3.0T磁共振不同DWI序列在正常胰腺中的分析评价

姚秀忠 ，冯 豪 ，陈文芳 ，饶圣祥 ，孙 非 ，王 鹤 ，曾蒙苏

（1.复旦大学附属中山医院放射科，上海 200032；2.GE中国Healthcare，上海 201203）

磁共振弥散加权成像（DWI）是基于水分子布朗运动的不同对组织病理特征进行评价，且其成像速度快及图像后处理简单，实用性强，从而成为国内外众多学者的研究热点。由于其快速及高信噪比，自旋回波平面回波序列（SE-EPI）被广泛用于颅脑和上腹部DWI。为了突出上腹部病灶对比度，通常要结合一定的脂肪抑制技术如频率选择或反转回复，而并行采集技术的应用可以进一步抑制由于高速梯度切换所带来的图像扭曲伪影[1]和缩短扫描时间。为了增加DWI的稳定性和提高其对肝内病灶定量及定性的诊断率，除常规应用较多的憋气DWI外，呼吸门控DWI、呼吸门控背景抑制DWI、自由呼吸背景抑制DWI都在探索性研究中[2-3]。3.0T主磁场强度使得图像信噪比（SNR）理论上比1.5T提升2倍[4]，从而成为高空间分辨率及缩短腹部成像时间的基石。然而，与1.5T磁共振比较，3.0T磁共振所带来的更大的能量沉积、磁敏感伪影、呼吸运动以及胰腺周围肠道和血管运动的敏感性使得胰腺DWI更具有挑战性。因此，本研究旨在分析比较3.0T磁共振上不同DWI序列在正常胰腺中的伪影及SNR，通过高磁场强度下所产生的各种负面效应及优势进行综合评价，从而提出3.0T磁共振的适用于胰腺检查的最优DWI序列。

1 材料与方法

1.1 临床资料

2011年 1—12月，30例年龄 35～70岁的正常志愿者，其中男16例，女14例，平均55.7岁纳入本次研究。所有正常志愿者及患者行MR检查前禁饮食6小时，受检者仰卧位，呼吸幅度及频率保持均匀，憋气方式采用呼气末憋气。

1.2 磁共振DWI扫描参数

应 用 临 床 用 3.0T MR仪（Signa HDX，GE Medical Systems，Milwaukee，Wis，USA），8 通道相控阵表面线圈。三平面定位后，行常规T1WI，T2WI，MRCP，DWI及脂肪抑制T1WI平扫，具体参数如下：常规T1WI：憋气快速扰相梯度回波序列（FSPGR），横断面扫描，0.5 激励次数（NEX），TR/TE=285/2.1 ms，层厚5 mm，层距2 mm，带宽83.3 KHz，FOV 400×400 mm，矩阵 192×256，翻转角 60°，扫描时间 18 s。扫描范围覆盖整个肝脏及胰腺。采用屏气扫描。常规T2WI：频率饱和脂肪抑制呼吸门控快速自旋回波（FSE），横断面扫描，2 次 NEX，TR/TE=4 500～7 100/88 ms，层厚5 mm，层距2 mm，带宽83.3 KHz，FOV 400×300 mm，矩阵 320×224，扫描时间 2.15～3.10min。扫描范围覆盖整个肝脏及胰腺。MRCP：二维厚层块憋气单次激发快速自旋回波序列（SSFSE），斜冠状位扫描，0.92NEX，TR/TE=7 000/1 228 ms，层厚 50 mm，带宽 83.3 KHz，FOV 300×300 mm，矩阵 288×288，扫描时间16 s，3层。DWI扫描方法：所有DWI序列均基于SE-EPI序列成像，成像序列包括憋气DWI（弥散梯度为三方向）、憋气DWI（弥散梯度为单方向）、呼吸门控DWI、呼吸门控背景抑制DWI、自由呼吸背景抑制DWI和憋气背景抑制DWI，层厚5 mm，层距2 mm，带宽 250 KHz，FOV 400×280 mm，矩阵 130×96，背景抑制采用翻转恢复（IR），翻转时间（TI）为220 ms（本研究中曾应用频率饱和作为背景抑制的方法，但是由于皮下脂肪不能完全抑制，导致相位方向的伪影与腹部脏器甚至胰腺重叠，图像质量明显下降，因此放弃频率饱和方法），b值为0和600 s/mm2，其余扫描参数见表1。

1.3 数据采集与分析

表1 3.0T不同DWI序列参数

评价3.0T MR各弥散序列各层面的伪影及图像模糊程度，由两位高年资消化系统影像医师将所有胰腺显示层面上以0（图像质量好，无伪影）、1（图像质量较好，基本不影响测量）、2（图像质量差，无法测量但胰腺轮廓尚在）及3（图像质量差，无胰腺轮廓（胰腺缺如或断层）），记分并取得一致意见，然后记和并除以胰腺层面数。在GE Advantage Workstation 4.3工作站上分别测量并计算3.0T MR所得各弥散序列图像正常胰腺（胰头、胰体及胰尾）的SNR具体公式如下：SNR＝S胰腺实质/S背景1/2，其中 S胰腺实质及 S背景分边代表所测量胰腺实质及相位方向上图像背景噪声的平均信号强度。根据需要选取圆形或椭圆形兴趣区（ROI），既要使ROI尽量大，又要确实在目标组织内，避开伪影，图像背景信号值的测量选取3个同样大小的椭圆形ROI并取其平均值。

1.4 统计学方法

应用SPSS 16.0统计学软件，分析评价各序列图像伪影评分及胰腺实质SNR，数据呈正态分布及方差齐性时用单因素方差分析和LSD检验，方差不齐时进行数据转换或者非参数检验，以P<0.05为有统计学意义。

2 结果

在3.0T MR上，6种弥散序列中，正常胰腺均可出现上述鱼尾纹状（图1）、滤泡状（图2）、胡椒盐状伪影（图3）及图像断层或缺如现象（图4）。背景抑制DWI与憋气无背景抑制DWI相比较，胰腺所显示的鱼尾纹状和滤泡状伪影明显减少；憋气背景抑制DWI图像的胰腺断层或缺如现象出现较其它序列增多。在自由呼吸背景抑制DWI图像中，胰腺边缘轮廓较其它序列模糊（图5），在无背景抑制的呼吸门控DWI与憋气DWI中，正常胰腺大多表现为高信号（图5），但是，呼吸门控DWI显示正常胰腺实质的信号比憋气DWI更加均匀；而在背景抑制DWI，正常胰腺表现为低信号（图5），胰腺信号相对更加均匀。呼吸门控及自由呼吸的DWI与憋气DWI相比较，胰腺体部在前者中较容易受残余胃液的影响，导致条状高信号掩盖正常胰腺信号，另外，呼吸门控及自由呼吸的DWI比憋气DWI更容易导致变形伪影。

正常胰腺在不同DWI序列中所显示的伪影评分（表2）统计学有明显差异，F 值为 13.053，P＜0.001；呼吸门控背景抑制DWI伪影显示最少，憋气背景抑制DWI伪影显示最多；其中呼吸门控背景抑制DWI与憋气DWI序列有明显统计学差异，呼吸门控及自由呼吸背景抑制DWI分别与憋气背景抑制和三方向弥散梯度憋气DWI有统计学差异，憋气背景抑制DWI与其它序列均有统计学差异，而呼吸门控DWI、呼吸门控背景抑制DWI及自由呼吸背景抑制DWI三者之间无统计学差异，三方向弥散梯度憋气DWI与单方向弥散梯度憋气DWI之间无统计学差异（表 3）。

图5 图5a：FB600+BS，胰腺轮廓模糊，胰腺实质呈均匀低信号；图5b：TRIG600+BS，胰腺轮廓清晰，胰腺实质呈均匀低信号；图5c：TRIG600，胰腺轮廓清晰，胰腺实质呈不均匀较高信号；图5d：BH600ALL，胰腺轮廓清晰，胰腺实质信号不均匀；图5e：BH600SI，胰腺轮廓清晰，胰腺实质信号不均匀；图5f：为图5d上一层面正常胰腺BH600ALL，胰腺轮廓清晰，可见鱼尾纹状伪影，胰腺实质呈不均匀高信号。Figure 5. Figure 5a:FB600+BS,normal pancreas displayed homogeneous hypointensity with the blurring contour.Figure 5b:TRIG600+BS,normal pancreas displayed homogeneous hypointensity with the clear contour.Figure 5c:TRIG600,normal pancreas displayed heterogeneous hyperintensity with the clear contour.Figure 5d:BH600ALL,normal pancreas displayed heterogeneous signal intensity with the clear contour.Figure 5e:BH600SI,normal pancreas displayed heterogeneous signal intensity with clear contour.Figure 5f:BH600ALL,the upper level slice of Figure 5d,normal pancreas displayed heterogeneous hyperintensity with the clear contour and fishtail lines like artifacts.

正常胰腺在不同序列上的SNR有明显统计学差异，F 值为 219.468，P＜0.001（表 4）；背景抑制弥散序列包括TRIG600+BS、FB600+BS及BH600+BS上胰腺的SNR明显低于无背景抑制弥散序列：BH600ALL、BH600SI及 TRIG600； 其中，BH600+BS中胰腺的SNR最低，与其它序列有明显统计学差异，TRIG600 最高，与 BH600SI、TRIG600+BS、FB600+BS及BH600+BS有明显统计学差异，而BH600ALL与BH600SI及TRIG600无统计学差异，TRIG600+BS与FB600+BS之间亦无统计学差异（表5，图6）。

在不同弥散序列中，胰头、胰体及胰尾的SNR均逐渐增加（表3）。在TRIG600+BS及BH600+BS序列中，胰头、胰体及胰尾的SNR有统计学差异，F值分别为8.749及3.646，P值分别为0.01和0.035；前者表现为胰头与胰体及胰尾的SNR有统计学差异，P值分别为0.018和0.000 155，而胰体尾之间无统计学差异（P=0.099），后者表现为胰头与胰尾的SNR有统计学差异（P=0.012），而胰头与胰体及胰体与胰尾无统计学差异，P值分别为0.065和0.478。在 BH600ALL、BH600SI、TRIG600 及 FB600+BS 四个DWI序列中，胰头、胰体及胰尾的SNR无统计学差异，F 值分别为 2.041、1.478、2.910 和 1.785，P 值分 别 为 0.143、0.240、0.066 和 0.180， 但 是 在TRIG600中，LSD两两检验显示胰头与胰体及胰尾的SNR之间有统计学差异，P值分别为0.042和0.044，胰体尾之间无统计学差异（P=0.984）。

3 讨论

影响MR图像正常观察及计量分析的主要因素包括伪影及图像的SNR。在3.0T场强下，DWI图像的伪影及SNR一般与患者的呼吸、胰周肠道及血管生理运动、DWI信号采集方式及b值的大小相关。通常情况下，患者呼吸不配合及b值的增加，均会导致伪影程度愈加严重，且图像SNR降低。3.0T MR胰腺DWI所见到的伪影包括鱼尾纹状、滤泡状、胡椒盐状及图像断层或缺如现象。鱼尾纹状与滤泡状伪影大多由于3.0T MR对胰腺及其周围小或毛细血管波动的敏感性增加而引起，多分布在相位编码方向上。胡椒盐状伪影多呈云雾状混杂泥沙样高低不等信号局限性的分布于胰腺某一部位，大多由于3.0T MR对胰腺周围胃肠道气体蠕动而引起。本研究基于 SE-EPI序列， 评价 BH600ALL、BH600SI、TRIG600、TRIG600+BS、FB600+BS 及 BH600+BS 六个DWI序列正常胰腺中的伪影情况。其中TRIG600+BS的伪影评分最低，为0.39±0.28，图像质量最好，与BH600ALL、BH600SI及BH600+BS的图像质量评分有明显统计学差异，而与TRIG600及FB600+BS无明显统计学差异。在6个弥散序列中，以BH600+BS弥散序列的图像质量最差，评分最高，为1.50±0.58，与其它各序列的伪影评分均有明显统计学差异，主要原因是BH600+BS序列在翻转恢复背景抑制后，弥散梯度信号采集时间短，经过2个激励后，图像SNR明显下降，同时胰腺周围胃肠蠕动的影响所致场强不均匀的磁敏感伪影，导致胰腺断层及图像缺如现象明显增多。憋气DWI的正常胰腺信号强度会出现不均匀现象，表现为部分区域信号较高，部分区域信号较低。最大的可能就是胰腺作为不规则线性器官，实质内脂肪沉积的分布区域不相一致，另外周围胃肠内气体蠕动导致胰腺局部场强不均匀性而导致水分子失相的程度不一样而导致胰腺内信号不均匀。

表2 正常人胰腺不同DWI序列伪影评分表

表3 正常人胰腺不同DWI序列伪影评分LSD两两检验（P值）

注：1：统计学有差异。

注：不同DWI的SNR有明显统计学差异，F=219.468，P＜0.001。

图6 正常胰腺在不同DWI序列上的SNR比较，图6a～6f分别为BH600ALL、BH600SI、TRIG600、TRIG600+BS、FB600+BS及 BH600+BS DWI序列；图6a～6c的正常胰头SNR高于图6d～6f，图6c的正常胰头SNR最高，图6f的正常胰头SNR最低，影响正常胰头显示，图6a～6c的正常胰头为高信号，且不均匀，图6d及6e的正常胰头为均匀低信号，图6e中的正常胰头较图6d轮廓模糊。Figure 6. Comparisons of SNR of normal pancreas among different DWI sequences.DWI sequences of Figure 6a～6f were BH600ALL,BH600SI,TRIG600,TRIG600+BS,FB600+BS and BH600+BS respectively.SNR of Figure 6a～6c were higher than that of Figure 6d～6f.Figure 6c displayed the highest SNR,while Figure 6f disclosed the lowest SNR with abnormal signal intensity of pancreatic head.Figure 6a～6c demonstrated heterogeneous hyperintensity on pancreatic head.Figure 6d,6e disclosed homogeneous hypointensity on pancreatic head.Compared to the bluring pancreatic head on Figure 6e,pancreatic head on Figure 6d appeared clear.

胰腺与肝脏均是弥散各向同性器官。文献报道，在频率选择翻转饱和背景抑制憋气DWI序列中，在X，Y及Z三轴方向弥散梯度的图像质量均优于单轴方向弥散梯度的图像质量，尽管胰头及胰体的图像质量与各向同性及各向异性的图像质量没有统计学差异，但是胰尾的各向同性的图像质量统计学上优于各向异性[5]。本研究以憋气Z轴弥散梯度的无背景抑制DWI作为对照，发现BH600SI的图像伪影评分尽管低于X，Y及Z三轴方向弥散梯度的无背景抑制憋气DWI图像：BH600ALL，但统计学无差异。BH600ALL的弥散图像评分统计学上均高于TRIG600、TRIG600+BS及 FB600+BS的图像评分，图像质量低于这三个序列。而BH600SI的弥散图像评分统计学上仅高于TRIG600+BS，而与TRIG600及FB600+BS的图像评分无差异。TRIG600、TRIG600+BS及FB600+BS三者之间的DWI图像评分尽管无统计学差异，但是TRIG600和FB600+BS的图像评分与图像质量较差的BH600SI无统计学差异，而TRIG600+BS的图像评分与BH600SI有明显统计学差异，P值为0.007，因此认为TRIG600+BS的弥散图像质量要相对优于TRIG600及FB600+BS序列。另外，在TRIG600序列中的正常胰腺与BH600ALL及BH600SI一样，多为高信号，但是信号不均匀的程度要低于后两者。FB600+BS序列由于是自由呼吸背景抑制图像，所显示的DWI图像中胰腺轮廓明显比TRIG600+BS模糊，两序列中胰腺实质信号多表现为均匀低信号。对于残余胃液较多的志愿者，会出现条状高信号掩盖正常胰体信号或变形，这是TRIG600、TRIG600+BS及FB600+BS的共同缺点。总之，TRIG600+BS的DWI序列所显示的胰腺信号强度为均匀一致低信号，胰腺轮廓清晰，图像质量优于其它5个DWI序列。

本 部 分 研 究 应 用 BH600ALL、BH600SI、TRIG600、TRIG600+BS、FB600+BS 及 BH600+BS 六个DWI序列，评价它们在正常胰腺中的SNR情况。其中TRIG600的SNR最高，统计学上明显高于BH600SI、TRIG600+BS、FB600+BS 及 BH600+BS 四个序列；而以BH600+BS的SNR最低，统计学上明显低于其它5个序列。在主磁场、线圈、FOV、矩阵、层厚、TE及带宽一致的前提下，图像的SNR与扫描序列、TR及采集次数有关。TR时间越长，采集次数越大，SNR越高。本研究中，DWI的基本序列皆为SE-EPI序列，TRIG600+BS、FB600+BS 及 BH600+BS在弥散梯度之前均有一个TI时间为220 ms的翻转时间，因而所有组织的信号强度均下降，SNR也就明显下降，统计学上低于无背景抑制的BH600ALL、BH600SI及 TRIG600 序列，BH600+BS不仅 TR 时间（4405ms）明显少于 TRIG600+BS（7500）和 FB600+BS（8 000ms），而且激励次数为 2，明显少于 6次激励的 TRIG600+BS和 FB600+BS，因此BH600+BS序列的SNR统计学上低于后两者，后两者的扫描参数基本相似，因此SNR统计学上无差异。BH600+BS的SNR最低，扫描时间为36 s，因此要进行两次憋气才能完成扫描，两次憋气的胰腺位置亦很有可能不匹配。在无背景抑制的BH600ALL、BH600SI及TRIG600序列中，它们的SNR由高到低依 次 为 TRIG600、BH600ALL 及 BH600SI， 其 中TRIG600与BH600SI之间的SNR统计学上有差异，而TRIG600与BH600ALL及BH600ALL与BH600SI无统计学差异。TRIG600与BH600ALL及BH600SI的扫描参数不同的是前者激励次数为6，后两者分别为2和4，前者的TR时间为7 500 ms，后两者均为2 300 ms，因而TRIG600序列的SNR最高。理论上BH600SI的SNR应该为BH600ALL的21/2倍，但是本研究中，BH600ALL中胰腺的SNR略高于BH600SI，可能与前者为三个方向的弥散梯度权重，而后者仅为Z轴方向弥散梯度权重，导致胰腺实质信号强度更加不均匀，致使胰腺实质信号虚高有关。

在 BH600ALL、BH600SI、TRIG600、TRIG600+BS、FB600+BS及 BH600+BS六个 DWI序列中，胰头、胰体及胰尾的SNR均逐渐增加。方差分析显示TRIG600+BS和BH600+BS序列的胰头、胰体及胰尾的SNR有统计学差异，而BH600ALL、BH600SI、TRIG600及FB600+BS序列的胰头、胰体及胰尾的SNR无统计学差异。每一序列中胰头、胰体及胰尾SNR的LSD两两检验显示TRIG600+BS和TRIG600的胰头与胰体及胰尾之间有统计学差异，而胰体尾之间无统计学差异，BH600+BS序列仅显示胰头与胰尾之间有统计学差异。胰体及胰尾SNR的增高可能与该部位与胰头相比较更接近体部八通道表面线圈，胰体及胰尾信号强度相对较高，而胰头位置深，距离线圈远，实质信号强度相对较低，因此胰头的SNR低于胰腺体尾部。BH600ALL和BH600SI序列中胰头、胰体及胰尾的SNR之间无统计学差异，说明胰头、胰体及胰尾距离线圈的生理位置与胰腺实质内信号强度的不均匀产生了假互补的现象，导致其SNR无明显差异，而TRIG600相对于BH600ALL和BH600SI序列，信号不均匀程度低，多表现为均匀一致的高信号。FB600+BS序列由于每次信号采集时胰腺的位置随着呼吸运动的变化而随机变化，胰腺实质不同位置（边缘和中心信号）的信号得到多次均匀，因此各部位SNR可能无明显差异。TRIG600+BS、TRIG600和BH600+BS序列中胰腺的SNR能够较为准确的反映胰头、胰体及胰尾距离线圈的生理位置，但是BH600+BS序列中SNR太低，不能满足图像的观察；尽管TRIG600+BS中胰腺的SNR低于TRIG600，但足以满足图像的观察，且胰腺呈均匀低信号，而后者显示胰腺的信号强度不如前者均匀，且为高信号。

总之，3.0T磁共振TRIG600+BS的DWI序列在正常胰腺中的鱼尾纹状、滤泡状、胡椒盐状及图像断层或缺如现象等伪影明显少于其它序列，尽管TRIG600+BS中胰腺的SNR低于TRIG600，但足以满足图像的观察，且胰腺呈均匀低信号，有利于探查高信号的胰腺病变。

[1]Naganawa S,Kawai H,Fukatsu H.Diffusion-weighted imaging of the liver:technical challenges and prospects for the future[J].Magn Reson Med Sci,2005,4(4):175-186.

[2]Kandpal H,Sharma R,Madhusudhan KS,et al.Respiratory-triggered versus breath-hold diffusion-weighted MRI of liver lesions:comparison of image quality and apparent diffusion coefficient values[J].AJR,2009,192(4):915-922.

[3]Kwee TC,Takahara T,Koh DM,etal.Comparison and reproducibility of ADC measurements in breathhold,respiratory triggered,and free-breathing diffusion-weighted MR imaging of the liver[J].J Magn Reson Imaging,2008,28(5):1141-1148.

[4]MerkleEM,DaleBM.AbdominalMRIat3.0T:thebasics revisited[J].AJR,2006,186(6):1524-1532.

[5]Yoshikawa T,Ohno Y,Kawamitsu H,et al.Abdominal apparent diffusion coefficient measurements:effect of diffusion-weighted image quality and usefulness of anisotropic images[J].Magn Reson Imaging,2008,26(10):1415-1420.