神經(jīng)上皮腫瘤擴散加權(quán)成像b值優(yōu)化選擇的初步研究

程維高李志遠謝應朗熊 華.四川省雅安市人民醫(yī)院放射科，四川雅安65000；.重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，重慶40006

神經(jīng)上皮腫瘤擴散加權(quán)成像b值優(yōu)化選擇的初步研究

程維高1李志遠1謝應朗1熊 華2
1.四川省雅安市人民醫(yī)院放射科，四川雅安625000；2.重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，重慶400016

[摘要]目的 使用1.5T超導MR掃描儀選取不同擴散敏感系數(shù)（b值）對神經(jīng)上皮腫瘤病例行顱腦擴散加權(quán)成像（DWI）檢查，遴選最佳b值，為獲取最佳圖像質(zhì)量。 方法 隨機選擇42例經(jīng)手術(shù)病理證實的腦神經(jīng)上皮腫瘤患者行顱腦DWI檢查，擴散敏感梯度因子b值分別采用0、700、900、1100、1300、1500s/mm2，分別對應為A、B、C、D、E、F六組。每組均測量腫瘤病灶表觀擴散系數(shù)（ADC）值，病變處的信號強度（s病變），相應層面腦白質(zhì)信號強度（s腦白質(zhì)），并計算出對應SNR、CNR，通過對比六組ADC，SNR、CNR，對比不同b值對成像效果的影響。 結(jié)果 D組的SNR、CNR、ADC分別高于A、B、C、E、F組，C組的SNR、CNR、ADC分別高于A、B、E、F組（P＜0.05）， E組的SNR、CNR、ADC分別高于A、B、F組，E組的SNR、CNR、ADC分別高于A、B、F組，B組的SNR、CNR、ADC分別高于A、F組，F(xiàn)組的SNR、CNR、ADC分別高于A組，差異有統(tǒng)計學意義（P均＜0.05）。 結(jié)論 應用擴散加權(quán)成像，當b值為1100s/mm2時，對于神經(jīng)上皮腫瘤具有最佳的成像效果，值得臨床推廣。

[關(guān)鍵詞]神經(jīng)上皮腫瘤；圖像質(zhì)量；擴散加權(quán)成像；磁共振成像

神經(jīng)上皮腫瘤（neuroepithelial tumors）起源于神經(jīng)上皮細胞，包括星形細胞瘤（astrocytoma）、少突膠質(zhì)細胞瘤（oligodendroglioma）、室管膜瘤（ependymoma）和髓母細胞瘤（medulloblastoma）等，是最常見的原發(fā)性腦腫瘤，約占全部腦腫瘤的40%～50%[1]。腫瘤的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀往往不具特異性且出現(xiàn)較晚，計算機斷層掃描（CT）與磁共振成像（MRI）檢查是腦腫瘤診斷的重要工具。隨著高場強MR在臨床診療中的廣泛應用，MRI在腦白質(zhì)病變尤其是在神經(jīng)上皮腫瘤的診斷及鑒別診斷、分期、預后評估等方面顯示出很強的應用價值。本研究采用1.5T超導MR掃描儀，使用單次激發(fā)平面回波成像（SE-EPI）序列技術(shù)，對選用不同b值時的ADC圖進行科學量化對比，遴選研究組內(nèi)最合適的b值。

1　資料與方法

1.1一般資料

隨機選擇本院2013年11月～2015年5月42例經(jīng)手術(shù)病理證實的神經(jīng)上皮腫瘤患者，其中男23例，女19例，年齡17～78歲，平均47.6歲。星形細胞瘤21例（50.0%）、少突膠質(zhì)細胞瘤6例（14.3%）、室管膜瘤7（16.7%）、髓母細胞瘤8例（19.0%）。臨床癥狀主要以顱內(nèi)高壓引起的頭痛、嘔吐和癲癇發(fā)作、局灶性神經(jīng)缺失癥狀及肢體運動、感覺障礙為主。經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審核同意，所有患者簽署知情同意書。42例患者，隨機分組，每組7例。擴散敏感梯度系數(shù)b值分別選取0、700、900、1100、1300、1500s/mm2，對應為A、B、C、D、E、F六組。

1.2掃描技術(shù)及參數(shù)

采用美國通用電氣公司BRIVO MR355磁共振掃描儀，對上述42例患者行全腦擴散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI），頭顱八通道相控陣線圈，常規(guī)掃描序列包括橫斷位TlWI、T2WI、T2-FLAIR及矢狀位T2-FLAIR掃描。

擴散加權(quán)掃描開始前用相控陣線圈聯(lián)合并行采集空間敏感度編碼技術(shù)（ASSET）進行校準，然后采用單次激勵自旋回波-回波平面成像（SE-EPI）序列進行DWI掃描。 擴散加權(quán)成像序列：采用單次激發(fā)SE-EPI序列，TR10000ms，TE102ms，激勵次數(shù)NEX=4，F(xiàn)OV240mm×240mm，矩陣192×192，層厚5.0mm，間隔1.5mm。擴散敏感梯度因子b值的選擇：b值分別采用0、700、900、1100、1300、1500s/mm2進行掃描，其他掃描參數(shù)一致。

1.3圖像及數(shù)據(jù)分析

DWI序列掃描原始數(shù)據(jù)傳入GE ADW4.5后處理工作站，利用Functool軟件自動生成表觀彌散系數(shù)圖（ADC map）。苗延巍等[2-3]將增強最顯著部分作為瘤體實質(zhì)的測量區(qū)，而增強區(qū)內(nèi)部和外部的T1WI低信號、T2WI高信號區(qū)分別作為壞死或囊變區(qū)和周圍水腫區(qū)；而對于無增強的低級別膠質(zhì)瘤，選T2WI信號最高和占位最明顯的區(qū)域作為腫瘤部分。我們選取通過瘤體核心且含腫瘤實質(zhì)成分最多的ADC圖層作為主要測量層面，測量3次表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion cofficient，ADC）值，取平均值，ROI 約30～50mm2。在DWI影像上，測量瘤體中心層面的信號強度（S瘤體），相應層面正常腦白質(zhì)信號強度（S腦白質(zhì)），相位編碼方向的背景噪聲的標準差（SD）[4]。

1.4評價方法

本研究使用信噪比（signal-to-noise-ratio，SNR）、對比噪聲比（apparent contrast-noise-ratio，CNR）和ADC值這3個指標，來比較和評價不同b值的圖像質(zhì)量與檢測效果。計算公式：SNR=S瘤體/SD；CNR=（S瘤體—S腦白質(zhì)）/SD[5]。數(shù)據(jù)統(tǒng)計人員經(jīng)過專門的功能成像圖像處理培訓。

1.5統(tǒng)計學分析

使用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學分析，計量資料以（±s）表示。對不同組間進行隨機分組方差分析統(tǒng)計學處理，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2　結(jié)果

2.1不同b值下SNR

42例患者，A、B、C、D、E、F六個配伍組中，D組的SNR高于A、B、C、E、F組，差異有統(tǒng)計學意義（F0.05（5，6）=5.99，F(xiàn)0.01（5，6）=11.46，P＜0.05）。詳見表1。

表1　各組之間SNR、CNR、ADC值比較（±s）

表1　各組之間SNR、CNR、ADC值比較（±s）

組別　b值　SNR　CNR　ADC（×10-3mm2/s）A組　0　15.45±1.94 2.41±0.29　1.02±0.09 B組　700　47.45±4.82　5.26±0.98　1.52±0.19 C組　900　54.35±5.58　6.42±1.27　1.68±0.26 D組　1100　61.26±5.02　7.42±1.66　1.85±0.29 E組　1300　50.35±4.18　6.13±1.18　1.63±0.24 F組　1500　41.22±4.02　5.04±0.85　1.47±0.17

2.2不同b值下CNR值

D組的CNR高于A、B、C、E、F組，差異有統(tǒng)計學意義（F0.05（5，6）=5.99，F(xiàn)0.01（5，6）=11.46，P＜0.05）。見表1。

2.3不同b值下ADC值

42例患者A、B、C、D、E、F六組中，D組的ADC值高于A、B、C、E、F組，差有異統(tǒng)計學意義（F0.05（5，6）=5.99，F(xiàn)0.01（5，6）=11.46，P＜0.05）。見表1。

3　討論

磁共振擴散加權(quán)成像可用以反映人體組織的空間組成信息及病理生理狀態(tài)下各組織成分之間水分子流通交換的功能狀況，是利用超導磁共振掃描儀獲取活體組織內(nèi)水分子擴散運動特性的一種成像方法[6]。病變組織不同程度上影響水分子的布朗運動，當水分子擴散運動受到限制，運動速度下降，信號衰減變緩，擴散加權(quán)圖像上呈高信號[7]。磁共振擴散加權(quán)成像（DWI）是目前唯一可以在活體組織內(nèi)觀察水分子運動的方法，DWI數(shù)據(jù)通過后處理軟件得到的表觀擴散系數(shù)（ADC）可以對組織特性進行量化，間接揭示生物組織微觀結(jié)構(gòu)[8]。ADC值與腫瘤細胞構(gòu)成呈負相關(guān)[9]，隨著膠質(zhì)瘤級別增高，腫瘤細胞密度增高，核密集，核異形明顯，導致水分子擴散受限，ADC值減低。

由于腫瘤毛細血管比正常毛細血管通透性更大，病理觀察發(fā)現(xiàn)新生的腫瘤血管結(jié)構(gòu)不完整，管壁薄弱，僅排列一層內(nèi)皮細胞，缺乏平滑肌，基底膜稀疏，且易于泄漏，可見血管內(nèi)皮窗孔，緊密連接增寬，胞飲泡增多等，易被腫瘤細胞穿透，這些特點影響血腦屏障的完整性，血漿和一些大分子物質(zhì)可通過破損的血腦屏障滲透到細胞間隙；血管外間隙增大，加之引流靜脈被受壓和侵蝕，回收水腫液功能降低，使其在瘤體周圍聚集，形成瘤周水腫[10]。ADC值是根據(jù)DWI圖信號強度的變化通過一系列后處理算法計算得出，反映DWI圖像不同方向上水分子自由擴散的速率和范圍。因此ADC值的可以從微觀水平反映組織結(jié)構(gòu)的變化，因此在對許多疾病的診斷及鑒別中起著非常重要的作用[11]。

活體水分子擴散運動可以通過DWI的表觀擴散系數(shù)（ADC）得到量化分析。影響DWI信號的因素主要有擴散敏感系數(shù)（b值）、T2透射效應（T2 shine-through effect）及ADC等[12]。b值反映擴散敏感梯度的程度，由梯度脈沖的強度和持續(xù)時間決定，他表示DWI對水分子擴散運動的敏感程度，b值越高對水分子擴散運動越敏感，組織信號衰減越明顯，但高b值會使圖像信噪比降低[13]。因此，選擇合適的b值至關(guān)重要。本研究選取的b0、b700、b900、b1100、b1300、b1500，對DWI圖像直觀顯示，隨著b值逐步升高，神經(jīng)上皮腫瘤病灶的DWI信號逐漸增加，平均ADC值逐漸上升，到b1100時，達到最佳成像效果。根據(jù)成像原理，表明神經(jīng)上皮腫瘤內(nèi)病變ADC值會受局部微血管灌注和瘤周水腫等影響；圖像質(zhì)量比較，b1100的信噪比SNR和對比噪聲比CNR均為最高，考慮盡量消除血流灌注的影響。本研究選取的神經(jīng)上皮腫瘤以膠質(zhì)瘤為主，大部分膠質(zhì)瘤，尤其是WHOⅡ級以上的腫瘤通常沒有明確的邊界，這是由膠質(zhì)瘤沿神經(jīng)纖維束生長的特性所決定的[14]。同時兼顧獲取真實的組織擴散值，我們認為選取b1100為敏感梯度系數(shù)進行掃描可能更為合理。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，當b值繼續(xù)上升時，SNR、CNR、ADC反而隨之下降，分析其原因，可能同腦組織信號的衰減及回波信號的機制有關(guān)[15]。

此外，本研究分析神經(jīng)上皮腫瘤在不同b值下DWI直觀效果和ADC圖的科學評判指標，綜合考慮相對真實的ADC值、圖像質(zhì)量以及ADC圖顯示病灶能力。在本研究設(shè)定值范圍內(nèi)，認為采用b1100為擴散敏感梯度因子時DWI圖像SNR、CNR較高，ADC值測量穩(wěn)定性好， 可獲得最佳的DWI圖像質(zhì)量，為病變情況提供更加準確的信息。

本實驗不足之處在于沒有把b值等距差異設(shè)定為100，樣本量也有限，對此本研究結(jié)論尚需要更多的實驗來證實和推廣。

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[中圖分類號]R739.4

[文獻標識碼]B

[文章編號]2095-0616（2015）23-152-03

[基金項目]四川省雅安市重點科技計劃項目（S1230307）。

收稿日期：（2015-09-19）

The preliminary study of the suitable b-value in diffusion weighted imaging of neuroepithelial tumors

CHENG Weigao1LI Zhiyuan1XIE Yinglang1XIONG Hua2
1.Department of Radiology, the People’s Hospital of Ya'an City, Ya'an 625000, China; 2.Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing 400016, China

[Abstract]Objective To determine appropriate b-value in diffusion weighted imaging of neuroepithelial tumor with 1. 5T MR, in order to get the best image quality. Methods 42 patients with neuroepithelial tumor received DWI scaning of brain using a single shot EPI -SE pulse sequence with different b values(0s/mm2, 700s/mm2, 900s/mm2, 1100s/mm2, 1300s/mm2,1500 s/mm2), the corresponding A, C, B, E, D, F six groups were respectively, and the ADC values of the lesion were measured. The image quality of each group of DWI and ADC were analyzed and compared, compared the effects of different b values on the imaging effect. Results The images of DWI and ADC of 42 patients were all captured clearly, and ADC values of lesions were measured too. As b values increasing from 1100s/mm2to 1500s/mm2, SNR,CNR of brain white matter and lesion decreased gradually. When b value was 1100s/mm2, the ADC value was highest, and then decreased step by step. When b value was1100s/mm2,the reference rang of ADC value was stable too. Conclusion When b value is 1100s/mm2, the image quality of DWI and ADC map of neuroepithelial tumor is the best one, and it is worthy of clinical promotion.

[Key words]Neuroepithelial tumor; Image quality; Diffusion weighted imaging; Magnetic resonance imaging