矢狀位全視野及小視野體素內不相干運動脊柱骨髓成像的對比研究

邢棟，查云飛，2*，劉芳，李亮，龔威，胡磊，林苑，陸雪松，劉昌盛

基于體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像理論的雙指數模型可同時評價組織的擴散系數及組織微血管灌注信息[1]，在臨床、科研上的價值也越來越受到大家的關注，其在脊柱骨髓方面的應用也有了一定的探索[2-6]。IVIM 擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)技術由一組不同b值的DWI序列構成，常規IVIM即全視野(full field of vision，fFOV)IVIM的基礎序列是單次激發平面回波成像(single-shot spin echo-planar imaging，SS-EPI)序列[7-8]，容易受到磁敏感偽影、搏動偽影等因素的影響，導致圖像質量的降低，甚至引起嚴重的形變[9-13]。相較于常規fFOV SS-EPI DWI序列，小視野(reduced fi eld of vision，rFOV) DWI技術在脊椎成像上對圖像質量的提升已經獲得證實[9,14-17]，但rFOV IVIM在脊柱骨髓成像的應用尚未見報道。本文將就全視野及小視野IVIM脊柱骨髓成像的圖像質量進行對比，并研究兩者間IVIM參數的不同。

1 材料與方法

1.1 研究對象

2016年9月至12月共招募健康志愿者26名，其中男12人，女14人，年齡為24～60歲，平均(41.12±14.96)歲。受檢者經臨床及影像學檢查排除腰椎嚴重退變、急慢性外傷、畸形、腫瘤、血液病及其他系統性疾病，無糖尿病及雌激素替代治療病史。本研究經醫院倫理委員會批準，所有受檢者均在簽署知情同意書后進行本項臨床研究。

1.2 影像設備及掃描技術

采用3.0 T超導MR機(Discovery 750+，GE Medical Systems)，全脊柱相控陣線圈進行檢查。先行腰椎常規MRI檢查，包括矢狀位FRFSE T2WI(TR=2140 ms，TE=120 ms，ETL=25)、T1-FLAIR序列(TR=2000 ms，TE=8.4/Ef，TI=1080 ms，ETL=8)，層厚4 mm，層間距0.5 mm， FOV=320 mm×320 mm。然后行腰椎矢狀位fFOV及rFOV IVIM序列檢查。fFOV IVIM參數為：TR 2000 ms，TE mini，層厚4 mm，層間隔0.5 mm，FOV=320 mm×320 mm，矩陣128×128，選用的b值及相應激勵次數(NEX)分別為：b=0 s/mm2、15 s/mm2、30 s/mm2、50 s/mm2、70 s/mm2、100 s/mm2、300 s/mm2、500 s/mm2、800 s/mm2，NEX=1、4、4、4、4、1、2、2、6。rFOV IVIM的激勵方式選擇Focus，FOV調整為320 mm×128 mm，其他參數與fFOV IVIM一致。

1.3 IVIM圖像后處理及圖像質量評估

IVIM圖像后處理及圖像質量評估由兩位分別有5年及8年MRI診斷經驗的放射科診斷醫生獨立進行，并隱藏受試者臨床及掃描序列信息。

1.3.1 rFOV及fFOV IVIM參數測量

掃描獲得的腰椎矢狀位rFOV及fFOV IVIM圖像應用GE AW4.6工作站的Functool軟件進行后處理(見圖1)。取正中矢狀位，每個腰椎體置1個感興趣區(region of interest，ROI)位于椎體中央，ROI大小平均為(503.49±107.43) mm2，并避開腹腔大血管、腦脊液、腰大肌等椎體周圍組織。記錄由軟件自動生成ROI相應的脊柱骨髓表觀擴散系數(apparent diffusion coef fi cient，ADC)fast、ADCslow及f值，每個椎體重復測量3次，將參數的平均值作為最終的取值。

1.3.2 IVIM圖像質量的主觀評價

在腰椎正中層面，采用五分量表法對rFOV及fFOV IVIM的9個不同b值的DWI圖像評分(見圖2)。1分不能用于診斷，2分圖像質量差，3分圖像質量可接受，4分圖像質量好，5分圖像質量優秀。

1.3.3 IVIM形變率的計算

取腰椎正中層面，分別在T2WI、rFOV及fFOV IVIM圖像上，測量每個受試者L3椎體[16]的面積、上下徑及前后徑，并利用公式R=|MIVIMMT2WI|/MT2WI計算rFOV及fFOV IVIM DWI圖像的形變率(R)，MIVIM及MT2WI分別代表L3椎體在IVIM及T2WI上的測量值(面積、上下徑及前后徑)。每次測量重復3次，取平均值。

圖1 腰椎骨髓rFOV及fFOV IVIM成像 圖 2 不同b值的腰椎骨髓rFOV (A～I)及fFOV (J～R) IVIM DWI原始圖像。較rFOV IVIM原始DWI圖像，fFOV DWI圖像模糊、形變明顯，且b值高時更顯著Fig.1 Full FOV and reduced-FOV IVIM diffusion-weighted imaging of lumbar bone marrow. Fig.2 Raw lumbar bone marrow diffusion-weighted imaging of rFOV (A—I) and fFOV (J—R) with different b value. Compared to rFOV DWI, the fFOV DW images are blurring and have image distortion,especially with higher b value.

1.4 統計學分析

統計學分析用SPSS 19.0統計分析軟件，測量所有數據以均數±標準差表示。首先，采用組內相關系數(intraclass correlation coefficient，ICC)評估2名觀察者測量rFOV及fFOV IVIM參數及形變率的一致性，對圖像質量主觀評分的一致性分析選用Kappa一致性檢驗。然后對兩名觀察者測得的對應數據取均值，以做進一步統計分析。最后，rFOV及fFOV IVIM間參數、圖像質量主觀評分及形變率的比較根據正態分布情況選擇配對t檢驗或Wilcoxon's秩和檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一致性分析

兩名觀察者得到的rFOV-IVIM的ADCslow(ICC=0.63，P＜0.01)、ADCfast(ICC=0.77，P＜0.01)、f值(ICC=0.75，P＜0.01)、面積差率(ICC=0.91，P＜0.01)、上下徑差率(ICC=0.66，P＜0.01)、前后徑差率(ICC=0.72，P＜0.01)及圖像質量評分(κ=0.68，P＜0.01)一致性較好。對rFOV-IVIM序列而言，兩位觀察者同樣在ADCslow(ICC=0.66，P＜0.01)、ADCfast(ICC=0.61，P＜0.01)、f值(ICC=0.79，P＜0.01)、面積差率(ICC=0.90，P＜0.01)、上下徑差率(ICC=0.66，P＜0.01)、前后徑差率(ICC=0.80，P＜0.01)及圖像質量評分(κ=0.73，P＜0.01)方面獲得良好的一致性。

2.2 rFOV及fFOV IVIM參數及圖像質量比較

統計結果顯示，rFOV及fFOV IVIM間ADCfast、ADCslow及f值差異有統計學意義(其中兩組間ADCfast及f值的t值分別為-9.92、-17.86，兩組間ADCslow的Z=-2.20，P＜0.05)。rFOV IVIM圖像質量評分整體較fFOV IVIM高，差異有統計學意義(Z=-12.76，P＜0.01)。rFOV-IVIM圖像面積、上下徑及前后徑形變率較fFOV IVIM小，其中兩組間面積形變率及前后徑形變率差異有統計學意義(Z=-4.27、-6.20，P＜0.01)，兩組間上下徑形變率差異無統計學意義(t=-0.76，P=0.620)，見表1。

表1 腰椎骨髓rFOV-IVIM及fFOV-IVIM參數及圖像質量對比Tab.1 Comparison of IVIM parameters and image quality of the lumbar bone marrow between rFOV-IVIM and fFOV-IVIM imaging

3 討論

本研究顯示，脊柱骨髓小視野體素內不相干運動成像是可行的，且較常規全視野IVIM成像而言，圖像質量更高，形變較小。

IVIM技術由DWI擴展而來，通過將一組擁有不同b值的DWI圖像帶入適當的雙指數模型進行擬合，可以同時評價感興趣區的灌注及擴散信息[1]。IVIM已被廣泛應用于多種脊柱骨髓異常的評估，如多發性骨髓瘤、轉移瘤椎體骨髓浸潤、局灶性良惡性骨髓病灶鑒別，以及放療后脊柱骨髓改變等方面[3-6,17]。然而，這些研究多采用常規的全視野IVIM成像技術，即以SS-EPI DWI序列為基礎序列，而SS-EPI DWI序列由于讀出時間過長引起的T2*衰減及偏共振效應，容易引起圖像質量的降低[9,11]。特別是相對于脊柱成像而言，B0及B1的不均勻性、骨-腦脊液界面造成的磁敏感偽影、硬膜外間隙脂肪的化學位移效應、以及呼吸、腦脊液搏動引起的運動偽影都會降低SS-EPI DWI圖像的質量，甚至引起嚴重的形變偽影[9,11]。本研究顯示，脊柱骨髓全視野IVIM技術在椎體前后方向的平均形變率達15%，平均椎體面積形變率達10%，提示了其圖像質量提升的必要性。

小視野IVIM是常規全視野IVIM的一項有效替代技術。小視野DWI技術使用2D空間選擇性回波平面視頻激勵脈沖，再加上180°重聚脈沖，減少了相位編碼方向上需要激發的FOV，減少相位編碼方向上需要采集的k空間線數量，在固定的掃描時間里提升了圖像的分辨率，并能在壓脂的同時進行多層面成像，有效減少了回波持續時間，減少了偏共振效應產生的各種偽影[9,14,16,18]。小視野IVIM技術已被應用于子宮、膝關節半月板及胰腺[8,19-20]等部位的IVIM成像，但尚未見小視野脊柱骨髓IVIM研究的報道，本研究首次使用小視野技術進行脊柱骨髓IVIM成像，發現小視野IVIM較全視野IVIM腰椎骨髓成像，在圖像評分及椎體形變率方面有了明顯的提升。

良好的圖像質量是IVIM技術進行準確曲線擬合進而得出可信參數值的前提，但常規全視野IVIM序列圖像質量對測得參數值準確性的威脅尚未引起廣泛關注。本試驗中全視野及小視野間腰椎骨髓IVIM參數(ADCfast、ADCslow及f)差異均存在統計學意義，證明了圖像質量對脊柱骨髓IVIM參數的影響。同樣，余浩等[20]在進行周圍正常胰腺IVIM成像時發現，與常規全視野IVIM相比，小視野IVIM可以提高胰腺圖像分辨率及圖像質量，但兩者間僅有D*(即ADCfast)差異存在統計學意義，考慮原因為腰椎周圍環境更為復雜，與前后的主動脈及腦脊液關系更為密切，且矢狀位成像較橫軸位更容易受到周圍環境的干擾，導致腰椎常規IVIM形變更高，更容易出現IVIM參數的差異。

快速自旋回波(turbo spin echo，TSE) DWI序列也在IVIM中有了一定的應用，Hilbert等[13]用TSE DWI序列行冠狀位腎臟IVIM研究，有效克服了常規EPI IVIM圖像的形變偽影，提高了圖像質量，但相應圖像采集時間卻明顯延長，不利于臨床推廣。本研究所采用的rFOV IVIM較fFOV IVIM圖像質量明顯提升的同時，圖像采集時間保持不變，臨床適用性更廣。

本研究存在如下不足：(1)需進一步研究脊柱骨髓rFOV IVIM與其他傳統MR灌注成像(如動態對比增強)參數間的相關性，進一步證實rFOV IVIM脊柱骨髓灌注參數的可行性；(2)本試驗只納入了健康志愿者，未來需對腰椎病變rFOV IVIM參數變化做進一步探討，以擴展臨床應用價值。

總之，本試驗證明，較全視野IVIM成像而言，脊柱骨髓小視野IVIM成像擁有更好的圖像質量，獲得的參數值可能更為準確。

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