前瞻性采集校正技术在肾脏弥散加权成像中的临床应用

王大丽 周健 李清海

呼吸运动伪影是腹部弥散加权成像（DWI）的一个重要挑战，伪影能够引起图像模糊、信号强度丢失等，影响重要解剖结构和病变的显示。以往多采用摒气单次激发自旋回波平面回波DWI（SS-SE-EPI DWI）进行肾脏研究，因其采集时间较短，能够有效去除呼吸运动伪影的影响。部分重症患者、年老者或肥胖者不能有效摒气，限制DWI在肾脏的应用，且在采用高b值时，摒气DWI序列所得图像的信噪比（SNR）较低，给图像评阅带来困难。近年来，导航触发前瞻性采集校正技术（PACE）作为一种新型呼吸运动伪影抑制技术，已在上腹部、心脏及颅脑等部位的应用研究中获得令人满意的结果［1］。目前，尚缺乏采用PACE技术的DWI（PACE-DWI）在肾脏中的应用研究，本文探讨PACE-DWI在肾脏ADC值测量中的可重复性，比较图像SNR及对比噪声比（CNR）与摒气DWI。

1 资料与方法

1.1 临床资料 15例健康志愿者进行重复DWI扫描（两次扫描间隔时间5～42d），男7例，女8例；年龄（36.9±12.2）岁。其中每次进行DWI扫描均采用两种不同序列：摒气的SS-SE-EPI序列和采用PACE技术的SE-EPI序列。纳入标准：（1）知情同意，自愿接受上腹部MRI检查；（2）无肾脏疾病及可能影响肾脏功能的病史存在（如痛风、糖尿病、原发性高血压等）；（3）近期肾功能检查正常，且随访至今；（4）无其它脏器或全身性的严重疾病。排除标准：（1）肾脏恶性占位或者肝脏占位性病变不能定性；（2）肾脏多发良性占位（如AML及囊肿），影响ADC值测量；（3）肾脏其他病变，如肾结石、肾积水、先天性变异、尿路肿瘤等；（4）长期服用大量药物；（5）有磁共振检查禁忌者。

1.2 MR成像技术 采用Siemens 1.5T Avanto MR扫描仪，腹部相控阵表面线圈。患者检查前禁食禁饮4h，受检者仰卧位，定位扫描完成后，分别行半傅里叶采集单次激发快速自旋回波T2加权扫描［HASTE，TR 1000ms，TE 83ms，层厚7.0mm，视野（field of vision，FOV）360×270mm，矩阵256×194，带宽391Hz，1次摒气］及冠状位二维快速小角度激发梯度回波T1加权扫描（2D FLASH，TR 233ms，TE 2.52ms，层厚 7.0mm，FOV 360×270mm，矩阵 256×179，带宽 260Hz，频率选择脂肪抑制，1次屏气），扫描范围覆盖整个肾脏。DWI 扫描参数见表1。

表1 DWI成像参数

1.3 MRI图像分析 所有图像分析均在Siemens 1.5T Avanto MR工作站上进行，由两位放射科医师共同对图像进行观察和分析，意见不一时，通过讨论达成共识。图像分析包括以下3个方面：（1）ADC值的测量及分析：表观弥散系数（ADC）=In（S1/S0）/（b0-b1），S1为b=100、300、500、800、1000s/mm2的信号强度，S0为b=0s/mm2的信号强度，In为自然对数。在拟合生成ADC图像上测量ADC值，选取右肾及左肾门水平实质中心层面手动划定感兴趣区（ROI），包括肾皮质和髓质，避开伪影以及肾窦的影响，分别测得双肾实质在摒气DWI及PACE-DWI时各b值ADC值。观察随b值增大肾实质ADC值的变化情况，且比较摒气DWI和PACE-DWI在相同b值下，ADC值间的差异。（2）PACE-DWI可重复性：分别测得PACE-DWI前后两次重复检查左、右肾门水平中心层面肾实质的ADC值，分析双肾实质ADC值在前后两次检查间是否存在差异，评价PACE-DWI是否具有较好的重复性。（3）SNR及CNR测量方法：测得摒气DWI及PACEDWI在各种b值条件下，右肾门水平中心层面肾实质的信号强度SI肾，手工划定ROI，包括皮质及髓质，尽量避开伪影及肾窦的影响。背景信号强度取相应水平身体右侧空气区，避开伪影测量，背景噪声的标准差为SD背景，采用圆形ROI，大小约3mm2。同时测的相应层面肝脏右下角肝实质的信号强度SI肝，亦采用圆形ROI，大小约3mm2。以公式①和②分别计算DWI图像信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）：①SNR=SI肾/SD背景；②CNR=（SI肾-SI肝）/SD背景。

1.4 统计学方法 采用SPSS 13.0及MedCalc v10.3.0统计学软件。PACE-DWI在肾实质ADC值测量中的重复性研究，采用配对t检验、Bland-Altman plot［2］及一致性相关分析［3］；两种成像序列间SNR及CNR的比较采用Mann-Whitney U检验；不同b值组间SNR及CNR的比较采用Kruskal-Wallis H检验；摒气DWI和PACE-DWI所测得ADC值比较采用Wilcoxon 配对符号秩检验；不同b值组间ADC值比较采用Friedman检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PACE-DWI在肾实质ADC值测量中的可重复性 各b值条件下重复测得左右肾实质ADC值间差异均无统计学意义（P>0.05）（见表2）。进一步Bland-Altman plot的分析，除b=100s/mm2条件下，PACE-DWI重复测量肾实质ADC间的平均差为 -4.4×10-5～-6.3×10-5mm2/s，一致性限范围为±28.1×10-5～±36.4×10-5mm2/s；一致性相关分析结果表明，重复测得肾实质ADC值间具有较高的一致性（ρc=0.892，P=0.000），但在b=100s/mm2时，所测ADC值间的波动范围较大（见表3、图1）。

表2 PACE-DWI重复测量肾实质ADC值的比较［×10-5mm2/s，（）］

表2 PACE-DWI重复测量肾实质ADC值的比较［×10-5mm2/s，（）］

b值（s/mm2）左肾 右肾第一次肾实质ADC值第二次肾实质ADC值 t值 P值 第一次肾实质ADC值第二次肾实质ADC值 t值 P值100 383.4±59.3 396.5±58.7 -0.707 0.494 359.2±65.5 389.8±48.2 -1.832 0.094 300 290.2±33.2 292.3±21.0 -0.247 0.809 280.4±26.0 281.5±16.9 -0.254 0.804 500 247.7±21.0 250.3±15.5 -0.428 0.677 234.0±16.8 245.1±22.1 -1.580 0.142 800 211.7±16.0 219.3±18.5 -1.174 0.265 203.3±14.9 213.8±21.8 -2.017 0.069 1000 195.9±16.7 201.8±9.4 -1.030 0.325 192.0±13.4 194.8±6.6 -0.740 0.475

表3 PACE-DWI重复测量所得肾实质ADC值的平均差和一致性限（×10-5mm2/s）

2.2 采用PACE技术及b值选择对DWI图像质量的影响 相同b值下，PACE-DWI图像的SNR及CNR均明显高于摒气序列，差异有统计学意义（P<0.05）；但无论是摒气DWI还是PACE-DWI，随着b值的增高，DWI图像的SNR及CNR均呈下降趋势，且在各组b值间存在显著的统计学差异（P=0.000），见表4。

图1 PACE-DWI重复测量所得肾实质ADC值的Bland-Altman plot图（A-E）及一致性相关分析图（F）

表4 不同序列及b值条件下DWI图像SNR及CNR比较（）

表4 不同序列及b值条件下DWI图像SNR及CNR比较（）

b值（s/mm2）SNR CNR摒气DWIPACE-DWI Z值 P值 摒气DWI PACE-DWIZ值 P值100 56.7±19.8 75.3±29.8 -2.252 0.024 41.2±15.6 59.8±21.4 -3.464 0.000 300 41.6±14.7 62.2±20.6 -2.598 0.008 22.4±8.6 42.0±13.4 -3.580 0.000 500 20.4±8.7 35.2±12.3 -2.194 0.028 11.5±3.7 25.6±7.9 -2.771 0.005 800 2.7±0.9 7.7±2.8 -4.099 0.000 0.7±0.3 4.0±1.8 -4.158 0.000 1000 1.8±0.6 5.7±1.6 -3.984 0.000 0.4±0.2 3.2±1.2 -4.100 0.000 χ2值 46.699 47.092 52.494 50.194 P值 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01

2.3 采用PACE技术及b值选择对肾实质ADC值的影响 相同b值条件下，PACE-DWI所测得的ADC值均高于摒气序列，且除b=100s/mm2条件下的右肾实质ADC值外，摒气和PACE-DWI所测得的肾实质ADC值间差异均有统计学意义（P<0.05）；但无论摒气DWI还是PACE-DWI，肾实质ADC值随b值的增加均呈减小的趋势，且各组b值间的ADC值差异均有统计学意义（P=0.000），见表5。

表5 不同序列及b值条件下肾实质ADC值比较（）

表5 不同序列及b值条件下肾实质ADC值比较（）

b值（s/mm2）SNR CNR摒气DWIPACE-DWI Z值 P值 摒气DWI PACE-DWI Z值 P值100 319.2±44.2 383.4±59.3 -2.353 0.016* 342.9±50.1 359.2±65.5 -0.314 0.791 300 231.0±69.2 290.2±33.2 -2.746 0.003** 255.5±22.1 280.4±26.0 -2.825 0.002 500 227.0±13.2 247.7±21.0 -2.746 0.003** 226.0±20.5 243.0±16.8 -2.412 0.003 800 180.1±15.8 211.7±16.0 -2.981 0.001** 185.7±12.0 203.3±14.9 -2.903 0.001 1000 162.2±9.0 195.5±16.7 -3.059 0.000*** 166.0±9.3 192.0±13.4 -3.061 0.000 χ2值 42.4 47.2 47.2 46.5 P值 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01

3 讨论

PACE是一种新型2D导航触发前瞻性采集校正技术［6］，其采用二维的梯度回波快速小角度脉冲序列，实时检测呼吸周期中右侧膈顶上下的位置移动，当膈肌位置进入预先设定的采集窗时，导航脉冲停止，而进行信号采集，保证每次均在呼吸周期中的相同位置（呼气末期）进行信号采集。其作为一种专门的呼吸运动伪影抑制技术，一个主要的优点是前瞻性检出呼吸周期中的膈肌位置，仅在膈肌位置符合事先确定的门控窗时采集的数据用于成像，而不受目前呼吸周期时相的影响［5-6］。因此，其作为一种有效去除呼吸运动伪影的方法，已经在临床常规上腹部T2WI检查中得到广泛应用，且相对于其它T2WI序列，具有不需摒气和SNR明显增高的优势［7-8］。本资料结果表明，除b=100s/mm2条件下，PACE-DWI在肾脏ADC值测量中具有较好的重复性，能够用于临床研究，且相对于摒气序列具有更高的SNR和CNR，两者差异有统计学意义，这主要归功于前者激励次数增加、采集时间延长。而在b=100s/mm2条件下，PACE-DWI的重复性较差，可以解释为低b值测量ADC值受灌注的影响较明显。但需注意，在相同b值条件下，PACE-DWI所测得的ADC值均高于摒气序列，且除b=100s/mm2条件下的右肾实质ADC值外，相同b值下摒气和PACEDWI所测得的肾实质ADC值间差异均有统计学意义。其产生原因可能是，PACE-DWI采用2次激励、采集时间延长，其所得图像的信号强度及SNR均明显增高。综上所述，PACE-DWI适用于肾脏的DWI研究，由于其SNR明显增高，应该能够更加敏感的反映

肾脏弥散运动状态，为进一步进行CKD的DWI研究提供新的成像技术。另外，由于PACE-DWI检查中，受检者不需要摒气，因此，适用于病情较重、年老或肥胖者等不能有效摒气的受检者。