多b值肝脏扩散加权成像：导航触发与自由呼吸技术的对比研究

刘 锴 黄健峰 丁玉琴 陈财忠 徐鹏举

作者单位：复旦大学附属中山医院 放射科，上海市影像医学研究所



多b值肝脏扩散加权成像：导航触发与自由呼吸技术的对比研究

刘 锴 黄健峰 丁玉琴 陈财忠 徐鹏举

作者单位：复旦大学附属中山医院 放射科，上海市影像医学研究所

【摘要】目的：应用1.5T磁共振比较研究导航触发与自由呼吸在多b值DWI肝脏成像的特点。方法：应用1.5T磁共振，对30例临床诊断肝局灶性病变的病人同时使用导航触发、自由呼吸多b值扩散加权扫描成像，评估两组肝脏图像质量和成像时间长短，测量和比较两组不同b值图像的信号强度、肝脏信噪比及ADC值。结果：导航触发与自由呼吸序列图像评分分别为3.57±0.56，3.74±0.52，差异无统计学意义（P＞0.05）；导航触发扫描时间长于自由呼吸序列，分别为434±21s，130s（P ＜0.01）；导航触发序列肝实质SNR（50，400，800）为 57.49±20.67，39.84±15.41；27.38±8.60，高于自由呼吸序列SNR（50，400，800）= 41.56±15.03，29.26±9.44，22.84±6.85 （P ＜0.01）。两者肝实质ADC无差异（P ＞0.05），分别为 1.130±0.098，1.086±0.072。结论：对于多b值肝脏扩散加权成像，导航触发较自由呼吸技术图像信噪比高，自由呼吸技术成像时间相对短，两种技术所测量肝脏ADC值无明显差异。

【关键词】扩散加权成像；多b值；导航触发；自由呼吸；肝脏。

中国医学计算机成像杂志，2016，22：132-137

Chin Comput Med Imag，2016，22：132-137

Department of Radiology，Zhongshan Hospital，Fudan University

Address：180 Fenglin Rd.，Shanghai 200032，P.R.C

Address Correspondence to XU Peng-ju（E-mail：xu.pengju@zs-hospital. sh.cn ）

磁共振弥散加权成像（diffusion weighted imagaging， DWI）是基于组织内水分子无规则运动（布朗运动）的一种功能性成像，其成像速度快，无需引入对比剂，实用性强等特点，已成为常规检测肝占位病变及鉴别诊断的重要技术应用之一［1-3］。随着对DWI成像研究的深入，多b值（3个或3个b值以上）弥散成像可提供更加稳定的数据分析而越来越普及［4-5］，实际工作中有导航触发、呼吸门控和自由呼吸技术可供选择，本研究旨在比较导航触发和自由呼吸两种不同扫描技术对肝脏DWI成像影响，包括肝脏图像伪影及图像信噪比（Signal noise ratio，SNR），病灶ADC值和病灶检出有无差别、扫描时间长短进行综合评价，从而优化肝脏多b值DWI成像技术。

方 法

1. 临床资料

2014年5月-8月，本院进行手术或确认肝占位性病变患者随机30例，男17例，女13例，年龄27～78，平均63±2.3，纳入本研究。

2. 扫描方法

使用SIEMENS AREA 1.5T超导磁共振，患者检查前禁食6小时，采用18通道体部线圈，三平面定位后，常规T1WI、T2WI后行导航触发DWI及自由呼吸DWI多b值扫描（b=50，400，800s/mm2）DWI扫描参数如下：TR1700ms/5400ms，TE60ms并采集因子2，NEX=2 层厚6mm、层间距1.2mm带宽512Hz/pixel，扫描野300×380mm，矩阵240×384，脂肪抑制，相位方向A→P，FA=60°（表1）。受检者仰卧两臂上举，训练患者呼吸，要求患者扫描过程中保持呼吸幅度及呼吸频率均匀。

表1 扫描参数

3. 图像分析

所有图像分析在Syngo.MR D13工作站完成，图像由2名高年资腹部影像医师共同评分并取得一致意见：4分为图像对比良好，组织结构清晰可辨，3分为图像对比良好，但组织结构或病灶有模糊影；2分为图像出现伪影及病灶显示欠清，但不影响诊断，1分为伪影较大，图像质量较差，无法用于诊断。分别测量两组DWI序列图像中不同b值肝脏及背景信号强度并计算各b值图像SNR，测量肝脏和病灶ADC值。在肝脏右叶、病灶区域、沿相位方向图像右前方背景区绘制感兴趣区（Region of intrest，ROI）ROI尽量包括全部病灶，避开伪影区，背景区选取二个同样大小图形ROI取其平均值，病灶信噪比 SNR= SI肝脏/SD背景，连续测量3次，取其平均值。

4. 统计分析

采用SPSS 20.0软件包进行统计分析，比较两种不同序列图像各b值的SNR、伪影评分及肝实质、病灶ADC值，病灶的检出率。SNR、ADC值各对应数据中两组独立样本使用t检验，及多组伪影评分使用Wilcoxon符号秩和检验法进行组间数据两两对比，用 表示，以P＜0.05为差异有统计学意义，P＞0.05±为无统计学差异。

结 果

1.图像质量及SNR

图像伪影评分两组序列在不同b值（50，400，800 s/mm2）DWI图像和ADC图像无明显差异（表2，图1）。导航触发序列SNR（50，400，800）高于自由呼吸序列（表3）。

2.病灶检出及ADC值

两种序列对病灶检出率无统计学差异（表4）。测得肝脏ADC值分别为：1.086±0.072，1.130±0.098，以及其他占位性病灶ADC值两两对比，P ＞0.05（表5），两组ADC值无明显差异（图2～5）。

表2 不同b值的DWI图像及ADC图像伪影评分

表3 导航触发与自由呼吸序列肝脏不同b值（s/mm2）的SNR对比

表4 两组DWI序列成像的病灶检出率

表5 两组序列测得正常肝脏及占位性病变的ADC值及平均值（×10-3mm2/s）

图1 血管瘤病例b=50，400，800 s/mm2自由呼吸与导航触发DWI图像对比。血管瘤病例，b=50，400，800s/mm2DWI图像A、C、E分别为自由呼吸各b值图像；B、D、F为导航触发各b值图像。随b值增加大b值SNR逐渐下降，两组多b值序列均能够清晰显示病灶，导航触发成像SNR略好，图像识别差异不大。

图2 b=50，400，800 s/mm2自由呼吸与导航触发ADC图。多b值自由呼吸（A）及导航触发（B）序列ADC图，ADC值分别为1.93，2.06均能够清晰显示较小病灶。

图3 肝癌复发病例b=50，400，800 s/mm2自由呼吸与导航触发ADC图。肝癌治疗后复发病例（白箭头处），A为多b值导航触发序列ADC图像，对比C2自由呼吸ADC图B两者均能够清晰显示病灶，肝脏各叶及血管形态显示良好无明显伪影，肝脏和病灶处ADC值分别为A：1.12，0.92；B：1.19，0.89，均无明显差异。

图4 导航触发频率采样图。对肺部疾病及体弱患者长时间保持完全同一呼吸幅度和频率，特别在导航触发采样后期，仍有一定困难。

图5 导航触发序列在个别病例ADC图中，肝脏左叶可呈现信号不均匀显示现象（B、D白箭头处），而自由呼吸序列（A、C）很少出现。这可能和扫描中病人呼吸运动的不一致性及心脏血管搏动对左叶影响较大有关。

讨 论

DWI作为目前唯一对活体水分子进行探测成像的方法，广泛应用于临床各部位成像。但在对腹部成像时常受到呼吸、胃肠蠕动等运动影响，目前已采用多种技术进行克服。包括屏气扫描技术、自由呼吸矫正、导航触发呼吸门控技术等，使DWI序列在腹部的应用得以快速发展［6-7］。相对于中枢神经的ADC测量来说，肝脏的ADC值得测量可重复性被认为相对较差，这与成像中受心脏搏动、呼吸运动以及使用的b值较低所以DWI的SNR偏低，伪影较大有关联［8-9］。而ADC值作为一个定量指标，对于鉴别肝脏的良恶性病变有帮助［3，10］。近年来随着弥散成像序列的深入研究表明：多b值弥散成像能够更稳定地表达ADC的测量结果，图像质量也可得到更好的表达［11］。相关研究表明：不同b值的选择对肝脏肿瘤的鉴别有很大帮助［5］，对肝脏常规弥散成像的b值选择各文献报道并不一致，选择低b值成像时背景抑制较小，难以展现真正的弥散对比，图像更接近于T2WI像，虽然能更好地显示病灶，但由于微循环血流灌注对ADC取值影响较大，所以测得的ADC值并不稳定。高b值虽然明显降低了微循环血流灌注产生的影响，所测得ADC值比较稳定，但过高的b值会造成信噪比减大幅度低从而影响小病灶的检出率。综合对比各b值区间对比成像，因此选择b=50，400，800s/mm2进行研究。在多b值成像中，屏气法扫描的时间可多达数十秒钟，不具备可操作性，故此对导航触发和自由呼吸间的多b值成像的实际应用进行对比研究，评价两个序列在肝脏占位性病变的成像质量、病灶检出等方面在实际应用的区别。实践中我们发现在导航触发法图像SNR稍好，病灶显示及ADC测量的分析比较中，两种成像方法所得图像无明显差异，特别是对病灶显像检出率方面二者无区别，无论良性占位或肝癌、转移瘤两种成像方式都可清晰显示。但导航触发序列的扫描时间因病人呼吸适应性差异较大，特别在长时间的采样扫描中，部分气促患者易产生疲劳感。有部分患者在呼吸门控前半程呼吸触发良好，而后半程扫描中常出现呼吸、节奏幅度不均现象，这有可能导致成像质量不佳，甚至引起检查失败。通常导航触发主要通过导航回波根据膈肌或是肝脏的呼吸运动，根据空气和膈肌或肝脏的信号差确定位置，根据探测呼吸运动是否达到呼气时的探测位置而决定采集窗的射频脉冲激发将被接受或者拒绝［12］。因为长时间的射频采样，病人呼吸运动采集后期常不能保持完全一致，造成采集窗探测膈肌的未能位于正确位置的呼吸运动被拒绝，从而进行反复重新采样，直到达到可以触发的位置再行重复采集，这种情况常常引起扫描采集时间延长，导航效率低下，也是造成导航触发序列成像时间较长的其中一个原因。两组序列成像的图像质量对比，虽然呼吸触发组成像SNR更好，但从病灶检出率分析可以看出：自由呼吸方法并不会影响对肝脏病灶的发现和检出。有相关研究认为在屏气扫描、导航触发和自由呼吸三种方法中，导航触发法取得的正常肝脏ADC值相对显著增高，可重复性并非最佳［13］，在实践过程中我们也发现在多b值DWI成像中，ADC图像受心脏搏动等影响，有些导航触发扫描图像在肝脏左叶产生的伪影较自由呼吸序列表现明显，而在牺牲扫描时间的情况下，因自由呼吸序列扫描相对较为稳定，仍可以通过增加激励次数来相应增加图像SNR，提高成像质量。

综上所述，在临床选择多b值成像序列应用中，自由呼吸的成像质量略低于导航触发序列，但ADC值数据测量的稳定性与导航触发无明显差异，其有成像时间短，无需病人长时间做均匀呼吸配合，便于常规操作的优点，有利于常规多b值成像扫描，在实际应用中可以得到清晰稳定的DWI图像。

参 考 文 献

［1］Schmid-Tannwald C1， Reiser MF， Zech CJ. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging of the abdomen. Radiologe，2011，51:195-204.

［2］Di Martino M， Di Miscio R， De Filippis G， et al. Detection of small （≤2 cm） HCC in cirrhotic patients: added value of diffusion MR-imaging. Abdom Imaging， 2013 ，38:1254-62. doi: 10.1007/s00261-013-0009-5.

［3］徐鹏举，严福华，曾蒙苏，等. 局灶性结节增生与肝细胞癌MR扩散加权成像表现特征的比较. 中华放射学杂志，2011，45:747-756

［4］Bilgili MY. Reproductibility of apparent diffusion coefficients measurements in diffusion- weighted MRI of the abdomen with different b values. Eur J Radiol，2012， 8 1 : 2066-2068.

［5］张海彬， 胡道予， 张 娟， 等. 磁共振多b值DWI对肝脏局灶性占位性病变的应用价值. 放射学实践， 2011， 9:961-965

［6］Kandpal H1， Sharma R， Madhusudhan KS， et al. Respiratory triggered versus breath-hold diffusion-weighted MRI of liver lesions: comparison of image quality and apparent diffusion coefficient values. AJR Am J Roentgenol， 2009，192:915-922

［7］Kartalis N1，Loizou L，Edsborg N， et al. Optimizing diffusion-weighted MR imaging for demonstrating pancreatic cancer: a comparison of respiratory-triggered， free-breathing and breath-hold techniques. Eur Radiol， 2012， 22 :2186-2192

［8］Taouli B，KDh DM.Diffusion-weighted MR imaging of the liver.Radiology， 2010， 254:47-66.

［9］Bilqili MY. Reproductibility of apparent diffusion coefficients measurements in diffusion-weighted MRI of the abdomen with different b values. Eur J Radiol， 2012， 81 :2066-2068

［10］Taouli B， Diffusion-weighted MR imaging for liver lesion characterization: a critical look， Radiology， 2012， 262:378-380.

［11］刘再毅， 陈 鑫， 颜丽芬，等. b值对肝脏磁共振扩散加权成像ADC值及其可重复性的影响. 中国医学影像学杂志， 2013，21:370-373

［12］Jhooti P1，Gatehouse PD，Keeqan J， et al. Phase ordering with automatic window selection （PAWS）: a novel motion-resistant technique for 3D coronary imaging. Magn Reson Med， 2000， 43:470-480

［13］［13］ Kwee TC1， 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 Magn Reson Imaging， 2008， 28 :1141-1148

Multiple b-Value Diffusion-weighted MRI of Liver: Comparison of Navigator-triggered and Free-breathing Technique

LIU Kai， HUANG Jian-feng， DING Yu-qin， CHEN Cai-zhong， XU Peng-ju

【Abstract】Purpose: To compare the image characteristic of multi-b-value diffusion-weighted （DW） liver imaging with navigator-triggered （NT） technique with that with free-breathing （FB） on 1.5T MRI. Methods: Thirty patients with focal liver lesion underwent multi-b-value （b=50， 400， 800s/mm2） DW imaging with two different techniques: NT and FB. The acquisition time and image quality scores of them were assessed. The signal intensity of images at each b-value，SNR and ADC values of liver were calculated and compared between these two techniques. Results: The image quality score of images acquired with NT technique was 3.57±0.56 and equal to that with FB technique 3.74±0.52 （P＞0.05）. The mean acquisition time for FB scheme was shorter than that for NT （130vs434±21s， P＜0.01）. The SNR（50，400，800）of liver parenchyma with NT acquisition was superior to that with FB （P＜0.01）. The ADC values of liver parenchyma were not with significant difference between two techniques （P＞0.05）. Conclusion: As for multi-b-value DW liver imaging， NT technique provides better SNR， whereas FB technique holds advantages of shorter acquisition time with no difference in ADC value.

【Key words】Diffusion-weighted imaging ； Multi-b-value ； Navigator-triggered； Free-breathing； Liver

收稿时间：（2015.08.11；修回时间：2015.08.31）

通信作者：徐鹏举（电子邮箱： xu.pengju@zs-hospital.sh.cn ）

通信地址：上海市徐汇区 枫林路180号 11号，上海200032

中图分类号：R445.7

文献标志码：A

文章编号：1006-5741（2016）-02-0132-06