基于心电门控技术的体素内不相干运动成像评价正常肝脏图像质量

艾 竹，韩绮嘉，梁健科，向之明

(广州市番禺区中心医院放射科，广东 广州 511400)

目前体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像技术越来越广泛应用于肝脏，尤其在肝脏疾病的定性及疗效评估中有重要价值[1-3]。获得高SNR及更加稳定的参数值已成为近年来肝脏IVIM成像的研究热点[4]。本研究旨在比较自由呼吸和心电门控两种不同技术对肝脏IVIM DWI的影响，以优化肝脏IVIM DWI技术，为临床肝脏病变的诊断及疗效评估提供更可靠的量化依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性收集2016年6—9月广州市番禺区中心医院符合纳入标准的20名中青年志愿者，男7名，女13名，年龄19～36岁，平均(24.1±3.0)岁。纳入标准：①无任何肝脏疾病；②近期(一般为6个月)无药物服用史；③无肝脏手术史及酒精滥用史；④无任何心脏疾病，心功能及心电图正常。排除标准：①有肝脏疾病史；②存在MR检查禁忌证(安装心脏起搏器、体内金属植入、幽闭恐惧症等)；③有严重心脏疾病，心功能或心电图其中一项异常者；④采集的图像伪影明显，无法进行图像分析。本研究经广州市番禺区中心医院伦理委员会批准，所有志愿者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Avanto超导1.5T MR仪。扫描前于胸骨左侧第3、5肋间隙及心尖搏动处贴专用电极片，并进行呼吸训练。安装心电门控及体部线圈，使用腹带固定呼吸探测器。根据右冠状动脉形态变化确定心脏相对静止期，以决定心电门控延迟时间。定位扫描后，行自由呼吸及心电门控IVIM DWI全肝扫描。采用单次激发平面回波序列，b值取0、50、100、150、300、600 s/mm2，TR 3 000 ms/330 ms，TE 74 ms/74 ms，FOV 400 mm×296 mm，矩阵128×128，并行采集方式(采集因子为2)，层厚5 mm，层间距1.6 mm。

1.3 图像分析 由2名高年资医师对图像进行评价，并达成一致意见。主观评分：4分，图像对比好，组织结构清晰可辨；3分，图像对比良好，组织结构或病灶有模糊影；2分，图像出现较多伪影，但不影响诊断；1分，图像伪影多，无法用于诊断。采用Image J软件，分别在肝左、右叶的中间连续3个层面，距肝表面1 cm均匀肝实质内放置3个面积为100 mm2的圆形ROI，避开肉眼可见的血管或胆管，获得ADC值、真扩散系数(true-diffusion coefficient, D)、假扩散系数(pseudo-diffusion coefficient, D*)及灌注分数(perfusion fraction, f)值。分别测量2组不同b值下肝脏及背景信号强度(SI肝、SD背景)，根据公式[4]SNR=SI肝/SD背景计算不同b值图像的SNR值。其中1名医师对所有数据均测量2次，间隔1周再测量2次。

2 结果

2.1 图像质量评分 不同b值下，心电门控序列的图像质量评分均高于自由呼吸图像，差异均有统计学意义(P均<0.01)，见表1和图1、2；心电门控序列图像肝左叶SNR值明显高于自由呼吸图像(P<0.01)，肝右叶间差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。

2.2 ADC、D、D*、f值的比较 与自由呼吸比较，采用心电门控技术时，肝左、右叶ADC值降低(P均<0.05)，肝左叶D、f值差异有统计学意义(P均<0.05)，肝右叶f值差异有统计学意义(P<0.05)；采用同种技术，肝左、右叶的ADC、D、f值差异有统计学意义(P均<0.05)，D*值差异无统计学意义(P>0.05)；见表3。

表1 2种技术不同b值下IVIM图像质量评分(±s,n=20)

表2 2种技术肝脏左、右叶不同b值下图像SNR比较(±s，n=20)

图1 自由呼吸时不同b值的肝脏IVIM图像 A～F.b值分别为0、50、100、150、300、600 s/mm2

图2 心电门控时不同b值的肝脏IVIM图像 A～F.b值分别为0、50、100、150、300、600 s/mm2

表3 2种技术肝脏IVIM图像中肝左、右叶各参数的比较(±s，n=20)

2.3 一致性分析 心电门控技术图像测量肝左、右叶ADC值一致性(7.10%、5.25%)好于自由呼吸图像(12.65%、7.60%)，测量肝左叶D、D*和f一致性好于自由呼吸图像，其中D值一致性最好(自由呼吸图像：肝左叶为42.65%、55.60%、52.80%，肝右叶为18.85%、52.75%、47.00%；心电门控图像：肝左叶为25.75%、54.75%、51.85%，肝右叶为20.10%、48.80%、49.05%)。

3 讨论

研究[5-6]表明，肝脏DWI中可采用多种技术减少呼吸、心脏搏动等生理因素对图像质量的影响。笔者曾在前期研究[7]中分析了不同呼吸补偿技术对肝实质ADC值可重复性的影响。在此基础上，本研究进一步探索自由呼吸和心电门控技术在肝脏IVIM DWI中的应用。

3.1 不同采集技术对肝脏IVIM DWI图像质量的影响 目前评价MR图像质量多采用SNR，SNR越大，图像越清晰，图像质量越好[8]。本研究结果显示，采用心电门控技术所得图像的主观评分高于采用自由呼吸技术图像(P<0.01)。采用心电门控技术所得图像肝左叶的SNR值在不同b值(b=0、50、100、150、600 s/mm2)下均大于采用自由呼吸图像(P均<0.01)，而采用两种技术所得肝右叶SNR值在不同b值时差异均无统计学意义(P均>0.05)。选择低b值成像时，图像接近于T2WI，无法观测到真正的扩散现象。随b值增大，图像的SNR明显下降。本研究根据右冠状动脉的形态变化确定心脏相对静止期，以此决定心电门控所需延迟时间，使得IVIM信号采集处于静止期，所得图像SNR高于采用自由呼吸技术，提示结合心脏运动周期采集的心电门控技术可减少心脏搏动对肝脏IVIM图像质量的影响，因肝左叶更靠近心脏，效果更为明显，与其他研究[9-10]结果一致。

3.2 不同技术对肝脏ADC、D、D*、f值的影响 本研究中，采用心电门控技术所得肝左、右叶的ADC值均低于采用自由呼吸技术；肝左、右叶相比较，肝左叶ADC值大于肝右叶(P<0.05)。采用心电门控技术所得肝左叶的D值大于采用自由呼吸技术，f值小于采用自由呼吸技术，肝右叶的f值小于采用自由呼吸技术(P均<0.05)。Mürtz等[10]认为使用脉搏触发技术后肝脏的ADC值小于未使用该技术的ADC值，提示该技术可在很大程度上降低心脏搏动及大血管搏动对DWI信号的影响，有利于减少图像伪影，提高图像质量和ADC值的准确性。刘再毅等[11]发现，在b值相同的情况下，肝左叶ADC值大于肝右叶，本研究结果与之相符。分析原因，笔者认为这是由于心脏搏动引起肝脏非刚性运动，导致一部分信号丢失，而肝左叶距离心脏最近，受心脏搏动影响更明显。陈世林等[12]认为，肝左叶毗邻心脏，采集IVIM数据时心脏搏动导致左肝组织失相位，从而导致测量值误差，因此肝左叶D、D*、f值均较肝右叶高，本组结果与之相悖，可能因D*值本身非常小，波动相对较大；IVIM参数除受前期扫描影响外，后期处理及拟合算法均会对其造成影响，在一定程度上导致测量不准确。

3.3 不同技术对各参数值一致性的影响 本研究中，采用心电门控技术测量肝脏左、右叶的ADC值一致性均好于采用自由呼吸技术，肝左叶的D、D*和f测量值的一致性均好于采用自由呼吸技术，提示根据冠状动脉形态变化选择心电门控技术可减少心脏搏动对肝左叶信号采集的影响，在一定程度上提高参数测量的可靠性。Lee等[13]研究发现，心电触发技术通过降低心脏运动引起的测量误差使各定量参数可重复性最好，其中D*的可重复性最差，本研究结果与之相符。目前关于心电门控影响IVIM参数值变化的研究相对较少，对D、D*、f值的大小变化尚无统一意见，有待进一步观察。但本研究表明采用心电门控后IVIM图像质量得到一定改善，所测参数值具有一定可靠性。

本研究的不足：纳入研究对象均为健康人，未对不同肝脏疾病进行分析评价；仅选择自由呼吸联合心电门控技术进行扫描，对于后者是否优于其他如呼气末屏气、膈肌导航及呼吸门控等呼吸补偿技术，尚需继续探索。

综上所述，行肝脏IVIM DWI时，采用心电门控技术可改善肝脏图像质量、提高图像SNR，获得相对可靠的参数值，尤其对于肝左叶，可在一定程度上降低心脏运动的影响，具有临床应用价值。