肺结节磁共振扩散加权成像技术优化

蒋 杨 潘江峰 应明亮 舒锦尔 李惠民

扩散加权成像（diffusion weighted imaging,DWI)是目前唯一能够无创性在体检测组织水分子布朗运动的检查技术，它是宏观流动相位位移成像原理在微观分子水平的应用，一直是磁共振成像领域的研究重点和热点[1]。由于DWI对水分子扩散检测的高度敏感性，检查病变已经从最初的脑梗死延伸至肿瘤,技术的发展也使其应用范围从神经系统扩展至体部甚至全身脏器。近年来,对于体部肿瘤的检出、定性以及肿瘤治疗疗效的评估，DWI已经作为常规序列应用于临床[2-3]。就具体的体部脏器应用而言，DWI主要集中在肝脏等实质性器官，肺部应用相对较少[4-5]。原因在于DWI通常采用的单次激发平面回波成像对局部磁场的均匀性有极高的要求,而肺部由于大量空气的存在具有磁场均匀性差的缺陷，致使DWI在肺部应用中极易产生明显的磁敏感性伪影，影响图像质量，而3.0T磁共振带来高图像信噪比的同时，DWI的磁敏感伪影更为突出。本研究旨在通过3.0T 磁共振DWI序列中附加局部容积匀场和减少相位编码的方法，降低伪影，改善图像质量，提高肺结节DWI的应用价值。

方 法

1.一般资料

经肺部CT检查确认肺结节后进行磁共振检查的连续25例患者纳入研究,其中女性10例，男性15例；年龄22～71岁，平均(52.72±10.34)岁；结节灶平均直径范围为（1.0～3.0)cm。所有患者无心脏起搏器等磁共振检查禁忌，均告知检查注意事项并签署知情同意。

2.磁共振检查

采用Philips Achieva 3.0T TX双源双梯度超导型磁共振扫描仪，16通道腹部相控阵线圈SENSE-XLTorso。患者取仰卧位，双手上举。先行常规序列扫描，包括3平面定位，横断位T1WI，横断位T2WI。在常规图像上明确肺部结节定位后，分别先后进行常规方式和改进方式的两次肺结节DWI扫描。常规方式采用大视野FOV=（350×350mm)，视野在频率、相位方向保持相同（相位编码数为116），附加普通匀场。改进方式采用减小相位方向视野加三维容积匀场，相位视野以患者前后径为标准(一般230～250mm)相应的（相位编码数为76～82)，容积匀场则以包裹扫描范围为标准，其余DWI序列扫描参数两者相同：单次激发自旋回波平面回波成像（single shot spin echo-echo planar imaging，SE-EPI）；脂肪抑制方式：频谱衰减翻转恢复(spectral attenuated inversion recovery，SPAIR) ；TR/ TE：1500/shortest：50ms；层厚/层间距：4.0/0.5mm；采集体素大小(voxel size)：3.02mm×3.02mm×4.0mm；SENSE加速因子：2；Number of signals averaged(NSA)：3。两个扫描方式的DWI序列均在病人平静自由呼吸的方式下连续采集5个B值(0，300，600，900，1200s/mm2) 的数据。

3.图像质量评价

由两位高年资放射诊断医师和一位技师共同对不同B值所获得的图像质量进行主观评分，评分标准如下：0分：伪影严重无法显示病灶；1分：伪影较严重，病灶可见但有较大变形，影响诊断；2分：伪影有，结节病灶某些层面有轻度变形，但不影响诊断；3分：伪影较轻或无，结节病灶显示完整清楚。

将DWI图像传输至随机工作站，采用选取感兴趣区（region of interest，ROI）的方式测量信号强度（signal intensity，SI），ROI的大小以病灶大小为标准，取病灶大小的60%～80%面积，图像质量评价用表观对比噪声比（apparent contrast-to-noise ratio，AppCNR)、信噪比（signal-noise ratio，SNR)[5]。设定AppCNR=(SI1-SI2)/SD2，，SNR=SI1/SD背景，其中SI1、SI2分别为结节病灶及其同层面胸壁肌肉的信号强度，SD2为胸壁肌肉的标准差，SD背景为背景空气区ROI的标准差。除信号强度的分析以外，对DWI图像进行表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）的后处理，测量不同B值下病灶区域的ADC值。上述所有数据均在不同时间点进行三次测量，最终以三次测量结果的均值纳入统计学分析。

4.统计学分析

统计学分析软件包为SSPS 15.0。统计数据用均值±标准差表示，组间AppCNR、SNR以及ADC的差异性均采用配对t检验进行统计分析，设定P＜0.05为差异具有显著性意义。

结 果

常规组图像的平均评分为1.52±0.06，其中3分有4位患者，病灶直径（2～4cm)；2分10位患者，病灶直径（2～3cm)；1分6位患者，病灶直径（1～3cm)；0分5位患者，病灶直径（0.5～1.5cm)。改进组平均评分为2.56±0.04，其中3分14位患者，病灶直径（2～4cm)；2分11位患者，病灶直径（0.5～2cm)，无0分。改进组图像评分明显高于常规组(P＜0.05)，常规组DWI图像的变形和Ghost伪影均比改进组更为明显(图1)。

随着B值的提高，对比噪声比（AppCNR）和图像信噪比（SNR）均逐渐下降，但组间比较分析显示，在不同B值下改进组的AppCNR和SNR均分别明显高于常规组(P＜0.05)（表1、2）。同样随着B值的提高，肺部病灶的ADC值亦呈下降趋势，但在相同B值的条件下，ADC值的组间无明显差异(P＞0.05)（表3）。

图1 左上肺舌段结节。A和B为T2和T1加权图像；C、E、G、I.分别是同层面b=300s/mm2.600s/mm2.900s/mm2.1200s/mm2时常规组的DWI图像；D、F、H、J.分别是同层面改进组的DWI图像。常规组4个图像显示该病灶变形明显，显示较差，随着b值升高这种情况更为严重，b=1200s/mm2时已不能显示该病灶；改进组4个图像病灶显示明显优于常规组。

表1 组间AppCNR统计分析结果（平均值±标准差）

表2 组间SNR统计分析结果（平均值±标准差）

表3 组间不同B值下ADC值统计分析结果（平均值±标准差，×10-3mm2/s）

讨 论

1.DWI序列肺部应用存在的问题

由于肺内组织空气含量很高而氢质子密度很低，气体组织界面大，造成局部容积内的磁场均匀性差而使图像容易产生磁敏感伪影和化学位移伪影，这种伪影在高场强中表现得更为显著。DWI通常使用单次激发的平面回波成像如single-shot SE-EPI，EPI序列是虽然是MR最快速的成像技术，但该技术的信号采集基于相位编码梯度快速的交替切换，产生连续的奇、偶回波。在该成像技术中，不准确的采集时序、静磁场的不均匀性、快速切换梯度场产生的涡电流效应，以及活体组织的呼吸、脉搏运动、微循环运动等因素，都会导致K-空间中各回波之间呈现一定的相位差。这种相位的偏差经过傅立叶转换后，在重建后的图像上表现为图像变形以及相位编码方向的Ghost伪影[6-7]。上述的影响因素虽然存在于人体各部位，而肺部由于其解剖结构的特点更容易产生相关变形和伪影，因此也在一定程度上限制了DWI在肺部的应用。

2.肺部DWI序列扫描方法的改进

为了改善局部磁场均匀度，首先采用的改进方式是在成像范围内附加容积匀场（volume shimming）。磁共振常规匀场方式是通过调整静梯度场来改善整个磁场的不均匀性，而三维容积匀场可以根据成像体的大小而改变匀场容积的大小，甚至可以根据成像体的形状而改变容积匀场形状，达到更精准地调整扫描层面局部的磁场不均匀性，从而减少因成像区域磁场不均匀而产生的伪影并提供更好的脂肪抑制效果[8]。本研究中的容积匀场大小和形状根据不同患者而具体设定，设定的标准是容积匀场的大小和形状恰好包裹成像范围，背景空气区域尽可能小。该标准设定的目的在于尽可能保证成像体范围内磁场均匀度达到最佳，由此减少磁敏感伪影，同时与Sense技术相结合减少图像变形；另一方面，磁场均匀度的改善，有益于脂肪抑制，减少化学位移伪影[9-10]。

其次，采用矩形视野技术(rectangle field of view)，即在相位编码方向上采用最小视野，可以减少数据采集过程中的相位编码步级数。常规视野DWI在相位编码方向上读出时间较长带宽较低，通过减少相位编码步级数，从而减少了读出时间，相对增加了相位编码方向上的带宽，回波间产生相位差的机会下降[7]。减少相位编码方向上的FOV还相应减少了SE-EPI DWI序列的TE以及回波链的长度，梯度切换产生的涡电流效应相应减少，并且TE的下降还有利于提高图像的信噪比。

从本组资料看，改进组DWI图像有更好的图像质量而不影响病灶ADC值，也就是说改进技术提高了图像质量但不影响DWI的本质。因此作者推荐肺结节DWI检查时，在常规肺部DWI序列中附加容积匀场和采用矩形视野技术，以获得更好的图像质量，帮助提高肺结节的诊断准确率。

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