iShim-EPI和SS-EPI在甲状腺结节扩散加权成像的应用比较

杨祺，贾永军，杨创勃，贺太平，王少彧，金晨望

DWI是目前临床上唯一一种可以非侵入性观察人体内水分子扩散运动的MR成像方法，现已广泛用于人体各部位成像，其对于病变特征显示及鉴别病变良、恶性均具有较大价值。研究结果显示，DWI有助于鉴别甲状腺病变的性质[1]。临床上，DWI经常采用的是单次激发平面回波成像(single-shot echo-planar imaging，SS-EPI)序列，其优点是成像速度快，对比度良好，但其图像空间分辨率低、磁敏感伪影和图像几何变形较重[2]，在颈部这种不规则解剖部位图像几何变形尤为严重。既往有研究报道，在磁共振图像采集时，通过实时动态优化每层图像采集时的磁场均匀性可以明显减少图像伪影[3]，提高磁共振DWI的图像质量。单层动态匀场(integrated shimming，iShim)技术可以在磁共振成像过程中实现逐层实时动态匀场，使每层图像采集时皆可达到最优场强，从而减少因场强不均所引起的图像质量的下降，从而提高DWI图像质量。最近研究表明该技术可明显提升乳腺3.0T磁共振 DWI的图像质量[4]，本文旨在探讨iShim-EPI和SS-EPI序列对颈部甲状腺结节DWI图像质量的影响。

材料与方法

1.一般资料

前瞻性对2018年2月-10月24例超声诊断为甲状腺结节患者进行磁共振扫描，共32个病灶，病灶大小1.50～4.70 cm，平均(2.36±0.72) cm，位于左叶18个，右叶12个，峡部2个。其中男16例，女8例，均无磁共振检查禁忌症。本研究经本院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

2.仪器与方法

采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T MR扫描仪，20通道头颈联合线圈。受检者采取仰卧位。扫描序列为横轴面T2WI脂肪抑制序列：TR 2070 ms，TE 65 ms，激励次数 2次，层厚3 mm。冠状面T2WI脂肪抑制序列：TR 4000 ms，TE 82 ms，激励次数2次，层厚3 mm。横轴面iShim-EPI序列：TR 7400 ms，TE 66 ms，层厚3 mm，层间距为0，FOV为250 mm×162 mm，b值取0、800 s/mm2，对应激励次数为3、24，矩阵大小为136×136，匀场方式为逐层动态匀场。横轴面SS-EPI序列：TR 7580 ms，TE 62 ms，层厚3 mm，层间距0.6 mm，FOV 250 mm×165 mm，b值取0、800 s/mm2，对应激励次数为2、4，矩阵大小为136×136，匀场方式为标准匀场。

3.图像分析

主观评分：由两名有多年MRI诊断经验的放射科医师在图像后处理工作站上分别对24例患者两种扩散序列上甲状腺结节及正常组织的解剖结构辨识和几何变形程度进行评价，以横轴面T2WI脂肪抑制序列为参考。采用5分法进行评分[5]。评分标准：1分，几乎无轮廓，无法识别解剖结构，无法评估几何变形；2分，轮廓不清晰，尚可辨识解剖结构，严重变形；3分，轮廓大概可见，且与邻近组织可区分，但一半及以上的轮廓与邻近组织混合，中度变形；4分，轮廓清楚，但轮廓的一小部分与邻近组织混合，轻度变形；5分，轮廓非常清楚，与邻近组织对比好，几乎无变形。

定量评估：24例患者共32例甲状腺结节数据在Siemens MMWP后处理工作站上由同一名放射科医师进行测量，放置ROI参考横轴面T2WI抑脂序列，记录甲状腺结节、正常甲状腺及背景组织信号强度和标准差，避开坏死囊变及出血，测量3次取平均值。计算图像信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)、对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)。SNR=SIROI/SDnoise，CNR=∣SIROI- SItestis∣/SDnoise，其中SIROI是 b=800 s/mm2时 DWI图像甲状腺结节实性区域的信号强度，SDnoise为DWI图像背景组织(正常肌肉)的信号强度标准差，SItestis是DWI图像正常甲状腺的信号强度。以解剖参考图(T2WI抑脂)为标准，测量两组DWI图像甲状腺结节前后(AP)和左右(RL)方向的几何变形率(geometric distortion ration，GDR)[6]，选取甲状腺结节最佳显示层面的T2WI图像对应层面的DWI图像，测量两幅图像中甲状腺结节的AP径及RL径，并计算GDRAP=(length T2AP-length DWIAP)/length T2AP×100%(length T2AP是T2WI图像中甲状腺结节的AP径，length DWIAP是DWI图像中甲状腺结节的AP径)；GDRRL=(length T2RL-length DWIRL)/length T2RL×100%(length T2RL是T2WI图像中甲状腺结节的RL径，length DWIRL是DWI图像中甲状腺结节的RL径)，并在ADC图像上测量甲状腺结节ADC值。

(b=800s/mm2)示甲状腺右叶肿瘤显示效果差，病灶变形严重；e)SS-EPI ADC图示甲状腺右叶肿瘤显示效果差，变形严重；f)T2WI抑脂横轴面与iShim-EPI DWI伪彩融合图(红线区域示扩散b值=800s/mm2时甲状腺肿瘤扩散解剖轮廓)，融合效果良好；g)T2WI抑脂横轴面与SS-EPI DWI伪彩融合图(红线区域示弥散b值=800s/mm2时甲状腺肿瘤扩散解剖轮廓)，融合效果差。

图1男，63岁，甲状腺右叶肿瘤。a)T2WI抑脂示甲状腺右叶肿瘤呈不均匀高信号；b)iShim-EPI DWI(b =800s/mm2)清晰显示甲状腺右叶肿瘤扩散呈高信号；c)iShim-EPI ADC图清晰示甲状腺右叶肿瘤呈环形低信号；d)SS-EPI DWI序列

4.统计方法

结 果

1.主观评分

两名医师的评分具有良好的一致性(Kappa>0.7，表1)。iShim-EPI对图像正常解剖结构的显示能力(P<0.05)、减少伪影的能力(P<0.05)、图像综合质量(P<0.05)均优于 SS-EPI(表2，图1、2)。

表1 对两种不同扩散序列图像主观评估的Kappa值结果

表2 2种不同序列行甲状腺结节DWI检查的图像质量主观评分

2.定量评价指标

两种序列图像比较，iShim-EPI甲状腺结节的SNR和CNR均优于SS-EPI，差异有统计学意义(P<0.001，表3)。iShim-EPI的甲状腺结节前后和左右方向GDR较SS-EPI显著降低，差异有统计学差异(P<0.001，表3，图1、2)。两组图像甲状腺结节的ADC值无统计学差异(P>0.05)。

讨 论

甲状腺结节是甲状腺疾病的常见表现形式[7]。女性的患病率最高。我国一般人群甲状腺结节的总发病率为5%～50%，其中5%～10%具有恶性肿瘤的可能性[8]。甲状腺结节的性质是决定临床治疗方式的重要因素。绝大部分良性甲状腺结节不需要手术处理，只需定期随诊即可，但恶性甲状腺结节、结节过大有明显压迫症状是手术的适应证。目前甲状腺病变有效的检测手段是细针穿刺活检，但仍有 15%～20% 无法诊断 ，且可能诱发出血等并发症[9]。细针穿刺活检甲状腺结节诱发甲状腺癌的概率约为 9.2%～13%[9]。目前甲状腺结节基础性的影像检测手段是超声检查，但单独只应用超声检查对甲状腺良恶性病变进行鉴别诊断目前还无可靠标准[10]。CT较容易发现甲状腺癌内微小钙化，亦可对肿瘤相邻结构侵犯显示清楚，但定性诊断仍存在很大困难。核素检查也较难区分甲状腺结节的良恶性，且有辐射损伤[11]。

图2女，42岁，甲状腺右叶结节。a)T2WI抑脂示甲状腺右叶结节呈高信号；b)iShim-EPI DWI(b值=800s/mm2)清晰显示甲状腺右叶结节扩散呈高信号；c)iShim-EPI ADC图清晰示甲状腺右叶结节呈低信号；d)SS-EPI DWI序列(b=800s/mm2)示甲状腺右叶结节显示效果较差，病灶变形严重；e)SS-EPI ADC图示甲状腺右叶结节显示不清，变形严重；f)T2WI抑脂横轴面与iShim-EPI DWI伪彩融合图(红线区域示弥散b值=800s/mm2时甲状腺结节扩散解剖轮廓)，融合效果良好；g)T2WI抑脂横轴面与SS-EPI DWI伪彩融合图(红线区域示弥散b值=800s/mm2时甲状腺结节扩散解剖轮廓)，融合效果差。

表3 采用2种不同序列行甲状腺结节DWI的图像质量客观评价指标

MRI由于其无创性和更好的图像对比度而成为评估甲状腺疾病的有用工具。常规MRI(包括T1WI、T2WI和增强T1WI)已被用于评估疾病的程度；然而，使用这些常规图像准确预测甲状腺结节的性质仍然很困难[12-13]。有各种研究报道，DWI得到的表观扩散系数(ADC)值可用于区分良性和恶性甲状腺结节[1,14-15]。但是目前，甲状腺DWI的最佳b值尚无统一的标准，Wu 等[16]的研究结果显示，b值为300 s/mm2时的ADC 值可以鉴别甲状腺结节的良恶性，Shi等[17]报道b值为500 s/mm2时的ADC 值可以鉴别甲状腺结节的良恶性，Schueller-Weidekamm等[18]的研究结果显示，当b值取800 s/mm2时恶性结节的 ADC 值明显高于良性结节。上述研究结果之间存在显著差异，这可能与每项研究中使用不同MR设备，扫描序列参数和测量方法有关。但更加优化的最高b值DWI的应用可进一步减少因灌注效应等所造成的ADC值差异[19]，故本文选取高b值800 s/mm2作为甲状腺结节扩散研究。

在本研究中，iShim-EPI和SS-EPI用于甲状腺结节DWI，并对结果进行了比较。研究结果显示，当DWI的 b值为800 s/mm2时，iShim-EPI序列在病灶解剖结构显示能力、伪影、图像整体质量显示均高于SS-EPI。常规SS-EPI甲状腺 DWI 图像解剖变形严重。甲状腺解剖变形是常规SS-EPI图像所面临的主要难题，这与其在颈肩部特殊解剖导致的局部磁场明显不均匀有关。目前评估甲状腺病变的常规扩散成像多为SS-EPI， 然而，在颈部区域中执行常规DWI是非常具有挑战性的，由于人体颈肩部解剖特殊，在高B0场强的磁场中，局部场不均匀性不能通过常规3D匀场完全补偿，因此局部场强的不均匀性可能导致图像信号丢失和图像失真，造成甲状腺结节扩散图像的变形和SNR、CNR减低。本研究采用的iShim-EPI技术使用逐层特定的动态匀场方案，而不是整个3D容积匀场，可以显著改善每个层面的磁场均匀性，确保每层图像在成像信号采集时都采用相应层面最优的中心频率和最优线性匀场方案，进而保证了甲状腺结节扩散图像有更高的SNR、CNR，同时明显减少甲状腺结节的变形率。这也是比较符合本文研究的结论，iShim-EPI对比SS-EPI甲状腺结节图像有更好的SNR和CNR以及更低的变形率。亦有研究表明iShim-EPI技术可明显提升乳腺3.0T MR扩散加权成像的图像质量[4]。iShim-EPI技术能够明显提高3.0T MR仪全身类PET(WBDWI)图像质量，尤其以颈段为著[20]。这些研究与本文研究结论基本符合。此外，在两种不同甲状腺扩散序列甲状腺结节的ADC 值比较中，笔者也发现常规SS-EPI和iShim-EPI两者的差异并没有统计学意义(P>0.05)。测量ADC值是鉴别良恶性甲状腺结节最常用和最有效的手段之一[1,14-15]。甲状腺恶性结节的ADC值往往较良性结节组织的ADC值低。因此通过测量组织内ADC值可以有效鉴别甲状腺结节的良恶性。与SS-EPI技术相比，iShim-EPI在不显著改变甲状腺结节图像ADC值的情况下，可使图像磁敏感伪影明显减少，变形程度缩小，图像有更高的SNR、CNR，明显提升了医师的诊断信心。

本研究的不足之处是纳入样本量较少，未能对甲状腺结节的病理做进一步研究，将在今后的工作中继续研究。总之，iShim 序列作为一种新的DWI方式，在甲状腺结节的扩散成像中，较常规扩散序列明显提高了图像质量，使得iShim序列的临床应用更加成熟、广泛。