SE-EPI 與IR-EPI 序列在3.0 T 胎兒顱腦磁共振擴散加權(quán)成像中的對比研究

李鴻恩 謝漢民 呂培鋒 袁燦桃 劉春花 曾益輝

胎兒MRI 具有掃描視野大，軟組織對比分辨率高，不受胎位、羊水少、母體肥胖和骨性結(jié)構(gòu)等因素影響等特點［1,2］。MRI 在胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面的診斷價值明顯優(yōu)于產(chǎn)前超聲，尤其在胼胝體發(fā)育不良、透明隔異常、后顱窩異常、腦發(fā)育評價等方面［3-5］。擴散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）是檢測活體組織中水分子擴散運動最理想方法［6］。表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）已廣泛應(yīng)用于胎兒顱腦MRI 檢查［7-9］。目前3.0 T 磁共振DWI 成像最常用的檢查序列是短時反轉(zhuǎn)恢復(fù)-平面回波成像的擴散加權(quán)成像（inversion recovery echo-planar imaging DWI，IR-EPI-DWI）。盡管該序列信噪比高，但容易產(chǎn)生磁敏感偽影［10］，且易受胎動運動影響，限制其圖像質(zhì)量及診斷價值。本文通過對47 例3.0 T 磁共振胎兒頭顱進行同一b 值兩種DWI 序列掃描，比較自旋回波-平面回波的擴散加權(quán)成像（spin-echo echo-planar imaging DWI，SE-EPI-DWI）與IR-EPI-DWI 的圖像質(zhì)量及ADC值差異，旨在分析兩者在3.0 T 磁共振胎兒頭顱成像中的診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本項研究旨在研究2020 年10 月—2021 年12 月期間，針對產(chǎn)前超聲檢查出現(xiàn)可疑胎兒頭顱問題的孕婦，進行磁共振檢查的情況。共選取了47 例符合單胎妊娠標準的孕婦作為研究對象，納入標準：1）單胎妊娠；2）MRI 檢查均行常規(guī)序列、SE-EPI-DWI 及IR-EPI-DWI 序列掃描。排除標準：因胎動及孕婦不適等原因，無法完成磁共振檢查者。孕婦的年齡23～45 歲，平均（27.43±5.43）歲；孕周23～37 周，平均（27.8±4.5）周。所有孕婦均為單胎妊娠。研究已經(jīng)得到醫(yī)院倫理委員會的批準（醫(yī)倫第［202301332］號），并已向每位孕婦詳細介紹了檢查注意事項并簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

采用Philips Ingenia 3.0 T 超導(dǎo)磁共振機，梯度場45 mT/m，切換率160 T/（m·s），16 通道相控陣線圈。擺位：孕婦仰臥位或側(cè)臥位，足先進，雙手放于胸前，不交叉，受檢者耳部塞好棉塞及戴好隔音耳罩。所有病例行胎兒常規(guī)序列SS-FSE、B-FFE 及T1WI-TFE 序列掃描，再加掃SE-EPI-DWI 及IREPI-DWI 兩種擴散加權(quán)序列。SE-EPI-DWI 橫軸位參數(shù)：掃描模式選多片掃描模式，技術(shù)SE，快速成像模式為平面回波成像，脈沖激發(fā)方式為單次激發(fā)，TR 2000 ms，TE 最小值（約61 ms），視野40 cm×34 cm，矩陣132×110，層厚3 mm，間隔0 mm，采集次數(shù)1次，敏感編碼技術(shù)3 次，擴散方向全部，b 值為0和800 s/mm2，掃描層數(shù)常規(guī)24 層（范圍包括全胎兒頭顱），掃描時間約24 s。IR-EPI-DWI 橫軸位參數(shù)：掃描模式選多片掃描模式，技術(shù)IR，TR 最小值（約6825 ms），TE 最小值（約58 ms），其他參數(shù)與前序列相同，掃描一次時間約82 s。掃描后系統(tǒng)自動生成ADC 圖。

1.3 圖像分析

主觀評價：由兩名具有5 年以上經(jīng)驗豐富副主任醫(yī)師獨立對DWI 圖像進行評分，分析兩組序列的圖像偽影和整體質(zhì)量，使用Likert 7 分評分系統(tǒng)［11］，具體內(nèi)容如下：1 分為無法接受（圖像質(zhì)量很差，圖像偽影很多）；2 分為差（圖像質(zhì)量較差，圖像偽影較多）；3 分為較一般質(zhì)量差（圖像質(zhì)量差，圖像偽影有）；4 分為標準（圖像質(zhì)量一般，圖像偽影一般）；5 分為一般質(zhì)量以上（圖像質(zhì)量中等，圖像偽影較少）；6 分為好（圖像整體質(zhì)量良，圖像偽影很少）；7 分為極好（圖像整體質(zhì)量優(yōu)，圖像偽影無）。

客觀評價：測量兩組DWI 序列圖像的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、對比噪聲比（contrastto-noise ratio，CNR）、病變ADC 值及特異吸收率（specific absorption rate，SAR）值，所有數(shù)據(jù)傳入飛利浦后處理工作站。1）在橫斷位上測量額葉白質(zhì)區(qū)、側(cè)腦室后角區(qū)，興趣區(qū)（region of interest，ROI）面積為0.02 cm2，盡量避開偽影區(qū)，分別測量3 個ROI 取平均值，分別測量胎兒頭顱側(cè)腦室后角層面額葉白質(zhì)區(qū)、側(cè)腦室后角信號強度（signal intensity，SI）、相位編碼方向上頭顱旁空氣標準差（standard deviation，SD）。公式為：

注：背景計算DWI 圖像的SNR（SI 是b 值為800s/mm2的DWI 圖像中ROI 的平均信號強度），CNR=（SNR 側(cè)腦室后角－SNR額葉白質(zhì)區(qū)）/SD 空氣。

2）ADC 值測量：分別測量胎兒頭顱側(cè)腦室后角層面額葉白質(zhì)區(qū)、側(cè)腦室后角ADC 值，根據(jù)DWI 上的信號強度變化計算出，公式為：

注：b1、b2 分別為施加的兩個擴散敏感因子（b1=0 s/mm2，b2=800 s/mm2），S1、S2 分別為施加擴散敏感梯度場（b1、b2）后同一部位的組織信號強度，In 為自然對數(shù)。

在合成圖上測量ADC 值并記錄（ROI 與SNR 測量時保持一致）。記錄掃描時機器自動顯示SAR 值（圖1）。

圖1 測量胎兒顱腦區(qū)域SI 時ROI 放置情況，額葉①及側(cè)腦室后角②。a）IR-EPI-DWI 圖像；b）SE-EPI-DWI 圖像。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 23.0 統(tǒng)計分析軟件。符合正態(tài)分布的計量資料以x±s 表示，計數(shù)資料以［n（%）］表示。主觀評價使用配對Wilcoxon 符號秩和檢驗，兩名閱片者結(jié)果差異相關(guān)性使用Spearman 等級相關(guān)檢驗，雙側(cè)P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。SNR、CNR、ADC 值及SAR 比較采用重復(fù)測量方差檢驗，以P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種序列圖像主觀評價

47 例胎兒顱腦DWI 序列均采集成功，其中8例由于胎動較頻繁，經(jīng)過讓孕婦休息后第二次掃描獲得成功。47 例磁共振圖像質(zhì)量評分，根據(jù)閱者1 和閱者2 評分結(jié)果，表明SE-EPI 序列圖像優(yōu)于IR-EPI 序列圖像，SE-EPI 有效降低圖像偽影、提高圖像整體質(zhì)量（P<0.001）。兩名診斷師圖像質(zhì)量等級的相關(guān)性分析，SE-EPI 圖像偽影少（0.939，P<0.001），序列圖像整體質(zhì)量提高（0.925，P<0.001），在閱片者之間具有高的相關(guān)性（表1）。

表1 兩種序列圖像質(zhì)量評分

2.2 兩種序列SNR 和CNR 值的比較

IR-EPI-DWI 序列組額葉白質(zhì)區(qū)及側(cè)腦室后角區(qū)SNR 高于SE-EPI-DWI 序列組（F=0.037、1.386，P 均>0.05），差異無統(tǒng)計學(xué)意義。SE-EPI-DWI 序列組CNR 高于IR-EPI-DWI 序列組（F=0.550，P>0.05），差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表2）。

2.3 兩種序列ADC 值和SAR 值的比較

額葉白質(zhì)區(qū)ADC 值兩組序列差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），側(cè)腦室后角區(qū)ADC 值兩組序列差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。兩組序列SAR 值對比，差異具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.001）（表3，圖2～4）。

表3 兩種序列圖像SNR、ADC 值及SAR 值比較

圖2 女，孕35 周，頭顱正常。a）、b）IR-EPI-DWI 序列圖像，SNR額葉白質(zhì)區(qū)=61.00，SNR側(cè)腦室后角區(qū)=32.83，CNR=4.69，ADC額葉白質(zhì)區(qū)=2.129，ADC側(cè)腦室后角區(qū)=2.580；c）、d）SE-EPI-DWI 序列圖像，SNR額葉白質(zhì)區(qū)=45.67，SNR側(cè)腦室后角區(qū)=21.50，CNR=4.03，ADC額葉白質(zhì)區(qū)=2.276，ADC側(cè)腦室后角區(qū)=2.929。圖3 女，孕23 周，胎兒靜脈竇擴張并血栓形成。a）、b）IR-EPI-DWI 序列圖像，SNR額葉白質(zhì)區(qū)=69.50，SNR側(cè)腦室后角區(qū)=24.67，CNR=7.47，ADC額葉白質(zhì)區(qū)=1.775，ADC側(cè)腦室后角區(qū)=3.308；c）、d）SE-EPI-DWI 序列圖像，SNR額葉白質(zhì)區(qū)=81.50，SNR側(cè)腦室后角區(qū)=30.67，CNR=8.47，ADC額葉白質(zhì)區(qū)=1.397，ADC側(cè)腦室后角區(qū)=2.866。 圖4 女，孕35 周，胎兒右側(cè)額頂葉腦出血破入腦室。a）、b）IR-EPI-DWI 序列圖像，SNR額葉白質(zhì)區(qū)=59.33，SNR側(cè)腦室后角區(qū)=32.17，CNR=4.53，ADC額葉白質(zhì)區(qū)=1.891，ADC側(cè)腦室后角區(qū)=3.041；c）、d）SE-EPI-DWI 序列圖像，SNR額葉白質(zhì)區(qū)=44.50，SNR側(cè)腦室后角區(qū)=20.17，CNR=4.06，ADC額葉白質(zhì)區(qū)=1.857，ADC側(cè)腦室后角區(qū)=3.69。

3 討論

隨著磁共振設(shè)備的不斷更新以及掃描技術(shù)的不斷發(fā)展，3.0 T 磁共振相對于1.5 T 磁共振具有更好的信噪比、更多通道的線圈、成像速度更快等優(yōu)勢［12］。目前還沒有任何研究能夠證明胎兒及孕婦在短時間內(nèi)被暴露在強度不超過3.0 T 的磁場中，會對胎兒的生長和發(fā)育產(chǎn)生影響［13］。目前，越來越多的3.0 T 磁共振掃描儀被用于復(fù)雜胎兒疾病的診斷［14，15］。但由于胎兒的顱腦含有大量水分，腦白質(zhì)很大程度上未完成髓鞘化，所以造成了胎兒腦實質(zhì)組織對比度較低，常規(guī)的磁共振序列對胎兒早期病變的診斷比較困難。DWI 在定量評估胎腦成熟過程中白質(zhì)的變化以及早期疾病診斷方面具有重要的價值［16］。通過對方向和強度受限的水分子擴散運動進行反映，擴散加權(quán)成像可揭示胎兒顱腦發(fā)育過程中細微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律［17］。現(xiàn)在的磁共振快速成像新技術(shù)不斷發(fā)展，通過平面回波成像（echo-planar imaging，EPI）可以在短時間內(nèi)獲得胎兒圖像，相對容易和敏感，常配合DWI 一起應(yīng)用于胎兒［18］。本文主要研究SE-EPI-DWI 與IR-EPI-DWI 序列在胎兒顱腦3.0 T 磁共振檢查中的應(yīng)用，旨在提高胎兒磁共振診斷的準確性。

3.1 SE-EPI-DWI 與IR-EPI-DWI 序列的原理、各自優(yōu)勢及初步應(yīng)用價值

SE-EPI-DWI 序列采用90 脈沖激發(fā)后，在180 脈沖前后施加相同方向、持續(xù)時間和強度的擴散敏感梯度場，利用180 復(fù)相脈沖產(chǎn)生自旋回波信號，其他MR 信號采用EPI 技術(shù)進行信號采集。該技術(shù)運用擴散梯度場，相對T1值較長，通常采用并行采集技術(shù)以縮短回波鏈并縮短TE，提高圖像信噪比，減少磁敏感偽影并加快采集速度。通過基于脂肪和水分子中質(zhì)子進動頻率的差異來選擇激發(fā)和采集，應(yīng)用選擇性水激發(fā)技術(shù)可以實現(xiàn)脂肪抑制。缺陷在于生理運動如呼吸、心跳等容易造成圖像扭曲和運動偽影，患者難以長時間耐受，中心頻率偏移可導(dǎo)致脂肪抑制不均勻，磁化率偽影明顯，因此要求磁場均勻度高。本研究結(jié)果顯示，在主觀評價整體質(zhì)量方面，兩位閱者對SE-EPIDWI 序列的評分顯著高于IR-EPI-DWI 序列，且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。這表明與SE-EPI-DWI 序列相比，IR-EPI-DWI 序列可減少圖像偽影，并具有更高的整體圖像質(zhì)量。因此，本研究證實，在胎兒頭顱研究中，SE-EPI-DWI 序列的應(yīng)用可以明顯減少運動偽影的影響，提高DWI 圖像整體質(zhì)量并具有更高的成功率。這一結(jié)論與文獻［19］的研究結(jié)果一致，即SE-EPI-DWI 具有空間分辨率高、層厚薄、受偽影因素少、能減少失真、提高圖像質(zhì)量等優(yōu)點。而IR-EPI-DWI 序列則利用180 反轉(zhuǎn)恢復(fù)預(yù)脈沖增加T1對比，采用適當(dāng)?shù)腡I 獲得脂肪抑制圖像，從而具有高對比度。掃描時間稍長是這種方法的一個缺點?？陀^評價方面，額葉白質(zhì)區(qū)使用IR-EPI-DWI 序列所得到的圖像SNR（49.208±13.326）高于使用SE-EPI-DWI 序列所得到的圖像SNR（48.617±16.257），但兩者之間的差異并無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。對于側(cè)腦室后角，IR-EPI-DWI序列所得到的圖像SNR（27.057±9.806）高于SEEPI-DWI 序列所得到的圖像SNR（24.259±13.016），但兩者之間的差異并沒有統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。IR-EPI-DWI 序列所得到的圖像CNR（3.692±2.007）稍低于SE-EPI-DWI 序列所得到的圖像CNR（4.060±2.739），但兩者之間的差異并沒有統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。

3.2 改善SE-EPI-DWI 序列3.0 T 胎兒磁共振頭顱圖像質(zhì)量的措施

為了提高胎兒頭顱的SE-EPI-DWI 序列圖像質(zhì)量，有如下改進：首先，在TR 方面，常規(guī)的成人顱腦DWI 成像TR 常?？刂圃?000 ms 以上。雖然TR 越長，圖像信噪比越好，可掃描更多層，但是胎兒掃描不能使用鎮(zhèn)靜劑，時間過長會增加胎兒運動偽影，因此本文降低TR 至2000 ms 來減少掃描時間。其次，在采集次數(shù)方面，常規(guī)的DWI 序列通常采用3 次采集次數(shù)。但是，本文將采集次數(shù)降低至1 次，可縮短掃描時間。并且，為了保持較高的信噪比，采用大視野（40 cm×34 cm）。最后，選擇b 值也非常重要。雖然b 值越大顯示水分子的擴散程度越敏感準確，但是圖像信噪比很低。文獻研究表明［20］，較低的b 值應(yīng)用在胎兒顱腦磁共振檢查可提高圖像診斷準確率。因此，本研究采用800 s/mm2的b 值，在掃描DWI 圖像組織上能達到良好的對比度和清晰度，可以滿足診斷需求。

3.3 兩種序列ADC 值比較

本研究發(fā)現(xiàn)在使用相同b 值（800 s/mm2）的情況下，SE-EPI-DWI 和IR-EPI-DWI 序列所測得的胎兒顱腦額葉白質(zhì)區(qū)和側(cè)腦室后角的ADC 值無顯著的差異。這意味著在相同b 值的情況下，這兩個序列所測得的胎兒顱腦掃描ADC 值基本一致，不會對閱片者的判斷產(chǎn)生影響。

3.4 研究的局限性

由于樣本量較小，本研究未能全面闡明兩種序列在胎兒頭顱檢查中的問題。此外，在測量SNR和ADC 值時，使用人工手動勾畫ROI 可能導(dǎo)致ROI 位置不完全一致，從而產(chǎn)生一定誤差和偏差。

綜上所述，本研究對SE-EPI-DWI 和IREPI-DWI 序列進行了圖像質(zhì)量評估和ADC 值比較。結(jié)果顯示，IR-EPI-DWI 序列的胎兒額葉白質(zhì)區(qū)和側(cè)腦室后角區(qū)SNR 稍高于SE-EPI-DWI 序列。但是，SE-EPI-DWI 序列具有采集速度快、圖像偽影小、檢查成功率高等優(yōu)點，且病變ADC 值與SE-EPI-DWI 序列無明顯差異。因此，在常規(guī)胎兒顱腦磁共振檢查中，首選SE-EPI-DWI 序列，但在追求圖像更高SNR 時，IR-EPI-DWI 可作為重要的補充序列。