調頻連續波雷達觸發技術在老年患者腹部MRI檢查中的價值

沈蕾蕾,葉曉丹,陳財忠,畢正宏

復旦大學附屬中山醫院放射科,上海市影像醫學研究所,上海200032

我國已進入人口老齡化模式,老年患者磁共振檢查的需求在臨床工作中極速上升。隨著MRI技術的進步,腹部MRI在肝臟疾病診斷和療效評估方面發揮越來越重要的作用,其中T2加權成像(T2-weighted imaging, T2WI)是腹部MRI掃描的重要序列,軟組織分辨率高,對組織器官和病灶顯示具有重要價值[1]。但腹部MRI時間分辨率低,且由于其易受呼吸運動、心臟搏動、腸蠕動等運動偽影的影響,降低了圖像質量[2]。臨床上用于去除呼吸運動偽影的傳統方法一般為屏氣掃描[3](breath hold, BH),但老年人屏氣困難、呼吸節律不齊、部分老年患者因語言、聽力甚至意識喪失等問題,檢查難度大、成功率低。目前,自由呼吸觸發技術可以克服這些困難。最為常用的是膈肌導航觸發技術(navigator-trigger, NT),但其精度取決于鉛筆光束導航儀在橫膈膜上的定位及其質量,而且固定接收數據的導航器窗口效率有限,對于極淺的呼吸或低肝臟信號效果欠佳[4]。近年來,研究中出現了一種新型MRI兼容調頻連續波(frequency-modulated continuous-wave, FMCW)雷達觸發技術[5]。它是通過雷達系統發射電磁波,接收其路徑中所有物體的反射信號,通過比較發射信號和接收信號之間的頻率或相位差來測量目標的距離、速度和角度,提供毫米級別的精度,以非接觸方式跟蹤患者的呼吸運動,實時呼吸觸發采集圖像[6]。有研究者[7]在T2WI成像中比較了FMCW雷達觸發與呼吸門控觸發技術(respiratory gating -trigger, BT)的圖像質量,但僅是健康志愿者的單一樣本的研究。

本研究旨在比較調頻連續波雷達觸發技術(FT)與膈肌導航觸發技術(NT)和屏氣掃描(BH)在老年人腹部肝臟磁共振T2WI成像中的臨床應用。

1 資料與方法

1.1一般資料2022年1月—3月,在復旦大學附屬中山醫院臨床收集確認肝臟病變的患者29例,年齡33～77歲,平均(54.9±12.2)歲,其中男性24例,女性5例。其中23例為肝惡性腫瘤或肝轉移瘤, 6例為肝血管瘤或肝囊性病變。所有病例按年齡分組,分為中青年組(n=19),年齡33～59歲,平均(48.2±9.1)歲,其中男性15例,女性4例;老年組(n=10),年齡60～77歲,平均(67.8±4.7)歲,其中男性9例,女性1例。本研究經復旦大學附屬中山醫院醫學倫理委員會通過。

1.2掃描方案及掃描參數使用聯影uMR 680 1.5T 超導磁共振,患者檢查前禁食6 h,采用12通道體部線圈和32通道脊柱線圈,三平面定位后,常規T1WI后行3種門控方式 (FT、 NT和BH)的T2WI掃描,成像參數見表1。受檢者仰臥,雙臂下垂放于身體兩側, FT和NT檢查時自由呼吸要求患者掃描過程中盡量保持呼吸幅度及呼吸頻率均勻, BH檢查時要求患者屏4次呼吸,平均每次10.2 s。

表1 3種呼吸技術的成像參數

1.3圖像分析

1.3.1 質量分析 所有圖像由 2名腹部影像醫師(診斷經驗5年、 10年各1名)盲法記錄、測量并評分。

圖像質量分析：評分包括五項(總體圖像質量、模糊、運動偽影、血管顯示和肝臟邊緣清晰度)采用4級Likert量表評分：

(1) 總體圖像質量(1分=不能診斷; 2分=一般; 3分=好; 4分=優秀);

(2) 模糊(1分=模糊,不能診斷; 2分=明顯模糊; 3分=輕度模糊; 4分=沒有或少量模糊);

(3) 運動偽影(1分=重度運動偽影,無法診斷;2分=中度運動偽影,能夠診斷; 3分=輕度運動偽影,不影響診斷; 4分=無偽影);

(4) 血管顯示(1分=模糊,血管顯示差; 2分=一般,血管顯示欠佳; 3分=好,血管顯示尚可; 4分=優秀,血管顯示清晰);

(5) 肝臟邊緣清晰度(1分=邊緣模糊,無法診斷; 2分=邊緣明顯模糊; 3分=邊緣輕度模糊; 4分=邊緣銳利)。

1.3.2 定量分析 在聯影影像工作站中,繪制感興趣區(Region of interest, ROI)：

1.3.2.1 病灶區域 以病灶最大內徑畫圓形ROI,盡量包括全部病灶,避開血管和偽影,肝內多個病灶時,選取最大者;

1.3.2.2 肝臟區域 以病灶同層面肝左中右肝靜脈分區畫3個相同半徑圓形ROI測值并取均值;

1.3.2.3 圖像背景區域 在右前腹部區域畫與肝內感興趣相同半徑畫圓形ROI。

測量并記錄肝實質、病灶的信號強度(signal intensity, SI),背景信號標準差(standard deviation, SD),計算信噪比(signal-to-noise ratio, SNR) 和對比度噪聲比 (contrast-to-noise ratio, CNR)。公式如下：

2 結果

2.1圖像質量在中青年組中, NT總體圖像質量最高(3.74±0.42)分,P=0.010,其次是FT和BH。FT和NT在血管顯示方面均優于BH(P<0.001)。見圖1;NT的掃描時間最長(P=0.008), BH掃描時間最短。

在老年組中, FT總體圖像質量最高(3.55±0.50)分,P=0.029,其次是NT和BH。FT和NT在血管顯示方面均優于BH(P=0.023,P=0.009)。見圖1;NT的掃描時間明最長(P=0.001), BH掃描時間最短。見表2。

內部觀測者的一致性非常好,同類相關系數(ICC)>0.90。

2.2定量分析

2.2.1 SRN 在中青年組中,三者的SNR肝和SNR病灶差異無統計學意義;FT和NT有相似較高的SNR病灶(P>0.05)。在老年組中,三者的SNR肝和SNR病灶差異無統計學意義;FT和NT有相似較高的SNR病灶(P>0.05)。見表3。

2.2.2 CNR 在中青年和老年組中,三者的CNR差異無統計學意義。見表3。

3 討論

我國人口老齡化問題日益顯著,加上我國龐大的人口基數,我國已成為世界上老年人口最多的國家[8]。近年來,許多方便老年人的檢查技術已經被開發出來。磁共振作為腹部的重要檢查,在檢查技術上也在不斷進步,特別是在MRI檢查流程簡化和肝臟病變檢測等方面。然而,沒有一種技術可用于所有類型的成像情況,不同的技術各有優缺點[9]。一般來說屏氣掃描最為便捷,但是在老年人腹部MRI檢查中限制較多。NT是最常見的自由呼吸掃描時減少運動的觸發技術,但需要較長時間。近年來隨著電子工程向醫學領域的不斷拓展,出現了一種非接觸式的監控裝置——FT[10]。本研究中,分別對中青年和老年兩種人群中腹部MRI不同掃描技術的T2WI進行了定性和定量比較評估。

從定性分析來看,中青年組中NT在T2WI上的圖像質量更好,這與之前其他學者關于MRI自由呼吸掃描的研究結果一致。Kim等[11]、 Lee等[12]的研究均表明, NT-T2WI患者的圖像質量較其他呼吸門控技術掃描圖像更優。老年組中FT在T2WI上的圖像質量更好。關于FT的研究較少, Wang等[7]在自由呼吸掃描序列中,比較了健康志愿者的FT與BT,發現其圖像質量得分相當。本研究首次探索FT在老年人腹部MRI中的應用,在圖像質量評價方面予以肯定,以期在后續多中心研究中驗證。

在患者定量計算結果中看,中青年組和老年組在T2WI序列上, FT、 NT和BH技術的肝臟、病灶信噪比及對比度噪聲比差異均無統計學意義。中青年組和老年組的FT、 NT病變的平均信噪比優于BH,但差異無統計學意義。關于FT的研究較少,但此前Lee等[12]發現NT-T2WI測得的肝臟信噪比高于屏氣掃描。眾所周知,采集次數越多,信噪比越高,而回波鏈長度(echo train length, ETL)越長,信噪比越低,可能會降低病變與肝臟的對比度噪聲比CNR,因此不同的掃描參數也可能會造成影響。本研究樣本量較小,且為單一T2WI序列的研究,希望后續研究中加入更多樣本量及序列。

注： A：中青年組患者,男, 56歲,肝癌; B：中青年組患者,男, 50歲,肝癌; C：老年組患者,男, 77歲,肝癌。ABC 3組病例圖像質量均尚可,患者無明顯氣促等,圖像無明顯較大偽影與偏差, BH也可以滿足日常診斷要求; ABC三者, FT和NT血管顯示均優于BH, FT總體表現穩定,圖片質量良好,與NT相當。圖1 3種呼吸技術的T2WI圖像

在中青年組和老年組中, FT所需時間均短于NT。本研究中, FT是FMCW雷達與磁共振機相融合,不需要任何額外的準備和接觸,從而不增加掃描前的準備時間,同時它可以即時監控患者的生理信息,通過實時反饋,還可以及時調整序列,能夠提高工作效率[7]。MRI掃描時間合理分配可顯著提高臨床效率,提高經濟效益。一些研究評估了MRI掃描流程與臨床MRI效率的關系,例如過長的預掃描時間、患者和線圈定位時間,嚴重偽影的重復掃描時間等,這些讓醫院每年每臺掃描儀的潛在收入損失約為11.5萬美元[13]。因此,在肝臟成像中提高MRI檢查效率具有重要價值。這也是屏氣掃描一直在臨床工作中仍在大量使用的原因,對于屏氣良好的患者,因其方便快捷,且圖像質量尚可,也可以滿足臨床閱片及診斷要求。針對自主屏氣困難的人群,尤其是配合度較差的老年人群, FT可以較快的成像速度完成較好的圖像質量。

本研究的不足：一是小樣本,單中心,由同一操作者采集圖像有可能帶來統計上的偏倚;二是研究在1.5T上進行,沒有在3.0T磁共振上進行;三是未進行病灶檢出方面的研究及分層比較等,未對于肝臟病種進行分類研究等,有待于進一步的研究證實。值得注意的是,在年輕和老年人群中,肝臟信噪比、 CNR的定量測量值的不同,這可能與不同掃描技術評估的肝病變大小和類型不同相關[14]。

綜上所述, FMCW雷達觸發技術可能是一種高效的非接觸式呼吸觸發技術,圖像質量良好,在腹部MRI檢查中具有提高患者舒適度和優化工作流程的優勢,特別是對難以屏氣的老年人。