SE-EPI 与IR-EPI 序列在3.0 T 胎儿颅脑磁共振扩散加权成像中的对比研究

李鸿恩 谢汉民 吕培锋 袁灿桃 刘春花 曾益辉

胎儿MRI 具有扫描视野大，软组织对比分辨率高，不受胎位、羊水少、母体肥胖和骨性结构等因素影响等特点［1,2］。MRI 在胎儿中枢神经系统方面的诊断价值明显优于产前超声，尤其在胼胝体发育不良、透明隔异常、后颅窝异常、脑发育评价等方面［3-5］。扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是检测活体组织中水分子扩散运动最理想方法［6］。表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）已广泛应用于胎儿颅脑MRI 检查［7-9］。目前3.0 T 磁共振DWI 成像最常用的检查序列是短时反转恢复-平面回波成像的扩散加权成像（inversion recovery echo-planar imaging DWI，IR-EPI-DWI）。尽管该序列信噪比高，但容易产生磁敏感伪影［10］，且易受胎动运动影响，限制其图像质量及诊断价值。本文通过对47 例3.0 T 磁共振胎儿头颅进行同一b 值两种DWI 序列扫描，比较自旋回波-平面回波的扩散加权成像（spin-echo echo-planar imaging DWI，SE-EPI-DWI）与IR-EPI-DWI 的图像质量及ADC值差异，旨在分析两者在3.0 T 磁共振胎儿头颅成像中的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本项研究旨在研究2020 年10 月—2021 年12 月期间，针对产前超声检查出现可疑胎儿头颅问题的孕妇，进行磁共振检查的情况。共选取了47 例符合单胎妊娠标准的孕妇作为研究对象，纳入标准：1）单胎妊娠；2）MRI 检查均行常规序列、SE-EPI-DWI 及IR-EPI-DWI 序列扫描。排除标准：因胎动及孕妇不适等原因，无法完成磁共振检查者。孕妇的年龄23～45 岁，平均（27.43±5.43）岁；孕周23～37 周，平均（27.8±4.5）周。所有孕妇均为单胎妊娠。研究已经得到医院伦理委员会的批准（医伦第［202301332］号），并已向每位孕妇详细介绍了检查注意事项并签署知情同意书。

1.2 检查方法

采用Philips Ingenia 3.0 T 超导磁共振机，梯度场45 mT/m，切换率160 T/（m·s），16 通道相控阵线圈。摆位：孕妇仰卧位或侧卧位，足先进，双手放于胸前，不交叉，受检者耳部塞好棉塞及戴好隔音耳罩。所有病例行胎儿常规序列SS-FSE、B-FFE 及T1WI-TFE 序列扫描，再加扫SE-EPI-DWI 及IREPI-DWI 两种扩散加权序列。SE-EPI-DWI 横轴位参数：扫描模式选多片扫描模式，技术SE，快速成像模式为平面回波成像，脉冲激发方式为单次激发，TR 2000 ms，TE 最小值（约61 ms），视野40 cm×34 cm，矩阵132×110，层厚3 mm，间隔0 mm，采集次数1次，敏感编码技术3 次，扩散方向全部，b 值为0和800 s/mm2，扫描层数常规24 层（范围包括全胎儿头颅），扫描时间约24 s。IR-EPI-DWI 横轴位参数：扫描模式选多片扫描模式，技术IR，TR 最小值（约6825 ms），TE 最小值（约58 ms），其他参数与前序列相同，扫描一次时间约82 s。扫描后系统自动生成ADC 图。

1.3 图像分析

主观评价：由两名具有5 年以上经验丰富副主任医师独立对DWI 图像进行评分，分析两组序列的图像伪影和整体质量，使用Likert 7 分评分系统［11］，具体内容如下：1 分为无法接受（图像质量很差，图像伪影很多）；2 分为差（图像质量较差，图像伪影较多）；3 分为较一般质量差（图像质量差，图像伪影有）；4 分为标准（图像质量一般，图像伪影一般）；5 分为一般质量以上（图像质量中等，图像伪影较少）；6 分为好（图像整体质量良，图像伪影很少）；7 分为极好（图像整体质量优，图像伪影无）。

客观评价：测量两组DWI 序列图像的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、对比噪声比（contrastto-noise ratio，CNR）、病变ADC 值及特异吸收率（specific absorption rate，SAR）值，所有数据传入飞利浦后处理工作站。1）在横断位上测量额叶白质区、侧脑室后角区，兴趣区（region of interest，ROI）面积为0.02 cm2，尽量避开伪影区，分别测量3 个ROI 取平均值，分别测量胎儿头颅侧脑室后角层面额叶白质区、侧脑室后角信号强度（signal intensity，SI）、相位编码方向上头颅旁空气标准差（standard deviation，SD）。公式为：

注：背景计算DWI 图像的SNR（SI 是b 值为800s/mm2的DWI 图像中ROI 的平均信号强度），CNR=（SNR 侧脑室后角－SNR额叶白质区）/SD 空气。

2）ADC 值测量：分别测量胎儿头颅侧脑室后角层面额叶白质区、侧脑室后角ADC 值，根据DWI 上的信号强度变化计算出，公式为：

注：b1、b2 分别为施加的两个扩散敏感因子（b1=0 s/mm2，b2=800 s/mm2），S1、S2 分别为施加扩散敏感梯度场（b1、b2）后同一部位的组织信号强度，In 为自然对数。

在合成图上测量ADC 值并记录（ROI 与SNR 测量时保持一致）。记录扫描时机器自动显示SAR 值（图1）。

图1 测量胎儿颅脑区域SI 时ROI 放置情况，额叶①及侧脑室后角②。a）IR-EPI-DWI 图像；b）SE-EPI-DWI 图像。

1.4 统计学方法

采用SPSS 23.0 统计分析软件。符合正态分布的计量资料以x±s 表示，计数资料以［n（%）］表示。主观评价使用配对Wilcoxon 符号秩和检验，两名阅片者结果差异相关性使用Spearman 等级相关检验，双侧P<0.05 为差异有统计学意义。SNR、CNR、ADC 值及SAR 比较采用重复测量方差检验，以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两种序列图像主观评价

47 例胎儿颅脑DWI 序列均采集成功，其中8例由于胎动较频繁，经过让孕妇休息后第二次扫描获得成功。47 例磁共振图像质量评分，根据阅者1 和阅者2 评分结果，表明SE-EPI 序列图像优于IR-EPI 序列图像，SE-EPI 有效降低图像伪影、提高图像整体质量（P<0.001）。两名诊断师图像质量等级的相关性分析，SE-EPI 图像伪影少（0.939，P<0.001），序列图像整体质量提高（0.925，P<0.001），在阅片者之间具有高的相关性（表1）。

表1 两种序列图像质量评分

2.2 两种序列SNR 和CNR 值的比较

IR-EPI-DWI 序列组额叶白质区及侧脑室后角区SNR 高于SE-EPI-DWI 序列组（F=0.037、1.386，P 均>0.05），差异无统计学意义。SE-EPI-DWI 序列组CNR 高于IR-EPI-DWI 序列组（F=0.550，P>0.05），差异无统计学意义（表2）。

2.3 两种序列ADC 值和SAR 值的比较

额叶白质区ADC 值两组序列差异无统计学意义（P>0.05），侧脑室后角区ADC 值两组序列差异无统计学意义（P>0.05）。两组序列SAR 值对比，差异具有显著统计学意义（P<0.001）（表3，图2～4）。

表3 两种序列图像SNR、ADC 值及SAR 值比较

图2 女，孕35 周，头颅正常。a）、b）IR-EPI-DWI 序列图像，SNR额叶白质区=61.00，SNR侧脑室后角区=32.83，CNR=4.69，ADC额叶白质区=2.129，ADC侧脑室后角区=2.580；c）、d）SE-EPI-DWI 序列图像，SNR额叶白质区=45.67，SNR侧脑室后角区=21.50，CNR=4.03，ADC额叶白质区=2.276，ADC侧脑室后角区=2.929。图3 女，孕23 周，胎儿静脉窦扩张并血栓形成。a）、b）IR-EPI-DWI 序列图像，SNR额叶白质区=69.50，SNR侧脑室后角区=24.67，CNR=7.47，ADC额叶白质区=1.775，ADC侧脑室后角区=3.308；c）、d）SE-EPI-DWI 序列图像，SNR额叶白质区=81.50，SNR侧脑室后角区=30.67，CNR=8.47，ADC额叶白质区=1.397，ADC侧脑室后角区=2.866。 图4 女，孕35 周，胎儿右侧额顶叶脑出血破入脑室。a）、b）IR-EPI-DWI 序列图像，SNR额叶白质区=59.33，SNR侧脑室后角区=32.17，CNR=4.53，ADC额叶白质区=1.891，ADC侧脑室后角区=3.041；c）、d）SE-EPI-DWI 序列图像，SNR额叶白质区=44.50，SNR侧脑室后角区=20.17，CNR=4.06，ADC额叶白质区=1.857，ADC侧脑室后角区=3.69。

3 讨论

随着磁共振设备的不断更新以及扫描技术的不断发展，3.0 T 磁共振相对于1.5 T 磁共振具有更好的信噪比、更多通道的线圈、成像速度更快等优势［12］。目前还没有任何研究能够证明胎儿及孕妇在短时间内被暴露在强度不超过3.0 T 的磁场中，会对胎儿的生长和发育产生影响［13］。目前，越来越多的3.0 T 磁共振扫描仪被用于复杂胎儿疾病的诊断［14，15］。但由于胎儿的颅脑含有大量水分，脑白质很大程度上未完成髓鞘化，所以造成了胎儿脑实质组织对比度较低，常规的磁共振序列对胎儿早期病变的诊断比较困难。DWI 在定量评估胎脑成熟过程中白质的变化以及早期疾病诊断方面具有重要的价值［16］。通过对方向和强度受限的水分子扩散运动进行反映，扩散加权成像可揭示胎儿颅脑发育过程中细微结构的变化规律［17］。现在的磁共振快速成像新技术不断发展，通过平面回波成像（echo-planar imaging，EPI）可以在短时间内获得胎儿图像，相对容易和敏感，常配合DWI 一起应用于胎儿［18］。本文主要研究SE-EPI-DWI 与IR-EPI-DWI 序列在胎儿颅脑3.0 T 磁共振检查中的应用，旨在提高胎儿磁共振诊断的准确性。

3.1 SE-EPI-DWI 与IR-EPI-DWI 序列的原理、各自优势及初步应用价值

SE-EPI-DWI 序列采用90 脉冲激发后，在180 脉冲前后施加相同方向、持续时间和强度的扩散敏感梯度场，利用180 复相脉冲产生自旋回波信号，其他MR 信号采用EPI 技术进行信号采集。该技术运用扩散梯度场，相对T1值较长，通常采用并行采集技术以缩短回波链并缩短TE，提高图像信噪比，减少磁敏感伪影并加快采集速度。通过基于脂肪和水分子中质子进动频率的差异来选择激发和采集，应用选择性水激发技术可以实现脂肪抑制。缺陷在于生理运动如呼吸、心跳等容易造成图像扭曲和运动伪影，患者难以长时间耐受，中心频率偏移可导致脂肪抑制不均匀，磁化率伪影明显，因此要求磁场均匀度高。本研究结果显示，在主观评价整体质量方面，两位阅者对SE-EPIDWI 序列的评分显著高于IR-EPI-DWI 序列，且差异具有统计学意义。这表明与SE-EPI-DWI 序列相比，IR-EPI-DWI 序列可减少图像伪影，并具有更高的整体图像质量。因此，本研究证实，在胎儿头颅研究中，SE-EPI-DWI 序列的应用可以明显减少运动伪影的影响，提高DWI 图像整体质量并具有更高的成功率。这一结论与文献［19］的研究结果一致，即SE-EPI-DWI 具有空间分辨率高、层厚薄、受伪影因素少、能减少失真、提高图像质量等优点。而IR-EPI-DWI 序列则利用180 反转恢复预脉冲增加T1对比，采用适当的TI 获得脂肪抑制图像，从而具有高对比度。扫描时间稍长是这种方法的一个缺点。客观评价方面，额叶白质区使用IR-EPI-DWI 序列所得到的图像SNR（49.208±13.326）高于使用SE-EPI-DWI 序列所得到的图像SNR（48.617±16.257），但两者之间的差异并无统计学意义（P>0.05）。对于侧脑室后角，IR-EPI-DWI序列所得到的图像SNR（27.057±9.806）高于SEEPI-DWI 序列所得到的图像SNR（24.259±13.016），但两者之间的差异并没有统计学意义（P>0.05）。IR-EPI-DWI 序列所得到的图像CNR（3.692±2.007）稍低于SE-EPI-DWI 序列所得到的图像CNR（4.060±2.739），但两者之间的差异并没有统计学意义（P>0.05）。

3.2 改善SE-EPI-DWI 序列3.0 T 胎儿磁共振头颅图像质量的措施

为了提高胎儿头颅的SE-EPI-DWI 序列图像质量，有如下改进：首先，在TR 方面，常规的成人颅脑DWI 成像TR 常常控制在5000 ms 以上。虽然TR 越长，图像信噪比越好，可扫描更多层，但是胎儿扫描不能使用镇静剂，时间过长会增加胎儿运动伪影，因此本文降低TR 至2000 ms 来减少扫描时间。其次，在采集次数方面，常规的DWI 序列通常采用3 次采集次数。但是，本文将采集次数降低至1 次，可缩短扫描时间。并且，为了保持较高的信噪比，采用大视野（40 cm×34 cm）。最后，选择b 值也非常重要。虽然b 值越大显示水分子的扩散程度越敏感准确，但是图像信噪比很低。文献研究表明［20］，较低的b 值应用在胎儿颅脑磁共振检查可提高图像诊断准确率。因此，本研究采用800 s/mm2的b 值，在扫描DWI 图像组织上能达到良好的对比度和清晰度，可以满足诊断需求。

3.3 两种序列ADC 值比较

本研究发现在使用相同b 值（800 s/mm2）的情况下，SE-EPI-DWI 和IR-EPI-DWI 序列所测得的胎儿颅脑额叶白质区和侧脑室后角的ADC 值无显著的差异。这意味着在相同b 值的情况下，这两个序列所测得的胎儿颅脑扫描ADC 值基本一致，不会对阅片者的判断产生影响。

3.4 研究的局限性

由于样本量较小，本研究未能全面阐明两种序列在胎儿头颅检查中的问题。此外，在测量SNR和ADC 值时，使用人工手动勾画ROI 可能导致ROI 位置不完全一致，从而产生一定误差和偏差。

综上所述，本研究对SE-EPI-DWI 和IREPI-DWI 序列进行了图像质量评估和ADC 值比较。结果显示，IR-EPI-DWI 序列的胎儿额叶白质区和侧脑室后角区SNR 稍高于SE-EPI-DWI 序列。但是，SE-EPI-DWI 序列具有采集速度快、图像伪影小、检查成功率高等优点，且病变ADC 值与SE-EPI-DWI 序列无明显差异。因此，在常规胎儿颅脑磁共振检查中，首选SE-EPI-DWI 序列，但在追求图像更高SNR 时，IR-EPI-DWI 可作为重要的补充序列。