腫瘤篩查中3T MR背景抑制全身彌散成像技術(shù)探討

作者單位：276400 山東省臨沂市沂水中心醫(yī)院

通訊作者：周建峰

【摘要】 目的 探討腫瘤篩查中3T MR背景抑制全身彌散成像（DWIBS）最佳技術(shù)。方法 使用西門子Verio 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀，15例志愿者及10例腫瘤患者行DWIBS檢查。調(diào)節(jié)不同參數(shù)b值、NEX、呼吸方式、背景抑制方式進(jìn)行對比掃描，以ADC值、質(zhì)量指數(shù)、SNR為指標(biāo)統(tǒng)計分析；對原始圖像進(jìn)行3DMIP、黑白翻轉(zhuǎn)等后處理。結(jié)果 （1）隨著b值增大，圖像的ADC值、SNR、質(zhì)量指數(shù)均變?。籦值800能獲得良好效果；（2）隨NEX增大，圖像的SNR、質(zhì)量指數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義。（3）呼吸門控較平靜呼吸SNR、質(zhì)量指數(shù)差異較??；（4）STIR較SPAIR質(zhì)量指數(shù)高；（5）厚塊全身MIP、黑白反轉(zhuǎn)等后處理能敏感顯示腫瘤及全身轉(zhuǎn)移；薄層MIP對病灶的解剖結(jié)構(gòu)顯示好。結(jié)論 選取b值800、NEX4、平靜呼吸、STIR背景抑制能獲得高質(zhì)量的DWIBS圖像；通過后處理技術(shù)能達(dá)到類“PET”效果。

【關(guān)鍵詞】 腫瘤； 3T磁共振； 背景抑制全身彌散成像； 技術(shù)

The technical application of whole body diffusion weighted imaging with background suppression（DWIBS） of 3TMR in screening of oncology ZHOU Jian-feng，YAN Pei-hua，CAI Zi-qiang.Yishui Central Hospital of Linyi city，Yishui 276400，China

【Abstract】 Objective To explore the best technique of the whole body diffusion weighted imaging with background suppression（DWIBS） of 3TMR in screening of oncology.Methods DWIBS with 3TMR from siemens was performed on 15 healthy volunteers and 10 patients with tumor，by adjusting the differen parameter values of b，TR，NEX，respiratory way respectively;The value of ADC， quality index and SNR as the indicators for statistical analysis.DWIBS primary images with 3DMIP reconstruction and black--white inersion were compared.Results （1）when the augmentation of b value， the value of ADC， quality index and SNR were dimin， but b value as 800，the image quality is better.（2） With the augmentation of NEX，there are significant difference in SNR and the quality index.（3） There are small differences in SNR and the quality index between respiratory gating and still breathing image. （4） The quality index of STIR is higher than the SPAIR's.（5） 3DMIP reconstruction and black-white inersion can be sensitive to show tumor and all over the body metastasis. Thin layer MIP can show the lesions' anatomical structure.Conclusion As b 800，NEX4，respiratory gating，STIR with background suppression can get high quality image of DWIBS. The postprocessing imaging can achieve similar PET image（DWIBS primary images with 3DMIP reconstruction and black--white inersion）.

【Key words】 Oncology; 3T magnetic resonance； Whole body diffusion weighted imaging with background suppression； Technique

惡性腫瘤及轉(zhuǎn)移瘤嚴(yán)重影響人類健康。PET、ECT因其對惡性腫瘤及全身轉(zhuǎn)移有較高的診斷敏感性，而日益受到臨床醫(yī)生的重視和認(rèn)可【sup】［1］【/sup】，但高昂的檢查費用亦在相當(dāng)程度上制約了其臨床應(yīng)用【sup】［2］【/sup】。近年來，隨著高場磁共振軟硬件技術(shù)的發(fā)展，背景抑制全身彌散成像在腫瘤篩查中表現(xiàn)出相當(dāng)高的敏感性【sup】［3］【/sup】。但其臨床效果受諸多技術(shù)因素影響，本研究旨在探討腫瘤篩查中3T MR背景抑制全身彌散成像最佳技術(shù)。

1 資料和方法

1.1 一般資料 15例志愿者及10例腫瘤（包括轉(zhuǎn)移瘤）患者，男14例，女11例；年齡32～78歲，平均46歲。

1.2 檢查方法 使用西門子Verio 3.OT超導(dǎo)型MR掃描儀，全景一體化相控陣線圈。檢查前禁食12 h，取仰臥位頭先進(jìn)。15例志愿者及10例腫瘤患者行WBDWI檢查，其他參數(shù)條件不變的情況下，調(diào)節(jié)如下參數(shù)：（1）不同的b值200、500、800、1100分別進(jìn)行掃描；（2）不同NEX值2、4、6分別進(jìn)行掃描；（3）不同呼吸方式（平靜呼吸、呼吸門控）分別進(jìn)行掃描；（4）不同的背景抑制方式（STIR短時翻轉(zhuǎn)恢復(fù)背景抑制、SPIR脂肪抑制）分別掃描。對原始圖像進(jìn)行3DMIP、MPR、黑白翻轉(zhuǎn)、加偽彩色等后處理。

1.3 影像質(zhì)量分析及評價方法 用表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）、信噪比（signal-noise ratio，SNR）、質(zhì)量指數(shù)3個指標(biāo)來評價不同參數(shù)圖像質(zhì)量的差異。因STIR背景抑制下肝臟等結(jié)構(gòu)信號較低，且不同病變ADC、SNR存在差異，故選取志愿者腎臟實質(zhì)最大層面圖像的不同位置選取3個興趣區(qū)（ROI），大小約100 mm【sup】2【/sup】，分別測量ADC值和圖像信號強度值，再取得平均值；同樣方法在腹壁前方掃描野內(nèi)空白處取3個ROI，測得背景噪聲平均值；最后算出信噪比SNRSH/SD，SH是指腎實質(zhì)的平均信號值，SD是指相位編碼方向上背景噪聲。質(zhì)量指數(shù)是指將背景抑制效果及后處理圖像質(zhì)量按5個等級量化后再按相同權(quán)重（為便于計算均取1）相加后得到一個能反映圖像質(zhì)量的指標(biāo)，由3位資深醫(yī)師采用雙盲法獨立評價計分再取平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 應(yīng)用SPSS 11.0版統(tǒng)計軟件，采用配對資料t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 （1）隨著b值的增大，圖像的ADC、SNR、質(zhì)量指數(shù)均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。但b值＞800時ADC差異相對變小，而SNR明顯降低；b800質(zhì)量指數(shù)最高（表1、圖1～2）。（2）隨著NEX的增大，ADC值差異較??；圖像SNR、質(zhì)量指數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），但NEX4與NEX2、6分別相比，圖像的信噪比、質(zhì)量指數(shù)前者較后者差異更明顯（表2）。（3）呼吸門控較平靜呼吸圖像的ADC值、SNR、質(zhì)量指數(shù)差異均較?。ū?）。（4）背景抑制方式STIR較SPAIR圖像的質(zhì)量指數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（表4）（圖3～4）。

表1 不同b值掃描對圖像質(zhì)量的影響

注：ADC值為均數(shù)×10【sup】-3【/sup】 mm【sup】2【/sup】／s±標(biāo)準(zhǔn)差；b值單位：s／mm【sup】2【/sup】

表2 不同NEX值掃描對圖像質(zhì)量的影響

注：ADC值為均數(shù)×10【sup】-3【/sup】 mm【sup】2【/sup】／s±標(biāo)準(zhǔn)差；b值800 s／mm【sup】2【/sup】

表3 不同呼吸方式掃描對圖像質(zhì)量的影響

注：ADC值為均數(shù)×10【sup】-3【/sup】 mm【sup】2【/sup】／s±標(biāo)準(zhǔn)差；b值800 s／mm【sup】2【/sup】

表4 不同背景抑制方式對重建圖像質(zhì)量的影響

3 討論

背景信號抑制全身彌散加權(quán)成像（Whole-body difffusion-weighted imaging with back ground suppression，WBDWI），是2004 年由日本學(xué)者開發(fā)的一種彌散加權(quán)成像技術(shù)，最早應(yīng)用于腫瘤和淋巴結(jié)的彌散成像研究。常規(guī)DWI是在常規(guī)MR序列基礎(chǔ)上施加擴散敏感梯度場實現(xiàn)的，是目前唯一能反映活體組織內(nèi)水分子微觀運動的無創(chuàng)性檢查方法【sup】［4］【/sup】。WBDWI是在單次激發(fā)epse-DWI序列的基礎(chǔ)上，采用自由呼吸、敏感性編碼（SENSE）技術(shù)、短時翻轉(zhuǎn)恢復(fù)（STIR）技術(shù)進(jìn)行全身無間隔薄層掃描，并使用Siemens全景矩陣線圈、掃描床同步移動技術(shù)、syngo REVEAL軟件，實現(xiàn)了全身大范圍掃描。其覆蓋范圍大、檢查時間短、費用低、無創(chuàng)及對轉(zhuǎn)移瘤具有較高的檢出率，非常適用于惡性腫瘤全身轉(zhuǎn)移的篩查。但仍有許多技術(shù)因素影響了其對全身腫瘤的檢出效果。

b值是DWI成像最關(guān)鍵的參數(shù)，它反映了序列對擴散運動表現(xiàn)的敏感程度，其大小決定了彌散加權(quán)的程度【sup】［5］【/sup】。b值與施加的擴散敏感梯度場強、持續(xù)時間和間隔有關(guān)。Chikawa等【sup】［6］【/sup】發(fā)現(xiàn)不同b值及b值差對ADC值的測量能產(chǎn)生不同的結(jié)果。本研究顯示，隨著b值的增大，ADC值逐漸減小，且穩(wěn)定性好；病變與正常結(jié)構(gòu)的信號對比好；當(dāng)b值＞800時ADC值差異變小。分析原因，小b值或b值差時信號受T2因素及微循環(huán)血流灌注的影響較大，真實彌散僅占一小部分【sup】［7］【/sup】；而大b值或b值差時更接近組織的真實彌散【sup】［8］【/sup】（圖1～2），與文獻(xiàn)報道相符。但b值并非越大越好，本研究顯示，隨著b值的增大，圖像的SNR下降，b值＞800明顯降低；b800質(zhì)量指數(shù)最高。分析原因隨著b值的增大，擴散敏感梯度場強度增強，組織信號衰減加重，從而影響圖像質(zhì)量【sup】［9］【/sup】；且b值太大時，小病灶的顯示敏感性降低，影響小病變的顯示。因此，筆者認(rèn)為選擇b值800，既保障了圖像良好的信噪比及圖像質(zhì)量，又能兼顧血流灌注對ADC的影響，可以作為WBDWI的基本參數(shù)。

NEX對圖像質(zhì)量有較大的影響。本研究顯示，隨著NEX的增加，圖像的ADC變化較?。欢鴪D像的信噪比、質(zhì)量指數(shù)明顯升高，有顯著性差異（P＜0.05）。但考慮到隨著NEX的增加，掃描時間明顯延長，且運動偽影也將加重【sup】［10］【/sup】，NEX4時就能獲得較高質(zhì)量的圖像，故采用NEX4較理想。

呼吸運動是DWIBS成像中影響圖像質(zhì)量的一個重要因素。傳統(tǒng)的屏氣方式以損失大量的圖像信噪比為代價，且難以實現(xiàn)覆蓋大范圍的掃描，現(xiàn)在一般不用。本研究顯示，呼吸門控與平靜呼吸相比圖像的SNR及質(zhì)量指數(shù)差別較小。究其原因，STIR技術(shù)使正常結(jié)構(gòu)背景信號及脂肪信號均受到抑制，呼吸運動的影響明顯減輕，從而DWIBS檢查中實現(xiàn)了自由呼吸方式的全身掃描。

傳統(tǒng)的頻率預(yù)飽和翻轉(zhuǎn)恢復(fù)（SPIR）技術(shù)脂肪抑制不夠徹底，常在圖像周圍出現(xiàn)未被充分抑制的脂肪信號；正常解剖結(jié)構(gòu)抑制差，嚴(yán)重影響3D重建效果。而在WBDWI序列中，使用短時翻轉(zhuǎn)恢復(fù)STIR進(jìn)行背景抑制，可有效的抑制脂肪、肌肉、肝臟、腎臟等產(chǎn)生的磁共振信號，達(dá)到更好的背景抑制效果，提高了對病灶檢測的敏感性，而提高了3D重建效果（圖3～4）。

此外，EPI序列要求很高的磁場均勻度，否則自旋質(zhì)子在相位方向累積偏差，導(dǎo)致圖像發(fā)生變形【sup】［11］【/sup】，WBDWI掃描時要求中心頻率一致，便于準(zhǔn)確的拼接，避免圖像拼接錯層；故需在掃描前進(jìn)行勻場及渦流校準(zhǔn)。受檢者的體位也是影響圖像的質(zhì)量及拼接效果的因素，筆者使用棉墊、沙袋等使受檢者身體長軸在同一水平面明顯改善了圖像的質(zhì)量及拼接效果。

對DWIBS原始圖像進(jìn)行3D重建，可獲得高分辨MIP及MPR圖像；對重建圖像進(jìn)行黑白翻轉(zhuǎn)、加偽彩色等產(chǎn)生視覺沖擊，并直觀發(fā)現(xiàn)病灶【sup】［12］【/sup】，達(dá)到了類“PET”效果，（圖5～6）；使用thin MIP及MPR方法可更好的顯示病灶的解剖關(guān)系（圖7）。

在3T MR背景抑制全身彌散成像中，采用b值800ms，NEX4，平靜呼吸、STIR背景抑制能獲得高質(zhì)量的全身彌散圖像。合理使用后處理技術(shù)，能更好的顯示病變，達(dá)到類“PET”效果；在惡性腫瘤（包括轉(zhuǎn)移瘤）篩查中具有很高的實用價值，成為全身惡性腫瘤及轉(zhuǎn)移的強大篩查工具【sup】［13］【/sup】。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2011-04-19）

（本文編輯：車艷）