甲狀腺專用表面線圈在甲狀腺MRI中的圖像質量研究

楊倩，鄒麗艷，劉周，鄧文明，張妙如，宋曉敏，李天然，王云飛，羅德紅,2*

甲狀腺病變是臨床中的一種常見病,成年人發病率接近50%，易發人群為40～50 歲女性。臨床上進行甲狀腺影像學檢查方式主要包括超聲、核醫學顯像、計算機斷層掃描(computed tomography，CT)及MRI 等。在眾多的檢查方式中，超聲由于其操作簡便、準確率高、無創的特點成為甲狀腺篩查的首選[1-2]。核醫學顯像在甲狀腺癌的早期分期、治療后復發及治療方案的選擇等方面均有不可替代的作用[3]。CT 檢查對較大病變的周圍侵犯、氣管食管溝和縱隔淋巴結轉移有明顯優勢，但甲狀腺屬于對X射線特別敏感的器官，尤其對于年輕女性而言，進行核醫學顯像、CT 等X 射線檢查會增加輻射損傷[4]。MRI較少用于甲狀腺疾病的診斷[5]，傳統進行MRI檢查使用的是頭頸聯合線圈，該線圈由于存在較大的線圈組織間隙，圖像信噪比低，偽影嚴重，難以滿足臨床診斷需求[6-8]。隨著線圈制作工藝的不斷革新和發展，甲狀腺專用線圈的研發突破了頭頸聯合線圈的瓶頸，線圈與組織的距離縮短,但該線圈所掃描圖像是否可以達到臨床診斷要求尚無定論。因此，本研究利用甲狀腺專用表面線圈對甲狀腺進行磁共振成像，并從主觀和客觀兩方面評價其圖像質量。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本次研究前瞻性地對49名健康志愿者進行了甲狀腺磁共振檢查，其中男性17 名，女性32 名，年齡22～55 歲，平均(31.51±7.74)歲。納入標準：(1)健康成年人；(2)無甲狀腺相關疾病史；(3)無頭頸部其他相關疾病。排除標準：(1)體內有金屬植入物；(2)懷孕及有可能懷孕的婦女；(3)幽閉恐懼癥患者。本研究通過了中國醫學科學院腫瘤醫院深圳醫院倫理審查委員會的審批(審批號為：2018-37)，并均已簽署知情同意書。

1.2 設備及檢查方法

磁共振成像系統采用GE 醫療Discovery 750 3.0 T MR 成像儀，線圈采用蘇州眾志醫療公司8 通道甲狀腺專用表面線圈(Medcoil TL80)(圖1)。掃描范圍上至會厭下至胸廓入口。掃描序列包括T1WI、T2WI、T2WI-FS(fat-suturation)、擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)-STIR 和DWI-FOCUS。各序列掃描參數見表1。

1.3 圖像分析

1.3.1 主觀評價

由兩位影像診斷經驗豐富的影像醫師依據李克特量表評分法對5個序列的所有圖像進行獨立閱片、雙盲評價，并對評分結果進行一致性分析，圖像質量評價標準為[9]：5分：圖像質量優秀，可用于診斷；4分：圖像質量良好，可用于診斷；3 分：圖像質量有瑕疵，不影響診斷；2 分：圖像質量欠佳，影響診斷；1 分：圖像質量差，不能診斷。

1.3.2 客觀評價

本次研究通過測量圖像甲狀腺組織的信號強度(signal intensity，SI)、信噪比(signal noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast-noise ratio，CNR)，并對左右葉甲狀腺組織的一致性分析來進行圖像質量的客觀評價。具體為在GE后處理工作站ADW 4.6對T1WI、T2WI、T2WI-FS、DWI-STIR 和DWI-FOCUS 序 列圖像繪制甲狀腺組織ROI，ROI的大小設置為4 mm×4 mm。在甲狀腺顯示最大層面分別測量左右葉甲狀腺組織前中后3 個位置的信號強度，并取3 個位置的平均值，以及甲狀腺結構顯示最大層面同層的兩側胸鎖乳突肌組織前中后3 個位置的信號強度和同層的背景噪聲左中右3 個位置的信號值，并分別取3 個位置的平均值。通過計算得到信噪比和對比噪聲比。

SNR 定 義 為：SNRright=SIright/SDair, SNRleft=SIleft/SDair，其中SIright和SIleft分別為甲狀腺右葉和甲狀腺左葉的平均信號強度，SDair為甲狀腺結構顯示最大層面同層的周圍噪聲背景信號強度標準差的均值。

CNR 定 義 為：CNRright= |SIright－SImuscle|/SDair，CNRleft=|SIleft－SImuscle|/SDair，SIright和SIleft分別為甲狀腺右葉和甲狀腺左葉的平均信號強度，SImuscle為甲狀腺結構顯示最大層面同層的兩側胸鎖乳突肌組織的平均信號強度，SDair為甲狀腺最大層面同層的周圍噪聲背景信號強度標準差的均值。

1.4 統計學處理

運用獨立樣本t 檢驗比較甲狀腺磁左右葉在磁共振圖像上所測量的SI、SNR 和CNR。并利用Pearson 或Spearman 相關性分析方法對左右側甲狀腺的SI、SNR和CNR進行一致性分析。圖像質量主觀評分一致性為，兩名評分者評分完全一致的個數與志愿者總數的比值。

2 結果

2.1 圖像質量主觀評價

49 名志愿者均掃描了T1WI、T2WI 和T2WI-FS結構相序列，其中39 名志愿者掃描了DWI-STIR 和DWI-FOCUS 兩 種DWI 序 列，2 名 志 愿 者 僅 掃 描 了DWI-STIR 序列，8 名志愿者僅掃描了DWI-FOCUS序列。兩名評分者的評分結果及一致性見表2。兩名評分者的評分結果一致性為：T2WI 和T2WI-FS 序列一致性達到了0.94，T1WI 序列的一致性為0.92，DWI-STIR 序列的一致性為0.93，DWI-FOCUS 序列的一致性為0.89。見圖2～4。

2.2 圖像質量客觀評價

2.2.1 信號強度

各序列信號強度及左右葉甲狀腺一致性見表3，T2WI 序列信號強度最高為1345.03，DWI-STIR 序列信號強度最低為236.91。左右葉甲狀腺信號強度一致性為：T1WI 序列一致性最高為0.957，DWI-STIR序列一致性最低為0.871，甲狀腺右葉的信號強度略高于左葉。

表1 各序列掃描參數Tab.1 Imaging parameters of each sequence

表2 兩名評分者對各序列主觀評分情況Tab.2 Results of qualitative evaluation

圖1 8通道甲狀腺表面線圈Fig.1 8 channels surface coil exclusively designed for thyroid gland

圖2 女，26歲，A～E分別為T1WI、T2WI、T2WI-FS、DWI-STIR和DWI-FOCUS序列圖像，各序列評分均為5分，甲狀腺及其周圍結構顯示清楚 圖3 女，31歲，A～E分別為T1WI、T2WI、T2WI-FS、DWI-STIR和DWI-FOCUS序列圖像，各序列評分均為4分，圖像有少許偽影，DWI序列信號欠均勻 圖4 男，25歲，A、B分別為DWI-STIR和DWI-FOCUS序列圖像，兩序列評分均為3分，甲狀腺左右葉信號欠均勻，圖像噪聲較大Fig.2 A—E:Thyroid gland MR images of a 26-year-old female volunteer,including T1WI,T2WI,T2WI-FS,DWI-STIR and DWI-FOCUS sequence images(A-E respectively). In all 5 sequences, thyroid gland and its surrounding structures were clearly depicted with 5 points rated for each sequence. Fig. 3 A—E: Thyroid gland MR images of a 31-year-old female volunteer. Due to negligible artifact for each sequence and inhomogeneous signal for DWI sequences, T1WI, T2WI,T2WI-FS,DWI-STIR and DWI-FOCUS sequence images were all rated 4 points.Fig.4 A,B:Thyroid gland images of a 25-year-old female volunteer rated with 3 points for DWI-STIR and DWI-FOCUS sequence because of inhomogeneous signal in both right and left lobes and overt noise.

表3 各序列信號強度及左右葉甲狀腺一致性Tab.3 Signal intensity of various sequences and their consistency between left and right thyroid gland

表4 各序列信噪比及左右葉甲狀腺一致性Tab.4 SNR of various sequences and their consistency between left and right thyroid gland

表5 各序列對比噪聲比及左右葉甲狀腺一致性Tab.5 CNR of various sequences and their consistency of left and right thyroid gland

2.2.2 信噪比

各序列信噪比及左右葉甲狀腺一致性見表4，T2WI-FS序列信噪比最高為42.82，T1WI序列信噪比最低為17.56。左右葉甲狀腺信噪比一致性為：T2WI序列一致性最高為0.957，DWI-FOCUS 序列一致性最低為0.773。

2.2.3 對比噪聲比

各序列對比噪聲比及左右葉甲狀腺一致性見表5，DWI-STIR 序列對比噪聲比最高為16.01，T1WI 序列對比噪聲比最低為0.2。左右葉甲狀腺對比噪聲比一致性為：T2WI-FS 序列一致性最高為0.740，T1WI序列一致性最低為0.577。

3 討論

甲狀腺屬于淺表組織，因此超聲檢查為首選診斷方式，但超聲檢查對于氣管食管溝、縱隔淋巴結以及甲狀腺與氣管食管動脈的關系無法評估，而核醫學檢查和CT 檢查均存在一定的輻射損傷風險，磁共振檢查具有無輻射、多平面成像的優點。但目前甲狀腺磁共振檢查所使用的頭頸聯合線圈，掃描圖像質量不高[10-11]。本研究采用8通道甲狀腺專用線圈對甲狀腺進行掃描，通過定量和定性兩方面對圖像質量進行分析。

3.1 圖像質量定性分析

本研究進行甲狀腺磁共振檢查的各序列圖像主觀評分均達到診斷水平，且兩位評分者對T1WI、T2WI、T2WI-FS、DWI-STIR 和DWI-FOCUS 各 序列評分一致性分別達到了0.92、0.94、0.96、0.93和0.89。其中T1WI、T2WI 以及T2WI-FS 結構相序列評分均為4分以上，對于甲狀腺及其周圍解剖結構包括氣管食管溝、縱隔淋巴結以及甲狀腺與氣管食管動脈的關系等均可以清晰顯示。功能相序列DWI-STIR 和DWI-FOCUS 對于解剖結構的細節顯示不如結構相序列，但其可在分子水平層面診斷和鑒別診斷甲狀腺疾病、并評估甲狀腺病變的進展與預后，DWI 能夠通過評估甲狀腺組織內部的水分子擴散運動情況間接判斷其內部的病灶活性，并對正常組織的功能受損情況進行初步評價[6,12]。

3.2 圖像質量定量分析

對于甲狀腺圖像質量客觀評價，結果顯示整體甲狀腺左右葉信號均勻，甲狀腺右葉的信號強度略高于左葉，對于各序列信號強度而言，各序列均表現出左右葉信號的高度一致性，T1WI、T2WI、T2WI-FS、DWI-STIR 和DWI-FOCUS 各序列甲狀腺信號強度一致性分別為0.957、0.937、0.924、0.871 和0.848。信噪比和對比噪聲比是衡量組織分辨率的主要參數，其值越高，則該序列組織分辨率越高。在本研究中，對于各序列信噪比而言，序列T2WI-FS 信噪比最高為42.82，且左右葉一致性為0.885。T2WI-FS 序列通過抑制脂肪可以減少肌肉與周圍組織之間的信號差異，因此信噪比最高[13]。而對于各序列對比噪聲比而言，序列DWI-STIR 對比噪聲比最高為16.01，其次為DWI-FOCUS 序列為9.91。由于對比噪聲比為甲狀腺信號強度與胸鎖乳突肌信號強度差值與背景噪聲標準差的比值，T2WI 序列甲狀腺和胸鎖乳突肌均具有較高的信號強度，而DWI序列胸鎖乳突肌信號強度明顯低于甲狀腺信號強度，因此DWI 序列的對比噪聲比高于T2WI 序列。DWI-STIR 序列使用空間選擇性180oRF 預飽和脈沖具有短反轉時間以抑制脂類信號，它是一種更可靠的方法,以應對B0不均勻性和易感性的改變，因此具有更高的信噪比和對比噪聲比[14-18]。而DWI-FOCUS技術使用2D 回波平面射頻激勵，再施加180o重聚集脈沖，該技術可以減少相位編碼方向的FOV，從而提高圖像分辨率并減少時間，此外該技術還可減少因不同解剖結構而引起的部分容積效應[19]。

關于表面線圈的研究，目前已有文獻進行了相關報道。Gradl等[20]對牙齒專用表面線圈和傳統頭頸線圈所掃描的圖像進行對比，發現表面線圈縮短了組織和線圈之間的距離，能夠提供更高質量的圖像。此外，Sun 等[21]對顳下頜關節分別使用顳下頜關節表面線圈和頭頸聯合線圈進行磁共振掃描，結果顯示兩種線圈均可以被用于顳下頜關節的磁共振檢查，但是在斜冠狀位和斜矢狀位T2WI，表面線圈所掃描圖像信噪比高于頭頸聯合線圈。Wang 等[22]使用8 通道表面線圈，通過DWI 進行甲狀腺結節良惡性的研究，所掃描圖像不同b 值DWI 均可以將甲狀腺清晰顯示，且高b 值(2000 s/mm2)DWI 可有助于區分甲狀腺良惡性結節，其結果與本研究的結果一致。

綜上所述，使用8通道甲狀腺專用表面線圈進行磁共振掃描，圖像質量評分高，信號均勻，信號強度、信噪比以及對比噪聲比高，可以滿足臨床診斷要求。本研究還存在以下不足：僅對甲狀腺正常組織進行了定性和定量評價，未對甲狀腺病變進行評價。在以后的研究中，擬對相關甲狀腺疾病，包括甲狀腺良惡性病變的信號、邊緣以及淋巴結等內容進行相關研究。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。