探讨Star-VIBE序列在肺癌MR成像中的应用价值＊

张坤林 邹玉坚 王 刚 袁灼彬 张玉兰 黄 翔 范宪淼

广东省东莞市人民医院放射科 (广东 东莞 523059)

根据2020年全球最新的癌症负担数据，公布的国际癌症研究机构显示，全球范围内，肺癌的发病人数终于退居第二位，而其死亡人数却依旧居于首位[1]，然而，我们国家的数据却引人担忧：我国的肺癌发病率和死亡率仍旧占据第一的位置，而且更令人痛心的是，肺癌病例往往都被发现于晚期[2]。我国当前肺癌防治形势十分严峻，降低肺癌的发病率、死亡率、甚至延长患者的存活期已经成为亟待解决的大事，不仅关系着我国民众的健康福祉，也涉及全球公共卫生的问题。CT被目前视为肺癌患者首选的检查手段，其不仅空间分辨率较高而且空气-肺组织对比度较好，但CT检查具有辐射性,肺癌患者后续随访多次CT检查所致的辐射剂量就会增加。当今时代，科技进步日新月异,MRI技术也不断革新，加上公众对CT检查辐射性的担心，因此肺部MRI检查越来越受到重视。MRI成像具有无电离辐射、可以反复多次进行检查、良好的软组织对比度、定位准确可以多方位成像、多参数成像[3]、可以进行生物化学和代谢功能方面的研究等优势，被视为CT的有效替代手段，但肺组织质子密度较低，并且心脏跳动、胸部大血管搏动以及及呼吸运动伪影一直是肺部MR成像的主要挑战与障碍[4]。常规VIBE序列是容积内插屏气检查序列，其可在呼吸末屏气约18s情况下完成成像，但大多数肺癌患者因屏气困难，常无法耐受。磁共振Star-VIBE序列是西门子公司新研发序列，它采用自由呼吸T1加权三位梯度回波采集序列，让患者在自由呼吸的情况下进行扫描，无需担心呼吸运动伪影和心脏大血管搏动带来的伪影，而且可以免于因CT检查所致的辐射。本研究旨在探讨自由呼吸Star-VIBE序列与常规VIBE序列在肺癌MR成像中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料收集2019年7月至2021年5月于东莞市人民医院经CT检查提示肺癌的患者。

纳入标准：CT检查高度怀疑肺癌征象者；年龄≥18周岁；病灶≥2cmX2cm，④无钆剂过敏史。排除标准：具有磁共振检查禁忌证;年龄低于18周岁;因屏气困难造成胸部MR检查失败者；急危重症，肾功能不全(GFR≤30mL·min-1·1.73 m-2)。本研究最终纳入30例肺癌患者(所有患者均经手术病理、穿刺活检确认)其中男性占20人，而女性则占10人，年龄26～75岁，平均(41.2±10.5)岁；在研究之前，我们已经取得了院医学伦理委员会的批准，并要求所有参与检查的患者在进行检查前签署了知情同意书。

1.2 仪器和方法采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T MR扫描仪，18通道体部表面相控阵线圈，对患者进行呼吸训练：采用呼气末屏气方式扫描。嘱患者仰卧，双臂上举置于头两侧(避免交叉)，头部先进的进床方式，随后分别进行平扫和增强横断位常规VIBE序列和自由呼吸Star-vibe序列扫描。扫描范围自胸廓入口至膈肌下方。Star-vibe序列参数：TR:3.95ms，TE:1.44ms，层厚2mm，层间距0，层数72，矩阵320x320，视野38cmx38cm，平均次数1，flp:5°，径向辐条750，采集时间256s;常规VIBE序列参数：TR：3.97ms，TE：1.26ms，层厚3mm，层间距0，层数72，矩阵320x320，视野38cmx38cm，激励次数1，翻转角 0°,采集时间18s。平扫结束后，医生使用高压注射器沿肘静脉按流率3mL/s注入磁共振对比剂钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)，对比剂注射剂量按体重计算，每1千克使用0.1毫摩尔剂量，在此之后同样速度注射20ml生理盐水冲洗连接管，延迟期先后进行轴位常规VIBE序列、Star-vibe序列扫描。

1.3 图像分析a客观评价：将Star-VIBE序列和常规VIBE序列所采集图像传至后处理工作站，随后测量病灶的最大径线值，并以其所在的最大层面为中心，上下连续测量3个层面。在每个层面分别测量同层面病灶(S病变)和同层面相邻正常肺组织(S组织)信号强度，并依次记录其信号强度(SI)及标准差(SD)，测量时感兴趣区(ROI)大小须一致，取连续三个层面的平均值作为最终结果。为确保准确性，病灶的 ROI 需避开可能出现的非实性成分区，如出血和坏死。之后分别计算信噪比(SNR)和 病灶对比度信噪比(CNR)，SNR病灶＝SI病灶／SD病灶，SNR肺组织＝SI肺组织／SD肺组织。病灶对比度信噪比CNR病灶＝(|SI病灶-SI肺组织|)/SI肺组织。b主观评价：在双盲情况下由两名具有10年以上MR诊断经验丰富的副主任医师采用五分法对图像进行独立评分，然后取两者平均值作为评分结果；两名医师观察结果及评分不一致时通过协商确定。评分内容[5]包括病变清晰度、图像伪影程度、肺血管清晰度、纵隔结构清晰度，总体图像质量。具体评分标准见表1。

表1 肺癌MR图像T1WI主观评分标准

1.4 统计学分析使用SPSS 22.0软件进行统计学分析。所有计量资料用()表示，先对各组数据进行正态分布检验和方差齐性检验，Star-VIBE与常规VIBE序列扫描图像客观指标比较采用配对样本T检验；两位放射科医师对图像主观评价一致性检验采用Kappa检验，Kappa≥0.75 两者一致性较好，0,75＞Kappa≥0.4两者一致性一般，Kappa＜0.4两者一致性较差。应用受试者工作特征曲线(receiver operator characteristic,ROC) 分析图像评分比较Star-VIBE与常规VIBE序列图像质量的效能。P＜0.05具有统计学意义。

2 结果

2.1 客观评价Star-VIBE序列平扫及增强图像中，病变处SNR，相邻正常肺组织SNR，病变处CNR均高于常规常规VIBE序列(P均小于0.05)，见表2、图1。

表2 常规VIBE序列与Star-VIBE序列 MR图像SNR值和CNR 值比较

2.2 主观评价两位医师图像主观评价一致性Kappa检验，Kappa值为0.809，一致性较好。使用Star-VIBE序列采集平扫及增强图像中各项评分的均高于常规VIBE 序列(P均＜0.05,表3、图 2)；应用受试者工作特征曲线(receiver operator characteristic,ROC) 比较Star-VIBE与常规VIBE序列图像质量的效能为:敏感度80%，特异度81.67，Youden 指数：0.6167，AUC0.831(P值＜0.0001)，见图3。

表3 两种扫描序列图像质量主观评分结果

3 讨论

传统的肺部MR成像存在诸多不足。如常规VIBE序列需要患者屏气配合，但是若患者不能自主配合，成像效果将受到极大影响。此外，呼吸运动伪影还可能导致病灶显示模糊，严重干扰病灶的定性诊断。根据磁共振成像的基本原理，当物体在K空间编码过程中发生运动时，位置的改变会导致相位偏移。这种偏移会被误认为是相位编码方向的位置信息，最终导致组织信号被错误地配置到不应有的位置上，从而出现了运动伪影现象。因此，相位编码方向是MR图像上运动伪影明显表现的主要方向。通常的VIBE序列所采用的空间填充方式是笛卡尔方式，它具有成像时间短、空间分辨率高等优点。但这种方法对物体的运动非常敏感，而当患者在采集信号时运动时，会导致相位编码偏移产生相位差，进而在相位编码方向上出现运动伪影，严重影响图像质量[6]。相对于常规VIBE序列，STAR-VIBE序列采用的是非笛卡尔填充，该序列使用的是星形堆叠的方案来获取体积k空间数据，这个序列沿层方向kz进行笛卡尔采样，并在平面上进行径向采样沿ky和kx，使K空间中心数据密度升高，联合脂肪抑制技术，可以明显的抑制呼吸造成的伪影。因此对于屏气能力差的肺癌患者使用STAR-VIBE序列扫描采集信号图像具有重要意义[7]。

既往研究[8]发现：任占丽等比较研究常规VIBE 序列与Star-VIBE序列平扫期胸部MR质量结果显示自由呼吸Star-VIBE 序列采集胸部MRI的图像质量优于呼气末屏气常规VIBE序列。Kumar等[9]认为Star-VIBE序列 扫 描可用于观察肺癌患者(均无法屏气)肺部解剖结构，并评估其肺功能。HOPKINSON等[10]对肝脏肿瘤患者采用常规VIBE序列与自由呼吸Star-VIBE序列分别进行扫描观察图像质量，结果显示自由呼吸Star-VIBE序列图像质量明显较高和图像伪影较少。有学者针对食管癌的研究[11]表明，Star-VIBE序列能有效消除食管蠕动及大动脉搏动对图像的影响，清晰显示病灶，提高食管癌术 前分期准确性。还有学者[12]指出，以Star-VIBE序列采集的胎儿颅脑MR 图像质量高于常规VIBE 序 列。Star-VIBE序列之所以可在受检者自由呼吸状态下很好地控制伪影的干扰，主要得益于其具有2种特殊K空间数据视野共享模式，分别为K空间优势填充(K-Space weighted image contrast,KWIC)及黄金角技术。

本研究中大多数肺癌患者屏气较差，但在扫描图像各项评分中Star-VIBE序列均高于常规VIBE序列，更加说明Star-VIBE序列在患者自由呼吸状态下对呼吸运动伪影有较好的抑制作用。另外其在三维K空间层面内采用放射状采集方式，基于K空间中心的过采样及不同读出方向的相位编码优势使之具有较好的运动鲁棒性，这种特性使采集的图像中心脏大血管搏动伪影明显减少，而常规VIBE序列不具备这种特性，因此Star-VIBE序列在纵隔结构清晰度，肺部血管清晰度，图像伪影程度评分中明显优于常规VIBE序列。另外Star-VIBE序列还具有高效率的频谱选择性脂肪抑制功能[13]，脂肪抑制效果好。

MRI图像质量的提升有助于病灶的定性诊断分析，其中SNR和CNR是评价图像质量的重要指标；SNR指的是MRI信号和噪声的比例，其决定了图像的“颗粒感”；CNR反映的是图像对比和细节的变化，病灶和正常组织对比信噪比提高，更有利于病灶的检出和定性。本研究中测量常规VIBE序列 和 Star-VIBE序列图像在病灶处及正常肺组织的信号强度SI和SD，并计算图像 SNR 和病灶对比度信噪比CNR，评价两个序列的图像质量.结果显示Star-VIBE序列成像SNR和病灶对比度信噪比CNR均高于常规VIBE序列，与既往研究结果一致[14]。据影像技术理论，当层厚增加时，图像的SNR通常会逐渐升高，本研究中常规VIBE 序列使用层厚为3mm采集图像，而Star-VIBE序列使用2mm，但是我们发现，Star-VIBE序列所采集的图像SNR明显更高，更加表明Star-VIBE序列采集的图像质量更好。并且在本研究主观评分中Star-VIBE序列图像明显高于常规VIBE序列(P＜0.05)，表明Star-VIBE序列在观察和诊断病变方面更具优势。具体来说，Star-VIBE序列有助于清晰地显示病灶，更精确地观察细节，并进行准确的定性诊断。Star-VIBE序列K空间中心的过采样相当于采集数据的多次平均，不但能提高图像信噪比，而且能很好地抑制呼吸运动伪影[15]，因此Star-VIBE序列在自由呼吸状态下的采集的图像信噪比较高，运动伪影较轻，图像质量较好，并且减轻了患者检查时屏气的身体负担，提高了患者耐受性，检查完成的成功率较高。

目前胸部MR检查仍面临着诸多困难，心脏大血管搏动伪影无法完全抑制，危重患者屏气较差呼吸运动伪影严重，但随着科技的进步，MR技术的日趋更新，西门子厂商研发的Star-VIBE 序列对采集信号时心脏大血管搏动和呼吸运动对图像产生影响已能初步克服，其提供的胸部MR图像质量较好。本研究存在的局限性：(1)样本量较小，可能会产生偏倚；(2)Star-VIBE 序列虽为自由呼吸，但对患者呼吸节律要求较高，当患者呼吸节律严重不均匀时，近膈肌及心脏大血管的病灶图像质量欠佳；(3)本研究入组的肺癌患者大多数屏气欠佳，未对屏气配合好的患者进行两序列图像比较；(4)研究者未对两个序列图像在病变诊断方面的效能进行探究。

总结来说，当肺癌患者进行MR检查采集T1WI时，可以发现自由呼吸Star-VIBE序列优于常规VIBE序列。采用Star-VIBE序列可以获得更高的信噪比、更好的病变CNR、更均匀的信号、更少的呼吸运动和心脏自主搏动伪影，并且能够更清晰地显示病灶，从而为胸部MRI诊断提供充分的支持。