单向高激励次数序列对肝脏DWI图像质量及表观弥散系数的影响

胥津歌，孙 楠，史燕杰，闫 铄，李晓婷，孙应实

(北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所医学影像科 恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室，北京 100142)

图1 患者男，43岁，神经内分泌瘤伴弥漫性肝转移 A、B.单向高NEX序列DWI图像(A)及ADC图(B)；b=1 000 s/mm2； C、D.常规序列DWI图像(C)及ADC图(D)，b=1 000 s/mm2

弥散加权成像(diffusion weighted imaging， DWI)已广泛用于临床，在诊断和鉴别肝脏疾病以及评估疗效等方面发挥重要作用[1-2]。近年肝脏DWI成像质量虽有所提高，但仍存在信噪比(signal to noise ratio， SNR)低、表观弥散系数(apparent diffusion coefficient， ADC)重复性差、易因心脏搏动产生伪影影响观察肝脏左叶等问题[3]，采用门控技术可降低呼吸运动及心脏搏动对图像质量的影响[4]。既往研究[5]多通过优化b值提高图像质量，而针对心脏搏动所致肝左叶信号丢失和伪影问题进行参数优化的报道较少。单向高激励次数(number of excitation， NEX)序列是通过减少弥散方向和增加NEX 得到的改进DWI序列，NEX增加使图像信号填充次数加倍，可减少心脏搏动导致的信号丢失，肝左叶伪影随之减少；弥散方向减少有利于缩短扫描时间。本研究观察单向高NEX序列对肝脏DWI图像质量和ADC的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2020年6月—8月21例于北京大学肿瘤医院就诊的肝脏疾病患者(疾病组)，男15例，女6例，年龄38～83岁，平均(61.1±12.0)岁；纳入标准：①无MR检查禁忌证；②MR检查各序列资料完整；③检查前未接受放射、化学治疗(化疗)或肝脏手术。同期纳入26名健康体检者(健康组)，男11名，女15名，年龄35～73岁，平均(53.3±9.5)岁；纳入标准：①无肝脏疾病及肝脏手术史；②无MR检查禁忌证；③各序列MR资料完整；④半年内未服用任何药物；⑤无酗酒史。检查前所有受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE MR750 3.0T MR扫描仪。嘱受检者仰卧，以轴位单次激发脂肪抑制自旋回波-平面回波成像(spin echo-echo planar imaging， SE-EPI)序列采集上腹部常规DWI，于左右、上下和前后3个方向上施加弥散梯度，参数：TR 3 157 ms，TE 56.6 ms，矩阵100×140，层厚7 mm，层间距1 mm，FOV 400 mm×320 mm，并行采集因子为2，b值为50和1 000 s/mm2，NEX为2和8，扫描时间98 s。之后采集上腹部单向高NEX序列DWI，仅于左右方向施加弥散梯度，扫描参数：b值为50和1 000 s/mm2，NEX为4和16，扫描时间74 s，其他参数同前。见图1、2。

1.3 图像分析 将图像上传至图像存储与传输系统。由2名具有3年以上工作经验的影像科医师独立采用3分法[6]，以盲法分别对肝脏DWI和ADC图像质量进行主观评价，评价疾病组图像显示病灶、解剖结构和伪影情况及健康组显示解剖结构和伪影情况。显示病灶评分标准：病灶与周围肝实质形成明显对比、内部结构清晰、边缘锐利为3分；病灶与周围肝实质对比明显、但内部结构不清、边缘欠锐利或模糊为2分；病灶不明显，与周围肝实质较难区分为1分。解剖结构评分标准：图像对比良好，清晰显示血管等结构且无形变为3分；图像对比良好，清楚显示血管等组织结构、但有轻微扭曲变形为2分；图像对比较差，血管等组织结构模糊不清、扭曲变形明显为1分。伪影评分标准：无或极少伪影为3分；伪影较多，但不影响诊断为2分；伪影多，影响诊断为1分。

图2 健康体检者，女，49岁 A、B.单向高NEX序列DWI图像(A)及ADC图(B)，b=1 000 s/mm2； C、D.常规序列DWI图像(C)及ADC图(D)，b=1 000 s/mm2

以SNR为客观评价指标。由1名具有2年以上工作经验的影像科医师先后于b=1 000 s/mm2的常规序列和单向高NEX序列图像上勾画疾病组肝脏ROI，于肝左、右叶实质各勾画3个面积为50 mm2的圆形ROI，记为ROI 1；于病灶信号最高区域勾画1个50 mm2圆形ROI，记为ROI 2；于病灶最大层面勾画1个尽可能覆盖整个病灶的不规则ROI，记为ROI 3。健康组勾画正常肝实质ROI，方式同疾病组。取ROI内各像素信号强度(signal intensity， SI)的平均值为SI肝。测量相同层面图像外无伪影区域的背景噪声SI的标准差(SD背景)；根据公式SNR=SI肝/SD背景计算SNR。

将图像到上传至GE AW4.5工作站，由1名具有2年以上工作经验的影像科医师测量单向高NEX和常规序列图像的ADC，记录各个ROI的ADC标准差SD，计算变异系数(coefficient of variation， CV)，CV=SD/ADC×100%。以上数据均测量2次，2次测量间隔1周，取平均值作为结果。

1.4 统计学分析 采用SPSS 24.0统计分析软件。符合正态分布的计量资料以±s表示，以配对t检验比较单向高NEX和常规序列的SNR、ADC及CV；不符合正态分布的计量资料以中位数(上下四分位)表示，以Wilcoxon符号秩和检验比较2个序列的主观评分。采用Kappa检验评价观察者间一致性，Kappa≤0.2为一致性差，0.20.8为一致性优；计算2名观察者评分一致率(%)，评分一致率越高，观察者间一致性越好，取值范围与Kappa值相同。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一致性分析Kappa检验结果显示，2名观察者间，主观评分指标中44.44%的一致性良好，38.89%一致性为中等，16.67%一致性为一般；观察者主观评分一致率0.7～0.9，均为良好或优。

2.2 图像质量 疾病组DWI和ADC图像显示肝左、右叶病灶差异均无统计学意义(P均>0.05)；单向高NEX序列图像显示肝左叶解剖结构和伪影均优于常规序列(P均<0.05)，见表1。健康组单向高NEX序列DWI和ADC图像肝左叶伪影评分均优于常规序列(P均<0.05)，见表2。

表1 疾病组常规序列与单向高NEX序列肝脏DWI和ADC图像主观评分比较(n=21，分)

疾病组单向高NEX序列图像中肝左叶实质及病灶的SNR均高于常规序列(P均<0.05)，见表3。健康组单向高NEX序列图像中肝左叶实质SNR(16.46±1.34)高于常规序列(13.73±1.14)(t=-3.386，P=0.002)，肝右叶实质单向高NEX序列的SNR(31.90±2.68)与常规序列(32.19±3.04)差异无统计学意义(t=0.160，P=0.874)。

2.3 ADC与CV 2组左、右叶肝实质及疾病组肝左、右叶病灶单向高NEX序列和常规序列的ADC差异均无统计学意义(P均>0.05)；单向高NEX序列的CV均低于常规序列(P均<0.05)，见表4。

3 讨论

本研究发现单向高NEX序列图像显示肝左叶解剖结构、伪影评分及SNR均高于常规序列DWI (P均<0.05)。NEX是使用相同振幅的相位编码斜率采集数据的次数，NEX倍增则信号增加[7]。心脏搏动可能引起肝左叶体素不一致甚至丢失信号，NEX加倍即信号填充次数加倍，大大减少心脏搏动所致信号丢失现象，伪影也随之减少，但扫描时间随之增加。肝实质内水分子弥散呈各向同性[8]，即DWI图像3个不同方向上ADC测值相等。既往研究[8]表明，针对肝脏DWI采用多向弥散梯度可能是不必要的，因此本研究将弥散方向设为单向(左右)，以期缩短扫描时间。

表2 健康组常规序列与单向高NEX序列肝脏DWI和ADC图像主观评分比较(n=26，分)

表3 疾病组不同位置单向高NEX序列与常规序列图像SNR比较(n=21，±s)

表3 疾病组不同位置单向高NEX序列与常规序列图像SNR比较(n=21，±s)

扫描序列肝左叶ROI 1ROI 2ROI 3肝右叶ROI 1ROI 2ROI 3单向高NEX DWI18.74±2.1075.30±18.7454.45±12.2826.98±2.5165.37±8.8750.08±5.34常规DWI16.81±1.7966.98±17.7348.95±10.8326.63±2.8474.24±14.1853.31±8.79t值-2.330-5.216-2.898-0.3201.3040.817P值0.030<0.010.0130.7530.2330.441

表4 2组肝脏单向高NEX序列与常规序列DWI的ADC、CV比较(±s)

表4 2组肝脏单向高NEX序列与常规序列DWI的ADC、CV比较(±s)

扫描序列ADC(×10-3 mm2/s)正常左叶正常右叶病灶CV(%)正常左叶正常右叶病灶疾病组(n=21) 单向高NEX1.40±0.030.99±0.081.48±0.145.95±0.555.75±1.048.60±0.98 常规1.41±0.040.92±0.021.50±0.1511.67±1.5210.17±2.5514.85±1.79 t值0.310-1.0350.7993.9422.4367.323 P值0.7600.3130.4340.0010.024<0.001健康组(n=26) 单向高NEX1.46±0.031.00±0.02—6.37±0.374.32±0.28— 常规1.46±0.040.99±0.03—11.15±1.278.22±0.55— t值-0.152-1.068—3.8947.939— P值0.8800.296—0.001<0.001—

肝脏病灶的ADC可提供病变特征信息，对于鉴别良恶性病变至关重要[9-10]。CV代表ADC离散程度，CV越高则ADC离散程度越大，即ADC测值的可重复性越差[11]。本研究疾病组和健康组左、右叶肝实质在单向高NEX序列和常规序列下ADC差异均无统计学意义(P均>0.05)，且2组左、右叶肝实质单向高NEX序列CV均低于常规序列(P均<0.05)，提示随着NEX增加，ADC测值可重复性提高，对于受心脏运动影响而在常规DWI图像上较难观察到的肝左小叶结节病变或可疑病变，单向高NEX序列图像可能显示效果更好。

综上所述，增加NEX和减少肝脏DWI弥散方向可在不影响ADC的前提下减少DWI图像中肝左叶伪影，提高图像质量。本研究的不足：样本量小，可能影响Kappa值，亦难以分别观察肝脏不同疾病；仅根据预实验结果设置单向高NEX序列弥散方向，未进行各方向间图像质量比较。