探討Star-VIBE序列在肺癌MR成像中的應(yīng)用價值＊

張坤林 鄒玉堅 王 剛 袁灼彬 張玉蘭 黃 翔 范憲淼

廣東省東莞市人民醫(yī)院放射科 (廣東 東莞 523059)

根據(jù)2020年全球最新的癌癥負擔數(shù)據(jù)，公布的國際癌癥研究機構(gòu)顯示，全球范圍內(nèi)，肺癌的發(fā)病人數(shù)終于退居第二位，而其死亡人數(shù)卻依舊居于首位[1]，然而，我們國家的數(shù)據(jù)卻引人擔憂：我國的肺癌發(fā)病率和死亡率仍舊占據(jù)第一的位置，而且更令人痛心的是，肺癌病例往往都被發(fā)現(xiàn)于晚期[2]。我國當前肺癌防治形勢十分嚴峻，降低肺癌的發(fā)病率、死亡率、甚至延長患者的存活期已經(jīng)成為亟待解決的大事，不僅關(guān)系著我國民眾的健康福祉，也涉及全球公共衛(wèi)生的問題。CT被目前視為肺癌患者首選的檢查手段，其不僅空間分辨率較高而且空氣-肺組織對比度較好，但CT檢查具有輻射性,肺癌患者后續(xù)隨訪多次CT檢查所致的輻射劑量就會增加。當今時代，科技進步日新月異,MRI技術(shù)也不斷革新，加上公眾對CT檢查輻射性的擔心，因此肺部MRI檢查越來越受到重視。MRI成像具有無電離輻射、可以反復(fù)多次進行檢查、良好的軟組織對比度、定位準確可以多方位成像、多參數(shù)成像[3]、可以進行生物化學(xué)和代謝功能方面的研究等優(yōu)勢，被視為CT的有效替代手段，但肺組織質(zhì)子密度較低，并且心臟跳動、胸部大血管搏動以及及呼吸運動偽影一直是肺部MR成像的主要挑戰(zhàn)與障礙[4]。常規(guī)VIBE序列是容積內(nèi)插屏氣檢查序列，其可在呼吸末屏氣約18s情況下完成成像，但大多數(shù)肺癌患者因屏氣困難，常無法耐受。磁共振Star-VIBE序列是西門子公司新研發(fā)序列，它采用自由呼吸T1加權(quán)三位梯度回波采集序列，讓患者在自由呼吸的情況下進行掃描，無需擔心呼吸運動偽影和心臟大血管搏動帶來的偽影，而且可以免于因CT檢查所致的輻射。本研究旨在探討自由呼吸Star-VIBE序列與常規(guī)VIBE序列在肺癌MR成像中的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2019年7月至2021年5月于東莞市人民醫(yī)院經(jīng)CT檢查提示肺癌的患者。

納入標準：CT檢查高度懷疑肺癌征象者；年齡≥18周歲；病灶≥2cmX2cm，④無釓劑過敏史。排除標準：具有磁共振檢查禁忌證;年齡低于18周歲;因屏氣困難造成胸部MR檢查失敗者；急危重癥，腎功能不全(GFR≤30mL·min-1·1.73 m-2)。本研究最終納入30例肺癌患者(所有患者均經(jīng)手術(shù)病理、穿刺活檢確認)其中男性占20人，而女性則占10人，年齡26～75歲，平均(41.2±10.5)歲；在研究之前，我們已經(jīng)取得了院醫(yī)學(xué)倫理委員會的批準，并要求所有參與檢查的患者在進行檢查前簽署了知情同意書。

1.2 儀器和方法采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T MR掃描儀，18通道體部表面相控陣線圈，對患者進行呼吸訓(xùn)練：采用呼氣末屏氣方式掃描。囑患者仰臥，雙臂上舉置于頭兩側(cè)(避免交叉)，頭部先進的進床方式，隨后分別進行平掃和增強橫斷位常規(guī)VIBE序列和自由呼吸Star-vibe序列掃描。掃描范圍自胸廓入口至膈肌下方。Star-vibe序列參數(shù)：TR:3.95ms，TE:1.44ms，層厚2mm，層間距0，層數(shù)72，矩陣320x320，視野38cmx38cm，平均次數(shù)1，flp:5°，徑向輻條750，采集時間256s;常規(guī)VIBE序列參數(shù)：TR：3.97ms，TE：1.26ms，層厚3mm，層間距0，層數(shù)72，矩陣320x320，視野38cmx38cm，激勵次數(shù)1，翻轉(zhuǎn)角 0°,采集時間18s。平掃結(jié)束后，醫(yī)生使用高壓注射器沿肘靜脈按流率3mL/s注入磁共振對比劑釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)，對比劑注射劑量按體重計算，每1千克使用0.1毫摩爾劑量，在此之后同樣速度注射20ml生理鹽水沖洗連接管，延遲期先后進行軸位常規(guī)VIBE序列、Star-vibe序列掃描。

1.3 圖像分析a客觀評價：將Star-VIBE序列和常規(guī)VIBE序列所采集圖像傳至后處理工作站，隨后測量病灶的最大徑線值，并以其所在的最大層面為中心，上下連續(xù)測量3個層面。在每個層面分別測量同層面病灶(S病變)和同層面相鄰正常肺組織(S組織)信號強度，并依次記錄其信號強度(SI)及標準差(SD)，測量時感興趣區(qū)(ROI)大小須一致，取連續(xù)三個層面的平均值作為最終結(jié)果。為確保準確性，病灶的 ROI 需避開可能出現(xiàn)的非實性成分區(qū)，如出血和壞死。之后分別計算信噪比(SNR)和 病灶對比度信噪比(CNR)，SNR病灶＝SI病灶／SD病灶，SNR肺組織＝SI肺組織／SD肺組織。病灶對比度信噪比CNR病灶＝(|SI病灶-SI肺組織|)/SI肺組織。b主觀評價：在雙盲情況下由兩名具有10年以上MR診斷經(jīng)驗豐富的副主任醫(yī)師采用五分法對圖像進行獨立評分，然后取兩者平均值作為評分結(jié)果；兩名醫(yī)師觀察結(jié)果及評分不一致時通過協(xié)商確定。評分內(nèi)容[5]包括病變清晰度、圖像偽影程度、肺血管清晰度、縱隔結(jié)構(gòu)清晰度，總體圖像質(zhì)量。具體評分標準見表1。

表1 肺癌MR圖像T1WI主觀評分標準

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析使用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。所有計量資料用()表示，先對各組數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗和方差齊性檢驗，Star-VIBE與常規(guī)VIBE序列掃描圖像客觀指標比較采用配對樣本T檢驗；兩位放射科醫(yī)師對圖像主觀評價一致性檢驗采用Kappa檢驗，Kappa≥0.75 兩者一致性較好，0,75＞Kappa≥0.4兩者一致性一般，Kappa＜0.4兩者一致性較差。應(yīng)用受試者工作特征曲線(receiver operator characteristic,ROC) 分析圖像評分比較Star-VIBE與常規(guī)VIBE序列圖像質(zhì)量的效能。P＜0.05具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 客觀評價Star-VIBE序列平掃及增強圖像中，病變處SNR，相鄰正常肺組織SNR，病變處CNR均高于常規(guī)常規(guī)VIBE序列(P均小于0.05)，見表2、圖1。

表2 常規(guī)VIBE序列與Star-VIBE序列 MR圖像SNR值和CNR 值比較

2.2 主觀評價兩位醫(yī)師圖像主觀評價一致性Kappa檢驗，Kappa值為0.809，一致性較好。使用Star-VIBE序列采集平掃及增強圖像中各項評分的均高于常規(guī)VIBE 序列(P均＜0.05,表3、圖 2)；應(yīng)用受試者工作特征曲線(receiver operator characteristic,ROC) 比較Star-VIBE與常規(guī)VIBE序列圖像質(zhì)量的效能為:敏感度80%，特異度81.67，Youden 指數(shù)：0.6167，AUC0.831(P值＜0.0001)，見圖3。

表3 兩種掃描序列圖像質(zhì)量主觀評分結(jié)果

3 討論

傳統(tǒng)的肺部MR成像存在諸多不足。如常規(guī)VIBE序列需要患者屏氣配合，但是若患者不能自主配合，成像效果將受到極大影響。此外，呼吸運動偽影還可能導(dǎo)致病灶顯示模糊，嚴重干擾病灶的定性診斷。根據(jù)磁共振成像的基本原理，當物體在K空間編碼過程中發(fā)生運動時，位置的改變會導(dǎo)致相位偏移。這種偏移會被誤認為是相位編碼方向的位置信息，最終導(dǎo)致組織信號被錯誤地配置到不應(yīng)有的位置上，從而出現(xiàn)了運動偽影現(xiàn)象。因此，相位編碼方向是MR圖像上運動偽影明顯表現(xiàn)的主要方向。通常的VIBE序列所采用的空間填充方式是笛卡爾方式，它具有成像時間短、空間分辨率高等優(yōu)點。但這種方法對物體的運動非常敏感，而當患者在采集信號時運動時，會導(dǎo)致相位編碼偏移產(chǎn)生相位差，進而在相位編碼方向上出現(xiàn)運動偽影，嚴重影響圖像質(zhì)量[6]。相對于常規(guī)VIBE序列，STAR-VIBE序列采用的是非笛卡爾填充，該序列使用的是星形堆疊的方案來獲取體積k空間數(shù)據(jù)，這個序列沿層方向kz進行笛卡爾采樣，并在平面上進行徑向采樣沿ky和kx，使K空間中心數(shù)據(jù)密度升高，聯(lián)合脂肪抑制技術(shù)，可以明顯的抑制呼吸造成的偽影。因此對于屏氣能力差的肺癌患者使用STAR-VIBE序列掃描采集信號圖像具有重要意義[7]。

既往研究[8]發(fā)現(xiàn)：任占麗等比較研究常規(guī)VIBE 序列與Star-VIBE序列平掃期胸部MR質(zhì)量結(jié)果顯示自由呼吸Star-VIBE 序列采集胸部MRI的圖像質(zhì)量優(yōu)于呼氣末屏氣常規(guī)VIBE序列。Kumar等[9]認為Star-VIBE序列 掃 描可用于觀察肺癌患者(均無法屏氣)肺部解剖結(jié)構(gòu)，并評估其肺功能。HOPKINSON等[10]對肝臟腫瘤患者采用常規(guī)VIBE序列與自由呼吸Star-VIBE序列分別進行掃描觀察圖像質(zhì)量，結(jié)果顯示自由呼吸Star-VIBE序列圖像質(zhì)量明顯較高和圖像偽影較少。有學(xué)者針對食管癌的研究[11]表明，Star-VIBE序列能有效消除食管蠕動及大動脈搏動對圖像的影響，清晰顯示病灶，提高食管癌術(shù) 前分期準確性。還有學(xué)者[12]指出，以Star-VIBE序列采集的胎兒顱腦MR 圖像質(zhì)量高于常規(guī)VIBE 序 列。Star-VIBE序列之所以可在受檢者自由呼吸狀態(tài)下很好地控制偽影的干擾，主要得益于其具有2種特殊K空間數(shù)據(jù)視野共享模式，分別為K空間優(yōu)勢填充(K-Space weighted image contrast,KWIC)及黃金角技術(shù)。

本研究中大多數(shù)肺癌患者屏氣較差，但在掃描圖像各項評分中Star-VIBE序列均高于常規(guī)VIBE序列，更加說明Star-VIBE序列在患者自由呼吸狀態(tài)下對呼吸運動偽影有較好的抑制作用。另外其在三維K空間層面內(nèi)采用放射狀采集方式，基于K空間中心的過采樣及不同讀出方向的相位編碼優(yōu)勢使之具有較好的運動魯棒性，這種特性使采集的圖像中心臟大血管搏動偽影明顯減少，而常規(guī)VIBE序列不具備這種特性，因此Star-VIBE序列在縱隔結(jié)構(gòu)清晰度，肺部血管清晰度，圖像偽影程度評分中明顯優(yōu)于常規(guī)VIBE序列。另外Star-VIBE序列還具有高效率的頻譜選擇性脂肪抑制功能[13]，脂肪抑制效果好。

MRI圖像質(zhì)量的提升有助于病灶的定性診斷分析，其中SNR和CNR是評價圖像質(zhì)量的重要指標；SNR指的是MRI信號和噪聲的比例，其決定了圖像的“顆粒感”；CNR反映的是圖像對比和細節(jié)的變化，病灶和正常組織對比信噪比提高，更有利于病灶的檢出和定性。本研究中測量常規(guī)VIBE序列 和 Star-VIBE序列圖像在病灶處及正常肺組織的信號強度SI和SD，并計算圖像 SNR 和病灶對比度信噪比CNR，評價兩個序列的圖像質(zhì)量.結(jié)果顯示Star-VIBE序列成像SNR和病灶對比度信噪比CNR均高于常規(guī)VIBE序列，與既往研究結(jié)果一致[14]。據(jù)影像技術(shù)理論，當層厚增加時，圖像的SNR通常會逐漸升高，本研究中常規(guī)VIBE 序列使用層厚為3mm采集圖像，而Star-VIBE序列使用2mm，但是我們發(fā)現(xiàn)，Star-VIBE序列所采集的圖像SNR明顯更高，更加表明Star-VIBE序列采集的圖像質(zhì)量更好。并且在本研究主觀評分中Star-VIBE序列圖像明顯高于常規(guī)VIBE序列(P＜0.05)，表明Star-VIBE序列在觀察和診斷病變方面更具優(yōu)勢。具體來說，Star-VIBE序列有助于清晰地顯示病灶，更精確地觀察細節(jié)，并進行準確的定性診斷。Star-VIBE序列K空間中心的過采樣相當于采集數(shù)據(jù)的多次平均，不但能提高圖像信噪比，而且能很好地抑制呼吸運動偽影[15]，因此Star-VIBE序列在自由呼吸狀態(tài)下的采集的圖像信噪比較高，運動偽影較輕，圖像質(zhì)量較好，并且減輕了患者檢查時屏氣的身體負擔，提高了患者耐受性，檢查完成的成功率較高。

目前胸部MR檢查仍面臨著諸多困難，心臟大血管搏動偽影無法完全抑制，危重患者屏氣較差呼吸運動偽影嚴重，但隨著科技的進步，MR技術(shù)的日趨更新，西門子廠商研發(fā)的Star-VIBE 序列對采集信號時心臟大血管搏動和呼吸運動對圖像產(chǎn)生影響已能初步克服，其提供的胸部MR圖像質(zhì)量較好。本研究存在的局限性：(1)樣本量較小，可能會產(chǎn)生偏倚；(2)Star-VIBE 序列雖為自由呼吸，但對患者呼吸節(jié)律要求較高，當患者呼吸節(jié)律嚴重不均勻時，近膈肌及心臟大血管的病灶圖像質(zhì)量欠佳；(3)本研究入組的肺癌患者大多數(shù)屏氣欠佳，未對屏氣配合好的患者進行兩序列圖像比較；(4)研究者未對兩個序列圖像在病變診斷方面的效能進行探究。

總結(jié)來說，當肺癌患者進行MR檢查采集T1WI時，可以發(fā)現(xiàn)自由呼吸Star-VIBE序列優(yōu)于常規(guī)VIBE序列。采用Star-VIBE序列可以獲得更高的信噪比、更好的病變CNR、更均勻的信號、更少的呼吸運動和心臟自主搏動偽影，并且能夠更清晰地顯示病灶，從而為胸部MRI診斷提供充分的支持。