MRI同时多层采集扩散加权成像技术在克罗恩病结肠病变中的应用

梅豪，翁丁虎，徐国斌

武汉大学中南医院 医学影像科，湖北 武汉 430071

引言

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）由于无电离辐射、软组织分辨率高、能检出肠壁病变和腔外并发症等优点，越来越多地被用于克罗恩病年轻患者的诊断和随访[1-3]。扩散加权成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）是一种功能磁共振成像技术，已被证实可用于评估克罗恩病患者结肠和回肠的炎症病变状态[4]。由于扫描时间较长、可能引起患者不适、肠道蠕动伪影降低图像质量等不足，如何缩短DWI扫描时间成为临床关注的课题。同步多层采集（Simultaneous Multi-Slice，SMS）技术是一种加快DWI采集速度的新方法，该技术在无额外梯度要求的情况下，基于加速系数同时激发和采集更多成像层面来缩短扫描时间[5]。目前SMS技术已经成功应用于脑、心肌、肝脏、胰腺、肾脏、直肠和前列腺的DWI中[6-12]，尚未见应用于结肠DWI的报道。本研究旨在探讨SMS技术在克罗恩病结肠病变患者行结肠DWI的可行性，比较SMSDWI与常规DWI对于结肠病变的检测能力。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2020年11月至2021年6月我院临床确诊为克罗恩病的患者15例，均具备完整的内镜、活检病理、MR肠道造影影像资料，合计24个病变结肠段。其中男4例，女11例，年龄15～67岁，平均30.3岁。

1.2 设备与方法

采用德国Siemens 3.0 T Prisma MR扫描仪，2个24单元相控阵体线圈和32单元脊柱线圈。患者扫描前12 h禁食，检查前一晚服用聚乙二醇电解质清肠液；检查前60 min分次口服2.5%等渗甘露醇溶液，总量1500～2000 mL，使小肠结肠处于低张充盈状态；扫描前10 min肌注盐酸山莨菪碱10 mg抑制肠道蠕动。检查前训练患者屏气，采取仰卧位，扫描范围从膈顶至耻骨联合下缘。扫描序列包括：冠状面和横断面T2W单次激发半傅里叶采集序列（Haste），小肠结肠水成像，横断面DWI序列，冠状面和横断面T1W多期增强序列（3D梯度回波序列）。

增强前行横断面SMS-DWI和常规DWI扫描。SMSDWI的SMS因子为2，TR 2700 ms，时间86 s；常规DWI序列TR 5400 ms，时间162 s。两个序列的其余扫描参数相同，参数如下：b值 50、500、1000 s/mm2，TE 53 ms，FOV 330 mm×299 mm，矩阵128×128，层间距1.5 mm，层厚6 mm，带宽BW 2442HZ/Px，并行采集因子2。

1.3 图像分析

1.3.1 定量分析

由2位分别有5年和8年肠道MR阅片经验放射科医生对采集b值500、1000 s/mm2的DWI图像、ADC图像共同阅片，达成共识。分别测量b值500和、1000 s/mm2时，SMS-DWI和常规DWI序列结肠病变和竖脊肌的信号强度（Signal Intensity，SI）、结肠病灶的病变表观扩散系数（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）值。感兴趣区（Region of Interest，ROI）的放置原则：① 尽可能将ROI放置在病变范围内；② 若病变在某个序列检测不明显，参考增强序列将ROI放置于相应的区域。计算SMS-DWI和常规DWI序列病变与竖脊肌的相对对比噪声比（Relative Contrast to Noise Ratio，rCNR）：rCNR 病灶 =（SI病灶 -SI竖脊肌）/（SI病灶＋SI竖脊肌）。

1.3.2 定性分析

由2位分别有5年和8年肠道MR阅片经验对采集b值500、1000 s/mm2的DWI图像共同阅片，达成共识，分析SMS-DWI和常规DWI序列的总体质量和结肠病灶的显著度。病变显著度按4个分级量表分类：① 1级：相对于周围正常肠管组织呈等信号或病变不可见；② 2级：相对于周围正常肠管组织呈稍高信号；③ 3级：相对于周围正常肠管组织呈中高信号；④ 4级：相对于周围正常肠管组织呈高信号。DWI整体图像质量按4个级别分类：① 1级：图像伪影和失真严重；② 2级：图像伪影和失真一般；③ 3级：图像伪影和失真轻；④ 4级：几乎没有图像伪影和失真。

1.4 统计学分析

采用SPSS 26.0软件包进行统计学分析。先行正态分布性检验，符合正态分布的计量资料采用平均值±标准差（±s）描述。采用配对样本t检验比较SMS-DWI和常规DWI序列的病变与竖脊肌的rCNR、病变的ADC值；采用Wilcoxon秩和检验比较SMS-DWI和常规DWI序列的总体质量和结肠病灶的显著度。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 定量分析

不同b值SMS-DWI及常规DWI序列结肠病变与竖脊肌的rCNR情况如表1所示。rCNR病灶：常规DWI＞SMS-DWI，差异有统计学意义（P<0.05）。b=500 s/mm2时，24个病变肠段中有18个病变肠段（75%）在SMS-DWI序列的rCNR低于常规DWI序列；b=1000 s/mm2时，24个病变肠段中有21个病变肠段（87.5%）在SMS-DWI序列的rCNR低于常规DWI序列。

表1 SMS-DWI和常规DWI序列结肠病灶与竖脊肌的rCNR（±s）

表1 SMS-DWI和常规DWI序列结肠病灶与竖脊肌的rCNR（±s）

序列 b值/（s/mm2）500 1000 SMS-DWI 0.44±0.22 0.48±0.20常规DWI 0.53±0.14 0.60±0.13 t值 3.186 5.151 P值 0.04 <0.001

SMS-DWI及常规DWI序列结肠病变的ADC值分别为1.03±0.18、1.06±0.16。结肠病变的ADC值在SMS-DWI和常规DWI中无统计学差异（t=1.368，P=0.185）。某两例病例影像学图像如图1～2所示。

2.2 定性分析

不同b值SMS-DWI及常规DWI序列的总体图像质量情况如表2所示。b值为500、1000 s/mm2时，SMS-DWI和常规DWI图像的总体质量无统计学差异（P>0.05）。

表2 SMS-DWI和常规DWI序列的总体质量[n(%)]

不同b值SMS-DWI及常规DWI序列结肠病变的显著度如表3所示。b值为500、1000 s/mm2时，SMS-DWI和常规DWI的结肠病变显著度无明显统计学差异（P>0.05）。某两例病例影像学图像如图1～2所示。

表3 SMS-DWI和常规DWI序列结肠病灶的显著度[n(%)]

图1 某例结肠克罗恩病患者SMS-DWI及常规DWI序列图像

图2 某例结肠克罗恩病患者SMS-DWI及常规DWI序列图像

3 讨论

克罗恩病是一种以腹痛、低热、腹泻等为主要临床表现的慢性炎症性疾病，需要终身反复检查评估疾病活动状态和并发症。目前结肠镜是评估疾病活动的金标准，但因其侵入性以及整个病程需要多次检查的缺点，临床一直在寻找可替代的非侵入性检查方法。研究表明MRI可以根据肠壁厚度和强化的程度来确定疾病的范围和活动度，对各种肠道病变的诊断具有较高的敏感性和特异性[1-2]。DWI是一种功能磁共振成像技术，可以描述和量化体内水分子的布朗运动，可用于克罗恩病患者结肠病变状态的评估，其结果与增强MR的结果相当，尤其适用于不能进行MR增强扫描的患者；针对克罗恩病并发症及肠外改变（如脓肿、内瘘、系膜脂肪炎、系膜淋巴结肿大）的显示效果与MRI平扫相似[4]。DWI逐渐成为肠道MRI检查的标配序列。然而，常规DWI单次扫描时间长，易引起患者不适，且肠道蠕动和呼吸运动都会引起图像伪影，降低图像质量。虽然肠道检查过程中常规应用解痉剂有助于减少肠道蠕动影响，但部分患者存在使用禁忌症，因此减少DWI扫描时间成为临床关注的课题。

SMS技术是一种加快DWI采集速度的新方法，该研究中采用的SMS-DWI序列采集时间比常规DWI减少了约47%，在消化空腔脏器应用报道较少。本研究针对中南医院炎症性肠病患者行常规小肠结肠MRI平扫及增强基础上，同时应用常规DWI及SMS-DWI技术，以内镜及增强MR显示结直肠病变为参考标准，评估SMS-DWI应用可行性。初步结果显示常规DWI序列结肠病变与竖脊肌的rCNR高于SMS-DWI序列，但在肉眼观察的范围内，其差别对整体图像质量和病变的显著度几乎没有影响，SMSDWI和常规DWI对结肠病变定量ADC值亦无显著差异。

多数肠道研究认为，b值800 s/mm2可以获得较高的CNR[13-14]。然而，不同研究之间存在差异，因此，用于肠道DWI的最佳b值尚未清楚界定[13]。在临床实践中，本研究采用3个b值（50、500、1000 s/mm2）的DWI序列，既可以计算ADC值，同时图像的信噪比可以满足临床要求。有研究指出，与常规DWI相比，SMS-DWI在肝脏和胰腺中ADC值降低，推测原因可能是SMS-DWI中噪声升高导致ADC值普遍较低[8-9]。然而，随后几项研究指出，SMSDWI和常规DWI在肾脏、直肠和前列腺等脏器中的ADC值没有显著差异[10-12]，这与本研究的结果是相似的。鉴于结肠病变DWI的ADC值可以反映病变扩散受限程度，在一定程度上区分纤维化和非纤维化肠壁，指导临床治疗方案选择[15]，本研究中SMS-DWI和常规DWI序列ADC值的一致性是SMS-DWI能否可靠应用于临床的前提。

本研究存在局限性：① 由于是回顾性分析，可能存在固有的选择偏差，只纳入临床确诊为克罗恩病的患者，因此SMS-DWI对克罗恩病以外的疾病评估或对克罗恩病治疗反应的评估尚需探索；② SMS-DWI和常规DWI对比仅选择在结肠段进行比较，而克罗恩病病变可累及全消化道，因此SMS-DWI对结肠外其他肠段的适用性还需要进一步研究；③ 相对较小的样本量限制了亚组的分析，特别是肠道充盈状态对图像的影响需作进一步研究；④ 本研究仅应用了西门子3 T扫描仪，没有对不同场强和不同机型的MR设备进行比较，无法评估磁场强度对同时多层采集技术获得的SMS-DWI图像的影响。

初步研究表明，使用层间加速因子2的SMS-DWI显示克罗恩病患者结肠病变是可行的。与常规DWI相比，在保持了诊断图像质量和病变显著度的情况下，显著缩短了采集时间。此外，SMS-DWI和常规DWI的ADC值相似，使SMS-DWI计算得到的ADC值可用于对病变进行诊断评估。