不同屏气方式在MRI胸部及腹部检查中的差异性研究

李雷，李娜，孙怡咪，马静文

西安市第九医院 CT&MR室，陕西 西安 710054

引言

相比于X射线检查、电子计算机断层扫描等检查方式，磁共振扫描因其对软组织具有较高的分辨率而广泛应用于各种疾病的检查。但是由于呼吸运动产生的伪影会降低图像质量，因此，消除呼吸运动伪影对提高胸、腹部扫描图像质量尤为重要。屏气扫描[1-2]，呼吸门控[3]、呼吸导航[4]以及多种自由呼吸采集方式[5]等多种方式用于减少呼吸运动伪影，并且对屏气困难患者也同样能够得到较高的扫描质量。尽管多种方法用来抑制呼吸运动伪影，屏气扫描因其操作简单，对设备要求较低，依然是临床上最常用的方法。屏气扫描需要患者与放射技师配合，放射技师根据具体情况选择最合适的屏气方式（如吸气末屏气或呼气末屏气）并判断患者是否达到有效屏气，以便在有限的稳定屏气时间内扫描获得最优图像。目前，临床上依然以放射技师指导的屏气为主，患者处于支配地位。提高患者在MRI采集过程中的参与度有可能减少患者在检查过程中由于幽闭环境、检查过程中的噪声等引起的不适感，提高患者检查的舒适度，从而提高图像质量。鉴于此，本研究在前人的基础上探讨患者自主屏气及放射技师指导的屏气对胸、腹部扫描图像质量的影响，以提高患者在MRI扫描中的舒适感。

1 材料与方法

1.1 临床资料

选取2017年3月至2020年12月期间，临床评估及已做过CT扫描并怀疑肺癌和肝癌的患者进行MRI扫描诊断，其中因怀疑肺癌进行胸部MRI扫描的患者64人，其中男性58例，女性6例，平均年龄（60±0.52）岁；因怀疑肝癌进行腹部MRI扫描的患者103人，其中男性75人，女性28人，平均年龄（62±0.61）岁。研究患者的纳入标准为：年龄≥18岁，交流无障碍，能自主进行屏气，未怀孕，没有核磁共振检查禁忌症，经诊断有疑似相关症状；排除伪影重影响评价者。本研究经西安市第九医院伦理委员会批准，所有参与患者均签署了知情同意书。

1.2 图像采集

使用3.0T磁共振扫描仪（飞利浦ingenia 2 3.0 T）。

（1）胸部采集：T1WI-DIXON序列（冠状位：TR=3.6 ms、TE=1.31 ms、FOV为300 mm×500 mm×170 mm、层厚为5 mm、层间距为2.5 mm、层数为68层）；T2WISTIR序列（冠状位：TR=5440 ms、TE=70 ms、FOV为300 mm×500 mm×170 mm、层厚为5 mm、层间距=1 mm、层数为32层）。

（2）腹部采集：T1WI-DIXON（横轴位：TR=3.7 ms、TE=1.31 ms、FOV为400 mm×320 mm×200 mm、层厚为4 mm、层间距为2 mm、层数为100 层）；T2WIDIXON序列（横轴位：TR=5520 ms、TE=73 ms、FOV为400 mm×320 mm×200 mm、层厚为4 mm、层间距为1 mm、层数为27层）。

1.3 图像处理与统计分析

图像由3名有20年相关经验的放射医师在不知晓屏气方式的情况下进行评估。使用3级Linkert量表对整体图像质量和呼吸运动伪影进行评估，评估标准如表1所示，其中进行评审的放射医师以两次屏气采集中的第一次评审图像作为参考对第二次屏气采集图像的图像质量及呼吸运动伪影进行评估。两种不同的屏气方法进行图像采集（两种屏气均采取深吸气、再吐气、然后屏气方式。患者自主屏气即在扫描开始前由放射技师告知患者进行屏气，患者进行自主屏气，并在患者感知屏气状态平稳后提示放射技师进行扫描；放射技师指导屏气即在扫描前放射技师告知患者进行屏气，当放射技师凭经验判断患者屏气达到平稳后进行扫描）。获得的图像在图像质量和呼吸运动伪影上没有差异。所获得的数据通过SPSS 20.0进行统计学分析。通过计算Kendall’ Tb系数对三名放射诊断医师之间的一致性进行评估。

表1 整体图像质量及呼吸运动伪影评分标准

2 结果

2.1 图像质量比较

图1和图2分别选取了疑似肝癌和疑似肺癌患者的两个序列的两种屏气方式的胸部和腹部的MRI图像。

图1 疑似肝癌患者的两个序列的两种屏气方式的腹部MRI图像

图2 疑似肺癌患者的两个序列的两种屏气方式的胸部MRI图像

2.2 整体图像质量及呼吸运动伪影

3位放射医师的疑似肝癌患者整体图像质量及呼吸运动伪影检查评分结果如图3所示。从结果分布可以看出两种屏气技术之间对整体图像质量和呼吸运动伪影均存在围绕“无差异”等级的对称分布，3位放射医师表示两种屏气技术中的任何一种都没有显著性差异。而对胸部肝癌患者的整体图像质量及呼吸运动伪影评价结果中，对两种序列的两种屏气方式的评分结果显示与肺癌患者MRI扫描评分结果相似。

图3 疑似肝癌患者整体图像质量及呼吸运动伪影检查评分结果

2.3 评估结果的一致性评价

对3位放射医师对整体图像质量和呼吸运动伪影评估的一致性进行分析，为所有患者呈现了放射医师之间判断的个体差异。对3位放射医师的评分结果进行一致性分析，发现除腹部整体图像质量的评分结果及部分胸部呼吸运动伪影和胸部整体图像质量结果在0.8～0.9之间外，其余结果均在0.9以上（表2）。总体来说，在整体图像质量和呼吸运动伪影等方面，对两种序列而言两种屏气方式获得的结果之间没有显著性差异，并且一致性评价结果表明放射医师的评价一致性较高。

表2 Kendall’ Tb系数对3位放射医师之间的一致性评价

3 讨论

MRI检查是医学诊疗中重要的检查之一，其对软组织优越的成像效果为多种疾病的诊断提供依据。尽管在腹部和胸部等受到呼吸运动影响较重的部位，MRI扫描结果受到影响，但是相比于CT检查，MRI检查仍然有重要优势。例如，在肺癌诊断中，MRI检查比CT检查的清晰度更高，对比度和分辨率更好，而在CT检查中不易区分的血管影和异常肿瘤在MRI检查中区分效果更好；对肺部支气管等阻塞和异常肿瘤、支气管肺癌治疗前的扩散范围等在MRI检查中同样有较好的识别[6]。为改善呼吸运动产生的伪影及MRI扫描图像的质量，多种控制呼吸伪影的方式被开发出来，包括屏气扫描、呼吸门控、呼吸导航等控制呼吸运动[3]；同时，特定采集序列例如容积内插屏气检查以及Star容积内插屏气检查的开发都为减少呼吸运动引起的伪影，实现自由呼吸引起的胸部和腹部，或者对无法良好屏气的患者及胎儿的磁共振扫描提供可能。

MRI扫描过程中呼吸门控及呼吸导航时常用的消除呼吸运动影响的方法，呼吸门控需要在扫描过程中为患者添加呼吸探测器和腹带，通过检测呼吸波在同一位置时采集图像。屏气扫描只适合对于能够控制呼吸的患者，良好的呼吸训练及规范化操作能够进一步降低呼吸运动对MRI扫描结果的影响[7-8]。而对于无法控制呼吸的患者，开发自由呼吸MRI扫描技术是保证扫描质量的有效方法。呼吸导航技术与呼吸门控技术相比主要通过快速序列检测膈肌位置，通过导航定位膈肌位置触发扫描，不需要呼吸探测器和附带，实现自由呼吸下的MRI扫描[9-10]。方芳等[11]对比了自由呼吸的磁共振胰胆管造影（Magnetic Resonance Cholangiopancreatography，MRCP）扫描和屏气MRCP扫描，发现屏气MRCP扫描的扫描时间明显缩短，能更清晰地显示胆囊和胆囊颈管，但是背景抑制程度弱于自由呼吸的MRCP。罗小平等[2]对平静呼吸后屏气及深吸气后屏气两种不同方式对腹部MRI成像中的效果进行了比较，发现年龄小于50岁患者采取深吸气后屏气的方式更好，50岁以上患者采取平静呼吸后屏气效果更好，说明不同患者屏气方式对腹部MRI检查的质量有一定影响。卢晶等[4]研究了屏气与呼吸导航采集方法在对MRCP成像质量的影响，发现两种采集方式在显示胰胆管系统解剖结构上没有统计学差异。屏气采集仅限于患者能有效配合的情况，而且有时无法显示完整的胆道系统，但是伪影较少；而呼吸导航覆盖范围更大，原始图像空间分辨率更高，病变显示更加清晰，并且不需要患者屏气，但是由于采集时间较长，在相位编码方向存在由胃肠道引起的运动伪影。吴镭等[12]对比了自由呼吸和屏气对腹部弥散加权成像（Diffusion-weighted Imaging，DWI） 中 表观 弥 散 系 数（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）值、图像信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）等方面的影响，发现自由呼吸的DWI对腹部实性脏器的ADC值的测定无影响，并且能降低图像噪声，提高SNR，对无法良好屏气的患者也同样适用。侯仲军等[13]研究了正常胸部磁共振平扫和增强屏气扫描，发现屏气序列联合应用可以有效进行胸部MRI扫描，避免伪影。与前瞻式呼吸导航相比，回顾式呼吸导航对设备要求较低，史中强等[14]针对回顾式呼吸导航中存在扫描时间过长、SNR低等问题改进了数据采集及重建方法，有效改善了这一问题。在肺部占位病变中，自由呼吸扫描在多种肺部扫描及肺部血流灌注同样可行，相比呼吸门控技术更适合不能良好控制呼吸的患者[15]。相比于常规T1WI序列，Starvibe序列可以在自由呼吸下实现对肺部MRI扫描，对无法正常呼吸的患者可以获得高质量扫描结果[16]。屏气扫描因操作简便、对设备的要求较低，依然是临床上最常用的减少呼吸伪影的扫描方式，通常通过放射技师指导患者进行屏气，患者缺乏主动参与，同时检查空间幽闭、噪声过大、放射技师指导打乱患者呼吸节奏等，使得患者在检查过程中体验较差。提高舒适度、保持平稳心态，有助于使患者在MRI检查过程中保持平稳的呼吸及心脏搏动，在分段扫描过程中肺处于同一水平，更有利于获取优质扫描结果[17]。Funk等[18]针对患者在MRI检查过程中的经验以及两种屏气方式（患者主导屏气及放射技师指导屏气）的经验进行了半结构化访谈，结果发现近一半的患者更喜欢自我主导屏气，而有一部患者则喜欢放射技师指导屏气，关键在于如何使病人获得最舒适的感觉。进一步将两种屏气方式运用到二维双回波梯度回波对肝脏扫描中，两种屏气方式在整体图像质量和呼吸运动伪影上没有显著差异，但是更有利于患者调整呼吸节奏，改善患者舒适度[19]。在护理过程中的心理疏导有助于缓解扫描过程中患者紧张、焦虑的心理，从而改善肝脏MRI扫描的图像质量[7]。江懿等[20]同样表明在肺部扫描中有效的呼吸训练，和对首次进行MRI扫描患者进行心理疏导缓解患者的紧张压迫感和噪声造成的心理压力，提高患者配合度，有助于提高扫描图像质量。

但是以上研究中，同样受到呼吸运动伪影影响的胸部检查并未列入研究范围。因此，本研究针对两种不同的屏气方式，分别为患者自主屏气和放射技师指导屏气，对疑似肺癌和疑似肝癌的患者进行MRI检查，结果显示3位放射医师的评价一致性较高，并且两种屏气方式在整体图像质量和图像中呼吸伪影程度方面没有显著性差异。

3位放射医师在未知的情况下对同一序列扫描过程中的两种屏气方式的评价未见显著性差异。在图1疑似肝癌患者的腹部检查中，分别对T1WI-DIXON和T2WIDIXON两个序列的两种屏气方式进行扫描。从同一位患者的T1WI-DIXON序列扫描图像上可以看出，该患者在放射技师指导的屏气中在肝管和肝脏边缘部位都显示出比患者自主屏气更清晰的扫描结果；在T2WI-DIXON扫描序列中，在肝管、肝管周围血管以及肝脏实质部分的小血管都显示出放射技师指导的屏气扫描的结果更清晰。然而在图2中，另一位疑似肺癌患者的胸部扫描结果刚好相反，在患者自主屏气的扫描图像中显示出更好地对肺纹理的成像效果。同样的结果在其他胸、腹部扫描的患者中也有出现（结果未列出）。因此，可以初步得出结论，对受呼吸运动影响较大的胸、腹部MRI成像中，不论是采取放射技师指导屏气还是患者自主屏气，两种屏气效果在图像上的差别较小，整体图像质量和呼吸运动伪影的影响主要受屏气质量的影响。即不论采取何种屏气方式，屏气质量才是决定获得高质量图像采集的关键因素。对采集的多位患者的图像质量进行评分结果也显示出，两种屏气方式不论对胸部还是腹部的成像效果影响没有显著差异。3位诊断医师的诊断结果的一致性表明医生之间的差异性较小。

本研究虽然没有证实病人积极参与到MRI屏气扫描能够提高图像质量，但是也同样没有发现图像质量降低，说明患者自主屏气可以替代放射技师指导的屏气。Funk等[18-19]结合前人研究发现，MRI检查过程中患者的舒适感并不好，而在对屏气方式的选择中有近乎一半的患者人选择自主屏气有参与和控制的过程，减轻在检查过程中心理压力，调整自己的呼吸节奏，增加检查过程中的舒适感。

本研究的不足之处在于：① 本研究采取的研究样本量较少，后期研究应采取更多的研究样本量；② 对两种屏气方式在整体图像质量和呼吸运动伪影方面的影响，本研究仅选择胸部MRI检查中的肺癌筛查和腹部MRI检查中的肝癌筛查，对其他胸部及腹部MRI检查（如MRI胰胆管水成像）的影响还需要进一步研究。

4 结论

本研究对两种屏气方式（患者自主屏气及放射技师指导屏气）在胸部及腹部MRI成像中的差别进行研究，研究结果发现两种屏气方式之间没有显著性差异，并且3位放射医师对图像呼吸运动伪影及整体图像质量的评价一致性较高，说明患者自主屏气方式有可能替代临床常用的放射技师指导的屏气方式。在MRI检查中，由于空间闭塞、噪声较大等原因导致患者在检查过程中体验较差，而患者自主性增加有助于提高患者在MRI检查中的舒适感。