀察者組內(nèi)一致性均為好(觀察者1的Kappa≥0.87，觀察者2的Kappa≥0.83，P均<0.001)。

表1 兩位觀察者對3個DWI序列圖像質(zhì)量評分的組間一致性

2.圖像質(zhì)量定性分析

三個DWI序列圖像質(zhì)量的5項定性指標的評分及其組間比較結(jié)果見表2。在解剖細節(jié)和病變顯著性方面，iShim-DWI與ss-EPI-DWI評分的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，但兩者的評分均高于RESOLVE-DWI(P<0.001)。其它3個指標，iShim-DWI的評分均高于ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。IShim-DWI的5項指標的總分高于ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI(圖1)，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。

3.圖像質(zhì)量的定量評估

三種DWI序列圖像質(zhì)量的定量評價及其組間比較結(jié)果見表3。膀胱癌的SNR和CNR在三種DWI序列之間的總體差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)，iShim-DWI的SNR和CNR均高于ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI(圖2)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。三種序列之間膀胱癌的ADC值的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.841，圖2、3)。

表2 ss-EPI-DWI、RESOLVE-DWI和iShim-DWI圖像質(zhì)量評分的比較

表3 三種DWI序列圖像質(zhì)量定量指標的比較

圖2 患者,男，70歲，膀胱前壁浸潤性高級別尿路上皮癌。三種DWI圖像SNR、CNR的對比。a)ss-EPI-DWI，示病灶累及肌層(箭)，病灶的SNR和CNR分別為103.73和81.19；b)RESOLVE-DWI，示病灶累及肌層，病灶的SNR和CNR分別為75.00和38.63；c)iShim-DWI，清晰顯示病灶累及肌層，病灶的SNR和CNR分別136.70和119.00；d)T2WI顯示病灶向膀胱腔內(nèi)生長； e)ss-EPI-ADC圖，病灶的ADC值為0.78×10-3mm2/s；f)RESOLVE-ADC圖，病灶的ADC值為0.78×10-3mm2/s；g)iShim-ADC圖，病灶的ADC值為0.79×10-3mm2/s；h)DCE-MRI顯示病灶處及其鄰近膀胱壁的黏膜層和肌層呈早期明顯強化(箭)。

4.對不同大小腫瘤檢出能力的比較

對145個直徑≥1.0 cm的膀胱癌病灶，3種DWI序列均能顯示，敏感性均為100%。在直徑<1.0 cm的79個病灶中，5例多發(fā)性膀胱癌患者中共有5個直徑≤0.5 cm的病灶，在iShim-DWI圖像上可顯示，但在ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI序列上顯示不清；其它病灶在3種DWI序列均能顯示；iShim-DWI的敏感度為100%，ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI的敏感度為93.7%。

5.DWI對膀胱癌肌層浸潤的診斷效能

IShim-DWI、ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI對51例膀胱癌肌層浸潤的診斷效能指標值見表4和圖4。IShim-DWI診斷膀胱癌肌層浸潤的AUC高于ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.017、0.012)；ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI診斷膀胱癌肌層浸潤的AUC的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.874)。

表4 三種DWI序列評估膀胱癌肌層浸潤的效能

討 論

膀胱癌的臨床治療方式主要取決于病灶是否侵犯肌層，MRI圖像質(zhì)量會影響到對腫瘤是否侵犯肌層的判斷，因此優(yōu)化掃描參數(shù)以獲得良好成像質(zhì)量是診斷準確的關(guān)鍵。Panebianco等[14]創(chuàng)建的VI-RADS的評分內(nèi)容主要由T2WI、DWI和DCE-MRI三部分組成，其中DWI序列起主導(dǎo)作用，因為它能鑒別黏膜下層與炎癥或纖維化，可減少DCE-MRI或T2WI診斷肌層浸潤的假陽性[16]。因此優(yōu)化DWI序列、改善成像質(zhì)量，可以提高術(shù)前診斷膀胱癌肌層浸潤的準確性。

圖3 患者,男，73歲，膀胱右后壁非浸潤性低級別乳頭狀尿路上皮癌。a)ss-EPI-DWI，示病灶呈高信號，其前方可見偽影(箭)； b)RESOLVE-DWI，示病灶邊緣模糊；c)iShim-DWI，示病灶呈高信號(箭)，邊緣相對較清楚；d)ss-EPI-ADC圖，病灶的ADC值為1.15×10-3mm2/s，尿液信號不均勻；e)RESOLVE-ADC圖，病灶的ADC值為1.10×10-3mm2/s，尿液信號不均勻；f)iShim-ADC圖，病灶的ADC值為1.15×10-3mm2/s，尿液信號均勻。

圖4 三種DWI序列診斷膀胱癌肌層浸潤的ROC曲線，以iShim-DWI的AUC最大。

由于ss-EPI-DWI有強磁化率偽影和幾何失真等局限性，增加了對較小病灶的檢出難度，有時無法確定腫瘤邊緣是否侵及膀胱肌層，從而影響膀胱癌術(shù)前分期的準確性[10]。我們的研究表明對直徑≥1.0 cm的病灶ss-EPI-DWI均能清晰顯示，但對部分直徑<1.0 cm的病灶顯示不佳，與文獻報道相符合[10]。而且，ss-EPI-DWI診斷膀胱癌侵犯肌層的敏感度為83.3%，略低于其它兩種序列(均為86.7%)。

適度的膀胱充盈有利于膀胱病變的良好顯示，是MRI檢查成功的關(guān)鍵。由于膀胱位于前下腹、鄰近前腹壁，可能受到呼吸運動及鄰近腸管蠕動及氣體的干擾，且膀胱本身的蠕動及尿液流動也可以導(dǎo)致磁場不均勻、較低的圖像分辨率和嚴重變形[8]。IShim-DWI通過優(yōu)化主磁場B0均勻性，在采集每層圖像時達到最優(yōu)場強，減少失相位，降低局部磁敏感偽影和減少圖像失真，從而可改善圖像變形問題[4,8,15]，使得采集的圖像具有更好的SNR和CNR。本研究中，iShim-DWI的SNR和CNR分別為80.30±31.39、54.52±27.84，高于其它兩種DWI序列(P均<0.001)。圖像分辨率的提高有利于檢出更多較小(<1.0 cm)的病灶。在甲狀腺、直腸和心臟等部位的研究中已經(jīng)證實iShim-DWI具有圖像質(zhì)量好、失真、偽影少和臨床應(yīng)用價值高等特點[5,7,15,17]。我們的研究得出同樣的結(jié)果，iShim-DWI序列能提供相對較好的圖像質(zhì)量，且在不影響圖像質(zhì)量的情況下縮短了掃描時間。

與ss-EPI-DWI相比，RESOLVE-DWI具有能較好地降低磁化率偽影的特點，但在我們的研究中，其成像質(zhì)量相對較低，這與Li等[10]對膀胱成像的研究結(jié)果一致，但與對腦、直腸和乳腺等器官的研究結(jié)果相反[3,11-12]。這是因為該序列采用RESOLVE技術(shù)，通過分割回波鏈、增加讀出段數(shù)，可以減少相位誤差的累積，失真程度會隨著讀出時間的增加而減輕，其最大的缺點就是讀出段數(shù)的增加會顯著延長掃描時間[18-19]，達到理論上的高質(zhì)量圖像需要很長的掃描時間，考慮到膀胱癌患者一般年齡較大，在膀胱充盈良好的情況下無法長時間配合檢查，本研究調(diào)整其它掃描參數(shù)將采集時間縮短[10]，導(dǎo)致本組中大部分病例的圖像分辨率較低，對部分<1.0 cm的病灶顯示不清。因此不建議使用縮短掃描時間的RESOLVE-DWI進行膀胱腫瘤的檢查。

本研究中定性和定量分析結(jié)果表明，iShim-DWI的圖像質(zhì)量良好。觀察者對DWI圖像質(zhì)量評分的組間及組內(nèi)一致性較好，表明評分的可信度高。在解剖細節(jié)和病變顯著性方面，iShim-DWI與ss-EPI-DWI之間的評分差異雖無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，但兩者均高于RESOLVE-DWI(P<0.001)，而且iShim-DWI在圖像失真、偽影和整體圖像質(zhì)量評分及總分方面均高于ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI(P均<0.001)。iShim-DWI圖像上膀胱解剖結(jié)構(gòu)和病灶均能比較清晰的辨認，圖像失真和偽影相對較少，整體圖像質(zhì)量相對較好。測量ADC值可以鑒別腫瘤的良惡性、預(yù)測腫瘤分級以及觀察腫瘤的化療反應(yīng)，本研究中3種DWI序列上測得的病灶A(yù)DC值無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)，這表明iShim技術(shù)對ADC值的測量無明顯影響，與之前的研究結(jié)果一致[9,11,12]。IShim-DWI圖像分辨率的提高使得在評估腫瘤肌層侵襲性時的符合率得到提高，本研究中iShim-DWI對膀胱癌肌層浸潤的診斷符合率(90.2%)高于ss-EPI-DWI和RESOLVE-DWI(均為80.4%)，且AUC也高于后2者(0.910 vs. 0.798或0.790，P均<0.05)，表明此序列有助于區(qū)分淺表性腫瘤(pT1)和侵襲性腫瘤(≥pT2)，有利于臨床選擇合適的治療方案。

本研究主要通過對3種DWI序列的圖像質(zhì)量進行定性和定量評估，發(fā)現(xiàn)iShim-DWI可通過改良掃描參數(shù)提高圖像質(zhì)量，在不影響膀胱癌病變檢出的情況下，能更清晰地顯示肌層浸潤情況，且縮短了采集時間。本研究中使用3個b值(50、600和1200 s/mm2)，高b值DWI圖像上尿液信號被完全抑制，病灶和邊緣可以清晰顯示，Li等[10]的研究中使用2個b值(0和1000 s/mm2)，發(fā)現(xiàn)高b值DWI圖像上尿液信號抑制不徹底，可能會掩蓋病變。所以，在我們的研究中，iShim-DWI區(qū)分淺表和浸潤性腫瘤的敏感度、特異度和符合率稍高(分別為86.7% vs. 84.0%、95.2% vs. 93.3%和90.2% vs. 89.1%)。

本研究有一定的局限性：首先，本研究為單中心回顧性研究，可能存在病例選擇偏倚；其次，圖像定量指標為人工測量，由于膀胱壁較薄和病灶大小不同，部分ROI面積較小，增加了采樣誤差的可能性，但我們采用多次測量取平均值的方法以盡量減少測量偏倚。

綜上所述，與ss-EPI-DWI、RESOLVE-DWI相比，iShim-DWI在有效檢出膀胱癌的同時可較好地顯示肌層浸潤情況，有利于指導(dǎo)臨床選擇合適的治療方案，且掃描時間短、患者易于接受。