磁共振时间分辨交叉随机轨迹与容积内插体部检查联合序列在肝脏磁共振动态增强中的应用价值

2019-03-07李华兵

中国医学装备 2019年2期

曾伟李华兵

肝脏占位性病变是我国常见疾病之一，由于其恶性病灶发生隐匿、生长迅速、转移率高且生存率低，多数患者发现时已经是中晚期，失去了手术的机会[1-2]。因此，在肝脏占位性病变中早期检出病灶，并判断病变性质是选择治疗方案的关键[3]。

在肝脏磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)检查中，动态增强MRI能够反映病灶的形态学及血流动力学特点，是肝脏磁共振检查中最重要的组成部分。而动脉相是MRI动态成像首过时相，且必不可少，对于如肝细胞癌和肝血管瘤等腹部占位病变性质的鉴别诊断非常重要。然而，在临床应用中经常遇见未能很好屏气而不能配合检查的患者，并且近年来有多篇文献报道，注射钆塞酸二钠后患者出现急性短暂性呼吸困难(transient severe motion，TSM)，引起腹部的呼吸运动伪影，影响肝脏动脉期图像的采集[4-5]。在临床工作中，发现部分患者肝脏动脉期图像因为上述的各种原因产生了明显的呼吸伪影，导致病变在肝脏动脉期显示不清晰，从而影响病变的诊断。

时间分辨交叉随机轨迹(time-resolved imaging with interleaved stochastic trajectories，TWIST)成像作为部分K空间采集技术的一种，非常适合于进一步提高肝脏动态增强序列的时间分辨率，部分K空间技术通过减少K空间采样点来减少采集时间。Michealy等[6]将其用于上腹部动态增强扫描，FA使用CAIPRINHA4，实现了空间分辨率1.2 mm×1.2 mm、2 mm×3 mm以及时间分辨率2.1 s的超快速高空间分辨率腹部动态增强扫描。空间分辨率(1.2 mm×1.2 mm×1.2 mm)全肝范围容积数据采集，同时获得5期肝动脉期影像。

本研究使用TWIST与容积内插体部检查(volume interpolated body examination，VIBE)联合序列和普通VIBE序列(TWIST-VIBE)分别对肝占位病变患者进行扫描，比较两种扫描方案，并对两种序列产生的呼吸运动伪影状况进行评分，比较两种扫描方案各对应期的呼吸运动伪影，旨在寻求获得减少动脉期呼吸伪影、提高图像质量的扫描方案。

1 材料与方法

1.1 病例资料

回顾筛选出2016年7月至2017年2月期间湘雅二医院收治的86例肝脏占位患者MRI检查资料，依据所用对比剂的不同，将使用钆塞酸二钠(Gd-EOB-DTPA)的患者纳入Gd-EOB-DTPA组(38例)，使用钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)的患者为Gd-DTPA组(48例)。Gd-EOB-DTPA组中男性31例，女性7例；年龄21～79岁，平均年龄(54±13)岁；其中肝细胞癌20例，消化道转移瘤6例，血管瘤4例，局灶性结节增生3例，胆管细胞癌2例，乳腺癌转移瘤2例。Gd-DTPA组中男性38例，女性10例；年龄19～81岁，平均年龄(56±16)岁；其中肝细胞癌24例，消化道转移瘤8例，血管瘤6例，局灶性结节增生2例，胆管细胞癌4例，乳腺癌转移瘤4例。本研究经过机构审查委员会批准，所有患者均知情同意，并签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①经B超或CT诊断为肝脏占位病变；②在呼吸训练时患者均因年龄、病情等原因在VIBE平扫期发现屏气困难，并不能连续屏气超过10 s。

(2)排除标准：①有严重心脏、肺疾患；②检查近期有呼吸系统疾患、胸腹水等导致患者呼吸困难的疾病；③既往有焦虑病史；④检查过程中发生过敏反应。

1.3 仪器设备

采用Skyra 3.0 T超导型MRI扫描仪(德国Siemens)，32通道体部相控阵线圈。

1.4 扫描方法

(1)扫描前对患者进行呼吸训练，两种对比剂的扫描方案一致。均先行常规冠面抑脂T2WI、轴面双回波T1WI、抑脂T2WI、弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)，VIBE以及TWIST-VIBE(5个子期)、增强后TIWST-VIBE动脉期(5个子期)、门静脉期以及延时期。每期均在单个屏气期间(指从吸气-屏气-呼气过程)扫描完成，屏气持续时间为15～20 s。5个子期是在单个屏气期间获得5个完整的不同时间点的动脉期像。整个扫描过程均由经过严格培训的MRI技师按照方案完成扫描。

(2)VIBE扫描方案。重复时间(repetition time，TR)为3.93 ms，回波时间(echo time，TE)为1.89 ms，矩阵为81.3，视野(field of view，FOV)为308 mm×380 mm，基本分辨率320 mm3，空间分辨率1.2 mm×1.2 mm×3 mm，反转角9°，并行采集方式GRAPPA 2，扫描层数为64～72，扫描时间为14～17 s，激励次数1次，呼吸方式为屏气；对比剂注射方案的剂量为0.1 mmol/kg，注射流率为10 ml/s(高压注射器)，20 ml生理盐水冲洗。

(3)TWIST-VIBE扫描方案。TR为3.97 ms，TE为1.23 ms，矩阵为81.3，FOV为332 mm×400 mm，基本分辨率为280 mm3，空间分辨率为1.2 mm×1.2 mm×3 mm，时间分辨率为2.63 s，反转角12°，并行采集方式CAIPIRINHA 4，扫描层数为64～72，扫描时间为14～17 s，激励次数1次，呼吸方式为屏气；对比剂注射方案的剂量为10 ml，注射流率为1.5 ml/s(手推)。

1.5 图像质量评估

(1)为保证盲法评估的客观性，由一位医师将两组86例患者的增强前VIBE序列图像和TWIST-VIBE序列图像，将TWIST-VIBE序列获得的5期图像分为A1期、A2期、A3期、A4期和A5期的5个子期，增强前平扫期(5个子期)、动脉期(5个子期)、门静脉期以及延时期上传至工作站，再由另外2位有5年以上MRI工作经验的医师在不知对比剂情况下对图像进行评价，取得一致意见后给予最后评分。

(2)根据呼吸伪影的严重程度将图像分为5个等级[7-8]：①1分，无呼吸伪影；②2分，轻度呼吸伪影，基本不影响诊断；③3分，中度呼吸伪影，对诊断有一定影响；④4分，重度呼吸伪影，伪影明显，但图像尚可用于诊断；⑤5分，严重呼吸伪影，图像无法用于诊断。评分≥3分的图像呼吸伪影影响疾病的诊断，定义为中重度呼吸伪影；评分＜3分的图像呼吸伪影不影响疾病的诊断，定义为轻度和(或)无呼吸伪影。

1.6 统计学方法

采用SPSS 17.0软件包对数据进行统计学分析，两种VIBE序列扫描方案各期伪影分值采用均数(x-±s)表示，两种VIBE序列扫描方案各对应扫描期别之间伪影比较采用非参数Wilcoxon秩和检验，两种VIBE序列动脉期中重度伪影之间的比较采用配对McNemar卡方检验，呼吸伪影的影响因素行单因素方差分析及独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组增强前VIBE与TWIST-VIBE序列呼吸运动分值比较

(1)Gd-EOB-DTPA组TWIST-VIBE序列的呼吸运动伪影分值分别为：A1期(1.07±0.26)分，A2期(1.21±0.42)分，A3期(1.35±0.49)分，A4期(1.57±0.64)分，A5期(1.64±0.84)分；VIBE序列的呼吸运动分值为(1.21±0.42)分，结果显示TWISTVIBE序列组间比较或分别与VIBE序列比较，呼吸伪影分值差异无统计学意义，见表1。

(2)Gd-DTPA组TWIST-VIBE序列的呼吸运动伪影分值分别为：A1期(1.18±0.42)分，A2期(1.54±0.51)分，A3期(1.64±0.92)分，A4期(1.76±0.64)分，A5期(1.95±0.65)分；VIBE序列的呼吸运动分值为(1.74±0.92)分，TWIST-VIBE序列组间比较A1期与A5期比较呼吸伪影分值差异有统计学意义(t=6.973，P＜0.05)；与TWIST-VIBE序列组间比较或分别与VIBE序列比较的呼吸运动伪影分值相比差异无统计学意义，见表2。

2.2 两种对比剂TWIST-VIBE扫序列增强前后各期呼吸运动分值比较

Gd-EOB-DTPA组增强前后5期的呼吸运动伪影分值除动脉A1期和动脉A2期两期的呼吸运动伪影分值无明显差异外，动脉A3期、动脉A4期及动脉A5期增强前的呼吸运动伪影分值均明显低于增强后呼吸运动伪影分值，差异有统计学意义(t=29.190，t=20.819，t=11.853；P＜0.05)。GD-DTPA组增强前后动脉A5期呼吸运动伪影分值相差比较大，差异有统计学意义(t=21.140，P＜0.05)，其余4期差异无统计学意义，见表3。

2.3 两组增强后TWIST-VIBE序列扫描方案动脉期呼吸运动分值的统计

(1)在TWIST-VIBE序列扫描中使用Gd-EOBDTPA组和Gd-DTPA组增强后动脉A1期和动脉A2期的呼吸运动伪影分值均低于动脉A3期、动脉A4及动脉A5，且呼吸运动伪影分值与另三期有明显差异。从表2可以看出随着注入对比剂后的时间推移，运动伪影的出现也逐渐加大，以A4期动脉为最高峰，到A5期可见下降。A4期呼吸运动分值≥3的有24例，高于所有其他4期。而动脉A1期和A2期呼吸伪影分值均低于其他3期，分值均≤2。动脉A4期与其他4期呼吸运动分值有明显差异(如图1所示)。

表1 Gd-EOB-DTPA组增强前VIBE序列与TWIST-VIBE序列的呼吸运动分值比较

表2 Gd-DTPA组增强前VIBE序列与TWIST-VIBE序列的呼吸运动分值比较

表3 两种对比剂TWIST-VIBE序列增强前后各期呼吸运动伪影分值比较

图1 两组增强后TWIST-VIBE序列扫描动脉期呼吸分值统计柱状图

(2)Gd-DTPA组评分≥3分的图像主要出现在动脉A4和A5期，其中动脉A5期为最高，高于所有其他子期，主要是由屏气不足造成(如图2所示)。

图2 Gd-EOB-DTPA组增强后5期图像

(3)Gd-EOB-DTPA组评分≥3分的图像主要出现在动脉A3和A4期，其中动脉A4期为最高，高于所有其他子期(如图3所示)。

图3 Gd-DTPA组增强后5期图像

3 讨论

目前对MRI的肝脏占位病灶而言，对于病变的定性价值仍然主要依靠动脉期、门脉期及延迟期的影像学表现，尤其是在肝硬化患者中，“快进快出”的肝癌影像诊断标准已成为国内外广泛认可的肝癌临床诊断标准[9-11]。动脉期是MR动态成像首过时相，对于如肝细胞癌和肝血管瘤等腹部占位病变性质的鉴别诊断非常重要。因此，保证增强扫描中动脉期的图像质量对于提高肝脏占位疾病诊断价值至关重要。

肝脏动态增强动脉期图像有时依然存在一些问题，最常见也是非常重要的问题是易受到腹部呼吸运动的影响而产生伪影。造成呼吸运动伪影的原因是多方面的，主要是受患者年龄和病情的一些影响，如患有较严重心脏、肺疾病的患者产生的呼吸系统疾患、胸腹水等，这些症状都会导致患者感到呼吸困难而难以长时间的屏气，而动脉期注射时间很短(10 s左右)，普通的MR序列动脉期扫描时间为15 s左右，所以要准确抓住动脉期较为困难。此外，由于肝胆特异性对比剂Gd-EOB-DTPA作为一种肝脏特异性磁共振对比剂，其具有可以被肝细胞特异性吸收的特点，与临床上常用的磁共振对比剂轧喷酸葡胺有许多不同之处，不仅能增加肝脏小病灶的发现率，而且能在长时间的静脉期里观察病灶[12-13]。本研究使用Gd-EOBDTPA在肝脏占位病变的动态增强扫描中发现，Gd-EOB-DTPA对比剂在动脉期会有TSM的出现而导致呼吸运动伪影在动脉期出现，发生的原因目前并不清楚，这与最近多篇文献报道相符[14-16]。为此，如果采用普通的只有一期动脉期的VIBE序列就难以获得好的动脉期图像。

对肝脏占位病变的MRI检查，增强扫描的关键点及难点在于能否准确捕捉肝脏的动脉各期图像，因此不同MRI设备厂商均开发了不同动态增强技术方案来获得更好的动态图像，都是在单个呼吸获得多期的图像[17]。目前常运用的“Fluoroscopictriggering”技术、“Smart-Prep”技术和“动脉双期”等扫描序列的主要目的之一就在于准确捕捉肝脏动脉晚期图像。

本研究使用的是TWIST-VIBE序列，该序列使用鸡尾酒技术(可控制混淆的更高的加速并行采集技术)低采样，结合TWIST视野共享的随机轨迹时间分辨率算法和DIXON水脂分离技术的容积内插屏气检查VIBE，极大提高替补动态增强成像的时间及空间分辨率，实现最快2.1 s一期的超快肝灌注成像，Asham[18]等在肝脏进行了应用研究。本研究使用的时间分辨率为2.63 s。TWIST-VIBE序列可以在一个屏气即18～21 s左右的时间在肝动脉期获得了5个时间段的动脉期图像，能清晰的观察和检测到肝局部占位病变在动脉期的显示情况。

本研究发现，Gd-DTPA组增强前的VIBE序列呼吸运动伪影分值高于TWIST-VIBE序列，VIBE序列的运动伪影的来源主要是患者不能长时间屏气所造成，虽然TWIST-VIBE序列也受到同样的影响，但其能在同样的时间内采集到5期的数据。对于研究中使用Gd-EOB-DTPA组增强前后的呼吸运动伪影分值有显著的差异。在增强前只要患者能配合屏气的情况下几乎无运动伪影的出现，少量的也主要出现在A5期。分析其主要原因是由屏气不能持久而造成，在对增强后的动脉5个子期发现呼吸运动伪影主要出现在动脉A3和A4期，两组的呼吸运动分值分别为(2.62±0.90)和(3.33±0.82)，与其他3期有明显差异。本研究显示，Gd-EOB-DTPA组的呼吸伪影主要是由于受到TSM的影响，呼吸伪影随着对比剂的注入时间而发生，且伪影的程度也与时间的发展相关。同时在Haradome等[19]、Bashir等[8]及Feng等[20]的研究也报道了在动脉期发生呼吸运动伪影的概率和现象。

本研究中对两种对比剂在增强后的TWIST-VIBE序列的动脉期的5个子期的图像进行了统计发现，呼吸运动分值最高出现在A4期，从呼吸波观测中可以同时观察到患者这个时段的呼吸紊乱，不能配合屏气。而使用Gd-EOB-DTPA对比剂组动脉期5期的呼吸运动分值从动脉A3期开始突然增高，动脉A4期达到最高值，动脉A5期开始下降，静脉期恢复正常。从中可以清楚的观察到受到TSM的影响主要在动脉期的A3期和A4期。虽然两种对比剂的动脉A4期的图像＞3分，达到中度伪影以上，但动脉A1期、A2期及A5期均获得能达到诊断要求的图像。因此本研究采用TWIST-VIBE的5期技术不仅在患者不能配合屏气和在Gd-EOB-DTPA对比剂带来的TSM影响的情况下依然可以获得多期符合诊断要求的优质图像。Kazmierczak等[21]的研究表明，TWIST序列总是能提供一期能够适用于诊断的动脉期图像。本研究也证实这个观点，在研究中所有的不能配合屏气的患者和受到TSM影响的患者，对其使用TWIST-VIBE进行动脉期的采集，除了受影响小的两期动脉早期外至少能获得一期呼吸运动评分≤3的图像，完全能够通过这2～4期的动态图像满足诊断的要求。