Star-VIBE 序列联合不同脂肪抑制技术在颈段食管扫描中的对照研究

谢晓亮，王 苇，王 敏，王建伟

自由呼吸Star 容积内插体部检查(star volume interpolated body examination，Star-VIBE)序列是在容积内插快速扰相梯度回波序列(volume interpolated body examination，VIBE)基础上新研发的T1WI 序列。它使用放射状K 空间加权图像对比（K-space weighted image contrast，KWIC）来采集图像，替代了VIBE 序列的笛卡尔KWIC，有效地抑制了运动伪影[1~8]。据文献报道，Star-VIBE 在食管、肺部、腹部等受运动伪影较大的体部MRI 中有明显的优势[9]。 在食管MRI 中，脂肪抑制技术可以减少脂肪的高信号对于病灶的掩盖，在食管疾病的诊疗中有较高的应用价值[10~12]。 频率选择脂肪抑制技术（frequency-selective fat saturation，FS）、频率选择水激励 （frequency-selective water excitation，WE） 是利用了水-脂质子化学位移效应的抑脂技术，精准频率反转恢复 （spectrally adiabatic inversion recovery，SPAIR）脂肪抑制技术是融合利用了水-脂质子化学位移效应和脂肪短T1特性的抑脂技术， 三者都能应用于Star-VIBE 序列。但是当3 种抑脂技术分别与Star-VIBE 序列结合，应用在颈段食管时，由于颈-胸交界处组织结构的复杂多变带来的磁场不均匀， 图像表现出不同程度的磁敏感伪影和抑脂不均匀，影响对食管的显示，目前文献对于该问题的研究还鲜有报道。因此，笔者研究使用Star-VIBE 序列，结合FS、SPAIR 和WE 3 种不同的脂肪抑制技术，对21例健康志愿者进行颈段食管扫描，分析和比较3 组图像质量，探讨Star-VIBE 序列应用在颈段食管扫描时最佳的脂肪抑制技术。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2019 年7 月至2020 年5 月在南京医科大学第一附属医院健康志愿者21 例， 其中男性10 例，女性11 例；年龄27 ～71 岁，平均年龄55.2 岁（标准差16.4 岁）。 此次研究经过医院伦理委员会审核批准。

选择标准：①既往无消化道疾病史，无可能累及所测量食管的疾病病史的志愿者；②无MRI 检查禁忌证。

排除标准：①头面和/或者颈胸有异物植入；②配合欠佳，图像有运动伪影。

1.2 方法

1.2.1 MRI 检查

MRI 扫描采用德国西门子公司的3.0 T skyra MRI系统，线圈为头颈联合线圈。 注射MRI 对比剂马根维显（规格469.01 mg×15 mL；注射流速为4.0 mL/s；用量为0.1 mmol/kg； 总量不超过15 mL）（德国Bayer AG）之后，采用结合3 种不同抑脂方法的Star-VIBE序列对患者进行颈段食管扫描。保持3 次扫描的主要序列参数一致，仅改变抑脂方式，具体参数如下：重复时间（time repetition，TR）3.63 ms，回波 时间（time echo，TE）1.81 ms，翻转角13°，层厚3 mm，扫描野（field of view，FOV）258 mm×258 mm，矩阵320 ×320，3 次扫描的抑脂技术分别选择FS、SPAIR 和WE。

1.2.2 图像分析

1.2.2.1 定性评价 在skyra MRI 系统自带工作站上以锁骨与胸骨柄交界层面为感兴趣层面，由2 名工作经验10 年以上的放射科医师各自独立对3 组图像的伪影严重程度和食管显示能力指标进行定性评分。

图像伪影严重程度评估标准：1 分，伪影严重，不能诊断；2 分，伪影中等，影响诊断；3 分，伪影轻度，轻度影响诊断；4 分，无伪影。

食管显示能力评估标准：1 分， 食管显示不清；2分，可辨认食管结构；3 分,可辨认强化的食管黏膜层和肌层；4 分，可辨认食管壁2 层以上结构。

1.2.2.2 定量评估 手绘测量感兴趣层面的食管壁的信号强度为食管信号强度（signal intensity of esophagus，SI食管），同层面相位编码方向空气信号强度的标准差（standard deviation of background signal intensity，SD背景）定义为噪声，同层面椎旁肌肉的信号强度为肌肉信号强度（signal intensity of muscle，SI肌肉）。 测量时感兴趣区面积大小保持在2 mm2左右（图1），以公式SNR=SI食管/SD背景计算信噪比。 采用食管壁和脊椎旁肌肉组织的对比噪声比 （contrast-to-noise ratio 1，CNR1）衡量图像的软组织之间的对比度，计算公式为CNR1=|SI食管－SI肌肉|/SD背景； 食管壁和增强后锁骨下动脉的对比噪声比 （contrast-to-noise ratio 2，CNR2）衡量图像的增强对比度，计算公式为CNR2=|SI食管-SI锁骨下动脉|/SD背景。所有数据均测量3 次，并将3 次测量的平均值纳入统计学方法分析。

图1 测量感兴趣区示例图Fig.1 Sample image of measuring region of interest

1.3 统计学方法

采用SPSS 23.0 软件进行统计学分析。 定量资料采用均数±标准差描述，比较采用方差分析。 等级资料的比较采用Kruskal-Wallis 检验，2 名医师定性和定量结果的一致性分析采用Kappa 分析和组内相关系数 （intra-class correlation coefficient，ICC） 评价，Kappa 值和ICC 值＜0.4 为一致性差，0.4 ～0.6 为一致性中等，0.6 ～0.8 为一致性好，＞0.8 为一致性优。P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3 种脂肪抑制技术的图像定性比较

Star-VIBE 序列结合3 种不同的脂肪抑制技术的图像定性评分结果见表1。 两名医师定性分析的结果一致性好（Kappa ≥0.653）。经Kruskal-Wallis 检验表明，Star-VIBE+WE 所得图像对食管的显示能力较Star-VIBE+FS 和Star-VIBE+SPAIR 高（WE-SPAIR：t=4.447，P= 0.000；WE-FS：t = 5.014，P = 0.000；FSSPAIR：t=0.346，P=0.731），磁敏感伪影严重程度的评分也优于其余两组（WE-SPAIR：t=6.459，P=0.000；WE-FS：t = 5.692，P = 0.000；FS-SPAIR：t = - 1.008，P=0.319）j。 见图2、3。

图2 1 例43 岁女性下颈段食管Star-VIBE 序列图Fig.2 Star-VIBE sequence images of lower cervical esophagus in 43-year-old female

表1 Star-VIBE 序列结合FS、SPAIR、WE 3 组图像定性比较结果Tab.1 Qualitative comparison in Star-VIBE + FS, SPAIR and WE images

2.2 3 种脂肪抑制技术的图像定量比较

Star-VIBE 序列结合3 种不同的脂肪抑制技术的图像定量评分结果见表2。两名医师定量数据测量的一致性好 （ICC ≥0.703）。 经方差分析，Star-VIBE 序列结合3 种不同的脂肪抑制技术分别得到的图像的食管壁的SNR、软组织对比度CNR1、增强对比度CNR2 之间差异均无统计学意义（P>0.05）。

表2 Star-VIBE 序列结合FS、SPAIR、WE 3 组图像定量比较结果Tab.2 Quantitative comparison in Star-VIBE+FS,SPAIR and WE Images

图3 1 例57 岁男性下颈段食管Star-VIBE 序列图Fig.3 Star-VIBE sequence images of lower cervical esophagus in 57-year-old male

3 讨论

3.1 Star-VIBE 序列应用在食管扫描优势

MRI 已越来越多地应用于食管的非侵入性检查[9~11]。 但是食管的位置比较特殊，尤其是颈部食管，患者的吞咽和呼吸及血液的搏动均可以造成图像的伪影，影响颈段食管的图像质量。 常规体部扫描序列VIBE 虽然保证了图像的SNR，但是由于该序列对运动伪影敏感，得到的图像效果不佳[11]。Star-VIBE 序列是在VIBE 序列结构的基础上，使用特殊的KWIC 的新序列。 该序列的特点是沿旋转的读出梯度方向，采用放射状K 空间数据采样模式进行采样， 这就巧妙的避免了运动所导致的相位编码方向的偏移，因此该序列可以有效消除食管部位各种生理性运动伪影，在自由呼吸状态下采集食管的高分辨率图像[12~17]，已有多位学者成功地将该序列应用于临床食管MRI 诊断[9~11]。但是笔者在将该序列应用于食管扫描时，发现颈段食管的图像存在抑脂不均匀和严重的磁敏感伪影，为解决这一问题，笔者研究比较了颈段食管病例Star-VIBE 序列结合WE、SPAIR 和FS 3 种抑脂方法的图像，拟得出应用于颈段食管扫描的最佳抑脂技术。

3.2 Star-VIBE 序列分别结合WE、SPAIR 和FS所得图像质量分析

FS 法抑脂技术采用与脂质子进动频率一致的预饱和脉冲提前激发和饱和掉脂质子的信号，来达到抑脂目的[18，19]。当磁场不均匀的时候，脂质子的进动频率与预饱和脉冲的频率不完全一致，从而导致抑脂不均匀和严重的磁敏感伪影。笔者研究的定性评估结果与上述FS 法的抑脂机制相符合，颈段食管周围组织成分的复杂，人体颈胸交界处的倒T 型结构，均带来了局部磁场的不均匀。因此，FS 组的图像抑脂效果不理想，并有较重的磁敏感伪影，严重影响对食管的显示。

SPAIR 抑脂技术是采用一个进动频率与脂质子运动频率一致的180°翻转脉冲翻转脂质子的纵向弛豫，再在脂质子纵向弛豫为零时施加正式的成像脉冲[20，21]。SPAIR 法同时利用了水-脂质子的化学位移效应和脂肪短T1的特点来达到抑脂目的，克服了FS 法对射频场不均匀敏感的弱点， 但180°脉冲仍然是一个频率选择脉冲，因此主磁场不均匀造成的脂质子运动频率的偏移仍然对图像质量有影响。 笔者研究结果也表明，SPAIR 组图像的磁敏感伪影较重， 定性评估得分甚至较FS 法更低。 笔者尝试通过调整带宽和调整水质子运动频率峰的中心位置，使得磁敏感伪影得到了一定的改善，但是不能完全消除。

WE 法同样是利用水-脂质子化学位移效应，将单一的激励脉冲拆分为多个特殊的二项式脉冲，选择性地只激发水质子而不激发脂质子来达到抑脂目的。笔者研究表明，WE 组图像的磁敏感伪影最轻。 这可能是得益于WE 法主要是通过选择性激发而不是选择性地抑制来抑脂的机制，场不均匀带来的水-脂质子运动频率的相互混叠，会导致WE 法不仅激发了水质子，也可能会误激发一部分脂质子成像，从而会带来抑脂的不均匀，但是不会像FS 法那样过多抑制水质子的信号形成磁敏感伪影。

在定量分析中，笔者研究3 种不同的脂肪抑制技术图像的食管壁的SNR、软组织对比度CNR1、增强对比度CNR2 差异均无统计学意义，这可能是由于磁敏感伪影和Star-VIBE 重建算法带来测量部位，特别是食管和锁骨下动脉处的信号强度减低所致。

3.3 研究的局限性

首先，由于Star-VIBE 序列扫描时间较长，患者就会出现不可控制的运动；其次，注入造影剂后3 组图像扫描的食管强化时相并不能保持一致，这也可能对图像产生一定的影响；最后，样本量较少，在今后进一步的研究中，拟加大样本量，并拟纳入食管癌病例做进一步研究。

综上所述，Star-VIBE 序列在颈段食管扫描中采用WE 法抑脂技术，较SPAIR 法和FS 法所得图像的磁敏感伪影最小，对食管的显示最佳。