同时多层成像-弥散加权成像用于直肠癌的可行性

周 蜜，王益双，吴韵竹，印隆林*

(1.四川省医学科学院·四川省人民医院放射科，四川 成都 610072；2.西门子医疗系统有限公司MR科研部，上海 200135)

结直肠癌是发病率和死亡率较高的恶性肿瘤之一，其中约30%～35%发生于直肠[1-2]。欧洲胃肠和腹部放射学学会共识[3]推荐MRI作为直肠癌分期的首选检查，并建议常规直肠MR检查方案应至少包括T2WI和弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)。然而，采集直肠癌常规DWI时，为获得良好的图像质量，需增加采集次数和弥散方向，导致扫描时间延长及患者不适。同时多层成像(simultaneous multi-slice, SMS)是一种MRI技术，可同时获取多层数据，显著缩短图像采集时间[4]。基于SMS的DWI(SMS-DWI)已应用于前列腺、肾脏、肝脏、胰腺等相关研究[5-8]，少见应用于直肠癌[9]。本研究探讨SMS-DWI应用于直肠癌的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2021年3月—12月45例于四川省人民医院经内窥镜引导活检及术后病理证实的直肠腺癌患者，男29例、女16例，年龄27～75岁、中位年龄54.6岁；均经内窥镜引导活检病理确诊直肠癌，于术前10天内接受MR常规DWI及SMS-DWI检查，图像资料完整，无明显伪影。排除标准：①术后病理学诊断为直肠黏液腺癌、腺瘤及炎症者；②病灶过小，无法勾画ROI；③检查前接受放射及化学治疗等。45例均为单发病灶，病灶与肛缘距离<5 cm 12个、5～10 cm 26个、>10 cm 7个；肿瘤病理T分期T0 期7个、T1期3个、T2期13个及T3期22个；5个为低分化、31个为中分化、9个为高分化肿瘤。

1.2 仪器与方法 嘱患者检查前30 min以20 ml开塞露清洁肠道。扫描前10 min予肌内注射盐酸山莨菪碱10 mg。采用Siemens MAGNETOM Vida 3.0T MR扫描仪及18通道体部阵列线圈行直肠扫描，采集常规T2WI、DWI及SMS-DWI。主要参数：常规轴位DWI，TR 6 700 ms，TE 63 ms，层厚4.5 mm，层间距0.9 mm，层数25，FOV 216 mm×216 mm，矩阵128×128，基于K空间的加速技术加速因子为2，b值为0及1 000 s/mm2，激励次数为2及3，扫描时间168 s；轴位SMS-DWI，TR 3 700 ms，TE 72 ms，层加速因子2，其余参数同常规DWI，扫描时间102 s。扫描时轴位DWI定位与轴位T2WI一致，均垂直于矢状位T2WI所示肿瘤所在肠壁。

1.3 图像分析

1.3.1 主观评价 由2名分别具有6年及8年腹部影像学诊断经验、不知晓组织病理学结果和DWI结果的主治医师观察常规DWI及SMS-DWI，采用Likert量表4分法[10]分别基于常规DWI及SMS-DWI(b=1 000 s/mm2)对图像质量进行主观评分，包括病灶边缘锐利度、变形、伪影及病灶显著性；分别基于DWI(b=1 000 s/mm2)、软件自动生成表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)图及DWI+ADC图评估整体图像质量，即整体图像质量DWI、整体图像质量ADC及整体图像质量DWI+ADC。边缘锐利度评分标准：1分，边缘不锐利；2分，边缘稍微锐利；3分，边缘中等锐利；4分，边缘非常锐利。变形评分标准：1分，存在严重变形；2分，中等程度变形；3分，轻微变形；4分，无变形。伪影(运动、磁敏感伪影)评分标准：1分，伪影严重，诊断困难；2分，中度伪影，影响诊断；3分，轻度伪影，基本不影响诊断；4分，无伪影，不影响诊断。病灶显著性评分标准：1分，病灶极难发现；2分，病灶难以辨认；3分，病灶隐约可见；4分，病灶非常明显。整体图像质量评分标准：1分，图像模糊变形严重，解剖结构显示不清；2分，图像模糊变形较严重，解剖结构显示较混乱；3分，图像轻微模糊变形，解剖结构显示较清晰；4分，图像无模糊变形，解剖结构显示清晰。

1.3.2 客观评价 由上述2名医师中的1名对常规DWI和SMS-DWI进行定量分析。于常规DWI(b=0 s/mm2)显示病灶最大层面上避开囊变及坏死区域沿病灶边缘勾画ROI，并将其复制至常规DWI和SMS-DWI(b=1 000 s/mm2)上,根据需要适当调整ROI轮廓(图1)；随机于左、右侧臀大肌处放置平均面积为(21.3±8.2)mm2的圆形ROI，测量其信号强度(signal intensity, SI)及SI标准差(standard deviation, SD)，重复测量3次，取平均值(SI肿瘤、SD肿瘤、SI臀大肌、SD臀大肌)；于图像背景区域测量SI的SD，以3次测量结果的均值为背景噪声SD(SD背景)。依照公式1～3计算图像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)、对比噪声比(contrast-to-noise, CNR)及信号强度比(signal intensity ratio, SIR)[10]：

(1)

(2)

SIR=SI肿瘤/SI臀大肌

(3)

于常规DWI(b=0 s/mm2)上远离病灶的非瘤直肠组织中勾画平均面积为(11.3±3.8)mm2的圆形ROI，将之与病灶ROI复制到常规DWI及SMS-DWI ADC图上，根据需要适当调整病灶ROI轮廓，测量其ADC值(ADC非瘤组织、ADC肿瘤)；重复测量3次，取平均值进行分析。见图1。

图1 患者男，65岁，直肠癌(箭) A、B.直肠轴位常规DWI(A)及SMS-DWI(B)，b=1 000 s/mm2，箭示测量SI肿瘤的 ROI； C、D.直肠轴位常规DWI(C)及SMS-DWI(D)的ADC图，箭示测量ADC肿瘤 ROI

1.4 统计学分析 采用SPSS 21.0和MedCalc统计分析软件。以中位数(上下四分位数)表示图像质量主观评分、客观评分及ADC值，采用Wilcoxon检验进行比较。以Kappa检验评价观察者间图像质量主观评分结果的一致性，Kappa>0.75为一致性非常好，0.4

2 结果

2.1 主观评价 2名医师评价常规DWI与SMS-DWI上病灶组织边缘锐利度、变形、伪影、病灶显著性及整体图像质量DWI+ADC的一致性均非常好(Kappa=0.79、0.83、0.86、0.89、0.82及0.86，P均<0.05)。常规DWI与SMS-DWI图像质量主观评分差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 常规DWI与SMS-DWI图像质量主观评分比较[中位数(上下四分位数)]

2.2 客观评价 常规DWI与SMS-DWI图像的SNR、SIR及其ADC肿瘤差异均无统计学意义(P均>0.05)，图像CNR及其ADC非瘤组织差异均有统计学意义(P均<0.05)。见表2。

表2 常规DWI与SMS-DWI图像质量客观评价及组织ADC值比较[中位数(上下四分位数)]

3 讨论

目前MR功能成像如DWI、弥散峰度成像等[11]应用日渐广泛，已用于直肠癌相关领域。DWI可检测直肠癌及评估其特征，且有助于预测放射、化学治疗直肠癌效果[12]，但其扫描时间较长，肠蠕动易致图像产生运动伪影，使其质量降低，影响检出及诊断病变。如何在保证DWI图像质量的同时缩短扫描时间是临床亟待解决的问题。

SMS技术利用多频率复合射频脉冲对多个成像层面同时激发信号，以二维方式输出图像，可在保证图像质量的同时有效缩短采集时间[13]。本研究所用直肠常规DWI扫描时间为168 s，SMS-DWI扫描时间为102 s，二者图像质量主观评分差异无统计学意义，图像质量客观评价指标SNR及SIR差异亦无统计学意义，提示SMS-DWI在缩短采集时间的基础上能获得与常规DWI相当的图像质量，与PARK等[5]研究结果相符合；但常规DWI的CNR高于SMS-DWI，这是由于SMS的图像SI低于单层激发图像，使得SMS-DWI噪声水平升高，进而降低了CNR。

本研究发现，直肠癌ADC值在常规DWI与SMS-DWI中差异无统计学意义；SMS-DWI中，非瘤直肠壁ADC值低于常规DWI。既往研究[14]报道，与常规DWI相比，SMS-DWI的正常胰腺组织ADC值降低，原因在于SMS-DWI噪声水平升高，导致ADC值减低[8]；本研究结果与之相符。ADC值反映组织的生理病理特性，多种因素，包括MR设备磁场强度、脉冲序列及b值等均可对其造成影响[15]，使得常规DWI与SMS-DWI中的肿瘤组织及非瘤直肠组织的ADC值可能存在差异。

综上所述，SMS-DWI用于直肠癌具有可行性，可在保证图像质量与常规DWI相当的同时缩短采集时间，有望进一步推广用于临床实践。本研究的主要局限性：①手动勾画ROI，可能存在误差；②样本量小，有待积累病例进一步观察。