基于常规DWI和ZOOMit DWI技术对甲状腺图像质量的对比评估

何珍珍 周清清 余玉盛 东 强 段绍峰 张 宏

磁共振弥散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）因其在细胞水平上对水分子扩散非常敏感，有利于识别组织特征，在肿瘤的良恶性鉴别方面具有十分重要的价值[1]。然而，采用单次激发平面回波成像的临床常规全视野DWI技术[2]图像信噪比低，几何畸变较重，尤其在小器官的精细解剖结构及周围软组织显示方面应用受限[3]。ZOOMit DWI技术因其具有并行的射频脉冲序列[4]，在此基础上，通过对射频发射和梯度系统的精准控制，仅从感兴趣区域（region of interest，ROI）获取高信号，实现目标区域的选择性成像，因而可提供小器官的更多解剖细节[4-5]。本研究采用Prisma 3.0T MR的ZOOMit DWI技术对比常规DWI在甲状腺图像解剖结构形变率、信噪比及医师主观图像质量评分等方面的差异，旨在探讨ZOOMit DWI技术在甲状腺等小器官成像中的应用价值。

方 法

1. 临床资料

2019年1月-4月来我院就诊并行甲状腺MRI检查的患者连续入组，分别进行常规和ZOOMit DWI检查。纳入标准：①患者无MRI禁忌证、知情同意配合检查；②图像较清晰，甲状腺组织分辨良好；③无金属内固定或其他影响图像清晰度的体外异物。最终61名患者纳入本研究，其中男性34例，年龄 54±11.58岁，女性27例，年龄52.41±13.98岁。经超声、临床实验室检查确诊甲状腺结节20例，其中良性结节14例，甲状腺乳头状癌6例，甲状腺正常患者33例，甲状腺信号不均8例。

2. 仪器与方法

采用西门子Prisma 3.0T核磁共振扫描仪（Siemens Healthcare， Erlangen， Germany），对61名研究对象进行DIXON，T2WI，常规DWI，ZOOMit-DWI检 查。采 用64通 道 头 颈 联 合 线圈。扫描范围自甲状软骨上缘至胸廓入口水平。常 规DWI参 数： TR 4500ms， TE 84ms，视 野300mm×300mm，分辨率120×84，层厚3mm，层间距0.6mm，层数20层。DWI扫描扩散梯度b值为0 s/mm2激励次数1；b值为500s/mm2激励次数8；扫描时间为185秒。ZOOMit DWI参数：TR 4200ms，TE 74ms，视野190mm×81mm，分辨率80×70，层厚3mm，层间距0.6mm，层数20层。DWI扫描扩散梯度 b值为0 s/mm2激励次数1；b值为500s/mm2[2]激励次数8；扫描时间为164秒。

3. 图像分析

所有患者图像传至Syngo.via后处理工作站，由两名经验丰富的头颈部影像亚专科主治医师（分别具有10年和14年工作经验）分别对患者的甲状腺图像进行质量评分。图像质量采用5分法评估[3]。1分：图像质量差，不能诊断；2分：图像质量模糊，影响诊断；3分：图像质量较好，不影响诊断；4分：图像质量良好，部分解剖结构显示稍模糊；5分：像图质量优秀，解剖结构显示清晰。两名医师在双盲情况下分别阅片61名患者的T1WI、T2WI、常规DWI图像和ZOOMit DWI图像，分别记录各自的诊断结果。

4. 图像处理

将所有患者图像以DICOM格式保存并转换为NIFTI格式。以b=0 s/mm2的DWI图像为基准，定量分析常规DWI和ZOOMit DWI技术的b=500 s/mm2的DWI图 像 在 图 像 形 变（deformation，def）、信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）两方面的差异。首先采用开源SPM软件的deformation工具将常规DWI转换到ZOOMit DWI空间，调整至两种图像的FOV，分辨率相同。然后使用无参考图像的信噪比计算公式[6]计算b=500s/mm2DWI图像的信噪比，其公式为：

其中，Imgr为原始图像，Imgdn为高斯滤波后的图像，SNR值越大表明图像质量越高。高斯滤波使用SPM软件的smooth工具完成，半高宽为三个体素大小。

在DWI图像中，图像形变的主要来源是扩散梯度场，因此（无扩散梯度场）的图像 b=0s/mm2的DWI图像可以假设没有形变[7]。将b=500s/mm2的ZOOMit DWI图像向b=0s/mm2的图像配准，得到b值由500s/mm2变换到0的变形场，其中体素的原始空间坐标（xi , yi , zi）变换到新的空间(x′i , y′i , z′i)。我们定义def来衡量变形场改变的大小：

其中，N表示图像体素个数，def越大，配准的变形场越扭曲，说明图像变形越大。

5. 统计分析

使用SPSS软件（版本21，IBM，美国），进行统计分析。常规DWI和ZOOMit DWI序列两组间图像SNR、def计量资料经Kolmogorov-Smirnov正态性检验及方差齐性检验后，符合正态分布且方差齐采用均数±标准差表示，否则使用中位数（四分位）表示，组间差异采用配对Wilcoxon秩和检验。两名医师间主观评分可信度采用有序变量Kappa检验，0.6＜ Kappa值≤0.8为一致性好，可信度高，Kappa值＞0.8一致性优，可信度非常高。分别使用两名医师评分的平均分用于图像质量5分法评估，采用配对Mann-Whitney U检验对比分析。P＜0.05（双侧）为差异有统计学意义。

结 果

1. 常规DWI和ZOOMit DWI序列图像SNR比较

61例患者的甲状腺图像于ZOOMit DWI 序列显示较清晰，甲状腺解剖结构能清晰辨认，图像SNR较 高，中 位SNR为9.05（7.56，9.91）。此61例患者的甲状腺图像于常规DWI序列显示较模糊，解剖结构不能辨认，图像SNR较低，中位SNR为4.81（4.21，5.54）。经Wilcoxon秩和检验，差异具有统计学意义（P＜ 0.001）（图1A）。

2. 常规DWI和ZOOMit DWI序列图像def比较

61例患者的传统DWI图像与相应T2WI对比，平 均def为 3.14（2.35，5.31）mm，图 像 扭 曲、变形较大，与解剖结构相比较失真。然而，ZOOMitDWI序列的甲状腺图像与T2WI对比，平均def为2.53（1.89，3.38）mm，图像扭曲形变较小，与解剖结构相符，失真率小（图2），差异具有统计学意义（P= 0.037）（图1 B）。

表1 两名医师对61例患者甲状腺DWI和ZOOMit DWI图像质量评分及一致性检验

图1 A. 61例 患 者 的 常 规DWI与ZOOMit DWI图像平均SNR对比箱型图。ZOOMit DWI图像的平均SNR（9.05）明显高于常规DWI图像的平均SNR (4.81， P ＜0.001) 。B. 61例患者的常规DWI与ZOOMit DWI图像平均def对比箱型图，ZOOMit DWI图像的平均def（2.53）低于常规DWI图像的平均def (3.14， P=0.037) 。

图2 男，61岁，甲状腺结节患者。A、B. 常规DWI图像（A）与ZOOMit DWI图像（B）相比，ZOOMit DWI图像显示更清晰。C、D. 常规DWI图像矩阵图（C）与ZOOMit DWI图像矩阵图（D）相比，ZOOMit DWI矩阵图变形更小。

3. 两名医师对两组图像质量定性评分比较

两名医师对甲状腺的常规DWI和ZOOMit DWI图像质量评分一致性较好，可信度高（Kappa DWI=0.702，Kappa ZOOMit DWI=0.613）。61例患者的ZOOMit DWI序列图像质量总评分（平均231分）明显高于常规DWI图像质量总评分（平均127分）。每名患者的ZOOMit DWI序列图像质量评分（平均3.79）均高于常规DWI图像质量评分（平均2.08），经Mann-Whitney U检验，两名医师对两组间图像质量评分差异均具有显著统计学意义（P值均 ＜ 0.001），见表1。

讨 论

甲状腺是人体重要的具有内分泌功能的小器官。近年来，随着超声、CT、MRI等影像手段的不断进步，甲状腺微小良恶性结节的检出率逐年升高[8-9]。MRI检查因软组织分辨率高、扫描范围广、视野盲区较少，在甲状腺疾病的诊断上具有巨大潜力，尤其是磁共振DWI及表观弥散系数( apparent diffusion coefficient， ADC)，对早期甲状腺结节的良恶鉴别具有一定的价值[10]，但因甲状腺等小器官图像信噪比低，信号常不均匀而影响诊断。

本研究采用西门子ZOOMit DWI技术解决常规DWI序列对甲状腺等小器官成像欠佳的问题。结果显示甲状腺ZOOMit DWI图像较常规DWI图像更清晰，SNR更高，图像def更小。在对图像的主观评价方面，两名头颈亚专科主治医师在双盲情况下对ZOOMit DWI评分一致性高于常规DWI图像。因此，ZOOMit DWI图像质量显著高于常规DWI图像。因常规DWI采用全视野单次激发平面回波成像序列，其相对较长的读出时间以及相位方向上较窄的带宽易致甲状腺组织变形，受到化学位移及磁敏感效应的影响，同时因个体颈部宽窄不一，广泛存在的空气—组织界面极易受呼吸、吞咽运动的影响而降低图像质量[2]，所以常规DWI图像评分平均为2.08分，图像质量模糊，影响诊断。而ZOOMit DWI技术可实现对靶器官的选择性放大成像，减少器官周围信号影响而致的几何畸变、伪影及折叠伪影，增加SNR，并可多层采集，弥补了常规DWI技术因图像模糊致病灶易误诊、漏诊的缺点[4]。另一方面，ZOOMit DWI技术采集时间较常规DWI缩短，本研究中两种序列采用相同的扫描参数，ZOOMit DWI的采集时间仅设置为164秒，低于常规DWI的185秒。

ZOOMit技术不仅对甲状腺成像显示较清晰，在前列腺、睾丸、腮腺、内耳、宫颈、脑区等小器官（或局灶性区域）上亦显示出独特的优势。Attenberger等[5]报道，由于磁敏感伪影的影响，前列腺微小病灶在常规DWI图像上不能清晰显示，采用ZOOMit DWI技术能清晰显示该病灶的形态和范围。Yildirim等[4]研究单侧精索静脉曲张患者，结果显示常规DWI的ADC值下降程度在精索曲张侧和对侧差异无统计学意义（P=0.183），而ZOOMit DWI的ADC值下降程度在精索曲张侧明显低于对侧不曲张侧，差异具有统计学意义（P＜0.05）。因此，ZOOMit DWI较常规DWI在精索静脉曲张患者的诊断方面具有更大的优势。Aydin等[11]采用脑电图/脑磁图(EMEG)-高分辨率MRI联合技术检查癫痫患者头部，当采用ZOOMit技术后意外发现常规MRI检测不到的位于左侧额中部的微小局灶性皮质发育不良(FCD)，而该病灶即是该患者癫痫的触发因素。因此，ZOOMit技术可提供针对小器官（或局灶性区域）的高质量、高空间分辨率和更快成像速度的功能磁共振图像。

本研究的局限性在于纳入的接受甲状腺MRI检查患者以正常居多，因此未能研究ZOOMit DWI技术和常规DWI技术在甲状腺疾病检出率及诊断一致性方面的差异。后续研究将以甲状腺结节患者为研究对象，探讨ZOOMit DWI技术和常规DWI技术在甲状腺结节的良恶性鉴别以及结节的大小、边缘、边界是否突破包膜等方面是否有优势，为进一步开展甲状腺癌的T分期研究提供重要参考价值。

总之，ZOOMit DWI技术与传统DWI序列相比，不仅在图像SNR、def方面具有显著优势，并且在主观评分上亦明显高于常规DWI图像。该技术有助于实现小器官或局灶性病变的诊断及鉴别诊断，尤其在早期微小病灶的识别方面具有重要临床意义，可为临床早期诊断、早期治疗，提高患者生活质量及预后提供帮助。