1.5T和3.0T上腹部扩散加权成像三种呼吸采集方式的比较

史卓，赵心明，宋俊峰，马霄虹，叶枫

磁共振 扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）已广泛应用于腹部脏器疾病的评估，提供了有用的定量和定性信息[1-4]。目前，很多上腹部的MRI检查在3.0T核磁共振机上进行，但也有相当多的医院使用1.5T仪器扫描。本研究的目的就是对1.5T和3.0T常用的屏气、呼吸触发、自由呼吸3种技术采集到的DWI图像进行定量、定性分析，以判断上腹部DWI的最佳扫描方案，希望为今后的临床工作提供一个参考性意见。

材料与方法

1.志愿者

2013年9-12月共有21位志愿者（其中男13例，女8例，平均年龄47±13岁）参与了本次研究。所有志愿者均无上腹部主要脏器的疾病史。

2.MR扫描方案

每位志愿者都经过GE的1.5T和3.0T扫描仪（Signa HDxt，GE Healthcare，USA）及体部相控阵线圈进行检查，两套磁共振检查在同一天完成。其中，DWI方案是在单次激发自旋回波平面成像（singleshot spin-echo echo-planar imaging，SE-EPI）序 列 的基础上分别进行屏气、呼吸触发和自由呼吸3种方式的扫描，b值都是100和800，扫描层数为24，激励次数屏气为1，呼吸触发为2，自由呼吸为4[5]；扫描范围包全上腹部（表1）。

3.图像分析

影像科2名高年资主治医师分别盲法记录、测量数据，他们通过GE AW442Workstation进行定量和定性分析。

表1 3种DWI在1.5T和3T中的成像技术和参数

定量分析：对于每个器官的信噪比（signal to noise ratio，SNR）和表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC），观测者反复测量3次求其平均值，每次测量的位置需保持一致。圆形感兴趣区（region of interests，ROI）分别被放置于右肾皮质；肝脏的右后叶（门静脉主干及其右分支层面）；脾脏的中部；以及胰尾部的DWI和ADC图上。相关组织DWI图像的信噪比由下式计算[6]：

SD为背景噪声的标准差，其测量方法为放置一1cm2左右的ROI于腹壁外，由工作站自动得出其数值。

定性分析：DWI图像伪影被归类成3组。①运动伪影包括呼吸、心跳、胃肠蠕动等周期性运动造成的伪影；②磁敏感伪影包含胃等含有气体的空腔，由涡电流效应引起的组织结构扭曲以及信号的丢失；③射频脉冲不均一伪影（介电效应或涡电流造成），由叠加在图像上的暗区大小来评估。观测者用4分法对每组图像的伪影进行 分 级[7，8]：1分，无 伪 影；2分，较 少 伪 影；3分，较多伪影；4分，严重伪影；同时，两位医师还对所有DWI图像所描述的解剖细节进行评分：1分，图像质量差；2分，质量一般；3分，质量较好；4分，图像质量好。

表2 1.5和3.0T3种DWI采集方式下各种伪影以及图像质量评分

4.统计学分析

本研究均采用SPSS 17.0统计学软件（LEAD Technologies，New York，NY）对上述数据进行统计学分析。若各计量资料均符合正态分布，采用配对t检验或完全随机设计资料的方差分析进行比较；若各组变量不全符合正态分布，则采用配对设计符号秩检验或者完全随机设计多个样本比较的秩和检验进行分析。若检验水准为0.05，依据Bonferroni校正P＜0.05／3＝0.0167认为有统计学差异。

结 果

表2比较了1.5和3.0T3种DWI序列的伪影和图像质量评分，从表格测得的各组数据中我们可以看出高b值较低b值伪影多，3.0T较1.5T对伪影更敏感；其中，呼吸触发DWI 3.0T的图像质量优于1.5T（P＜0.05），而自由呼吸技术无论在b100和b800何种情况下，1.5T的伪影评分以及图像质量均优于3.0T。

表3显示了两种场强下屏气、呼吸触发和自由呼吸技术之间的伪影和图像质量评分比较的结果。从表中可以看出，3.0T时呼吸触发DWI图像质量最好、伪影最少，而屏气DWI技术在1.5Tb＝100时的图像质量相对较差，b＝800时伪影相对较多（P＜0.01）。

表4总结了信噪比（signal to noise ratio，SNR）的比较结果：从采集方式来看自由呼吸DWI的信噪比高于呼吸触发、屏气技术；而两种场强下，无论是b100或b800，胆囊、肾、脾和胰腺在3.0T中的SNR均高于1.5T，而肝脏大部分情况却低于1.5T。

表3 两种场强下三种DWI方案之间两两比较图像质量和伪影

表5、6显示了两种场强下b值为800、100时，正常器官ADC值比较的结果，其中，1.5和3.0T之间所测正常肝脏、胆囊、肾脏、脾和胰腺的ADC值均无统计学差异（P＞0.05）。整体说来脾脏的ADC值是这几个器官中最低的。

表5 两种场强下正常器官b＝800时的ADC值

表6 两种场强下正常器官b＝100时的ADC值

讨 论

1.1.5T与3.0T

3.0T磁共振扫描仪已经广泛应用于临床，DWI的研究热点也早已从单指数模型转向双指数、拉伸指数等模型的研究[9]。但目前上腹部DWI序列应如何运用的报道并不统一[5，10，11]。理论上，3.0T磁共振扫描仪是最理想的DWI成像系统，可以提供两倍于1.5T的固有信噪比。但是，高场强下的腹部DWI成像也面临着磁化率不同引起的几何畸变，高度的磁场敏感性引起的信号丢失，严重的运动伪影，以及由于脂肪组织配准不良引起的化学位移伪影等挑战。我们的研究结果也证明了这几点：表2中3.0T呼吸触发DWI的图像质量虽然优于1.5T（P＜0.05），但b＝100时，3.0T屏气技术采集到的伪影却较1.5T多（P＜0.0001），且1.5T自由呼吸DWI的图像质量及伪影评分都优于3.0T；整体说来高b值较低b值的伪影多，3.0T较1.5T对伪影更敏感。

3.0T另一项需要关注的方面是驻波（立波）和介电效应，它们的物理行为（无论是相长干涉或相消干涉）会削减射频脉冲的均一性。当静磁场强度增加时，这种效应会更明显，3.0T较1.5T会更多的受到射频脉冲不均一伪影的影响。在我们的研究当中，b100的组织信号强度较b800高，可以很好的观察到这一现象：随着场强的增加，尤其在这种自旋回波序列（SEEPI）中，为了满足上腹部的轴向扫描参数，射频脉冲的带宽必须增加、波长必须减少，图像信号（尤其是上腹部中心）就会不均一或者丢失，这也是肝左叶或胰腺经常不清楚的原因。高场强下这种伪影的严重程度取决于多种因素，包括被检查物的几何结构和电性质，射频线圈的设计，以及激励电源、射频线圈和被检物之间的相互作用。目前，已有改良设计的线圈使射频场更加均匀。

理论上，ADC值与磁场强度无关，我们的研究结果也证明了这一点。虽然脾脏的值最低，但本研究与Matsuoka[12]和Notohamiprodjo[13]的报道相近，重 点脏器在1.5T和3.0T中的ADC值均无差异；尽管Lavdas等[14]发现Siemens Avanto 1.5T所测ADC值高于Verio 3.0T，但他们同时也注意到Philips Achieva 1.5T测得的ADC值却低于Achieva 3.0T，所以这种偏差很可能与扫描机型有关，相关的结论仍有待今后进一步补充和完善。

另一方面，两种场强下信噪比（SNR）却呈现出另一番比较结果：肝脏在3.0T中的SNR明显低于1.5T，而胆囊、右肾、脾和胰腺均高于1.5T（表4）。从采集方式来看，自由呼吸DWI的SNR整体上高于呼吸触发和屏气技术。这些结果提示我们今后针对不同检查的对象，应采取相应的扫描策略。

2.屏气、呼吸触发与自由呼吸

图1 志愿者的同一层面在3.0T和1.5T上进行3种采集方式的扫描结果。其中，3.0T呼吸触发DWI的图像质量优于1.5T，而1.5T自由呼吸DWI图像均优于3.0T；自由呼吸DWI的信噪比高于呼吸触发，屏气技术。a）3.0T；b）1.5T，上排b＝800，下排b＝100。RT：Respiratory Triggered DWI，呼吸触发DWI；BH：Breath-hold DWI，屏气DWI；FB：Free-Breathing DWI，自由呼吸DWI。

上腹部DWI呼吸运动伪影的消除方法已有多种，但诸如心脏搏动、胃肠蠕动的伪影仍不可避免，仍会降低图像质量。单次激励的SE-EPI序列的K空间填充时间虽然很快，但由于读出间隔的限制，一次采集完上腹部DWI图像的时间最快也得20s左右，因此自由呼吸扩散加权成像必然会受到呼吸运动的影响。屏气方案是唯一可以减少上腹部呼吸运动的DWI采集技术，但它又受到采集时间的制约，所以其激励次数较低（NEX＝1），SNR和空间分辨率都会受到影响；为了补偿图像由于呼吸运动造成的病变显示不清，我们与Choi等[5，15-17]的方案设计类似，自由呼吸DWI的激励次数最高（NEX＝4），呼吸触发DWI居中（NEX＝2），所以3种方式之间的参数不可能完全一致。

本研究的结果显示当场强为3.0T时，呼吸触发DWI相对于另外两种技术的图像质量好、伪影少，其评分也较1.5T好，且两种场强下的扫描时间基本一致；而屏气DWI在1.5T低b时的图像质量相对较差，高b时，伪影又相对较多；另一方面，3.0T自由呼吸技术因为没有进行呼吸补偿，图像更多受到运动伪影的影响，与1.5T相比图像质量差，需要用门控技术进行采集纠正（表3）。因此在高场强下（3.0T），尤其是不能平静呼吸的患者，自由呼吸方案在增加了激励次数后，有可能会导致像素配准错误，图像质量会被降低，这种效应在微小病变的检测中非常明显，所以屏气技术减少呼吸伪影的作用仍需做进一步的研究。但因大部分患者最多能坚持20s左右的屏气时间，就目前的情况而言，3.0T呼吸触发技术仍属于获取最佳DWI图像质量的采集方案。

3.本研究的局限性

本研究也存在一些局限：①队列的规模较小，入组的都是正常、健康、合作较好的志愿者，与典型的有上腹部脏器疾病的患者情况不同，DWI的图像伪影和质量会不一样；②没有比较和评估呼气末血液的系统性高流速、伪各向异性效应对ADC值影响的大小[10，18]；③不同厂家的型号和参数可能会不同，这里得出的结论是否可以推广应用，仍有待今后进一步补充和验证。

[1]Doshi AM，Campbell N，Hajdu CH，et al.Differentiation of malignant omental caking from benign omental thickening using MRI[J].Abdom Imaging，2014，14.

[2]胡瑶，胡道予，王秋霞，等.多b值DWI指数模型对胰腺肿瘤鉴别诊断价值初探[J].放射学实践，2014，29（3）：305-309.

[3]姚秀忠，许红莲，顾君英，等.正常胰腺在3.0TMR不同DWI序列上的ADC值评价[J].放射学实践，2013，28（2）：173-176.

[4]Sandrasegaran K.Functional MR imaging of the abdomen[J].Radiol Clin North Am，2014，52（4）：883-903.

[5]Choi JS，Kim MJ，Chung YE，et al.Comparison of breathhold，navigator-triggered，and free-breathing diffusion-weighted MRI for focal hepatic lesions[J].J Magn Reson Imaging，2013，38（1）：109-118.

[6]杨正汗，冯逢，王霄英.磁共振成像技术指南（第二版）[M].人民军医出版社，2010：424-426.

[7]Bernstein MA，Huston J，Ward HA.Imaging artifacts at 3.0T[J].J Magn Reson Imaging，2006，24（4）：735-746.

[8]Le Bihan D，Poupon C，Amadon A，et al.Artifacts and pitfalls in diffusion MRI[J].J Magn Reson Imaging，2006，24（3）：478-488.

[9]车树楠.磁共振扩散加权成像不同模型对于肝脏恶性肿瘤性病变定量诊断价值的研究[D].北京大学医学部，2013：12-18.

[10]Kwee TC，Takahara T，Koh DM，et al.Comparison and reproducibility of ADC measurements in breathhold，respiratory triggered，and free-breathing diffusion-weighted MR imaging of the liver[J].J Magn Reson Med，2008，28（5）：1141-1148.

[11]Nasu K，Kuroki Y，Sekiguchi R，et al.The effect of simultaneous use of respiratory triggering in diffusion-weighted imaging of the liver[J].Magn Reson Med Sci，2006，5（3）：129-136.

[12]Matsuoka A，Minato M，Harada M，et al.Comparison of 3.0and 1.5Tesla diffusion-weighted imaging in the visibility of breast cancer[J].Radiat Med，2008，26（1）：15-20.

[13]Notohamiprodjo M，Dietrich O，Horger W，et al.Diffusion tensor imaging（DTI）of the kidney at 3tesla-feasibility，protocol evaluation and comparison to 1.5Tesla[J].Invest Radiol，2010，45（5）：245-254.

[14]Lavdas I，Miquel ME，McRobbie DW，et al.Comparison between diffusion-weighted MRI（DW-MRI）at 1.5and 3tesla：aphantom study[J].J Magn Reson Imaging，2014，40（3）：682-690.

[15]Taouli B，Sandberg A，Stemmer A，et al.Diffusion-weighted imaging of the liver：comparison of navigator triggered and breathhold acquisitions[J].J Magn Reson Imaging，2009，30（3）：561-568.

[16]Baltzer PA，Schelhorn J，Benndorf M，et al.Diagnosis of focal liver lesions suspected of metastases by diffusion-weighted imaging（DWI）：systematic comparison favors free-breathing technique[J].Clin Imaging，2013，37（1）：97-103.

[17]王海屹，王佳，叶慧义，等.自由呼吸扩散加权成像与屏气扩散加权成像在肾脏病变方面的对比研究[J].中国医学影像学杂志，2011，19（6）：436-441.

[18]Nasu K，Kuroki Y，Fujii H，et al.Hepatic pseudo-anisotropy：a specific artifact in hepatic diffusion-weighted images obtained with respiratory triggering[J].MAGMA，2007，20（4）：205-211.