探讨复合灵敏度编码弥散加权成像在乳腺疾病中的应用价值

岳 汛 石祖江 潘雪琳 杨 帆 黄 娟 陈 洁 黄小华 孙家瑜

弥散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）在乳腺疾病的诊断、鉴别诊断及乳腺癌的分子分型、疗效评估等方面具有重要价值［1-2］。临床常用的弥散加权成像是单次激发的平面回波成像（singleshot echo planar imaging， SS-EPI）DWI，该序列EPI读出使得其采集时间缩短，但EPI 因子较长，相位信息错误地积累使得图像变形大，磁敏感伪影重，空间分辨率较低［3］。SS-EPI DWI 联合并行采集技术可缩短扫描时间，降低伪影的发生，但其受线圈硬件条件的限制，导致图像信噪比（SNR）降低［3］。多次激发平面回波（readout-segmented echo planar imaging，RS-EPI）DWI 通过在读出编码方向上进行多次分段激发可提高图像的分辨率，但每次激发间的运动使得图像运动伪影明显，常需要导航回波来校正运动引起的相位误差［4］。复合灵敏度编码（multiple sensitivity encoding，MUSE）技术作为一种多次激发采集实现高分辨率弥散成像的后处理算法，通过每次激发重建灵敏度编码确定低分辨率相位，而后将获取的相位信息和线圈灵敏度复合到MUSE框架中，在减少图像形变的同时提高了空间分辨率、SNR 及对比噪声比（CNR），且无需导航回波［5-6］。本文旨在对MUSE DWI 与SS-EPI DWI 图像进行对照研究，探讨MUSE DWI在乳腺疾病中的临床应用价值。

方 法

1.临床资料

纳入2020 年9 月至2021 年2 月于本院进行乳腺MRI 检查患者43 例，年龄29～75 岁，平均（49.61±6.27）岁。纳入标准：①年龄＞18 岁女性；②临床发现乳腺肿块或经穿刺病理确诊为乳腺癌患者；③既往未进行乳腺手术及放化疗。排除标准：①MRI检查前接受穿刺活检等有创检查；②合并其他部位恶性肿瘤；③有MRI 检查禁忌证；④妊娠或哺乳期乳腺癌患者；⑤男性乳腺癌患者；⑥图像质量差无法勾画感兴趣区。

本研究经四川大学华西医院伦理审查委员会批准［批准文号：2019年审（791）号］，患者均知情同意。

2.检查方法

采用GE Architect 3.0 T MR 机，乳腺专用线圈，患者取俯卧位、足先进方式，双乳自然悬垂于乳腺线圈孔内。扫描序列：横断位脂肪抑制T2WI、横断位T1WI、MUSE DWI、SS-EPI DWI 及 动 态 对 比 增 强（DCE）序列。SS-EPI DWI 参数：视野340 mm×340 mm，TR=3 467.5 ms，TE=76.1 ms，层厚4.0 mm，层间距1.2 mm，b 值取0、1 000 s/mm2，体素大小2.7×2.6×4.0，1 次激发；MUSE DWI 参数：视野340 mm×340 mm，TR=6 707.0 ms，TE=78.6 ms，层 厚4.0 mm，层间距1.2 mm，b值取0、1 000 s/mm2，体素大小1.9×1.9×4.0，3 次激发。平扫后以2.0 mL/s 流率经上肢静脉注射钆喷酸葡胺，后以相同流率跟注15 mL生理盐水，行动态对比增强扫描。参数：TR=2 ms，TE=5 ms，层厚1.0 mm，视野320 mm×320 mm；共采集6期图像，各时相扫描时间为63 s。扫描完成后，将数据传入GE ADW 4.7 工作站，应用Functool 软件进行后处理自动重建表观弥散系数（ADC）图。

3.图像评价与测量

3.1 主观图像质量评价

由2 名至少有3 年工作经验的放射科医生对图像质量进行评估。主要评估指标：①病灶显示性，共3分（1 分，不显示；2 分，显示一般；3 分，显示良好）。②病灶的变形，共4分（1分，形变严重；2分，中度形变；3 分，轻微形变；4 分，无形变）。③病灶边缘锐利度，采用5分法（1分，病灶边缘严重模糊，不能用于诊断；2 分，病灶边缘明显模糊，但仍可用于诊断；3 分，病灶边缘模糊；4 分，病灶边缘稍模糊；5分，病灶边缘光滑锐利）。

3.2 SNR、CNR和形变量

分 别 在DCE-MRI、SS-EPI DWI（b=1 000 s/mm2）图像及MUSE DWI（b=1 000 s/mm2）图像的乳腺最大层面测量乳腺的前后径及左右径；病灶最大层面测量病灶的长径与短径，计算形变量［7］。采用单幅图像法测量SNR及CNR。参照增强图像及T2WI图像，在b＝1 000 s/mm2的DWI 图像上找到病灶最大层面，手动勾画感兴趣区（ROI），测量得到平均信号强度S病变，标准差为SD病变。在正常腺体区域选取大小为60 mm2的类圆形ROI，测量得到平均信号强度S腺体，标准差为SD腺体。在空气区域分别选取3 个大小为100 mm2的类圆形ROI，测量得到3 个ROI 的均方差分别为SD1、SD2、SD3。根据以下公式计算背景噪声SD空气、SNR和CNR［8］。

3.3 ADC值测量

在ADC 图上，手动勾画病变ROI，勾画区域尽量与DWI 图像的勾划区域保持一致，测量ROI 的平均值为ADC病变。在无病变的正常腺体区域选取大小为60 mm2的类圆形ROI，选取位置尽量与DWI 图像的正常腺体ROI选取位置保持一致，测量ROI的平均值为ADC腺体。为解释获得性体素大小的差异，使用nADC=ADC病变/ADC腺体计算归一化ADC（nADC）［5］。

4.统计学分析

数据采用SPSS 26.0 进行统计分析。计量资料符合正态分布者以±s表示，2 组间比较采用t检验；不符合正态分布者以M（P25，P75）表示，2 组间的比较采用Wilcoxon 秩和检验。计数资料用率表示，组间比较采用χ2检验。采用Kappa 检验进行一致性分析。P＜0.05为差异具有统计学意义。

结 果

1.一般资料

43 例女性患者共发现47 个病灶。病理活检35 个病灶，其中良性病灶2 个，为纤维腺瘤，恶性病灶33 个，包括浸润性导管癌32 个，浸润性导管癌合并原位导管癌1 个。12 个病灶因乳腺成像报告和数据系统（BI-RADS）分级3 类及以下而未取病理活检，且经随访复查无变化。典型病例图像见图1、2。

图1 典型病例1影像

2.SS-EPI DWI 与MUSE DWI 图像质量主观评分比较结果

不同观察者间视觉定性评估结果一致性如表1 所示。2名观察者对DWI图像（b＝1 000 s/mm2）的主观评分结果一致性良好（P＜0.01）。2名观察者对MUSE DWI图像47个病灶边缘清晰度评分均达3分以上，优于SS-EPI DWI，且差异具有统计学意义（P＜0.05）；在病灶形变方面，MUSE DWI 图像评分同样优于SSEPI DWI，2 名观察者均未在MUSE DWI 图像中发现形变严重病灶，两者差异有统计学意义（P＜0.05）。MUSE DWI 对病变的显示性优于SS-EPI DWI（P＜0.05）。统计结果详见表2。

表1 病变可见性和整体图像质量的评分结果

表2 MUSE DWI与SS-EPI DWI图像质量主观评分比较n=47，M（P25,P75）,分

表3 MUSE DWI与SS-EPI DWI定量分析结果

表5 MUSE DWI与SS-EPI-DWI ADC 值及nADC分析结果

表6 MUSE DWI与SS-EPI DWI恶性病变与良性病变及病周ADC值及nADC比较结果

图2 典型病例2影像

3.SS-EPI DWI 与MUSE DWI 图像质量测量指标比较结果

MUSE 测得SNR 为92.53（70.66，176.78），CNR为143（53.31，241.78），均高于SS-EPI DWI，差异具 有 统 计 学 意 义（P＜0.001，P=0.003），见 表3。MUSE DWI 测得的乳腺前后及左右径形变低于SSEPI DWI，差异均具有统计学意义（P=0.006，P＜0.001）；SS-EPI DWI 病灶长径形变为1.7（0.6，3.3）mm，MUSE DWI 病灶长径形变为1（0.3，2.2）mm，两者差异无统计学意义（P=0.069）；SS-EPI DWI病灶短径形变1.4（0.5，2.8）mm，MUSE DWI 病灶短径形变为0.8（0.3，1.7）mm，两者差异有统计学意义（P=0.042）。

MUSE DWI 47 个 病 灶ADC 均 值［ （1.23±0.30） ×10-3mm2/s］ 与SS - EPI DWI ADC 均 值［（1.32±0.32）×10-3mm2/s］相比，差异具有统计学意义（P＝0.044）。SS-EPI DWI正常乳腺组织的ADC均值为（1.43±0.47）×10-3mm2/s，MUSE DWI正常乳腺组织ADC 均值为（1.42±0.51）×10-3mm2/s，差异无统计学意义（P=0.79）。

33 个 恶 性 病 灶SS - EPI DWI 测 得ADC 值［（1.24±0.23）×10-3mm2/s）］与MUSE DWI 恶性病灶ADC 值［（1.13±0.34）×10-3mm2/s］相比，差异有统计学意义（P=0.04）。SS-EPI DWI 及MUSE DWI 33 个恶性病灶ADC 值与其相对应的正常乳腺腺体 的ADC 值［（1.48±0.42） ×10-3mm2/s、（1.46±0.50）×10-3mm2/s］相比，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。MUSE DWI 33 个恶性病灶ADC 值与2 个良性病灶和12 个未活检病灶的ADC 值［（1.49±0.40）×10-3mm2/s］相比，差异有统计学意义（P＝0.017）。详见表5、6。

SS-EPI DWI 恶性病灶nADC 均值为0.93±0.40，MUSE DWI 恶性病灶nADC 均值为0.89±0.40，差异无统计学意义（P=0.318）；SS-EPI DWI 及MUSE DWI 2 个良性与12 个未活检病灶nADC 均值分别为1.03±0.26 和0.93±0.25，二者差异无统计学意义（P=0.66）；SS-EPI DWI 及MUSE DWI 恶性病灶nADC 值与2个良性与12个未活检病灶nADC 差异均无统计学意义（P=0.43，P=0.251）。nADC结果见表5、6。

讨 论

DWI 技术是目前唯一能反映活体组织内水分子弥散的方法，在乳腺疾病的鉴别诊断中具有非常大的优势［9］。MUSE DWI在相位编码方向上对k空间进行多次激发交错式填充，将获取的相位信息和线圈灵敏度复合到MUSE框架中，产生不含伪影、高时间及高空间分辨率图像［10］。以往研究将MUSE DWI 序列激发次数设为2 获取的图像失真度与SS-EPI DWI 相比未得到最佳改善，本研究将MUSE DWI 的激发次数设为3，进一步提高了图像质量，改善失真［5］。研究结果显示，MUSE DWI 获取的图像病灶边缘锐利度、病灶形变及病灶显示度评分均优于SS-EPI DWI，差异有统计学意义（P＜0.05），且MUSE DWI 图像具有更高的SNR、CNR以及更低的图像失真（P＜0.05）。

SS-EPI沿相位编码方向对k空间进行填充速度较慢，故普遍存在几何失真现象，MUSE DWI分段EPI技术可加速k空间填充，改善失真［5］。本组定性及定量结果均显示MUSE DWI形变优于SS-EPI DWI，差异有统计学意义（P＜0.05）。Teruel等［11］在研究失真时使用了一种更稳健的测量方法——MI度量，它是图像配准领域中经常使用的一种相似度量值。我们的结果与Baxter等［5］和Teruel等［11］使用MI度量判断MUSE DWI与SS-EPI DWI图像失真结果一致。同时，MUSE DWI对病灶的形态、边界显示清晰，检出的病灶数量及形态与增强后的T1WI一致。MUSE DWI对病灶的显示度优于传统弥散成像，差异有统计学意义（P＜0.05）。

MUSE DWI 通过结合灵敏度编码的并行成像技术来校正回波平面中随机运动引起的相位变化，从而最小化伪影［10］。相对于单独的灵敏度编码，在改进矩阵反转条件下，MUSE DWI 具有更好的SNR、CNR 及更高的空间分辨率［12］，这在本研究中也有所体现，MUSE DWI 测得 SNR、CNR 均高于SS-EPI DWI，且差异具有统计学意义（P＜0.05）。可见MUSE DWI 与SS-EPI DWI 对乳腺病灶的检测均具有灵敏度和特异度，但MUSE DWI 具有更高的空间分辨力、SNR和CNR，且能够有效地改善图像失真。

ADC 值不仅可以作为水分子在组织中弥散的度量，还可作为肿瘤预后与定量成像的生物标志物［9-10］。SS-EPI DWI图像分辨率较低或导致ROI与邻近正常纤维组织的信号平均，ADC值测量的准确性降低。本研究中，MUSE DWI 测得的47 个乳腺病灶的ADC 值均低于SS-EPI DWI，差异有统计学意义（P＜0.05），与Baxter［5］等的研究结果一致，提示MUSE DWI获得的ADC值准确性更高，图像质量更好。MUSE DWI测得的33个恶性病灶ADC值同样低于SS-EPI DWI，且差异具有统计学意义（P＜0.05）。

更准确的ADC 值量化应表现在良、恶性病变及正常纤维组织鉴别方面［5，9，13］。本研究结果显示，MUSE DWI 测得的33 例恶性肿瘤ADC 值显著低于2个良性病灶及12 个未活检病灶，差异有统计学意义（P＜0.05），但因纳入的良性病变较少，尚不足以分析MUSE DWI ADC 值的诊断效能。Wisner 等［14］发现，与SS-EPI DWI 相比，Resolve 技术可获得更好的良、恶性病变鉴别效果。考虑到分段读出技术已被证明比SS-EPI 有更好的诊断效能［15］，我们预计MUSE DWI将比SS-EPI DWI 取得更好的诊断性能，故对恶性病灶与其相应的正常乳腺腺体ADC 值进行了比较，结果显示无论是SS-EPI DWI 还是MUSE DWI，正常乳腺腺体ADC 值均显著大于病灶ADC 值，两者均具有统计学差异（P＜0.05），这或许能说明乳腺恶性病变ADC值降低且低于正常乳腺腺体ADC值。与ADC值反映单一区域数量特征不同，nADC 可以反映病灶与正常组织ADC 差异，且nADC 值越小，反映的差异越大。本研究中，MUSE DWI 的nADC 值明显小于SS-EPI DWI 的nADC 值，说明MUSE DWI 的ADC 图对病灶的显示优于SS-EPI DWI 的ADC 图，同时MUSE DWI 良恶性病灶nADC 值之间无统计学差异（P＞0.05）该结果与Baxter等［5］的研究结果一致。

本研究尚存在一些不足：①本研究为单中心小样本观察性研究，病例样本量小。②穿刺良性病例较少，未寻找区分良恶性病变的ADC 阈值。MUSE 技术也存在一定的局限性，如MUSE DWI 受成像时间限制，当激励次数增加时，成像时间也会随之增加。

综上，MUSE DWI 乳腺图像质量明显优于SSEPI DWI，其对微小病灶的检查更突出。MUSE DWI ADC 值在区分良恶性病变方面至少与SS-EPI DWI 相同，这为临床检查与诊断提供了更有意义的依据。