自由呼吸與屏氣彌散加權成像在腹部實性臟器運用的差異分析*

吳鐳 趙林偉 陳少賢 楊國慶 付泉水 范小萍 胡納 嚴高武

(1. 遂寧市中心醫院放射科，四川 遂寧 629000；2. 南充市第五人民醫院，四川 南充 637100)

彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)技術是一項以人體水分子的自由擴散(布朗運動)為基礎的磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術[1-2]，目前已廣泛運用于人體各系統疾病的診斷、治療及預后評價[3-5]。由于呼吸運動和脈搏的影響，腹部臟器的DWI檢查容易產生運動偽影，從而導致圖像的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)降低[6-7]。當前腹部DWI最常用的序列是屏氣單次激發自旋回波平面回波(single-shot spin-echo echo-planar imaging，SE-EPI)序列[8]，該序列將并行采集和脂肪抑制技術聯合運用，能夠在縮短采集時間的同時覆蓋較大的掃描范圍[7]。但屏氣DWI也存在缺點，如SNR降低、搏動偽影和磁化率偽影的出現率增加[6-7]。近年來，自由呼吸DWI技術開始運用于肝臟[6]，但其在腹部其他臟器(如胰腺、脾臟和腎臟等)的運用尚待進一步評價。本研究旨在從表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)和SNR的角度探討自由呼吸(free-breathing，FB)與屏氣(breath-hold，BH)DWI在腹部實性臟器運用中的差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究獲得了本院倫理委員會的批準，所有受檢者均簽署了知情同意書。納入標準：①2016年1月～2017年6月間于我院接受腹部MRI掃描的全部患者；②掃描范圍至少包括肝臟、胰腺、脾臟和腎臟。排除標準：①肝臟疾病(肝炎，肝硬化，肝臟腫瘤等)；②胰腺疾病(急性或慢性胰腺炎、胰腺腫瘤等)；③脾臟疾病(脾腫大、脾臟腫瘤等)；④腎臟疾病(急性或慢性腎炎、腎腫瘤等)。共計納入128名患者，包括男性72名，女性56名，年齡18～82歲，平均(49±26)歲。

1.2 掃描參數 掃描設備為1.5T超導磁共振掃描系統((Signa HDxt，GE Healthcare，USA)，線圈為8通道體部相控陣表面線圈。所有患者均需接受FB-DWI和BH-DWI序列共計2次掃描，加速因子均為2，掃描時間均為48秒，BH-DWI需屏氣3次(3×16秒)。2個DWI序列的b值均為600s/mm2，擴散梯度場包括頻率編碼(frequency-encoding，x)、相位編碼(phase-encoding，y)和層面選擇(section-select，z)3個方向。具體參數為：TR=5400ms；TE=60ms；矩陣=128×128；掃描野=300mm×300mm；帶寬=250kHz；層厚=6mm；層間距=1mm。

1.3 圖像分析 將所有DWI圖像導入后處理工作站(GE ADW 4.4)進行數據測量，指標為ADC值和SNR值，避開血管結構。數據由2名經驗豐富的MRI診斷醫師獨立測量，取平均值作為最終值，分歧通過咨詢第3名研究者解決。SNR的計算公式為[9]：SNR=SI(器官)÷SD(噪聲)。SI(器官)測量(圖1)：肝臟-右葉最大層面及鄰近的2個層面分別放置1個圓形感興趣區(region of interest，ROI)，取3者的平均值；胰腺-頭部、體部及尾部顯示最清晰的層面分別放置1個圓形ROI，取3者的平均值；脾臟-最大層面及鄰近的2個層面分別放置1個圓形ROI，取3者的平均值；腎臟-雙腎上極、中部及下極腎皮質分別放置1個圓形ROI，取3者的平均值。ADC值的測量方法與器官信號強度的測量方法相似(圖2)。SD(噪聲)測量：肝臟、胰腺、脾臟、左腎和右腎顯示最清晰層面背景信號強度值的標準差(SD)。

圖1兩種加權成像測量正常肝臟ADC值的SNR，FB-DWI(左)與BH-DWI(右)測量正常肝臟ADC值的SNR分別為75.8、36.2(b=600s/mm2)

Figure1ADCvalueofanormallivermeasuredbytheFB-DWI(left)andBH-DWI(right)technologies(b=600s/mm2),withtheSNRswere75.8and36.2,respectively

注：A.FB-DWI為75.8;B.BH-DWI為36.2

圖2與圖1為同一患者，FB-DWI(左)與BH-DWI(右)測量正常肝臟的ADC值分別為1.42×10-3mm2/s、1.58×10-3mm2/s(b=600s/mm2)

Figure2ThesamepatientasshowninFigure1,theADCvalueofthispatient'sliverweremeasuredbytheFB-DWI(left)andBH-DWI(right)technologies(b=600s/mm2andtheADCswere1.42×10-3mm2/sand1.58×10-3mm2/s,respectively

注：A.FB-DWI為1.42×10-3mm2/S,B.BH-DWI為1.58×10-3mm2/S;與圖1為同一患者

1.4 統計學分析 采用SPSS 21.0軟件進行，隨機選取20名研究對象，由2名研究者獨立測量其肝臟的ADC值(FB-DWI序列)，采用Bland-Altman檢驗評價觀察者間一致性[10]。FB-DWI和BH-DWI圖像所測ADC值和SNR值的比較分別采用Wilcoxon符號秩和檢驗，P<0.05為差異具有統計意義。

2 結果

2.1 ADC值的比較 FB-DWI與BH-DWI測量肝臟、胰腺、脾臟、左腎和右腎的ADC值比較，差異無統計學意義(P>0.05)，見表1。

2.2 SNR值的比較 FB-DWI與BH-DWI測量肘臟、胰腺、脾臟、左腎和右腎的SNA值比較，差異有統計意義, FB-DWI較BH-DWI的SNR值高(P<0.001)，見表1。

表1 FB-DWI與BH-DWI技術在腹部實性臟器運用的對比研究Table 1 Comparison of FB-DWI與BH-DWI technologies for solid organs in the abdome

2.3 觀察者間一致性評價 以肝臟為例，觀察者間一致性評價的散點圖見圖3，FB-DWI序列測量肝臟正常ADC值在不同研究者之間具有較高的可重復性。

圖3 Bland-Altman檢驗評價觀察者間一致性(肝臟)

Figure3Inter-observeragreementsevaluatedwithBland-Altmantest(liver)

3 討論

DWI序列目前正日益廣泛地運用于人體腹部疾病的診斷、治療及預后評價[11-13]。文獻報道，ADC值的測定可用于肝細胞肝癌和周圍型膽管細胞癌的鑒別診斷，當ADC值以0.94×10-3mm2/s為臨界值時，其鑒別診斷肝細胞肝癌和周圍型膽管細胞癌的敏感性、特異性分別為85%、70%[11]；聯合應用DWI和釓塞酸二鈉(Gd-EOB-DTPA)增強MRI技術還能有效評估肝癌患者在實施經導管肝動脈化學栓塞(transcatheter arterial chemoembolization，TACE)術后病灶的存活和壞死情況，早期監測出復發灶、轉移灶以及新發病灶，為治療方案的選擇提供指導[12]。

本研究結果表明，FB-DWI不僅對腹部實性臟器ADC值的測量無影響，而且能降低圖像噪聲和提高信噪比。本研究的結果與國內史卓等[6,9]和王海屹等[13]的研究結果一致。史卓等[6]通過比較肝臟在3種呼吸方式(呼吸觸發、屏氣和自由呼吸)下DWI成像ADC值的差異后提出，BH-DWI所測得的正常肝臟實質的ADC值較呼吸觸發和FB-DWI偏低，且可重復性較差，建議用呼吸觸發或自由呼吸技術進行肝實質ADC值的測量；王海屹等[13]通過比較腎臟病變在FB-DWI與BH-DWI成像后ADC值和圖像質量方面的差異后提出，FB-DWI適用于腎臟病變的評價，特別是屏氣困難者，而且ADC值與BH-DWI一致性良好。上述研究評價的是FB-DWI與BH-DWI技術在單個腹部實性臟器(肝臟或腎臟)運用中的差異，而本研究評價的是在多個腹部實性臟器(肝臟、胰腺、脾臟和腎臟)運用中的差異。

單次激發BH-SE-EPI被認為是DWI成像最迅速的序列，但其噪聲較大，為了克服噪聲的問題，檢查者需增加層厚(如6～8mm)，由此導致小病變的漏診率增加[14]；而FB-DWI的SNR更高，可以采用薄層掃描以降低小病變的漏診率[15]。Baltzerd等[14]報道認為，FB-DWI在肝臟局灶性病變(如肝轉移瘤)的檢出方面優于BH-DWI。對于屏氣困難或屏氣不佳的患者，BH-DWI通常難以實現。

本研究中測得的肝臟、脾臟和腎臟的ADC值與報道相似，而正常胰腺的ADC值大于本測量結果[16]；肝臟、胰腺、脾臟和腎臟的ADC值亦大于與史卓等[9]的測量結果。筆者認為，導致差異的主要原因是b值的選擇不同。本研究選取的b值為600s/mm2，而史卓等[9]和Kili kesmez等[16]選擇的b值均為800s/mm2；Thomas等[17]采用b=800s/mm2評價急性胰腺炎和正常胰腺ADC值的差異時獲得了與Kili kesmez等[16]相似的結果，其測得的正常胰腺的ADC值為(1.77±0.32)×10-3mm2/s。當前對腹部臟器進行DWI掃描時，關于恰當b值選擇國內外尚未形成共識。雖然國內外的多項研究均采用了b=800s/mm2評價腹部實性臟器[9, 16-20]，但Wypych-Klunder等[18]卻認為DWI序列評價腎臟的最佳b值為1000s/mm2。由于文獻報道[21]SNR在較高b值時將會顯著降低(如b=800、1000s/mm2或以上)，因此在評價FB-DWI與BH-DWI在腹部實性臟器運用中的差異時，本研究采用了較為適中的b值(b=600s/mm2)。另外，掃描參數(如TR、TE等)和成像設備的不同也可能導致不同研究所測得的ADC值存在差異[6, 9, 16-17]。

本研究的局限性：①本研究僅選擇了一個b值(b=600 s/mm2)對腹部實性臟器進行評價，未設置更多的b值(如b=800、1000、1200等)，因此各腹部實性臟器在FB-DWI和與BH-DWI序列的不同b值下的ADC值和SNR值是否存在差異仍需進一步闡明；②本研究納入的研究對象均為腹部正常實性臟器，未將患病人群(如各種良惡性病變)納入，因此上述結果仍需進一步完善；③本研究未與呼吸門控DWI技術進行對比，因此尚不知FB-DWI與呼吸門控DWI在腹部實性臟器運用中的差異。

4 結論

與屏氣DWI相比較，自由呼吸DWI技術不僅對腹部實性臟器ADC值的測量無影響，而且能降低圖像噪聲和提高信噪比，尤其適合屏氣困難或屏氣不佳的患者(如急性腹痛、急性胰腺炎等)。

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