RS-EPI序列在前列腺肿瘤DWI中的临床应用价值

闵祥德，王良，冯朝燕，李亮，蔡杰，邓明，胡志全，叶章群，胡道予

·前列腺MRI专题·

RS-EPI序列在前列腺肿瘤DWI中的临床应用价值

闵祥德，王良，冯朝燕，李亮，蔡杰，邓明，胡志全，叶章群，胡道予

目的通过比较前列腺肿瘤的分段读出平面回波成像(RS-EPI)和单次激发平面回波成像(SS-EPI)的影像表现，探讨RS-EPI在前列腺肿瘤诊断中的应用价值。方法回顾性分析34例行3.0T MRI SS-EPI和RS-EPI检查并经穿刺活检确诊为前列腺肿瘤患者的病例资料。由两位影像医生在不提供任何临床及MRI序列信息的情况下，针对扩散加权成像(DWI)图像的病灶显示清晰程度、几何变形、空间分辨力、诊断信心四个方面按5个等级(1～5分)进行独立评分，由第三位影像医生在工作站上半定量测量图像的信噪比(SNR)、对比度和对比噪声比(CNR)并进行统计学分析。结果RS-EPI序列上病灶显示清晰程度(κ=0.649，P<0.001)、图像变形(κ=0.599，P<0.001)、空间分辨力(κ=0.768，P<0.001)、诊断信心(κ=0.622，P<0.001)等方面，两位医师的评分具有良好的一致性。SS-EPI序列上，病灶显示清晰程度(κ=0.587，P<0.001)、图像变形(κ=0.554，P<0.001)、空间分辨力(κ=0.640，P<0.001)、诊断信心(κ=0.597，P<0.001)等方面，两位医师的评分具有良好的一致性。RS-EPI和SS-EPI序列的平均分值如下：病灶显示清晰程度分别为4.56和3.85分，几何变形分别为4.34和3.28分，空间分辨力分别为4.41和2.84分，诊断信心分别为4.34和3.74分，SNR分别为173.49和234.78，对比度分别为6.29和7.23，CNR分别为144.98和202.13。结论基于RS-EPI序列的高分辨力DWI与SS-EPI序列相比明显提高了图像质量，更有利于前列腺肿瘤的显示。

前列腺肿瘤；扩散加权成像；磁共振成像

前列腺肿瘤是危害老年男性健康的最常见恶性肿瘤之一，前列腺肿瘤的治疗及预后主要取决于早期诊断与分期，MRI被公认为诊断前列腺肿瘤的最佳方法之一，其中扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)是反映活体内水分子运动的无创检查方法，能对前列腺肿瘤的组织结构和细胞特性进行定性及定量分析，对前列腺肿瘤的诊断及鉴别诊断具有较高的应用价值[1，2]。然而，常规单次激发平面回波成像(single-shot echo-planar imaging,SS-EPI)序列在高磁场(如3.0T)下磁敏感伪影加剧，相位方向图像变形严重，对前列腺局灶小肿瘤无法做出准确诊断。分段读出平面回波成像(readout-segmented echo-planar imaging,RS-EPI)是一种新序列，在头颈及乳腺的运用中展现了短的回波间隙，图像变形小，解剖细节显示清楚[3]。RS-EPI在前列腺肿瘤的诊断及鉴别诊断中尚未见报道，本文旨在初步探讨RS-EPI序列在前列腺肿瘤诊断中的应用价值。

材料与方法

1.病例资料

回顾性分析2013年8月-2013年12月间在本院行前列腺3.0T MR SS-EPI和RS-EPI序列检查并经穿刺活检证实为前列腺肿瘤的34例患者的病例资料。前列腺肿瘤患者纳入标准：①临床资料齐全；②前列腺MR检查前未经过内分泌、放射治疗等非手术治疗；③MR检查在前列腺穿刺活检之前进行。34例患者年龄为22～79岁，平均(65.47±11.02)岁。实验室检查前列腺特异性抗原(prostate specific antigen，PSA)为1.668～1000.000 ng/ml，中位数100 ng/ml。

2.MR检查方法

采用Siemens Skyra 3.0T磁共振扫描仪行常规MR RS-EPI和SS-EPI检查。常规MRI用体线圈为射频发射线圈，以腹部相控阵线圈为接收线圈。扫描前充盈膀胱，患者取仰卧位，扫描中心至耻骨联合上方2.0 cm处。前列腺局部行横轴面、矢状面和冠状面快速自旋回波TSE T2WI扫描，扫描参数：TR 6500 ms，TE 104 ms，层厚3 mm，层距0 mm，视野180 mm×180 mm，激励次数2，矩阵384×307。薄层T1WI扫描参数：TR 750 ms，TE 13 ms，层厚3 mm，层距0 mm，视野300 mm×356 mm，平均次数1，矩阵320×380。RS-EPI扫描参数：TR 4800 ms，TE1=59 ms，TE2=95 ms，视野260 mm×185 mm，矩阵176×176，层厚3 mm，层间距0 mm，分段读出次数13，回波间隙0.30 ms。SS-EPI扫描参数：TR 4500 ms，TE 85 ms，视野260 mm×185 mm，矩阵90×90，层厚3 mm，层间距0 mm，回波间隙0.30 ms。DWI扫描b值(扩散敏感系数)均采用800 s/mm2。

3.图像分析

主观评价：由两位放射科医师在图像存储与运输系统(picture archiving and communication system，PACS)系统进行独立评分(由第三位影像科医师负责将序列选出)，阅片医师不知道患者的临床信息及扫描序列。采用5分法对病灶显示清晰程度、几何变形、空间分辨力及诊断信心进行评价[4]。①病灶显示清晰程度：1分，病灶不可见；2分，病灶模糊可见；3分，病灶可见，边界模糊；4分，病灶较清晰；5分，病灶清晰。②图像变形评分标准：以T2WI图像为参照标准，观察直肠前列腺边缘是否变形、出现高信号亮线等。1分，直肠不能辨认；2分，直肠形态不清，辨认困难；3分，直肠可以辨认；4分，直肠前列腺轻微变形；5分，直肠前列腺没有变形。③空间分辨力评分标准：观察股骨头、骨小梁、臀大肌、闭孔内肌肌纤维束、脂肪间隙、精囊等结构细节并给出综合评分。1分，结构不能辨认；2分，结构模糊，辨别困难；3分，结构显示欠清，但可辨认；4分，结构显示尚可；5分，结构显示清晰。④诊断信心评分标准：1分，病变不能诊断；2分，病变诊断困难；3分，病变尚可诊断；4分，病变可诊断；5分，病变清晰诊断。每位放射科医生综合四项指标，评估最佳序列。

客观评价：MR图像的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)、对比度(contrast，C)、对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)由第三位影像科医生使用Siemens专业影像工作站进行分析，手动选取ROI，测量肿瘤组织、闭孔内肌、图像背景内各区域的MRI信号强度，选择ROI时注意避免坏死区域(大小为0.33～0.96 cm2)。选择图像均匀及图像背景内信号均匀的区域测量噪声强度。按下列公式计算SNR、CNR及C。

其中SIROI是b值=800 mm2/s的DWI图像中病变区域的信号强度，SImuscle是闭孔内肌的信号强度，SDnoise为各图像背景(即空气)信号强度的标准差。

4.统计学分析

采用SPSS 19.0统计软件进行统计学分析，采用Kappa一致性检验分析两位观察者之间的一致性。当数据不满足正态分布且方差不齐时采用秩和检验，满足正态分布且方差齐时采用t检验。RS-EPI组的MRI评分与SS-EPI评分进行两两比较秩和检验，SNR、对比度、CNR比较采用配对样本t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

结果

1.影像质量主观评分比较

RS-EPI序列中，病灶显示清晰程度(κ=0.649，P<0.001)、图像变形(κ=0.599，P<0.001)、空间分辨力(κ=0.768，P<0.001)、诊断信心(κ=0.622，P<0.001)等方面两位医师的评分具有良好的一致性。SS-EPI序列中，病灶显示清晰程度(κ=0.587，P<0.001)、图像变形(κ=0.554，P<0.001)、空间分辨力(κ=0.640，P<0.001)、诊断信心(κ=0.597，P<0.001)等方面两位医师的评分具有良好的一致性。两位观察者取得了中等或较好的一致性。

两位观察者对于34例前列腺肿瘤患者的图像质量评分取均值，RS-EPI和SS-EPI对病灶显示清晰程度分别为4.56和3.85分，几何变形分别为4.34和3.28分，空间分辨力分别为4.41和2.84分，诊断信心分别为4.34和3.74分。两组之间图像质量主观评分4个指标间差异均有统计学意义(Z值分别为-3.282、-4.804、-5.157、-3.510，P值均<0.001)。

图1 在体实验参数相同情况下获得的RS-EPI和SS-EPI图像，RS-EPI图像变形小，空间分辨力明显高于SS-EPI。a) RS-EPI图像；b) SS-EPI图像。

2.两组SNR、CNR、对比度的比较

RS-EPI和SS-EPI组的SNR、对比度、CNR分别为173.49±66.79和234.78±85.53；6.29±1.69和7.23±1.85；144.98±57.21和202.13±78.59。两组间SNR、对比度、CNR差异均有统计学意义(t值分别为-4.030、-4.379、-4.289，P值均<0.001)。

RS-EPI在减少图像变形方面优于SS-EPI(Z=-4.804，P<0.001)，34例患者中3例SS-EPI平均评分与RS-EPI等同，1例高于RS-EPI评分。RS-EPI的空间分辨力也高于SS-EPI(Z=-5.157,P<0.001)。SS-EPI图像的SNR、对比度、CNR较RS-EPI序列有优势(图1～4)，RS-EPI组较SS-EPI组SNR降低26.11%，对比度降低14.94%，CNR降低39.42%。然而，RS-EPI在评价病灶显示清晰程度(Z=-3.282，P<0.001)、诊断信心(Z=-3.51，P<0.001)方面优于SS-EPI。综合各项指标考虑，病例观察者1认为88.24% (30/34)的患者更适合采用RS-EPI序列，病例观察者2认为85.29%(29/34)的患者更适合采用RS-EPI序列。

图2 男，74岁，前列腺增生经尿道前列腺电切术后前列腺右侧外周带前列腺肿瘤。a) 横轴面T2WI示右侧外周带低信号(箭)；b) RS-EPI图像示右侧外周带弥散受限呈高信号，边界清楚(箭)，前列腺变形程度小，直肠黏膜清晰可见；c) SS-EPI图像示右侧外周带弥散受限呈高信号，边界不清楚(箭)，图像质量明显明显低于SS-EPI；d)穿刺活检标本镜下显示前列腺癌组织(×200，HE)。

讨论

目前临床常规使用的DWI序列是SS-EPI，优点是对比度好，成像速度快，缺点是图像分辨力低，解剖结构细节显示不清，图像变形明显，尤其在高场强和高b值时[5]，不同组织交界面的磁化率差异很大，如直肠与前列腺交界处(70%的前列腺癌发生于前列腺外周带)，导致局部出现图像变形和信号缺失，边缘部分出现异常高信号亮线，解剖部位显示不清，发生在这些部位的微小病变就容易被磁敏感伪影掩盖。这些不足在一定程度上限制了DWI在前列腺癌微小病灶检出的应用，而Porter等[6]提出的RS-EPI序列，它包括一个用于采样标准读出分段EPI数据的成像回波和一个2D导航回波，这种方法在读出方向上使用数个串联的节段，这些节段使得读出梯度脉冲的时间更短，从而减少了由磁敏感导致的畸变。RS-EPI同时支持全自动校准部分并行采集(generalized autocalibrating partially parallel acquisition，GRAPPA)技术，进一步减低了磁敏感伪影。

图3 男，74岁，前列腺肿瘤。a) T2WI示左侧移行带低信号结节(箭)；b) RS-EPI图像清晰显示左侧外周带及移行带癌灶呈高信号(箭); c) SS-EPI图像癌灶显示不清(箭)，前列腺边缘磁敏感伪影明显，出现尖角征象；d) 穿刺活检标本镜下显示前列腺癌组织(×200，HE)。图4 男，56岁，前列腺肿瘤。a) T2WI示左侧移行带结节状低信号(箭)；b) RS-EPI图像清晰显示前列腺移行带的癌灶结节(箭)，图像细节清楚；c) SS-EPI图像示前列腺变形明显，后缘磁敏感伪影严重，出现异常高信号亮线，无法辨别是癌灶还是伪影；d) 穿刺活检标本镜下显示前列腺癌组织(×200，HE)。

本研究结果证实，与SS-EPI相比，RS-EPI的病灶显示清晰程度、图像变形、图像分辨力、诊断信心均高于SS-EPI，提示RS-EPI组图像磁敏感伪影少，图像细节信息丰富，变形程度轻微，解剖细节显示清楚，能够提高医生的诊断信心，这与其他学者的研究结果相一致[4;7]。Bogner等曾经比较了RS-EPI与SS-EPI在乳腺中的应用，认为RS-EPI能够明显提高图像质量，与SS-EPI相比，RS-EPI鉴别乳腺良恶性肿块的准确率更高。相关学者尝试将RS-EPI应用于颅底疾病的诊断，结果发现RS-EPI在减小图像变形、病灶显示清晰程度、提高空间分辨力等方面优势明显，明显提高了医师的诊断信心。RS-EPI明显降低了图像的磁敏感伪影，提高了图像分辨力，为高场强、高分辨力成像提供了可能性[8，9]。

本组结果显示RS-EPI的SNR稍低于SS-EPI，这与其他学者的报道相一致[10]，这可能与RS-EPI序列明显增高了空间分辨力有关[11]，SS-EPI序列图像体素大，信躁比高。本组结果显示，RS-EPI序列的对比度和CNR稍低于SS-EPI序列，对于图像质量，良好的对比度和CNR是非常重要的，因为有价值的图像必须在癌灶与周围正常组织之间表现出足够的对比度。然而，对于前列腺肿瘤而言，常常因为直肠前列腺交界处的磁敏感伪影而掩盖病灶,特别是较小的病灶，RS-EPI图像对病灶细微结构的分辨能力及减少变形能力对病灶的检出意义更大。本研究中，综合各项指标考虑，病例观察者1认为88.24%(30/34)的患者更适合采用RS-EPI序列，病例观察者2认为85.29%(29/34)的患者更适合采用RS-EPI序列。

综上所述，RS-EPI序列作为一种新的扩散加权成像方式，明显提高了图像质量，对前列腺微小癌灶的检出具有很大的应用潜能，未来需要更大样本的深入研究，必将使得RS-EPI序列的临床应用更广泛。RS-EPI与SS-EPI序列相比具有图像变形小、解剖细节显示清楚的优势，提高了放射科医生的诊断信心，特别是当病灶较小或直肠内气体干扰前列腺而变形明显时，RS-EPI是传统SS-EPI的一种重要补充序列。

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Clinicalapplicationvalueofreadout-segmentedecho-plannarimagingsequenceinprostatetumorswithdiffusionweightedimaging

MIN Xiang-de,WANG Liang,FENG Zhao-yan,et al.

Department of Radiology,Tongji Hospital,Tongji Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430030，P.R.China

Objective：To compare the clinical utility of readout-segmented echo-planar imaging (RS-EPI) with single-shot echo-planar imaging (SS-EPI) and explore the value of RS-EPI in the diagnosis of prostatic neoplasms.MethodsRS-EPI and SS-EPI diffusion weighted images of prostatic neoplasm patients were obtained using 3.0T MR before ultrasound guided systemic biopsy.Two radiologists,unaware of the clinical data and sequences,retrospectively and independently interpreted MR images,which consisted of lesion conspicuity,distortion,resolution,and diagnostic confidence,and these were graded using a 5-point Likert scale.Signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratio (CNR) calculations were made by a third radiologist.ResultsThere was good reader agreement in the scores,RS-EPI sequence: lesion conspicuity (κ=0.649,P<0.001),distortion (κ=0.599,P<0.001),resolution (κ=0.768,P<0.001) and diagnostic confidence (κ=0.622,P<0.001).SS-EPI sequence:lesion conspicuity (κ=0.587,P<0.001),distortion (κ=0.554,P<0.001),resolution (κ=0.640,P<0.001) and diagnostic confidence (κ=0.597,P<0.001).The mean scores for SS-EPI and RS-EPI were as follows:lesion conspicuity 4.56 and 3.85,distortion 4.34 and 3.28,resolution 4.41 and 2.84 and diagnostic confidence 4.34 and 3.74.The SNR,C,CNR for RS-EPI were lower than those for SS-EPI.SNR:173.49 and 234.78,C:6.29 and 7.23,CNR:144.98 and 202.13.ConclusionRS-EPI DWI images show improved image quality as compared to SS-EPI for producing high-resolution DWI which favours the manifestation of prostate neoplasms.

Prostate neoplasms; Diffusion weighted imaging; Magnetic resonance imaging

430030 武汉，华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科(闵祥德、王良、冯朝燕、李亮、蔡杰、邓明、胡道予)，泌尿外科(胡志全、叶章群)

闵祥德(1988-)，男，山东淄博人，硕士研究生，主要从事MRI与分子影像学研究工作。

王良，E-mail：wangliang2001@gmail.com

R737.25; R445.2

A

1000-0313(2014)05-0491-05

2014-03-14

2014-04-21)