复合灵敏度编码高分辨率扩散加权成像与常规扩散加权成像在头颅检查中的价值比较

李 刚，罗 娜，欧阳佳裕

（中山大学附属第三医院 放射科，广东 510000）

扩散加权成像 （Diffusion-Weighted Imaging，DWI）是唯一能够无创检测体内组织中水分子扩散运动的技术。由于每种组织的结构状态不同，导致水分子运动状态也不同，这为磁共振成像带来一种新的影像对比［1-2］。临床上，DWI在头颅成像中的应用非常广泛，尤其是在急性脑梗死中，较常规MR序列更加敏感。有研究表明，在缺血发生后的数分钟内，便可在DWI序列表现出高信号，并伴有 ADC值的降低［3］。目前在颅脑磁共振检查中，DWI序列常规采用的技术是传统单次激发平面回波成像（single shot-echo planar imaging SS-EPI），其具有成像速度快、对运动不敏感等优点［4］，但也存在明显的不足。由于在一次射频激发后采用迂回填充K空间，使得在颅骨及含气腔隙邻近的特定脑区（如前额叶底部和颞叶海马等区域）出现明显的磁化率伪影；同时这种K空间填充的方式会使回波链非常长，回波间信号差异较大，导致图像模糊，降低分辨率；而等效回波时间的TE较长，又导致图像的信噪比较低。因此，DWI序列的改进和完善一直是磁共振成像领域的一个热点问题［5-6］。GE磁共振平台推出的复合灵敏度编码高分辨率扩散加权成像（multiplexed sensitivity encoding diffusion-weighted imaging，MUSEDWI）技术，通过相位编码方向的交错采集，校正非线性采集间相位变化，可以很好地抑制图像磁敏感伪影，并且提高信噪比，为实现高保真、高分辨率扩散加权图像提供了可能［5］。本研究旨在通过对比磁敏感伪影、影像清晰度、SNR及表观扩散系数（apparent diffuion coefficient，ADC）值，来比较 MUSE-DWI与常规SS-EPI-DWI两种不同扩散加权序列的头颅部图像质量，以探讨MUSE-DWI序列在临床的应用价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取2022年1月至3月，因头痛、头晕在中山大学附属第三医院岭南医院行头颅MRI检查的32名患者。年龄在24-72周岁之间，平均年龄48周岁。 全部受检者头部均无脑血管、脑肿瘤及颅内感染等疾病。检查前，患者及其家属签署磁共振检查知情同意书，确认体内有无金属植入物。受检时患者头部和接收线圈之间放置泡沫垫以防止头部移动。在为上述32名患者进行磁共振扩散序列扫描时，均采用高清弥散成像MUSE-DWI序列及常规单次激发的SS-EPI-DWI序列进行扫描。

1.2 MRI扫描方法

采用 GE 3.0T MRI（SIGNA Architect）磁共振成像仪，线圈选取48通道专用头部相控阵线圈。分别进行头颅横断面MUSE扩散和常规扩散扫描，两种扫描序列均采取复制粘贴的方式以保持一致，扫描参数见表1。同时自动完成b=0s/和b=1000s/值的图像重建。

表1 MUSE-DWI和常规DWI的扫描参数

1.3 图像分析

所有图像的ADC值及SNR的测量均在AW4.7（GE）后处理工作站进行。影像的主观评价由2位资深诊断医师用双盲法阅读后各自进行评判，在有意见分歧时，经讨论取得共识。

主观评价评分：评定标准采用 Link 4级评分法评价DWI图像质量。①磁敏感伪影：严重伪影，影响脑部诊断为1分；伪影较多为2分，如前额叶底部条状高信号累及3层或3层以上为2分；轻度伪影为3分，如颞叶海马脑区图像条状高信号累及1-2层；无明显伪影为4分，即前额叶底部和颞叶海马等脑区无明显伪影。②影像清晰度：颅内结构较难辨认，为1分；图像部分模糊，图像边缘勉强可辨为2分；图像轻度模糊稍欠锐利为3分；图像结构锐利，解剖结构清晰为4分。③因脑区的伪影和图像变形，无法完成诊断的，皆为0分。综合评分=（伪影+影像清晰度）/2。

信噪比（signal to noise ratio，SNR）测量：在获取的侧脑室水平层面中心区域，分别勾画感兴趣区（region of interest，ROI），大小约为 50-60mm2，尽量避开脑沟伪影等，测量其信号强度。测量三次取平均值。根据公式进行计算：SNR=SIROI/SDROI。由于并行采集技术的使用会影响背景噪声值的测量，因此在ROI内测量的被用于估计局部噪声［7］。

表观弥散系数 （apparent diffusion coefficient，ADC）：采用 AW4.7（GE）后处理工作站，在拟合生成的ADC值图像上测量ADC值。在获取的侧脑室水平层面中心区域分别在MUSE-DWI与常规DWI上划定ROI，大小约为 50-60mm2。测量3次取平均值。

1.4 统计学方法

采用SPSS 24.0统计学软件包进行处理。 以Shapiro-wilk检验验证计量资料符合正态分布，正态分布的计量资料用（±s）表示。MUSE-DWI与常规DWI间的主观评分及 SNR、ADC值的比较，采用配对t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

MUSE-DWI序列和常规SS-EPI-DWI序列的图像主观评分。

MUSE-DWI序列图像质量明显优于常规SSEPI-DWI序列，MUSE-DWI序列综合评分为3.67±0.21分，SS-EPI-DWI序列为2.03±0.36分，差异存在统计学意义（P<0.01）（见表 2，图①-②）。

表2 MUSE-DWI序列和常规SS-EPI-DWI序列的图像主观评分（±s）

表2 MUSE-DWI序列和常规SS-EPI-DWI序列的图像主观评分（±s）

扫描序列 磁敏感伪影 影像清晰度 综合评分MUSE-DWI 3.609 5±0.304 1 3.734 4±0.253 5 —2.125 0±0.475 2 3.671 9±0.215 6 — —2.031 3±0.367 8 — — —SS-EPI-DWI 1.938 5±0.416 4 — —t值 18.27 16.56 22.30 P值 <0.01 <0.01 <0.01

注：图①和图②分别为MUSE-DWI图像和常规DWI图像，MUSE-DWI图像由磁敏感效应导致的图像畸变明显变少，影像清晰度更高。

MUSE-DWI序列图像的SNR值为23.99±6.72，常规SS-EPI-DWI序列图像的SNR值为 18.80±5.20，两组数据总体均数存在统计学差异 （差值为5.19，95%CI 3.79-6.59，P<0.01）。 MUSE-DWI序列图像的SNR值高于SS-EPI-DWI序列（见表3）。

表3 MUSE-DWI序列和常规SS-EPI-DWI序列的SNR比较

MUSE-DWI序列图像和常规SS-EPI-DWI序列图像病灶 ADC值分别为 0.77±0.03×10-3mm2/s和0.76±0.03×10-3mm2/s，MUSE-DWI 组略高于常规SS-EPI-DWI组。两组扫描序列图像的ADC值差异没有统计学意义（P=0.15）（见表 4）。

表4 MUSE-DWI序列和常规SS-EPI-DWI序列的ADC值比较

3 讨论

扩散加权成像（DWI）用于无创评估组织内水分子扩散运动，已被证实可评价各种脑损伤，现已成为中枢神经系统 MRI检查的基础功能序列。DWI在脑血管疾病检查应用中，联合MRA，能够更加精准地判断动脉狭窄部位，提高灵敏度、准确率［8］。在颅内感染与肿瘤鉴别诊断中，DWI、ADC值及rADC值联合应用，能够较好地鉴别病毒性脑炎和脑低级星形细胞瘤［9］。在颅内占位性病变术前诊断中，DWI与ADC值联合应用可以提供肿瘤内部功能信息，与常规序列相结合，可以为脑肿瘤的诊断提供更加可靠的信息。 如 Surov 等（2018）［10］测量大型多中心样本中不同脑膜瘤的表观扩散系数 （ADC）直方图分析参数，表明ADC直方图分析可用于预测脑膜瘤的肿瘤分级和增殖潜力，为临床提供更多信息。在脱髓鞘疾病应用中，已有文献报道，ADC值可以从微观水平反映多发性硬化（multiple sclerosis，MS）不同类型病灶之间的差异，为MS病灶分期提供信息［11］。

因采集速度快且对大体运动产生的相位误差不敏感，单次激发回波平面成像（SS-EPI）技术通常被用于获取临床DWI图像。即在SS-EPI施加一对双极梯度，采用速度快、对运动不敏感的EPI进行信号的读取采集［12］。但由于其在相位编码方向上，信号读取重建过程耗时较长，导致对多种原因引起的相位累积错误比较敏感，主要表现为重建图像（如前额叶底部和颞叶海马等容易受到磁敏感性影响区域）的几何变形，以及由于图像畸变而导致体素中信号发生叠加而形成高信号伪影［13］。同时由于其较长回波时间，会导致信噪比降低。常规弥散加权成像中的这些问题会对图像质量造成很大的干扰，降低临床诊断的信心［14］。

为了解决上述问题，引入了复合灵敏度编码（multiple sensitivity encoding，MUSE）的高分辨率扩散成像技术。通过在相位编码方向的交错分次采集，使得梯度脉冲及EPI的读出时间缩短，这样可以很好地提高信噪比，改善图像伪影。并且在重建图像过程中能够测量和校正相位误差，进一步抑制由相位错误累积引起的畸变［15-16］。本研究发现，在其他参数保持不变的情况下，在图像质量和信噪比方面，MUSE-DWI组均明显优于常规 SS-EPI-DWI组，两组差异具有统计学意义。MUSE-DWI利用传统的SENSE技术对多段的图像进行求解，然后提取校正相位信息。之后将这些相位信息和多段图像数据放入重建框架中，共同计算扩散图像。在上述过程中减少了相位的错误累积，降低了图像几何形变的程度和由畸变引起的信号聚集。在信噪比方面由于MUSE-DWI大大改进了矩阵反演条件，与传统的SS-EPI-DWI相比，可以降低噪声，提供高信噪比的DWI图像。同时ADC值是预测肿瘤良、恶性级别的一个很好的指标［10]，在相同的 b值下两种扫描序列图像的ADC值差异尚无统计学意义 （P=0.15），即MUSE-DWI扫描序列仅提高了图像质量而未影响脑白质ADC值。

本研究尚存在一些不足，如入组样本量较少，未能对不同脑损伤患者进行细化对照研究，以及对于畸变区域描述未能定量评估。在今后还将进一步扩大病例数量，深入研究 MUSE-DWI对疾病诊断和治疗预后的价值。

综上所述，在磁共振头颅扫描中应用MUSEDWI序列的图像质量显著优于常规SS-EPI-DWI序列，图像的磁敏感伪影明显减少，而对于脑白质的ADC值的测量则没有显著差异。因此，MUSE-DWI序列可推广应用于常规临床扫描，以改善DWI图像质量。