基于小視野及飽和帶分段讀出平面回波成像對(duì)眼眶彌散加權(quán)成像圖像質(zhì)量的影響

石 海,張久樓,王建偉,曲菲菲,胡 昊,徐露露*

(1.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科,江蘇 南京 210029;2.上海西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司磁共振科研合作部,上海 200126)

彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)可評(píng)估組織中水分子布朗運(yùn)動(dòng),對(duì)于診斷、鑒別診斷多種疾病及療效評(píng)估中具有重要價(jià)值。臨床常以采用單次激發(fā)回波平面成像(single-shot echo-planar imaging, SS-EPI)采集DWI[1-2],而受限于組織磁化率及磁場(chǎng)不均勻性等因素,SS-EPI用于眼眶、頸部及脊髓等特殊部位常存在組織結(jié)構(gòu)變形或偽影等問題,需要通過優(yōu)化序列參數(shù)(改變梯度極性、添加飽和帶或開啟并行采集)或采用小視野彌散加權(quán)成像(reduced field of view DWI, r-FOV DWI)、分段讀出平面回波成像(readout-segmented echo-planar imaging, RS-EPI)等新技術(shù)加以克服[3-7]。既往研究[8-9]報(bào)道,以RS-EPI采集的眼眶DWI圖像質(zhì)量優(yōu)于SS-EPI及r-FOV DWI。本研究觀察基于小視野及飽和帶RS-EPI對(duì)眼眶DWI圖像質(zhì)量的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 前瞻性收集2022年4月—8月33名于南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院接受眼眶MR檢查的健康體健者,男20名、女13名,年齡14～79歲、平均(59.9±13.8)歲。排除標(biāo)準(zhǔn):①眼部疾病或?qū)е卵鄄慨惓５钠渌到y(tǒng)疾病;②存在MR檢查禁忌證;③配合度不佳。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(2018-SRFA-095),受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Vida 3.0T MR儀、16通道頭顱相控陣線圈。囑受檢者仰臥、全程閉眼,平行于視神經(jīng)定位行眼眶掃描;參數(shù):①軸位T1W,FOV 22 cm×22 cm,矩陣288×230,層厚3 mm,層數(shù)17,層間距0,TR 504 ms,TE 6.5 ms,掃描時(shí)間1 min 29 s;②軸位RS-EPI,FOV 18 cm×18 cm,矩陣150×150,層厚3 mm,層數(shù)17,層間距0,TR 3 430 ms,TE 69 ms,回波鏈長度(echo train length, ETL)105,b值分別為0及1 000 s/mm2,相位編碼方向?yàn)榍昂笙?無飽和帶,掃描時(shí)間:2 min 34 s;③軸位優(yōu)化RS-EPI,FOV 14 cm×14 cm,矩陣118×118,層厚3 mm,層數(shù)17,層間距0,TR 3 140 ms,TE 54 ms,ETL 59,b值分別為0及1 000 s/mm2,相位編碼方向?yàn)榍昂笙?有飽和帶,掃描時(shí)間:3 min 15 s。

1.3 圖像分析

1.3.1 主觀評(píng)價(jià) 將所有圖像上傳至PACS系統(tǒng),由2名具有10年及以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師以雙盲法獨(dú)立分析圖像。以T1WI為參考,采用5分法觀察并評(píng)價(jià)RS-EPI及優(yōu)化RS-EPI圖像顯示眶內(nèi)結(jié)構(gòu)(眼球、視神經(jīng)及肌錐內(nèi)區(qū))及眶周結(jié)構(gòu)(鼻腔、眶回、視交叉、垂體及顳葉)清晰度、有無變形及偽影:5分,無偽影及變形,顯示組織結(jié)構(gòu)清晰;4分,幾乎無偽影及變形,顯示組織結(jié)構(gòu)較好;3分,輕度偽影及變形,顯示組織結(jié)構(gòu)尚可;2分,偽影、變形較重,顯示組織結(jié)構(gòu)不佳;1分,偽影、變形嚴(yán)重,無法觀察組織結(jié)構(gòu)。

1.3.2 客觀評(píng)價(jià) 以ITK-SNAP軟件分割TIWI、RS-EPI及優(yōu)化RS-EPI圖像,經(jīng)Pyradiomics[10]自動(dòng)獲取眼球幾何參數(shù),包括眼球體積、球形度、曲面面積、3D最大徑、軸位最大徑、矢狀位最大徑及冠狀位最大徑;計(jì)算幾何參數(shù)在RS-EPI、優(yōu)化RS-EPI圖像與T1WI中的差值的絕對(duì)值,分別記為RS-EPI形變及優(yōu)化RS-EPI形變。由1名具有8年工作經(jīng)驗(yàn)的放射科技師采用Siemens Syngo.via軟件于顯示眼球最大層面圖像( b值為1 000 s/mm2)中分別在左側(cè)顳葉腦白質(zhì)信號(hào)均勻處及背景信號(hào)(空氣)處勾畫面積約為50 mm2的ROI,記錄左側(cè)顳葉白質(zhì)信號(hào)強(qiáng)度(signal deviation, SI)與背景信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD),即噪聲,計(jì)算信噪比(signal-to-noise ratio, SNR):SNR=SI顳葉白質(zhì)/SD背景;于該層面勾畫玻璃體、左側(cè)顳葉腦白質(zhì)及腦橋ROI,測(cè)量相應(yīng)表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)。勾畫各結(jié)構(gòu)ROI時(shí),均以復(fù)制粘貼方式進(jìn)行,并重復(fù)測(cè)量3次,取均值[11-12]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的資料,行配對(duì)樣本t檢驗(yàn);以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合正態(tài)分布的資料,行Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)。以Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)

觀察者間主觀評(píng)分的一致性:Kappa≤0.4為一致性較差,0.40～0.75為一致性中等,≥0.75為一致性良好。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 主觀評(píng)價(jià) 2名醫(yī)師主觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致性良好(Kappa為0.88～0.97)。優(yōu)化RS-EPI圖像顯示眼球、鼻腔、眶回、視交叉、垂體及顳葉效果均優(yōu)于RS-EPI(P均<0.01);2種圖像顯示視神經(jīng)及肌錐內(nèi)區(qū)效果差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見表1及圖1。

圖1 健康女性,64歲 A～D.RS-EPI圖中偽影明顯,視交叉與眶回(A)、垂體(B)、眼球與顳骨巖部(C)及鼻腔(D)結(jié)構(gòu)顯示不清; E～H.優(yōu)化RS-EPI圖中,視交叉與眶回幾乎無偽影(E),垂體(F)、眼球與顳骨巖部(G)及鼻腔(H)存在輕微偽影及變形,顯示組織結(jié)構(gòu)較好 (箭示偽影)

表1 RS-EPI及優(yōu)化RS-EPI圖像顯示眶內(nèi)及眶周結(jié)構(gòu)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果比較(n=33)

2.2 客觀評(píng)價(jià) 左、右眼眼球體積及球形度、曲面面積、3D最大徑、軸位最大徑和矢狀位最大徑在優(yōu)化RS-圖像中的形變均低于RS-EPI圖像(P均<0.01),而冠狀位最大徑在2種圖像中差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。左側(cè)顳葉腦白質(zhì)SNR及玻璃體ADC在優(yōu)化RS-EPI圖像中均低于RS-EPI(P均<0.01),而左側(cè)顳葉腦白質(zhì)及腦橋處ADC在2種圖像中差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見表2、3。

表2 針對(duì)RS-EPI與優(yōu)化RS-EPI圖像所測(cè)眼球幾何參數(shù)比較(n=33)

表3 RS-EPI及優(yōu)化RS-EPI 圖像SNR及ADC比較(n=33)

3 討論

由于眼眶與眶周組織磁敏感差異較大,眼眶MRI幾何變形及偽影明顯,嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。利用小FOV可在保持DWI空間分辨率的基礎(chǔ)上縮減相位編碼步級(jí)、縮短ETL,進(jìn)而減少磁敏感偽影[13]。本研究以小視野優(yōu)化常規(guī)RS-EPI,同時(shí)于視野后方組織添加飽和帶,以抑制視野外卷褶偽影[14];主觀評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,優(yōu)化RS-EPI圖像顯示眼球、鼻腔、眶回、視交叉、垂體及顳葉效果均優(yōu)于常規(guī)RS-EPI(P均<0.01),而顯示視神經(jīng)及肌錐內(nèi)區(qū)與常規(guī)RS-EPI無明顯差異(P>0.05),原因可能在于視神經(jīng)及肌錐內(nèi)區(qū)周圍脂肪組織豐富、磁敏感差異較小,優(yōu)化后圖像質(zhì)量無明顯改善。

利用不同序列DWI與T2WI/T1WI融合圖可評(píng)估病灶移位及其變形程度[12,15]。通過測(cè)量病灶在某層面中的最大前后/左右徑,可計(jì)算其幾何變形率[9,16]。本研究采用Pyradiomics提取眼球多項(xiàng)幾何參數(shù),以減少主觀判斷及僅針對(duì)單一層面測(cè)量所致誤差,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化RS-EPI圖像所示眼球體積、球形度及曲面面積均接近T1WI而顯著優(yōu)于常規(guī)RS-EPI(P均<0.01)。DWI中,圖像偽影或變形方向往往與相位編碼方向一致[13]。本組RS-EPI與優(yōu)化RS-EPI相位編碼均為前后向,而優(yōu)化RS-EPI的ETL顯著小于RS-EPI,故其軸位、矢狀位圖像變形程度更小(P均<0.01);冠狀位圖像通過疊加層面方向而來,2種圖像射頻激發(fā)帶寬及層厚選擇梯度完全相同[17],冠狀位最大徑無明顯差異(P>0.05)。3D變形最大徑由軸位、矢狀位與冠狀位矢量共同構(gòu)成,使得本組優(yōu)化RS-EPI圖像 3D變形最大徑明顯小于RS-EPI(P<0.01)。

既往研究[18]報(bào)道,縮小FOV可致優(yōu)化RS-EPI成像體積內(nèi)自旋密度減低、SNR下降;但本研究結(jié)果顯示此舉并未影響RS-EPI顯示解剖結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),且2種圖像SNR差異不足以帶來顳葉腦白質(zhì)及腦橋ADC的差異。

綜上所述,利用小視野及飽和帶優(yōu)化RE-EPI可提高眼眶DWI成像質(zhì)量。本研究的主要局限性:①樣本量小;②DWI掃描非各向同性;③僅針對(duì)健康人,有待后續(xù)納入眼部疾病患者進(jìn)一步觀察。