同时多层采集技术在乳腺MR高清扩散峰度成像中的可行性研究

云昊，霍敏，胡益祺，艾涛，唐大中

磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)在乳腺病变的诊断和疗效评估中发挥了重要作用[1-3]。由于水分子的扩散运动因细胞密度、细胞膜的渗透性及细胞外间质成分等异质性而呈现出非高斯扩散的特性，而传统的单指数DWI难以对其准确评估。扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)是一种能够反映生物组织非高斯分布水分子扩散运动的方法，其在乳腺良恶性病变的诊断效能上优于传统的单指数DWI。然而常规DKI采用单次激发平面回波(single-shot echo planar imaging，ss-EPI)的方式来读出信号，这种采集方式容易造成解剖结构变形、磁敏感伪影、T2*模糊效应及信噪比低等困扰[4]。读出方向分段采样EPI(readout-segmented EPI，RESOLVE)通过一个2D导航回波在读出梯度方向进行分段连续采集，缩短了回波间隔时间，有效提高了图像的空间分辨率和信噪比，减少了磁敏感伪影和图像变形[5]。多项研究结果表明，RESOLVE DWI对乳腺的诊断性能优于ss-EPI DWI，其图像具有更好的病灶-背景实质对比和更高的空间分辨率[6,7]；但读出方向的分段采集显著延长了扫描时间，尤其是采用RESOLVE技术的多b值或高b值DWI，其扫描时间更长，并由此可能导致患者的不适及运动伪影的出现。

同时多层采集技术(simultaneous multislice,SMS)是一种全新的快速采集技术，它采用复杂的RF脉冲和高密度线圈的并行采集技术，可以同时获取Z轴方向上的多层数据，显著减少了图像的采集时间，而几乎没有信噪比的损失[8]。在保持相同解剖覆盖范围和同样图像质量的情况下，SMS技术可以将扫描时间减少到原来的1/4～1/2。目前，SMS技术已成功应用于颅脑、肝、乳腺等组织器官的磁共振成像[9-11]。本研究旨在探讨SMS技术在乳腺高清扩散峰度成像中的可行性。

材料与方法

1.病例资料

回顾性搜集2019年3～9月在本院行乳腺MRI检查的患者。病例纳入标准：年龄≥18岁；乳腺良恶性病变经手术或微创活检病理证实，且术前一周内成功完成乳腺MRI检查(扫描序列中含有RESOLVE DWI和SMS RESOLVE DWI)；肿块最大径线≥5 mm。最后共46例女性患者(48个病变)纳入本研究，其中恶性病变41个，良性病变7个。恶性病变包括浸润性癌35个和导管原位癌6个，良性病变包括纤维腺瘤5个、腺病1个和良性叶状肿瘤1个。本研究经本院伦理委员会批准并豁免受试者签署知情同意书。

2.检查方法

采用德国Siemens Skyra 3.0T超导磁共振扫描仪及16通道乳腺专用相控阵列线圈进行双侧乳腺成像。扫描序列包括横轴面T2WI、矢状面T2WI、RESOLVE DKI、SMS RESOLVE DKI、TWSIT-VIBE动态增强序列。RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI在扫描层厚、层间距、视野、读出带宽和采集矩阵上均保持一致，具体扫描参数见表1。

表1 Rs-EPI-DKI和SMS rs-EPI-DKI序列扫描参数

图1 左侧乳腺纤维腺瘤患者，女，48岁。图a～d为常规RESOLVE DKI/DWI(b=1000s/mm2)图像及定量参数图，图e～h为SMS RESOLVE DKI/DWI(b=1000s/mm2)图像及定量参数图。a)常规RESOLVE DKI/DWI图像；b)MK定量参数图，MK=0.49±0.09；c)MD定量参数图，MD=(1.80±0.27)×10-3mm2/s；d)ADC图像，ADC值为(1.41±0.12)×10-3mm2/s；e)SMS RESOLVE DKI/DWI图像；f)MK定量参数图，MK=0.53±0.11；g)MD定量参数图，MD=(1.99±0.32)×10-3mm2/s；h)ADC图像，ADC值为(1.45±0.12)×10-3mm2/s。

3.图像分析

所有图像采集完成后均上传到后处理工作站，由两位放射科医师在不知临床及病理信息的情况下共同阅片。DKI相关的定量参数包括平均峰度(mean kurtosis，MK)、平均扩散(mean diffusion，MD) 和表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)通过第三方软件(DKI_tool_0.2.2)进行测量。在信号强度对比最高的DWI图像上选取病灶的最大层面，手动勾画包含整个病灶的感兴趣区(ROI)，同时避开明显的出血、坏死及囊变区，软件自动计算MK、MD及ADC参数的平均值。测量时在对应的RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列上，尽量保证ROI位置和大小的一致性。所有病灶的测量均重复3次，取平均值为最终结果。

图像质量的主观评价采用5分制(1分，无诊断价值；2分，差；3分，基本满意；4分，很好；5分，优秀)，评估内容包括图像的锐利度、几何变形、图像对比度、病灶可见度、解剖细节的显示以及总体图像质量。

4.统计学分析

采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。定量数据以均值±标准差表示。RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列对应定量参数之间的相关性采用Pearson相关系数进行分析。以病理结果为金标准，采用受试者工作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析评价不同DKI序列相关定量参数的诊断效能；并采用Delong et al.方法进行两组之间曲线下面积(area under curve，AUC)的比较。两组之间图像质量的比较采用Wilcoxon秩和检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.一般资料

本研究共纳入46例女性患者(48个病灶)，年龄范围26～57岁，平均(42±13)岁。所有病灶的平均最大径线为(21.5±16.3)mm。在相同扫描参数的情况下，RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列的扫描时间分别为4分27秒和2分17秒，SMS RESOLVE DKI序列较RESOLVE DKI序列缩短48.7%。

2.RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列的图像质量比较

RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列的整体图像质量评分分别为(4.48±0.55)分和(4.30±0.66)分，均具有很高的诊断价值。两种序列在图像锐利度、几何变形、图像对比度、病灶可见度、解剖细节和总体图像质量评分上差异均无统计学意义(P<0.05，表2，图1、2)。

表2 2种序列的图像质量主观评分比较 (分)

3.RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列的定量参数比较

RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI序列上所有病变的平均MK值分别为0.85±0.19和0.85±0.17，平均MD值分别为(1.33±0.29)×10-3mm2/s和(1.34±0.30)×10-3mm2/s，平均ADC值分别为(0.97±0.25)×10-3mm2/s和(0.97±0.25) ×10-3mm2/s。Pearson相关系数分析结果显示RESOLVE DKI与SMS RESOLVE DKI序列上对应的定量参数之间具有极好的线性相关性(图3)；两种序列对应的MK、MD及ADC值之间的相关系数(r)分别为0.965、0.950和0.984，对应的P值均<0.001。ROC曲线分析结果显示RESOLVE DKI与SMS RESOLVE DKI定量参数对乳腺良恶性病变的鉴别诊断效能差异无统计学意义(表3)。

图2 左侧乳腺癌患者，女，44岁。图a～d为常规RESOLVE DKI/DWI(b=1000s/mm2)图像及定量参数图，图e～h为SMS RESOLVE DKI/DWI(b=1000s/mm2)图像及定量参数图。a)常规RESOLVE DKI/DWI图像；b)MK定量参数图，MK=0.76±0.08；c)MD定量参数图，MD=(1.39±0.30)×10-3mm2/s；d)ADC图像，ADC值为(1.01±0.15)×10-3mm2/s；e)SMS RESOLVE DKI/DWI图像；f)MK定量参数图，MK=0.84±0.10；g)MD定量参数图，MD=(1.30±0.26)×10-3mm2/s；h)ADC图像，ADC值为(0.92±0.15)×10-3mm2/s。

图3 RESOLVE DKI与SMS RESOLVE DKI定量参数之间的相关性散点图。a)RESOLVE DKI与MK之间的相关性散点图；b)RESOLVE DKI与MD之间的相关性散点图；c)RESOLVE DKI与ADC之间的相关性散点图。

表3 2个定量参数的ROC分析结果

讨 论

DWI序列是乳腺MRI不可或缺的一部分，但在活体状态下水分子的扩散运动呈现出非高斯扩散的特性[12]。基于该理论构建的扩散峰度成像(DKI)反映的水分子扩散特性更接近人体内真实微环境，DKI在乳腺良恶性病变的诊断效能上优于传统的单指数DWI[13-16]。DKI可提供多个定量参数，能够更准确地反映组织内细微结构的变化，为临床提供更加真实、可信的诊断信息[17]。定量参数MK值与组织复杂程度呈正比，结构越复杂，MK值也越大；MD代表经非高斯分布校正过的表观扩散系数值[13,18]。有研究表明在乳腺良、恶性病变的鉴别上，DKI较传统DWI具有更高的诊断价值[14]。本研究结果表明与良性病变相比，恶性病变的MD、ADC和MK值较低，这与以前研究的结论一致[15-16,19]。

由于双侧乳腺的结构特点，主磁场和B1场在乳腺周围极不均匀，导致常规DKI的图像信噪比较低和出现严重的几何形变。随着技术的进步，采用数据分段读取的RESOLVE DKI序列提高了扩散图像的信噪比和减小了几何形变，但成像时间显著延长；这可能导致患者耐受力下降，形成运动伪影而降低图像质量。并行成像采集技术通过减少相位编码步级来减少成像时间，虽然这有利于提高扩散序列图像的信噪比以及改善图像的几何变形，但是受制于线圈的通道数等多种因素的制约。同时多层采集技术(SMS)是继并行采集技术之后又一重大快速成像技术的发展，它能同时激发、采集、提取及重建多个层面。本研究中SMS设置为1次激发和采集2层，相当于每层的TR值约为常规RESOLVE DKI的一半，因此可有效缩短图像的采集时间，且受信号欠采样的影响小[8]。本研究结果显示RESOLVE DKI和SMS RESOLVE DKI的成像时间分别为4分27秒和2分17秒，SMS RESOLVE DKI的成像时间缩短了近一半。SMS的优点为在不损失图像质量的前提下缩短成像时间。此外，SMS采用blipped-CAIPIPNHA(blipped-Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results In Higher Acceleration)鸡尾酒并行采集技术，其特殊的K空间分段填充方式可有效控制图像失真，从本质上提高图像信噪比[20]。SMS技术在神经影像领域的应用已经广泛开展，与EPI、ASL、DTI、BOLD等序列相结合，可得到更为清晰的图像并明显缩短成像时间，且各测量参数、观察指标未见显著差异[8,21]。本研究结果显示乳腺DKI两种序列的相关定量参数值差异无统计学意义，对乳腺良恶性病变的鉴别诊断效能相仿。这也证实了其临床应用的可行性。

本研究存在以下局限性：首先，本研究主要集中于DKI定量参数对比的统计学分析，虽然图像质量的评估由乳腺专业影像医师来完成，但未进行观察者一致性的评估，仍可能存在一定的主观偏差，且未进行客观的图像信噪比和对比噪声比的测量，后期需进一步对比研究。其次，样本量较小，良性病变组仅7个病灶，结果可能会高估DKI对乳腺良恶性病变的诊断效能。因此，需进一步扩大样本量以明确SMS RESOLVE DKI的实际诊断价值。

综上所述，SMS RESOLVE DKI序列在成像时间减半的同时，其DKI相关的定量参数、诊断效能和图像质量均与常规RESOLVE DKI相当，说明了SMS技术在乳腺DKI成像中的可行性；另外，这一新技术可与其他序列结合，为进一步缩短扫描时间提供了可靠方案，同时改善患者的舒适度，提高检查成功率和整体检查效率，值得临床推广应用。