MR 全身DWI的可重复性研究

孙春锋，陆健，缪小芬，梁宏伟，王绍刚，姜吉锋，丁丁

现在有关MR 全身DWI（whole-body diffusion weighted imaging，WB-DWI）的临床应用研究报道越来越多［1-2］，尤其是应用于疾病的随访复查及疗效的评估，WB-DWI图像及数据测量的稳定性成为WB-DWI应用于随访复查的一个必要前提。本文对33例健康志愿者前后两次行WB-DWI检查的图像及相关参数测量值进行比较研究，旨在探讨WB-DWI的可重复性。

材料与方法

1.临床资料

搜集2008年2月-2012年4月行WB-DWI检查的33例健康志愿者，男13例，女20例，年龄42岁～76岁，平均52.3岁。所有志愿者均行两次WB-DWI检查，两次检查间隔时间为71～405d，平均间隔时间为237.4天。入选标准：①既往身体健康，两次WB-DWI检查期间无创伤、感染、放置节育环及全身性疾病等病史；②WB-DWI图像清晰；③无MRI检查禁忌症并签署知情同意书。

2.扫描设备与方法

MRI扫描采用1.5T 磁共振扫描仪（Signa HDe，GE Medical System，USA），梯度场33mT／m，梯度切换率120mT／m／S。图像工作站采用GE 公司提供的Advantage Windows TM 图形图像工作站，软件版本4.3（AW4.3）。

WB-DWI扫描采用磁体内置BODY 线圈，采用短T1翻转恢复平面回波扩散加权成像（short T1inversion recovery echo planar imaging diffusion weighted imaging，STIR-EPI-DWI）脉冲序列（TR 5000ms，TE 100ms，TI 180ms，b值600s／mm2），在X、Y、Z 三个空间轴上同时施加扩散加权梯度场。全身扫描范围从头顶至膝关节水平，在横轴面上分6～7段进行扫描，每段30层，段与段之间有2层重叠。每段扫描参数：层厚7mm，层间距1mm，视野4 0cm×4 0cm，矩阵128×128，带宽250，激励次数6，回波链长度14。检查者仰卧于扫描床上足先进，定位线定于眉中线，平静自由呼吸，在完成一段数据采集后，检查床前进至下一段进行扫描，每段扫描时间242s，总扫描时间约1936s。

3.WB-DWI图像重建与评价

将采集的DWI数据信息传输至工作站（Advantage Windows TM 图形图像工作站，软件版本ADW4.3）中，利用三维最小强度投影（three-dimensional maximum intersity projection，3D MIP）技术和FUNCTOOL软件（Functool 4.5.1）进行后处理。所得重建图像再利用黑白反转技术得到全身“类PET”图像。

WB-DWI图像评价由2位有经验的MRI医师在工作站上各自独立完成。正常WB-DWI图像评价标准：各段相邻部分无明显错位，所得图像清晰、无污染，全身背景信号差距相仿，无明显图像扭曲、变形、断层及错层，正常组织背景信号被充分抑制。WB-DWI图像总体评价：全身分12个区域分别进行评分，每个区域满分为5分，图像评分总分为60分。全身12个区域分别为颅内、颅面骨及软组织（A 区）、颈椎、锁骨及软组织（B区）、腋下及纵膈胸腔区（C 区）、两肺区（D区）、上腹部及软组织（E 区）、下腹盆腔区及软组织（F 区）、胸廓骨、上肢骨及软组织（G 区）、胸椎（H区）、腰椎（I区）、骶椎（J区）、骨盆骨（K 区）、股骨、下肢骨及软组织（L区），每个区域与正常WB-DWI图像比较后有异常即为0分，异常主要指存在金属伪影（假牙、节育环等）、头颈交界区磁敏感伪影、涡流伪影等，引起图像局部信号缺失、变形、拼接错层断层等。偶然发现的良性病灶不影响评价。

4.图像数据测量

数据测量均在横轴面图像上进行，测量部位分别为胼胝体压部、左侧颞枕叶白质、肝脏、脾脏、右侧肾脏、左侧肾脏，共六个部位。测量的兴趣区（region of interest，ROI）选定在b＝0s／mm2的图像上进行手工放置，面积大小均为88mm2。ROI放置的解剖部位：颅脑及双肾固定，颅脑为侧脑室体部层面的胼胝体压部及左侧脑室后角旁的颞枕部白质，双肾为肾门水平外侧部分肾实质；肝脾不固定，两次测量的位置尽可能一致，尽量避开坏死、囊变等信号不均匀区域，ADC图的色彩饱和度基本一致，然后测量ADC 值、eADC 值及信号值（signal intensity，SI）。所有部位均重复测量3次后取平均值，结果以均数±标准差（±s）表示。

5.统计学分析

采用SPSS 16.0软件进行统计学分析，WB-DWI两次检查图像总体评分及参数测量值比较采用配对资料t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.两次WB-DWI图像整体比较

33名健康志愿者所有图像均显示良好，图像总体评分均在50分以上，未见明显金属伪影、错层及断层（图1）。前后两次重建图像一一比较，整体图像差异均无统计学意义（P＞0.05，表1）。

表1 健康志愿者两次WB-DWI图像评分比较

2.两次WB-DWI部分参数测量值

胼胝体压部、左侧颞枕白质、肝脏、脾脏、右肾、左肾区域两次检查测得的ADC值、eADC值、SI600及SI0差异均无统计学意义（P＞0.05，表2），各测量部位的ROI放置见图2。同一检查者两次检查所得测量数据差异均无统计学意义，图像稳定性较高（SI600、SI0分别表示b＝600、0s／mm2时的SI值）。

表2 两次WB-DWI头颅及上腹部参数测量值比较

图2 正常志愿者测量目标ROI选取位置示意图。a）脑实质区域的b＝600s／mm2 图像；b）b＝0s／mm2 图像；c）ADC 图；d）eADC图，图中ROI 1～2依次放置在胼胝体压部及左侧颞枕叶白质；e）测量肝脏及脾脏的ADC 图，图中ROI 3～4依次放置于肝脏及脾脏；f）测量两侧肾脏的ADC图，图中ROI 5～6依次放置在右侧肾脏及左侧肾脏。

讨 论

1.WB-DWI的成像原理

WB-DWI是在传统DWI基础上衍生出来的，这一技术首先是由Takahara等［3］在1.5T MRI基础上提出来的将DWI与短T1翻转恢复平面回波（STIREPI）扫描技术相结合的一种MRI成像方法。STIREPI技术对主磁场和射频场场强的不均匀性不敏感，因此能够稳定、可靠地抑制背景信号。与脂肪抑制技术相比，STIR-EPI能够更好地抑制大视野的脂肪及组织背景信号，包括脂肪、血管、肌肉和骨髓等组织信号，更加清晰地显示病变情况。MRI的主要技术瓶颈为扫描时间长，受呼吸运动影响较大，常常需要检查者屏住呼吸来配合扫描检查，而体弱患者尤其是老年人因难以耐受长时间屏气而无法行相关的MRI检查。WB-DWI技术克服了此种弊端，不仅患者可在自由呼吸状态下进行检查，并且扫描时间大大缩短，同时仍兼有DWI的优势，为全身大范围扫描提供了技术基础。WB-DWI图像经3D-MIP 重建可得到较高信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、较高分辨力的图像，通过黑白翻转技术对病变的显示可达到与PET 相媲美的效果，可立体、直观地评估原发病灶和病灶外的肿瘤和／或非肿瘤病变，跟踪随访治疗效果，并可对ADC值进行定量测量［4］。

2.WB-DWI的正常表现

通常所说的与PET 相媲美的WB-DWI图像是指利用b＝600s／mm2原始图像经过后处理而获得，在此图像上体内处于自由游离状态即无扩散受限的水均呈背景信号；但是在利用b＝0s／mm2原始图像经过后处理而获得的WB-DWI图像上，上述自由状态水均呈明显低信号，另外四肢大血管也可显示呈线样及网样低信号。体部其余结构在双b值重建图像上相差不大。体内生理性游离状态的自由水主要存在于颅内脑脊液、玻璃体及耳蜗内液体、椎管内脑脊液、胆道系统、泌尿系统、骨关节腔积液及体内生理性囊肿如卵泡囊肿等；病理性自由水主要存在于胸腹腔积液、各脏器囊性灶、各种病变囊变坏死区、组织水肿等。本研究正常WB-DWI图像从各角度观察，段与段之间无明显解剖变形、金属及磁敏感等伪影（图1）；正常背景组织包括肌肉、脂肪、胃肠道等均被抑制而呈背景色；脑组织、脊髓、会厌、脾脏、胆囊、肾脏、子宫、附件、睾丸、前列腺均呈中低信号，其中胆囊由于成分关系信号变化幅度较大，脾脏由于T2透射效应呈明显低信号，肾脏及脾脏由于叠加T2效应在b＝0s／mm2图像上信号普遍减低［5］；骨髓腔总体上随年龄的增加信号逐渐下降，但是由于骨髓生理性转换顺序及速度不一表现稍有差别，总体上中轴骨及四肢骨近侧较其余部位信号略低［6］，但一般相对较均匀、对称，正常中老年人骨骼系统呈背景信号。

3.WB-DWI的可重复性

图像及数据测量的高度稳定性及可重复性是WB-DWI可应用于临床和研究的一个必要前提。本研究显示同一台MRI设备在两次检查条件不变的情况下，对于同一健康志愿者前后两次WB-DWI总体图像差异无统计学意义（P＞0.05），而且间隔时间长短对图像无明显影响，本组中志愿者检查间隔时间为71～405d，平均间隔时间为237.4d，因此就同一台或者同一型号的MRI设备来说，WB-DWI整体图像稳定性比较高，具有较好的可重复性。

WB-DWI的成像技术及ADC 值的研究，是WBDWI的研究重点和发展方向。ADC 值的测量有助于病变的鉴别诊断、监测肿瘤病变的治疗效果和预后评估［7-8］，然而这都需要建立在ADC 的测量具有良好可重复性和测量精确度的基础上。目前关于在自由呼吸情况下进行ADC 值测量的类似研究国内外鲜有报道。Kwee等［9］使用1.5T MRI 16通道体表相控阵线圈对11例健康志愿者进行研究发现，呼吸触发DWI所测量的ADC 值可重复性较差，而且与自由呼吸状态下DWI及屏气状态下DWI相比，呼吸触发DWI所测量的肝脏ADC 值更高。而Nasu等［10］比较呼吸触发DWI和自主呼吸状态下DWI，发现两种技术所测得的ADC值差异无统计学意义（P＞0.05），但自主呼吸状态下DWI所测得的肝脏病灶ADC 值相对更加分散，本研究中亦发现类似结果，除了肝脏以外，脾脏、双肾、脑实质及骨骼系统病变在两种技术下测得的ADC值差异无统计学意义（P＞0.05）。Muro等［11］在运动和静止状态下测量模型内液体的ADC 值，研究结果表明，物体在静止和运动状态下其ADC 值有差异，但不超过10%，同时对肝转移瘤研究的结果表明，与呼吸触发DWI相比，自主呼吸状态下DWI图像具有更高的信噪比，但这仅限于均质状态模型的ADC值测量。

对于静止的组织器官的ADC 值测量的可靠性，已经有相关文献报道［12］，但亦仅限于自主呼吸状态下单次激发回波平面扩散加权成像（spin-echo planar imaging diffusion weighted imaging，SE-EPI-DWI）序列检查的ADC值测量的可重复性研究。采用MR 设备内置的大体线圈和STIR-EPI-DWI序列在自由呼吸状态下的WB-DWI，呼吸运动、心脏的搏动是否会影响到上腹部肝、脾、肾ADC 值测量的重复性，以及静止状态下的颅内脑实质结构ADC 值测量的重复性，国内外均未见相关报道。

本研究为了同时观察WB-DWI对运动及静止状态下器官的ADC 值影响，选取中上腹部呼吸运动幅度较大的肝脏及脾脏、呼吸运动幅度相对较小的双肾、相对静止状态下的脑实质进行观察研究，在不限定时间间隔内完成重复检查。对于脑实质，笔者规定了固定的兴趣区放置部位。选择肝脏及脾脏作为研究对象，笔者没有规定ROI放置部位，只是要求前后两次检查选择的测量层面及ROI放置位置要求尽可能前后一致；因为DWI图像可能存在一定程度的变形和伪影，所以ROI选定在b＝0s／mm2时相当于T2WI图像上进行手工放置，根据ADC 图进行适当的调整，避开脏器边缘、良性病灶、较大的血管及胆管等结构，测量肝脏及脾脏的ADC 值。Mul1er等［13］在研究正常人肾脏时发现，肾脏组织内水分子在各个方向的扩散速度并不一致，表现为扩散的各向异性。由于在DWI上无法清晰区分肾皮质和肾髓质，因此在本研究中ROI的放置没有区分皮髓质，取肾门水平外侧部肾实质作为测量部位。本组研究结果表明，自由呼吸状态下WB-DWI测量脑实质及腹部脏器前后两次ADC值差异均无统计学意义，具有很好的可重复性；同时笔者前后两次测量了相同部位、相同ROI的eADC值、b＝0、600s／mm2时的SI值，差异均无统计学意义，同一健康志愿者前后两次参数的测量稳定性较高，WBDWI可重复性较好。

同时，在研究过程中笔者深刻体会到肝脏及脾脏两次测量位置尽可能一致的重要性，因为测量位置稍有偏差，两次所得数据差异就比较大。笔者发现自主呼吸状态下DWI检查，在STIR-EPI-DWI序列上所测得的各项数据比SE-EPI-DWI序列相对更加分散，笔者推测可能由于施加了STIR，图像的本底信号丢失较严重，导致各脏器信号相对更加不均。

总之，同一志愿者前后两次行WB-DWI检查，无论在图像整体评价还是内在的参数测量上，均具有很好的可重复性，为WB-DWI应用于临床和研究提供了依据。

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