基于两种Dixon技术的乳腺磁共振T2WI序列图像质量对比研究

蒋平平，陈燕清，黄涛，官晓晖，陆虹宇，邓德茂

0 引言

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤[1]，乳腺MRI是筛查高危患者、鉴别乳腺良恶性疾病及评估乳腺癌治疗效果最有效的影像学方法[2-3]。然而，乳腺富含脂肪组织，非脂肪抑制的图像虽然具有较高的信噪比（signal-to-noise ratio, SNR），但在常规T2WI 上，大量脂肪高信号容易掩盖炎性水肿等信号，导致病变显示欠佳，同时，脂肪抑制图像可以更好地区分不同的乳腺组织[4]。由于双侧乳腺组织结构特殊，主磁场（B0场）和B1场在乳腺周围极不均匀，同时腺体周围区域如腋窝处于线圈边缘，图像信噪比较低，且容易受心脏搏动伪影干扰，成像质量进一步下降[5-7]。

基于频率选择法的精准频率反转恢复（spectral attenuated inversion recovery, SPAIR）脂肪抑制技术对B1 场均匀性不敏感，但需要一个均匀的B0 场，在组织过渡区即胸壁、腋窝和皮肤区域及术后条件下极易引起磁场不均匀而造成脂肪抑制失败甚至掩盖病变[4]。两点法水脂分离（Dixon）技术需要在两个回波链分别采集同、反相位，同时得到同、反相位图及水图和脂肪图，一次采集可比其他脂肪抑制技术获得更多的诊断信息，且对B0 场的均匀性相对不敏感，可获得较均匀的脂肪抑制效果，但相对较长的采集时间可能会增加患者的不适，导致产生运动伪影的风险升高[8]。既往的研究主要涉及Dixon技术与频率选择法或短反转时间反转恢复脂肪抑制技术在骨骼肌系统等运动伪影出现相对较小区域的对比，并可获得更好的图像质量[9-11]。也有研究者将Dixon 技术运用到位置特殊的乳腺及运动复杂的心脏，解决临床难题，提高了诊断信心[12-14]。双回波采集快速水脂分离（Fast Dixon）技术可与快速自旋回波（turbo spin echo, TSE）序列相结合，并在一个回波链同时采集同、反相位，理论上是两点Dixon技术的改进版，可以得到更优质的图像质量。有研究者对比颈椎MRI SPAIR、两点Dixon 与Fast Dixon 技术的图像质量，发现Fast Dixon 技术结合多次平均次数可以在不增加扫描时间的前提下显著提高图像质量及增加抑制脂肪的效率[15]。目前，乳腺T1WI序列不同脂肪抑制技术图像质量对比及其诊断价值研究已相对成熟，这与动态对比增强序列对良、恶性肿瘤鉴别有高敏感度诊断价值有关。近来研究[16-18]显示，水肿作为T2WI的高信号强度表现，可以弥补乳腺MRI检出肿瘤的特异性。局灶性水肿常与恶性肿瘤有关，是影响预后的重要因素，尤其胸前水肿，有研究显示它是炎症性乳腺癌的特殊MRI表现[19]。因此，病变组织T2值的判断，瘤周水肿、胸前水肿、皮下水肿及腋窝淋巴的观察及乳腺癌准确分期等都对T2WI 序列成像质量要求进一步提高。两点Dixon 技术可以剔除脂肪高信号对炎症水肿观察带来的干扰，但呼吸及心脏运动可能会使胸壁、腋窝及皮肤等区域的显示欠佳。因此，在乳腺MRI 检查中，选择一种脂肪抑制效果好且可以减轻运动伪影的脂肪抑制技术，以改善乳腺及其周围区域的成像质量十分必要。目前，两点Dixon 与Fast Dixon 技术在不同部位随机应用，对比应用于乳腺的研究未见报道。本研究通过对这两种Dixon 技术的图像进行分析，比较两种Dixon 技术的图像质量，旨在为乳腺T2WI序列选择一种最佳的脂肪抑制技术，进一步提高乳腺MRI质量。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究为回顾性研究，遵守《赫尔辛基宣言》，经广西壮族自治区人民医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意，批准文号：KY-ZC-2021-56。分析2022 年6 月至2023 年3 月本院行乳腺MRI 检查的女性乳腺疾病患者资料45例。纳入标准：（1）完成乳腺MRI 检查序列；（2）具有横断位Fast Dixon 与两点Dixon T2WI 脂肪抑制序列。排除标准：（1）两种Dixon T2WI序列不完整；（2）出现伪影影响图像质量准确评分。因两种Dixon T2WI序列不完整或伪影影响图像质量准确评分排除4 例，最终纳入符合标准41 例，年龄21～66（50.1±9.4）岁，术前28 例，保守治疗8例，根治术5例。

1.2 仪器与检查方法

采用德国Siemens MAGNETOM Skyra 3.0 T 磁共振扫描仪，使用18 通道乳腺专用线圈。检查时患者头先进俯卧位，双侧乳房自然悬垂，嘱咐患者检查过程中保持不动。扫描序列包括平扫不压脂T1WI、扩散加权成像、动态对比增强T1WI、横断位Fast Dixon 与两点Dixon 快速自旋回波T2WI，T2WI 序列扫描参数见表1。

表1 两种序列扫描参数Tab.1 Two sequence scanning parameters

1.3 图像质量主观评价

由两名工作10 年以上的放射诊断副主任、主任医师采用盲法独立分析图像。采用视觉分级方法对两组图像总体图像质量、脂肪抑制质量、纤维腺体组织、胸壁、腋窝、皮肤及观察到明显实性病灶区域由差到好进行五等级评估。脂肪抑制质量包括双侧乳腺及周围区域脂肪抑制的均匀性（1 级，差，脂肪抑制效果不均匀，不能诊断；2 级，较差，脂肪抑制效果不均匀，影响评估；3级，一般，脂肪抑制效果较不均匀，部分影响评估；4 级，较好，脂肪抑制效果轻微不均匀，不影响评估；5 级，好，脂肪抑制效果整体均匀）；胸壁、腋窝及皮肤区域易出现心脏及胸腔积液搏动伪影、呼吸运动伪影等，从图像运动伪影的大小对相应解剖结构的干扰来评估胸壁、腋窝及皮肤区域的图像质量（1 级，差，运动伪影大，不能诊断；2 级，较差，运动伪影较大，影响诊断；3级，一般，运动伪影较大，勉强能诊断；4 级，较好，少量运动伪影；5 级，好，无运动伪影）；对于纤维腺体组织及观察到的实性病灶，主要从纤维腺体组织或病灶可见性、边缘性、内部结构细节显示清晰度进行评估（1 级，不可见，无法诊断；2级，勉强可见，边缘不清，内部细节显示模糊；3 级，可见，边缘较模糊，内部细节显示较模糊；4 级，可见，边缘清晰，内部细节稍模糊；5级，可见，边缘锐利清晰，内部细节清晰显示）。

1.4 图像质量客观评价

将图像传送到Siemens Syngo via后处理工作站，由两名工作10年以上的副主任技师在Fast Dixon序列上选择实性病灶显示最大层面，沿着实性病灶边缘手动勾画感兴趣区（region of interest, ROI），确保测量ROI在同一层面；依据病灶所在位置，应尽量保证在患侧乳腺相同层面的正常实质、腋窝、后方胸肌画圆形ROI，然后将ROI 复制到另外一个序列相同位置上。重复测量三次，取平均值，ROI应尽可能大的包括相应正常组织，勾画时尽量避开水肿、血管、伪影明显的区域，计算并记录病灶、正常组织平均信号强度（signal intensity, SI）和标准差（standard deviation, SD），设定SD为噪声值；根据测量的数据，按照公式（1）和（2）计算病灶与其他组织信噪比及病灶与正常实质的对比噪声比（contrast-to-noise ratio, CNR）。

1.5 统计学分析

采用SPSS 26.0 软件进行统计分析。 用Kendall'sW系数评估观察者间主观评分数据的一致性，采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）评价图像质量客观定量评价参数的观察者间一致性。Kendall'sW系数及ICC 值在0～1 之间，≤0.40 表示一致性差，＞0.40～0.60 表示一致性中等，＞0.60～0.80 表示一致性较好，＞0.80 表示一致性极好。若一致性较好或极好，则计数资料用非参数检验进行比较；计量资料用Shapiro-Wilk 法进行正态性检验，符合正态分布的计量资料用xˉ±s表示，采用配对t检验进行比较；不符合正态分布计量资料采用M（P25，P75）表示，组间比较采用Wilcoxon 符号秩检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 主观评价

共纳入41 例女性患者，33 个实性病灶。两名医师主观评分一致性较好或极好（Kendall'sW=0.773～0.928，P＜0.001）。两种Dixon 技术均可获得均匀一致的脂肪抑制效果；Fast Dixon 图像在腋窝、胸壁、皮肤区域运动伪影更小（P＜0.05）；其中，两点Dixon图像在胸壁、腋窝区域呼吸运动及心脏的搏动伪影的干扰较大，而在皮肤区域造成的干扰较小，主要表现是皮肤边界轻微凹凸不整（图1、图2）；在纤维腺体丰富区域，Fast Dixon较两点Dixon易出现结构显示模糊；在病灶的显示上，均能满足诊断要求，两组图像纤维腺体组织与病灶清晰度差异无统计学意义（表2，图3）。

图1 女，52 岁，右乳非特殊类型浸润性癌。Fast Dixon 图像（1A）清晰显示腋窝淋巴结（箭）， 两点Dixon 图像（1B）受呼吸及胸腔积液搏动伪影干扰，无法观察左侧腋窝是否存在肿大淋巴结（箭）。Fig.1 Female, 52 years old, right breast, non-specific invasive carcinoma.Fast Dixon (1A) clearly shows axillary lymph nodes (arrow),while two-point Dixon (1B) cannot observe the presence of enlarged axillary lymph nodes (arrow) due to interference of breathing and pleural effusion pulsating artifacts.

图2 女，64 岁，左乳非特殊类型浸润癌。两点Dixon 图（2A）腺体后方胸壁结构层次显示欠清（箭）。Fast Dixon 图（2B）腺体后方胸壁结构显示清晰（箭）。Fig.2 Female, 64 years old, left breast, unspecified infiltrating carcinoma.Two-point Dixon images (2A) shows a poorly defined layer of chest wall structure behind the gland (arrow).Fast Dixon images (2B) show a clearly defined layer of chest wall structure behind the gland (arrow).

图3 女，66 岁，右乳非特殊类型浸润性癌。Fast Dixon 图像（3A）纤维腺体组织较两点Dixon 图像（3B）模糊，两组病灶描述形态学特征是一致的。Fig.3 Female, 66-year-old, with right breast invasive carcinoma of unspecified type.The fibroglandular tissue in the Fast Dixon image (3A) is blurred compared with the two-point Dixon image (3B), and the morphological characteristics described by the two groups are consistent.

表2 两种序列的图像质量主观评分比较Tab.2 Comparison of subjective scores of image quality between the two sequences

2.2 客观评价

共评估33个实性病灶，Fast Dixon病灶、实质、胸肌、腋窝SNR 较两点Dixon 高（P＜0.05）；两组图像病灶CNR差异无统计学意义（P＞0.05，表3）。两名观察者观测值计算所得SNR 和CNR 具有极好的一致性（ICC=0.897～0.936，P＜0.001）。

表3 两种序列图像客观评价结果比较Tab.3 Comparison of objective evaluation results of image quality between the two sequences

3 讨论

本研究首次提出将Fast Dixon 与两点Dixon 技术应用于乳腺T2WI序列，采用视觉评估及客观评价方式对比分析它们在乳腺MRI中的图像质量。通过比较两种Dixon 技术的优缺点，为乳腺T2WI 序列选择一种最佳的脂肪抑制技术，进一步提高乳腺MRI图像质量。本研究发现，与两点Dixon 相比，Fast Dixon 既可获得均匀一致的脂肪抑制图像，也具有较少的运动伪影，可以显著改善乳腺周围区域图像质量，可提升乳腺T2WI序列总体图像质量。

3.1 Fast Dixon在乳腺周围区域的图像质量优势

在胸壁及腋窝区域，两点Dixon极易出现一种特殊的搏动伪影，这主要是由心脏的运动造成，同时部分病例出现后方脊髓腔内脑脊液搏动伪影，说明患者的生理性运动或自主运动都会使图像质量显著降低。两点Dixon在乳腺后方胸壁、外侧方腋窝区域评分基本为3分或4分，这也说明两点Dixon在两个TR采集两个TE，对运动极为敏感[20-21]。HUIJGEN等[22]的一项研究结果显示，SPAIR 技术运动伪影略少于两点Dixon。因此，使用两点Dixon技术检查，需要检查者高度配合，同时，在扫描的过程中，如非必要不打开除乳腺专用线圈外的其他线圈，以避免其他区域伪影干扰。而Fast Dixon 技术采用双回波采集且使用较大的采样带宽，极少会出现此类搏动伪影，极大地改善两点Dixon技术由于心脏、胸腔积液等搏动伪影对胸壁、腋窝区域的观察，这对术前乳腺癌分期及术后残留胸壁水肿或复发的诊断具有重要意义。此外，Fast Dixon技术还可以减轻两点Dixon技术对患者呼吸、水肿及血管搏动造成乳腺皮肤边界出现轻微晃动的现象，此类伪影对肥胖患者尤为明显。双回波或多回波采集理论上可以成倍地缩短采集时间[23-24]，更利于序列结合过采样以增加图像的SNR，或者结合多次平均次数进一步降低对运动的敏感性。因此，尽管Fast Dixon 技术具有较大的采样带宽，但通过增加图像的过采样，可弥补信噪比的缺失。

3.2 Fast Dixon在乳腺总体图像质量优势

Dixon 成像的主要挑战是由于磁场不均匀引起质子的相位误差[25]。Fast Dixon反相位采集是在常规TSE 序列TE 时刻提前或推迟一个反相位进行采集，而传统两点Dixon在采集反相位前施加一个180°（或小于180°）重聚脉冲，与其相比，Fast Dixon 主磁场的均匀性无法得到及时纠正，因此，在不同TE 时刻，由于水和脂肪组织中的氢质子进动频率存在差异，会采集到更多不同信号强度的回波信号，从而造成进一步的相位模糊。本研究发现，Fast Dixon 技术在部分纤维腺体组织丰富区域及少部分分叶较多病灶的内部，细小的结构易出现模糊现象，而两点Dixon 技术在无运动伪影干扰的情况下，内部结构的显示较好。在较大的解剖结构上，这类内部细节的稍模糊现象可以忽略不计甚至肉眼无法察觉，与运动伪影对诊断带来的干扰相比，Fast Dixon 拥有更好的图像质量。同时，两点Dixon轻微的运动伪影也会导致图像清晰度下降，这可能导致两种技术间纤维腺体组织与实性病灶清晰度差异没有统计学意义。T2WI序列对病灶的评估，主要是利用病灶相对正常实质显现出来的高低信号对肿瘤良恶性进行判断，也可观察腋窝是否存在淋巴结肿大及胸壁受累的情况，更精细结构的观察主要通过T1WI 序列[26]，稍模糊的内部结构并不影响对T2 信号的判断。因此，Fast Dixon技术具有较少的运动伪影及更好的SNR，可提升乳腺T2WI序列总体图像质量。

3.3 局限性与展望

本研究存在一定的局限性：（1）本研究样本量较小，部分结果可能存在一定的偏移；（2）未进行T1WI序列的对比，乳腺T1WI主要采用三维快速梯度回波序列扫描[27]，未来我们将在其他部位进行两者之间T1WI 的对比；（3）大部分病例未出现腋窝、胸壁的侵犯，在后续的研究中，将纳入更多此类病例。

水脂分离技术可以同时获得同相位、反相位、脂像与水像四组图像，提供更多的诊断信息。本研究通过比较两种Dixon技术优缺点，为乳腺或其他部位T2WI 脂肪抑制技术提供更多的选择方式。同等条件下，与两点Dixon相比，Fast Dixon重聚脉冲能量更小，可以降低患者的特殊吸收率（specific absorption ratio, SAR）[28]。对于矮胖型受检者在SAR 预测过程中更容易出现超SAR 的情况，Fast Dixon可避免肥胖患者扫描过程SAR 值增加导致扫描参数改变，保证图像质量而不过多地延长TR，这是否为对TR 要求较高的增强TSE-T1WI 脂肪抑制成像的肥胖患者提供参考，这将会纳入我们今后的研究中。

4 结论

综上所述，与两点Dixon技术相比，Fast Dixon既可获得均匀一致的脂肪抑制图像，同时较少的运动伪影可以显著的改善乳腺周围区域图像质量，可提升乳腺T2WI序列总体图像质量。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

作者贡献声明：黄涛设计本研究的方案，采集数据，对稿件的重要内容进行了修改；蒋平平起草和撰写稿件，获取、分析并解释本研究的数据；陈燕清、官晓晖、陆虹宇、邓德茂获取、分析或解释本研究的数据，对稿件的重要内容进行了修改。蒋平平获得了广西壮族自治区卫生健康委员会自筹经费科研课题资助。全体作者都同意发表最后的修改稿，同意对本研究的所有方面负责，确保本研究的准确性和诚信。