PROPELLER技术在直肠癌磁共振扫描中的应用价值

应洪新，徐斯维，唐小平，尹建华，孙小余

（南昌大学第二附属医院影像中心，南昌330006）

目前，直肠癌是最常见的恶性肿瘤之一，我国直肠癌发病率和病死率呈逐年上升趋势,对直肠癌的准确定位、正确定性以及分期诊断直接影响着患者的疗效和预后[1-3]。随着磁共振扫描技术的发展,磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)以其优异的软组织分辨率及多方位、多参数、多序列成像特点，成为诊断直肠癌最好的影像学方法，磁共振高分辨扫描成为直肠癌的局部分期及为临床提供手术方针最准确的方法[3-6]，因此磁共振图像质量变得尤为重要。然而,我们在扫描过程中发现，即使患者主观配合良好，直肠不自主蠕动也会导致图像模糊、影响图像质量。研究发现，磁共振螺旋桨技术(periodically rotated over-lapping parallel lines enhanced reconstruction，PROPELLER)在 消除或减少运动伪影上有很好的效果，能够解决运动伪影造成的影像模糊或缺失、无法达到诊断要求的难题，提高病灶检出率[7-12]。本研究旨在通过将PROPELLER T2WI技术和常规磁共振FSE T2WI序列在横断位图像上的对比，探讨该技术在改善直肠癌患者磁共振图像信噪比、消除运动伪影上的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集我院2018年10月-2019年10月在我院行术前磁共振扫描的直肠癌患者，纳入标准：⑴术前均经肠镜检查及病理学检查确诊为直肠癌；⑵术前均行3.0 T高分辨率MRI检查；⑶患者身体状况良好，能配合完成MRI检查；无绝对MRI检查禁忌症及手术禁忌证；⑷临床病理资料完整。排除标准：⑴行新辅助放、化疗；⑵同时合并其他恶性肿瘤；⑶临床病理资料缺失；⑷患者存在严重心肺功能不全，身体状况无法耐受手术者。所有患者及家属已知情同意，且医院伦理委员会予以批准。

1.2 研究方法 采用GE signa Discovery MR750 3.0T磁共振扫描仪及16通道体部相控阵表面线圈进行直肠MRI扫描，扫描序列包括：矢状位FSE T2WI，横断位（小FOV）FSE T2WI，Propeller T2WI，横断位FSE T1WI及DWI，冠状位FSE T2WI。MRI扫描参数如下：矢状位FSE T2WI：层厚/层间距为4/1 mm，矩阵为320*256，FOV为24*24，TR/TE为3484/85 ms,ETL为18，NEX为4。横断位FSE T2WI：层厚/层间距为3/0.3 mm，矩阵为320*224，FOV为16*16，TR/TE为3978/102 ms，ETL为20，NEX为6。横断位FSE T2WI扫描结束后立即采用PROPELLER T2WI技术重新扫描一次，参数一致，且扫描时间相差在30s以内。横断位FSE T1WI：层厚/层间距为7/1mm,矩阵为320*256，FOV为36*36，TR/TE为499/68 ms,ETL为3，NEX为6；横断位DWI:层厚/层间距为7/1 mm，矩阵为96*128，FOV为36*36，TR/TE为4295/100 ms，b值为800，NEX为6；冠状位FSE T2WI：层厚/层间距为3/0.3 mm，矩阵为320*224，FOV为16*16，TR/TE为2955/102 ms，ETL为20，NEX为6。检查前1d让患者进食流质并用番泻叶泡水喝，尽量排空肠内容物；检查当天为患者肌肉注射6542，预防肠道痉挛。检查时让患者取仰卧标准解剖正位，双手抱头，线圈和呼吸门控置于腹部和耻骨联合中心，并提前告知患者大概扫描时间，嘱咐患者扫描期间不要移动。

1.3 观察指标 将采集到的图像传入ADW 4.6工作站，由两名我院两位经验丰富的影像诊断医师共同进行盲阅，并对直肠图像质量进行评分。

1.4 评定方法及标准 直肠磁共振扫描所获图像中直肠壁、周围脂肪组织、系膜筋膜和肿瘤及其周边淋巴结、邻近器官等结构整体模糊，无法阅片则判定为Ⅳ级图像；除直肠系膜筋膜和肿瘤及其周边淋巴结边界模糊外其他结构均欠清晰，影响直肠环周筋膜切缘范围评估则判定为Ⅲ级图像；除直肠系膜筋膜和肿瘤及其周边淋巴结边界欠清晰外其他结构均清晰，但不影响直肠环周筋膜切缘范围评估则判定为Ⅱ级图像；以上结构及其边界均清晰，可准确评估直肠环周筋膜切缘范围，通过阅片能够确定肿瘤位置、大小、T分期及其周边淋巴结涉及范围则判定为Ⅰ级图像。Ⅲ、Ⅳ级图像影响诊断，评定为不合格；Ⅰ、Ⅱ级图像不影响诊断，评定为合格。

1.5 统计学方法 采用SPSS 20.0软件对数据进行分析，计数资料用频数（n）、百分比（%）表示，计量资料用（）表示，计数资料两两比较采用χ2检验，等级资料组间比较采用秩和检验。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本情况 本研究共纳入直肠癌患者90例，其中男53例，女37例，年龄31-77岁，平均年龄（52.21±9.05）岁。

2.2 PROPELLER T2WI与FSE T2WI扫描技术直肠癌图像质量比较及统计分析

2.2.1 PROPELLER扫描技术明显改善直肠癌病变部位的图像质量 如图1A所示，患者在常规FSE T2WI扫描后，得到的横轴位图像经常出现直肠蠕动伪影干扰，直肠病灶部位图像模糊、细节显示不清晰；而同一患者给予PROPELLER技术扫描（图1B）后，直肠蠕动伪影干扰减少、减轻，病变部位的粘膜面、浆膜面及直肠周围系膜筋膜等细微结构显示清晰，图像质量得到明显改善。

图1 M/40岁，大便带血2个月余

术前电子结肠镜检查示距肛门约2-6cm直肠后侧可见一菜花状物生长，侵占1/2肠圈；术后病理为直肠中分化腺癌，累及肌层外脂肪组织。术前我院磁共振检查示：直肠壁不均匀增厚并局部菜花状软组织信号突向肠腔内生长、肠腔狭窄，横轴位FSE T2WI（图1A）因出现直肠蠕动伪影，病灶细节显示不清；给予PROPELLER T2WI扫描（图1B），直肠蠕动伪影消失，病灶部位的细微结构显示清晰：右侧壁病灶累及粘膜下，未突破浆膜面；左侧壁及后壁病灶突破浆膜面，累及邻近直肠系膜筋膜。

2.2.2 两种扫描技术得到的图像质量等级的统计学分析 对两种扫描技术获得的90例患者的MRI图像等级进行观察分析，我们发现（如表1所示）：⑴经过PROPELLER T2WI技术扫描，90例患者中有56例（占总数的62.22%）的图像等级提升为最佳的I级，这一数值显著高于常规FSE T2WI扫描（0例）。 ⑵PROPELLER技术得到的(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级)图像数量均少于对应的常规FSE扫描技术（P值均＜0.05）。⑶PROPELLER技术得到合格（Ⅰ、Ⅱ级）的图像总数由原来的38例增加到79例（合格率为87.78%）；不合格的（Ⅲ、Ⅳ级）图像降为11例，图像质量明显优于FSE T2WI扫描图像，差异具有显著统计学意义（P＜0.001）。

3 讨论

随着近些年MRI高分辨率成像技术的发展，MRI扫描图像可以清晰显示直肠解剖、病变位置以及肿瘤是否侵犯包膜及邻近器官等，加之直肠位置相对固定、受呼吸影响小、与周围组织对比度好等原因，高分辨MRI已然成为直肠癌术前评估的最重要手段[3-6]。然而，临床上使用高分辨MR扫描对直肠癌患者进行检查的过程中，由于FOV设置的相对较小，导致图像颗粒感比较粗，信噪比相对较低；而直肠的不自主蠕动会产生运动伪影，导致图像模糊。上述这些不足很难在传统FSE序列中消除。本研究纳入的90例患者中，常规FSE扫描技术得到合格的图像质量（Ⅰ、Ⅱ级）图像仅38例（合格率为42.22%）；不合格的（Ⅲ、Ⅳ级）图像达52例（约占57.78%），直肠癌病变及周围的细微结构显示不清，图像的诊断信息大量丢失，严重影响疾病的分期诊断和治疗。

传统的FSE序列是利用一次90°射频脉冲之后，利用多个180°聚焦脉冲采集多个自旋回波，平行填充K空间的相位编码线来进行信号的采集[10]。而PROPELLER技术是在FSE序列的基础上引入K空间放射填充技术，即在一个TR间期内采集一个回波链，回波链中的回波需进行相位编码和频率编码，某个角度上平行填充K空间，在下一个TR间期内采集另一个回波链，该回波链的频率编码与相位编码较上一个回波链旋转一定的角度，以此类推[10]。PROPELLER技术的原理使得K空间中心区域（中心区决定信噪比）有较大程度上的重叠，从而提高图像信噪比。另外，PROPELLER技术在采集数据的同时，系统会对数据进行分析，包括相位校正、旋转信息矫正、移动信息矫正、相关信息权重分析，当所有信息经过分析、校正后填入K空间，在图像合成时剔除运动幅度大且较低权重的失真图像，对轻微运动的数据进行校正，从而消除图像运动伪影及磁敏感伪影，提高图像质量[8]。这两点优势刚好弥补了直肠高分辨扫描的不足[7-13]。在本实验研究中，90例直肠癌患者在常规FSE T2WI扫描结束后立即行PROPELLER T2WI技术重新扫描一次，后者得到合格图像由原来的38例增加到79例（合格率为87.78%），其中代表最佳的I级图像数量跃升为56例（占总数62.22%）；不合格的图像降为11例，图像质量得到明显改善。

总而言之，在直肠癌MR高分辨扫描中，常规FSE序列无法解决直肠蠕动伪影对图像的影响，而PROPELLER技术能够显著提高图像信噪比、并有效去除直肠蠕动伪影的干扰，提高图像质量等级。尽管PROPELLER T2WI技术在扫描中与常规FSE T2WI扫描技术相比，会稍微延长扫描时间(多耗时约43s)，仍然值得在临床应用、推广。