MRI造影劑釓噴酸葡胺對彌散加權成像的影響

錢敏 劉曉航

復旦大學附屬腫瘤醫院放射診斷科，復旦大學上海醫學院腫瘤學系,上海 200032

彌散加權成像（diffusion－weighted imaging，DWI）是近年發展起來的一項MRI新技術，能夠無創檢測組織的水彌散特性改變，反映分子水平的病理生理過程，目前主要用于腦組織梗死和各器官腫瘤的診斷和鑒別[1-3]。隨著DWI在臨床腫瘤診斷中的廣泛應用，聯合應用DWI與增強MRI時，造影劑對DWI信號和表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）值的影響逐漸引起人們的注意。多數研究表明注射造影劑可明顯降低ADC值[1,4-5]，個別研究顯示正常肝組織信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）明顯下降或出現下降趨勢[6]。對這一影響的解釋主要有兩點：一是造影劑對血管的影響。灌注研究證實造影劑可引起血管收縮，血管外間隙減少[7]。由于ADC值可同時反映細胞內外的水彌散狀況，因而推測造影劑的縮血管效應使細胞外水彌散受限，引起ADC值降低，這個觀點目前已被廣泛接受[1,7]。二是造影劑縮短T2效應和磁敏感性偽影對ADC值和信號的影響。由于目前多數研究是體內實驗，故未能對此進行獨立考察。

本研究旨在通過體外實驗確定造影劑縮短T2效應和磁敏感性是否能對水的SNR和ADC值產生顯著影響，考察以下序列：化學位移選擇飽和脈沖（chemical shift selective saturation pulse，CHESS）、壓脂化學位移選擇飽和脈沖（chemical shift selective saturation pulse with fat suppression，CHESS-FAT），以及短時間反轉恢復(short-time inversion recovery，STIR)序列。前兩者參照在臨床上局部器官的DWI檢查方式[8-9]，結合相控陣線圈及并行成像序列掃描；而STIR主要應用于全身DWI（whole body DWI，WBDWI）[10]，使用常規體線圈，不結合并行成像技術。

1 資料和方法

1.1 MRI設備及水模制作

GE公司Signa HDx 3.0 T磁共振掃描儀，8通道相控陣表面線圈及常規體線圈。以10支含不同濃度釓噴酸葡胺（gadolinium diethylenetriaminepentaacid，Gd-DTPA）溶液的50 mL離心試管作為水模，按Gd-DTPA濃度分為高濃度組（0、0.05、0.075、0.1、0.15、0.2 mmol/L）與低濃度組（0、0.005、0.01、0.025、0.05 mmol/L）。溶液以0.5 mol/L 拜耳先靈藥業有限公司的Gd-DTPA造影劑與生理鹽水按比例配置。

1.2 檢查方法

1.2.1 掃描方法將試管按Gd-DTPA濃度高低排列于水箱內，置于磷譜表面線圈中心位置。用常規序列行三維定位像掃描。先行T2map掃描，然后分別以CHESS-FAT、CHESS、STIR序列進行掃描。掃描參數如下。T2map序列：TR/TE＝4000 ms/13 ms；CHESSFAT：TR/TE＝4000 ms/71.7 ms，加脂肪抑制，b值選取臨床上DWI掃描應用最多的1000 s/mm2；CHESS序列：TR/TE＝4000 ms/71.6 ms，b值為0、1000 s/mm2；STIR序列：TR/TE (4500 ms/65.5 ms)。層厚和間隔均為5 mm和1 mm，視野（field of view，FOV）均為26 cm，NEX=2，矩陣為192×256。

1.2.2 圖像處理應用GE ADW4.3工作站進行處理。包括：①用T2map測量不同濃度Gd-DTPA的T2值。②觀察圖像偽影，從水模形態位置變化及周圍偽影兩方面進行評價。根據試管形狀及位置變化，無明顯形變或移位為0分，輕度形變移位為1分，明顯扭曲為2分。根據水模偽影，無明顯偽影為0分，輕度為1分，嚴重與水模有明顯重疊為2分。每次掃描均對所有試管進行計分并累加。③選取各序列圖像的同一層面，將相同大小的感興趣區（region of interest，ROI）置于試管內同一位置，測量3種序列下ADC值、信號（signal，S）和背影噪聲的標準差（standard deviation，SD）。根據公式SNR =S/SDnoise，計算各個試管SNR。T2、ADC值由工作站直接計算。所有序列均掃描2次，測量各個參數并取平均值。

1.3 數據統計

應用線性回歸方法評價T2值與濃度、ADC值，SNR與T2值、濃度的關系，P＜0.05為差異有統計學意義。應用軟件為STATA 10.0。

2 結果

2.1 低濃度組與高濃度組水模T2值

低濃度組與高濃度組水模T2值均隨濃度升高依次下降，并與造影劑濃度呈正相關（P＜0.05）（表1）。

表1 不同濃度水模T2及ADC值變化

2.2 不同掃描序列的信號變化

低濃度組(0～0.05 mmol/L)中，各水模圖像未見明顯形變及移位，CHESS、CHESS-FAT和STIR組評分均為0，STIR組邊緣有一定偽影，另外2組僅有輕微偽影（圖1），累計評分依次為2、1、5分。 CHESS、CHESSFAT和STIR組在不用濃度下信號無明顯變化（圖2）。ADC值未見明顯變化（表1）。

高濃度組中，CHESS和CHESS-FAT組中水模形變及移位，邊緣偽影均較輕，評分為2和3分；SNR隨濃度升高依次下降，與濃度呈負相關（R2=0.88和0.93）（P＜0.05），與T2值呈正相關（R2=0.92和0.99）（P＜0.05）。STIR組中部分水模形變及移位較明顯，邊緣均可見偽影，評分為8分；SNR明顯下降，與濃度、T2值無明顯相關（P＞0.05）（圖1、3）。CHESS和CHESS-FAT組中ADC值未見明顯變化，STIR組中偽影最重的水模ADC值下降，余無明顯變化（表2）。

圖1 不同Gd-DTPA濃度下的水模圖像A～C：低Gd-DTPA濃度下，CHESS、CHESS-FAT和STIR DWI上各水模圖像偽影輕微，無明顯形變 (試管內造影劑濃度：上排從左至右依次為水，0.005、0.01 mmol/L Gd-DTPA；下排從左至右依次為0.025、0.05 mmol/L Gd-DTPA）；D～E：高Gd-DTPA濃度下，CHESS和CHESS-FAT DWI上各水模圖像偽影輕微，伴輕度形變(試管內造影劑濃度：上排從左至右依次為水，0.05、0.075 mmol/L Gd-DTPA；下排從左至右依次為 0.1、0.15、0.2 mmol/L Gd-DTPA）；F：高Gd-DTPA濃度下，STIR DWI上各水模圖像偽影較明顯，尤其中心部分水模形變明顯

圖2 低濃度組水模SNR與T2、造影劑濃度的回歸分析A～C：CHESS、CHESS-FAT和STIR組水模SNR隨Gd-DTPA濃度升高無明顯信號變化；D～F：3種序列組水模SNR隨T2值下降表現出下降趨勢，但無相關關系

圖3 高濃度組水模SNR與T2、造影劑濃度的回歸分析A～C：STIR組圖像偽影明顯，SNR下降，但SNR與Gd-DTPA濃度無明顯相關（P＞0.05）；CHESS和CHESS-FAT組SNR隨Gd-DTPA濃度升高均明顯下降，且與Gd-DTPA濃度呈負相關（P＜0.05）。D～F：STIR組圖像SNR與T2值無明顯相關（P＞0.05）；CHESS和CHESS-FAT組SNR隨T2值下降均明顯下降，且與T2濃度呈正相關（P＜0.05）

表2 不同濃度水模T2及ADC值變化

3 討論

DWI在臨床診斷中廣泛應用，其與增強MRI聯用時易受造影劑的干擾。除Choi等[6]和Liu等[11]研究表明造影劑可明顯降低SNR外，其余報道均未觀察到這一現象[1,4-5]。也有學者認為，造影劑除縮短T2效外，還影響ADC值。有學者應用高場強（7T）對荷瘤鼠行增強前后DWI，結果顯示DWI信號和ADC值均未受明顯影響。他們認為，在高場強下造影劑的T2縮短效應較低場強弱，造影劑對信號及ADC值的影響相對小，反證低場強下ADC值的變化源于T2縮短效應[12]。體內實驗由于組織灌注水平和信號變化復雜，對該因素很難進行獨立研究。本研究旨在通過體外實驗確定這方面影響。

本組實驗表明，造影劑可縮短溶液T2值，且T2值與濃度呈負相關；但在低濃度范圍內，在CHESS、CHESS-FAT和STIR組中SNR未見明顯下降，也未見明顯偽影。而在高濃度組，則可觀察到SNR明顯下降，CHESS和CHESS-FAT組中SNR與濃度呈負相關，與T2值呈正相關，提示在CHESS和CHESS-FAT組中T2可能是SNR下降的主要直接因素。有報道比較了腦部正常組織與腫瘤、梗死等病變在注射造影劑前后進行DWI檢查的結果，發現組織SNR和病變SNR無明顯變化[1,13]，與本研究中低濃度組的結果大致相同。原因可能是Gd-DTPA臨床使用濃度對信號產生的影響太小，無法檢測。Zhong等[7]比較了4名健康志愿者在注射Gd-DTPA（0.2 mm/kg）前后腦組織的T2值變化，發現注射后組織T2只縮短約1.3%，推測該信號的變化可能低于檢測閾值。但高濃度組的結果表明，當T2變化幅度足夠大時，就可影響圖像質量。部分肝臟病變的相關研究也支持這一觀點。Choi等[6]的研究表明，如果應用比常規釓劑具有更強T2縮短效應的釓塞酸二鈉，可顯著降低正常肝組織的SNR。因此，雖然目前臨床應用的Gd-DTPA濃度不足以造成信號變化，但在某些實驗需用較高濃度或強T2縮短效應造影劑時，須考慮這一因素。

STIR組中SNR較對照試管明顯下降，但與T2無明顯相關。下降最明顯的一組位于水槽中央，且伴有明顯形變偽影。原因可能是3T MRI磁敏感偽影較嚴重，CHESS序列結合并行成像技術可有效消除這類偽影，而STIR序列未結合類似技術。SNR變化最大的試管也是偽影最嚴重的試管，而周圍試管變化較輕微，可推測STIR組中信號下降主要源于磁敏感偽影影響。

CHESS、CHESS-FAT和STIR組的ADC值隨造影劑濃度增高均未見明顯變化，提示造影劑的T2縮短效應和磁敏感偽影不足以對ADC值產生顯著影響，也再次確認臨床研究中的ADC值變化原因主要源于血管的收縮效應。在高濃度水平下，雖然T2值和信號均有明顯變化，但根據ADC值的計算公式：ADC=ln（SI低/SI高）/（b高－b低）。式中SI低表示低b值DWI上組織的信號強度（b值可為零）；SI高表示高b值DWI上組織的信號強度；b高表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然對數。如果造影劑對b=0、1000 s/mm2時的DWI圖像均能產生影響，這一影響可能互相抵消，對ADC值的影響相對較小。但STIR組部分試管ADC值明顯下降，且分布與偽影的嚴重程度一致，因而考慮ADC值變化實際來源于磁敏感偽影的干擾；同時，由于磁敏感偽影在高b值條件下明顯超過低b值，對ADC值的影響明顯增大，因此在不結合消除偽影技術的情況下，偽影可造成ADC值下降。

綜上所述，GD-DTPA造影劑雖然可顯著縮短溶液的T2值，但在低濃度水平下，對CHESS、CHESS-FAT和STIR DWI圖像信號及ADC值未見明顯影響，提示臨床研究中觀察到的ADC值和SNR變化與T2值改變及磁敏感偽影無直接聯系，更可能來源于組織灌注等原因。高濃度條件下，CHESS、CHESS-FAT DWI上信號受明顯影響，且與T2值關系密切，但ADC值未見明顯變化；STIR DWI上信號及ADC值均有明顯變化，與磁敏感偽影關系密切，提示在某些實驗條件下需用高濃度或強T2縮短效應的造影劑，或DWI圖像出現明顯偽影時，可能會影響DWI圖像或ADC值的診斷效果。

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