单次屏气梯度-自旋回波在三维泌尿系尿路成像中的应用：与常规三维呼吸触发自旋回波技术的对比研究

王玮，杨俊哲，李玮，赵凯，薛珂，邱建星*

1.北京大学第一医院医学影像科，北京 100034；2.上海联影医疗科技股份有限公司中央研究院，上海 201807；*通信作者 邱建星 qjx761225@126.com

磁共振泌尿系尿路成像（magnetic resonance urography，MRU）是利用磁共振序列的重T2权重，无需注射对比剂、无创显示泌尿系统正常及病理形态的影像学方法[1-4]。MRU可以通过单激发快速自旋回波、弛豫增强快速采集及半傅里叶采集单次激发快速自旋回波实现，但均为二维图像[5]。目前3D MRU的扫描依赖于呼吸触发快速自旋回波序列（three-dimensional respiratory-triggered fast spin echo，3D RT-FSE），但扫描时间较长，图像质量易受患者呼吸状态的影响[6-7]。三维屏气梯度-自旋回波技术（three-dimensional breath-hold gradient and spin echo，3D BH-GRASE）是一项新的杂合序列，同时包含自旋回波和梯度回波的成分[8]，该序列可以提高MR扫描速度，对患者呼吸幅度及节律要求低。既往该技术主要用于三维磁共振胰胆管成像扫描技术优化[9-12]。3D MRU可以缩短该泌尿系多参数MRI序列采集时间，提高扫描方案的时间效率。但目前鲜有相关报道提出GRASE技术在3D MRU应用的可行性。本研究拟对比3D BH-GRASE MRU与常规3D RT-FSE MRU的图像质量、尿路结构显示情况以及对积水远端梗阻点形态特点显示的一致性，探究GRASE技术在3D MRU扫描中应用的可行性及临床价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性连续收集2020年12月—2021年3月于北京大学第一医院行泌尿系MRU扫描的上尿路积水患者。纳入标准：具备两组3D MRU扫描图像：BH-GRASE、RT-FSE；排除标准：①有MRI检查禁忌；②既往有泌尿系统手术史。纳入34例患者，其中2例因体内置入物造成图像伪影排除（1例为右侧输尿管DJ管置入，1例为子宫内节育器置入），最终纳入32例，男17例，女15例；年龄20～84岁，平均（49.2±19.9）岁，6例为双侧尿路系统积水扩张，26例为单侧尿路系统积水扩张。10例通过手术、6例通过内镜、16例通过临床信息初步诊断积水原因：良性梗阻25例，其中发育异常10例，炎性狭窄15例；恶性梗阻7例，均为尿路上皮癌。本研究通过本院医学伦理委员会审批（2021科研017），患者对本研究知情并签署知情同意书。

1.2 MRI检查 所有患者于3.0T MR仪上（uMR 790）完成检查。检查前患者禁食、禁水4～6 h，并适量憋尿。扫描前为患者安放呼吸门控并进行正确的呼吸及屏气训练，强调呼吸的频率及幅度尽量保证一致，并训练呼气末屏气。使用2片腹部12通道线圈联合脊柱32通道线圈，扫描范围从肾脏到盆腔全泌尿系范围。除常规扫描全泌尿系轴位T1WI、冠状位/轴位T2WI及轴位DWI序列外，所有患者均扫描冠状位自由呼吸触发的3D FSE MRU和单次屏气3D GRASE MRU，两组MRU的扫描参数见表1。两组MRU原始三维图像自动重建最大信号投影后处理图。

表1 两组MRU扫描参数

1.3 图像主观及客观评价 由3名阅片者采用盲法对所有图像独立进行主观或客观分析，患者的临床信息及图像序列信息均对阅片者隐藏。阅片者可自行调节窗宽及窗位。每次阅片间隔2周。阅片者A（主治医师，具有7年腹部影像诊断经验）负责图像客观分析，记录两组序列的扫描时间。在BH-GRASE MRU和RT-FSE MRU两组原始三维薄层图像上，选择积水肾盂、积水输尿管及膀胱的最大中心层面放置感兴趣区（ROI），记录管腔内的信号强度（signal intensity，SI），选择同层面信号均匀无伪影的周围组织区域放置相同面积ROI，测量肾盂、输尿管及膀胱周围组织的信号强度。根据公式（1）计算肾盂、输尿管及膀胱与周围组织的对比率（contrast ratio，CR）[13]。

另外2名阅片者（B为具有10年腹部诊断经验的副主任医师，C为具有7年腹部诊断经验的主治医师）进行图像主观分析。2名阅片者综合3D MRU原始薄层图及重建最大信号投影图，对两组MRU的整体图像质量、背景抑制及伪影进行主观评分，并对双侧肾盏、双侧肾盂、双侧输尿管及膀胱的显示情况分别进行主观评分，以上评分标准均采用5分法[6,14]，具体评分标准见表2。

表2 整体图像质量、伪影、背景抑制和结构显示主观评分标准

1.4 诊断一致性评价 2位阅片者（B、C）根据两组MRU图像对尿路积水梗阻的病因进行初步诊断，判断积水远端狭窄处的可能病变性质，当出现分歧时，通过与第三位阅片者（A）协商达成一致。主观判断为良性狭窄的诊断依据是管腔光滑、渐进性变窄，无不规则结节状充盈缺损；主观判断为恶性狭窄的影像依据是管腔突然截断，狭窄不规则或伴不规则充盈缺损[15]。2位阅片者综合3D MRU原始薄层图像及最大信号投影图，对每位患者积水的原因（良/恶性）进行初步诊断。

1.5 统计学方法 应用SPSS 20.0软件，符合正态分布的计量资料以±s表示。根据数据是否符合正态分布采用配对样本t检验或Wilcoxon检验比较两组图像扫描时间及CR。采用Kappa检验评价2位阅片者主观评分的一致性和对两组MRU图像上积水梗阻良恶性病因诊断的一致性，Kappa＞0.60为一致性好。以2位阅片者评分结果的平均值作为主观评分，应用Wilcoxon检验比较两组图像主观评分。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 扫描时间 所有患者均完成MRU图像扫描。常规3D RT-FSE MRU的扫描时间为（214.2±60.0）s（137～392 s）。3D BH-GRASE MRU的扫描时间为14.8 s（单次屏气），其扫描时间较常规FSE MRU明显缩短，差异有统计学意义（t=18.188，P＜0.001）。

2.2 图像质量主观及客观分析 BH-GRASE MRU图像积水肾盂、积水输尿管及膀胱的CR均略低于RTFSE MRU，差异有统计学意义（P均＜0.05），见表3。

表3 两组MRU图像客观评价指标CR比较（±s）

表3 两组MRU图像客观评价指标CR比较（±s）

注：RT-FSE MRU：呼吸触发快速自旋回波磁共振尿路成像；BH-GRASE MRU：屏气梯度自旋回波磁共振尿路成像；CR：对比率

组别肾盂输尿管膀胱RT-FSE MRU0.85±0.10 0.95±0.03 0.96±0.02 BH-GRASE 0.93±0.03 t值 3.110 2.799 6.599 MRU 0.81±0.09 0.93±0.03 P值0.004 0.009＜0.001

2位阅片者一致性分析及各项主观评分结果见表4。2位阅片者的主观评分一致性好（Kappa=0.759～1，P＜0.001）。BH-GRASE MRU的整体图像质量和伪影评分与常规FSE MRU差异无统计学意义（Z=0.730、0.735，P＞0.05），但背景抑制评分稍低于常规RT-FSE MRU，差异有统计学意义（Z=-3.998，P＜0.001）。BH-GRASE MRU对双侧肾盏、肾盂、输尿管及膀胱的结构显示与常规RT-FSE MRU序列差异无统计学意义（Z=-1.377～1.473，P＞0.05）。

表4 两组MRU图像主观评分结果及阅片者一致性分析（分，±s）

表4 两组MRU图像主观评分结果及阅片者一致性分析（分，±s）

注：RT-FSE MRU：呼吸触发快速自旋回波磁共振尿路成像；BH-GRASE MRU：屏气梯度自旋回波磁共振尿路成像

项目RT-FSE MRU BH-GRASE MRU Z值Kappa值P值整体图像质量 4.32±0.94 4.37±0.84 0.730 0.859 0.942背景抑制＜0.001伪影 4.33±1.02 4.52±0.86 0.735 0.904 0.462 4.12±0.52 3.48±0.56-3.998 0.769分段显示情况左肾盏4.52±0.98 4.57±0.89 0.275 0.804 0.783右肾盏4.08±1.43 4.28±1.32 1.331 0.759 0.183左肾盂4.73±0.95 4.63±0.96-1.230 0.855 0.221右肾盂4.18±1.48 4.30±1.44 1.473 0.839 0.141左输尿管3.63±1.51 3.48±1.40-1.377 0.794 0.169右输尿管3.12±1.49 3.20±1.48 1.289 0.887 0.197膀胱4.78±0.72 4.78±0.72 0.000 1.000 1.000

5例患者RT-FSE MRU图像存在呼吸相关伪影，部分影响肾盏的显示。其中4例在BH-GRASE MRU图像上未见呼吸相关伪影，图像质量得到改善；1例（78岁）因无法较好地配合屏气，BH-GRASE MRU亦可见呼吸所致的图像模糊。

2.3 诊断一致性评价 通过对3D MRU原始薄层图像及后处理图像进行综合分析，两组MRU图像上对狭窄段病变形态特点的主观判定结果一致，22例倾向良性狭窄，10例倾向恶性狭窄。3D BH-GRASE MRU图像对尿路积水梗阻病因的初步判断与常规RT-FSE MRU无差异（图1、2）。

图1 男，28岁，双侧输尿管末端先天性狭窄。A.FSE MRU最大信号投影图清晰显示双侧肾盏、肾盂及输尿管积水扩张及双侧输尿管末端狭窄；B.GRASE MRU最大信号投影图同等效能显示尿路积水情况及输尿管狭窄位置；C.FSE MRU斜冠状位多平面重组薄层重建清晰显示双侧输尿管末端光滑渐进性“鸟嘴样”狭窄（箭）；D.GRASE MRU斜冠状位多平面重组薄层重建同等效能显示输尿管狭窄段的形态特征（箭）。两组MRU均判定为良性狭窄，GRASE MRU扫描时间（14.8 s）较FSE MRU（2 min 20 s）明显缩短

图2 男，81岁，右侧输尿管下段尿路上皮癌。A.FSE MRU最大信号投影图清晰显示右侧输尿管下段管腔狭窄、截断，狭窄上方输尿管、肾盂、肾盏积水扩张；B.GRASE MRU最大信号投影图同等效能显示右侧尿路系统积水扩张情况及输尿管狭窄位置；C.FSE MRU斜冠状位多平面重组薄层重建清晰显示右侧输尿管管腔狭窄处呈截然中断表现（箭）；D.GRASE MRU斜冠状位多平面重组薄层重建同等效能显示输尿管狭窄点的形态特征（箭）。两组MRU图像均判定为恶性狭窄。FSE MRU扫描时间为6 min 32 s，GRASE MRU扫描时间为14.8 s

3 讨论

3.1 两种3D MRU序列比较 本研究通过对比新的3D BH-GRASE MRU与常规3D RT-FSE MRU的图像质量、全泌尿系结构（双侧肾盏、双侧肾盂、双侧输尿管和膀胱）显示情况及狭窄段形态特点，初步验证了GRASE技术在3D MRU应用的可行性。通过对比研究发现，屏气3D GRASE MRU在保证图像质量及泌尿系结构显示的基础上，显著缩短了3D MRU的扫描时间，提高扫描效率，同时减少了呼吸不稳定可能造成的图像模糊。本研究的初步结果为GRASE技术在3D MRU应用的可行性及推广提供了一定的参考。

3.2 GRASE MRU序列的技术优化 泌尿系统MRU序列能够直观地显示尿路梗阻及积水情况[16]，三维薄层图像较二维图像能够检出更细微的病变，同时可以进行多种后处理重建。目前关于屏气3D MRU序列选择的相关研究鲜有报道。GRASE序列是一项杂合序列，由于在自旋回波的间隙内插入梯度回波，较常规FSE序列提高了读出效率，缩减了扫描时间[17]。既往研究提出GRASE序列较呼吸触发FSE序列能在保证图像质量的基础上显著缩短扫描时间，但多应用于磁共振胆胰管成像扫描[6,14,18-20]，本研究结果与既往磁共振胆胰管成像相关研究结果一致，为GRASE技术在屏气3D MRU中的应用提供了可行性依据。

3.3 两种3D MRU序列主观及客观评价结果 通过主观分析比较两组3D MRU的图像质量及泌尿系结构显示情况，发现GRASE MRU与常规FSE MRU主观评分间均无显著差异，GRASE MRU可以较好地显示泌尿系统结构，与常规应用的FSE MRU的主观图像质量相当。GRASE MRU为屏气采集，实现了采集过程中的呼吸冻结，减少了呼吸不稳定对图像质量的影响。在主观阅片过程中发现，小部分患者FSE MRU图像存在呼吸相关伪影，造成肾盏结构显示模糊，其原因可能为肾盏位置更接近膈肌，更容易受到呼吸因素的影响，而屏气采集的GRASE MRU图像降低了因呼吸不稳定造成的图像模糊。

对于主观评价两组MRU的背景信号抑制情况，GRASE MRU的背景抑制情况略差于常规FSE。定量分析发现，GRASE MRU客观测量所得CR略低于常规FSE序列。尽管两种3D MRU序列均为重T2权重的水成像序列，但在GRASE图像上，对于尿路系统的显示相对于周围背景的对比略差于常规FSE序列。这可能是由于GRASE技术TR和TE相对较短所致，造成GRASE图像的T2权重略低于常规FSE序列，但上述情况并未降低GRASE MRU的图像质量及尿路系统组织结构显示的主观评分，且不影响上尿路积水远端狭窄处的形态特征分析，可以满足临床诊断的需求。

另外，为保证3D GRASE MRU的扫描时间在患者可耐受的一次屏气时间内，GRASE的图像层厚较常规FSE序列略增厚，矩阵略降低，导致3D GRASE MRU的空间分辨率较常规FSE序列略有下降。但通过两组MRU原始薄层图像及后处理图像对尿路积水狭窄处的形态特征分析发现，两组图像的诊断结果一致。3D GRASE MRU显著缩短了扫描时间，虽然牺牲了一部分图像的空间分辨率，但较常规FSE MRU并未降低对积水梗阻点形态特征的观察及诊断能力。

3.4 临床流程优化 对于临床上需要行3D MRU评估尿路情况（如尿路梗阻积水）的患者，屏气GRASE序列或呼吸触发FSE序列均可。若采用新的GRASE序列替代常规FSE序列，能较前显著缩短扫描时间，且不降低图像的诊断能力，提高临床工作效率及患者舒适度[20]。因此，对于可配合屏气的患者，推荐优先选择BH-GRASE序列作为3D MRU的首选扫描方案。

3.5 研究局限性 ①本研究纳入病例相对较少，仅初步探索了GRASE技术在3D MRU临床应用的可行性。②本研究未对两组3D MRU图像诊断效能进行评价，下一步将增加入组病例数，评价GRASE MRU的实际诊断效能。本研究所得结果验证了GRASE MRU临床应用的可行性，是进行后续诊断效能评价的基础。③屏气2D MRU也是临床常用的MRU序列，本研究仅比较了两种3D MRU（GRASE MRU和FSE MRU）的图像情况，未对两种屏气序列（GRASE MRU和2D MRU）进行对比研究，屏气3D MRU与屏气2D MRU的临床对比研究将作为下一步研究的方向，未来的研究将进一步对MRU的扫描方案及参数选择进行优化。

总之，与常规3D RT-FSE MRU相比，GRASE技术实现了单次屏气（14.8 s）获得全泌尿系3D MRU图像。在保证图像质量及结构显示的基础上，较既往常规序列明显缩短了采集时间，提高了扫描效率，同时一定程度上实现了呼吸冻结，减少了呼吸因素对图像质量的影响。

志谢：感谢上海联影医疗科技股份有限公司的李建森和滕艳群对于磁共振序列的调试