自由呼吸与屏气弥散加权成像在腹部实性脏器运用的差异分析*

吴镭 赵林伟 陈少贤 杨国庆 付泉水 范小萍 胡纳 严高武

(1. 遂宁市中心医院放射科，四川 遂宁 629000；2. 南充市第五人民医院，四川 南充 637100)

弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)技术是一项以人体水分子的自由扩散(布朗运动)为基础的磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技术[1-2]，目前已广泛运用于人体各系统疾病的诊断、治疗及预后评价[3-5]。由于呼吸运动和脉搏的影响，腹部脏器的DWI检查容易产生运动伪影，从而导致图像的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)降低[6-7]。当前腹部DWI最常用的序列是屏气单次激发自旋回波平面回波(single-shot spin-echo echo-planar imaging，SE-EPI)序列[8]，该序列将并行采集和脂肪抑制技术联合运用，能够在缩短采集时间的同时覆盖较大的扫描范围[7]。但屏气DWI也存在缺点，如SNR降低、搏动伪影和磁化率伪影的出现率增加[6-7]。近年来，自由呼吸DWI技术开始运用于肝脏[6]，但其在腹部其他脏器(如胰腺、脾脏和肾脏等)的运用尚待进一步评价。本研究旨在从表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)和SNR的角度探讨自由呼吸(free-breathing，FB)与屏气(breath-hold，BH)DWI在腹部实性脏器运用中的差异。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本研究获得了本院伦理委员会的批准，所有受检者均签署了知情同意书。纳入标准：①2016年1月～2017年6月间于我院接受腹部MRI扫描的全部患者；②扫描范围至少包括肝脏、胰腺、脾脏和肾脏。排除标准：①肝脏疾病(肝炎，肝硬化，肝脏肿瘤等)；②胰腺疾病(急性或慢性胰腺炎、胰腺肿瘤等)；③脾脏疾病(脾肿大、脾脏肿瘤等)；④肾脏疾病(急性或慢性肾炎、肾肿瘤等)。共计纳入128名患者，包括男性72名，女性56名，年龄18～82岁，平均(49±26)岁。

1.2 扫描参数 扫描设备为1.5T超导磁共振扫描系统((Signa HDxt，GE Healthcare，USA)，线圈为8通道体部相控阵表面线圈。所有患者均需接受FB-DWI和BH-DWI序列共计2次扫描，加速因子均为2，扫描时间均为48秒，BH-DWI需屏气3次(3×16秒)。2个DWI序列的b值均为600s/mm2，扩散梯度场包括频率编码(frequency-encoding，x)、相位编码(phase-encoding，y)和层面选择(section-select，z)3个方向。具体参数为：TR=5400ms；TE=60ms；矩阵=128×128；扫描野=300mm×300mm；带宽=250kHz；层厚=6mm；层间距=1mm。

1.3 图像分析 将所有DWI图像导入后处理工作站(GE ADW 4.4)进行数据测量，指标为ADC值和SNR值，避开血管结构。数据由2名经验丰富的MRI诊断医师独立测量，取平均值作为最终值，分歧通过咨询第3名研究者解决。SNR的计算公式为[9]：SNR=SI(器官)÷SD(噪声)。SI(器官)测量(图1)：肝脏-右叶最大层面及邻近的2个层面分别放置1个圆形感兴趣区(region of interest，ROI)，取3者的平均值；胰腺-头部、体部及尾部显示最清晰的层面分别放置1个圆形ROI，取3者的平均值；脾脏-最大层面及邻近的2个层面分别放置1个圆形ROI，取3者的平均值；肾脏-双肾上极、中部及下极肾皮质分别放置1个圆形ROI，取3者的平均值。ADC值的测量方法与器官信号强度的测量方法相似(图2)。SD(噪声)测量：肝脏、胰腺、脾脏、左肾和右肾显示最清晰层面背景信号强度值的标准差(SD)。

图1两种加权成像测量正常肝脏ADC值的SNR，FB-DWI(左)与BH-DWI(右)测量正常肝脏ADC值的SNR分别为75.8、36.2(b=600s/mm2)

Figure1ADCvalueofanormallivermeasuredbytheFB-DWI(left)andBH-DWI(right)technologies(b=600s/mm2),withtheSNRswere75.8and36.2,respectively

注：A.FB-DWI为75.8;B.BH-DWI为36.2

图2与图1为同一患者，FB-DWI(左)与BH-DWI(右)测量正常肝脏的ADC值分别为1.42×10-3mm2/s、1.58×10-3mm2/s(b=600s/mm2)

Figure2ThesamepatientasshowninFigure1,theADCvalueofthispatient'sliverweremeasuredbytheFB-DWI(left)andBH-DWI(right)technologies(b=600s/mm2andtheADCswere1.42×10-3mm2/sand1.58×10-3mm2/s,respectively

注：A.FB-DWI为1.42×10-3mm2/S,B.BH-DWI为1.58×10-3mm2/S;与图1为同一患者

1.4 统计学分析 采用SPSS 21.0软件进行，随机选取20名研究对象，由2名研究者独立测量其肝脏的ADC值(FB-DWI序列)，采用Bland-Altman检验评价观察者间一致性[10]。FB-DWI和BH-DWI图像所测ADC值和SNR值的比较分别采用Wilcoxon符号秩和检验，P<0.05为差异具有统计意义。

2 结果

2.1 ADC值的比较 FB-DWI与BH-DWI测量肝脏、胰腺、脾脏、左肾和右肾的ADC值比较，差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

2.2 SNR值的比较 FB-DWI与BH-DWI测量肘脏、胰腺、脾脏、左肾和右肾的SNA值比较，差异有统计意义, FB-DWI较BH-DWI的SNR值高(P<0.001)，见表1。

表1 FB-DWI与BH-DWI技术在腹部实性脏器运用的对比研究Table 1 Comparison of FB-DWI与BH-DWI technologies for solid organs in the abdome

2.3 观察者间一致性评价 以肝脏为例，观察者间一致性评价的散点图见图3，FB-DWI序列测量肝脏正常ADC值在不同研究者之间具有较高的可重复性。

图3 Bland-Altman检验评价观察者间一致性(肝脏)

Figure3Inter-observeragreementsevaluatedwithBland-Altmantest(liver)

3 讨论

DWI序列目前正日益广泛地运用于人体腹部疾病的诊断、治疗及预后评价[11-13]。文献报道，ADC值的测定可用于肝细胞肝癌和周围型胆管细胞癌的鉴别诊断，当ADC值以0.94×10-3mm2/s为临界值时，其鉴别诊断肝细胞肝癌和周围型胆管细胞癌的敏感性、特异性分别为85%、70%[11]；联合应用DWI和钆塞酸二钠(Gd-EOB-DTPA)增强MRI技术还能有效评估肝癌患者在实施经导管肝动脉化学栓塞(transcatheter arterial chemoembolization，TACE)术后病灶的存活和坏死情况，早期监测出复发灶、转移灶以及新发病灶，为治疗方案的选择提供指导[12]。

本研究结果表明，FB-DWI不仅对腹部实性脏器ADC值的测量无影响，而且能降低图像噪声和提高信噪比。本研究的结果与国内史卓等[6,9]和王海屹等[13]的研究结果一致。史卓等[6]通过比较肝脏在3种呼吸方式(呼吸触发、屏气和自由呼吸)下DWI成像ADC值的差异后提出，BH-DWI所测得的正常肝脏实质的ADC值较呼吸触发和FB-DWI偏低，且可重复性较差，建议用呼吸触发或自由呼吸技术进行肝实质ADC值的测量；王海屹等[13]通过比较肾脏病变在FB-DWI与BH-DWI成像后ADC值和图像质量方面的差异后提出，FB-DWI适用于肾脏病变的评价，特别是屏气困难者，而且ADC值与BH-DWI一致性良好。上述研究评价的是FB-DWI与BH-DWI技术在单个腹部实性脏器(肝脏或肾脏)运用中的差异，而本研究评价的是在多个腹部实性脏器(肝脏、胰腺、脾脏和肾脏)运用中的差异。

单次激发BH-SE-EPI被认为是DWI成像最迅速的序列，但其噪声较大，为了克服噪声的问题，检查者需增加层厚(如6～8mm)，由此导致小病变的漏诊率增加[14]；而FB-DWI的SNR更高，可以采用薄层扫描以降低小病变的漏诊率[15]。Baltzerd等[14]报道认为，FB-DWI在肝脏局灶性病变(如肝转移瘤)的检出方面优于BH-DWI。对于屏气困难或屏气不佳的患者，BH-DWI通常难以实现。

本研究中测得的肝脏、脾脏和肾脏的ADC值与报道相似，而正常胰腺的ADC值大于本测量结果[16]；肝脏、胰腺、脾脏和肾脏的ADC值亦大于与史卓等[9]的测量结果。笔者认为，导致差异的主要原因是b值的选择不同。本研究选取的b值为600s/mm2，而史卓等[9]和Kili kesmez等[16]选择的b值均为800s/mm2；Thomas等[17]采用b=800s/mm2评价急性胰腺炎和正常胰腺ADC值的差异时获得了与Kili kesmez等[16]相似的结果，其测得的正常胰腺的ADC值为(1.77±0.32)×10-3mm2/s。当前对腹部脏器进行DWI扫描时，关于恰当b值选择国内外尚未形成共识。虽然国内外的多项研究均采用了b=800s/mm2评价腹部实性脏器[9, 16-20]，但Wypych-Klunder等[18]却认为DWI序列评价肾脏的最佳b值为1000s/mm2。由于文献报道[21]SNR在较高b值时将会显著降低(如b=800、1000s/mm2或以上)，因此在评价FB-DWI与BH-DWI在腹部实性脏器运用中的差异时，本研究采用了较为适中的b值(b=600s/mm2)。另外，扫描参数(如TR、TE等)和成像设备的不同也可能导致不同研究所测得的ADC值存在差异[6, 9, 16-17]。

本研究的局限性：①本研究仅选择了一个b值(b=600 s/mm2)对腹部实性脏器进行评价，未设置更多的b值(如b=800、1000、1200等)，因此各腹部实性脏器在FB-DWI和与BH-DWI序列的不同b值下的ADC值和SNR值是否存在差异仍需进一步阐明；②本研究纳入的研究对象均为腹部正常实性脏器，未将患病人群(如各种良恶性病变)纳入，因此上述结果仍需进一步完善；③本研究未与呼吸门控DWI技术进行对比，因此尚不知FB-DWI与呼吸门控DWI在腹部实性脏器运用中的差异。

4 结论

与屏气DWI相比较，自由呼吸DWI技术不仅对腹部实性脏器ADC值的测量无影响，而且能降低图像噪声和提高信噪比，尤其适合屏气困难或屏气不佳的患者(如急性腹痛、急性胰腺炎等)。

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