MR 全身DWI的可重復性研究

孫春鋒，陸健，繆小芬，梁宏偉，王紹剛，姜吉鋒，丁丁

現在有關MR 全身DWI（whole-body diffusion weighted imaging，WB-DWI）的臨床應用研究報道越來越多［1-2］，尤其是應用于疾病的隨訪復查及療效的評估，WB-DWI圖像及數據測量的穩定性成為WB-DWI應用于隨訪復查的一個必要前提。本文對33例健康志愿者前后兩次行WB-DWI檢查的圖像及相關參數測量值進行比較研究，旨在探討WB-DWI的可重復性。

材料與方法

1.臨床資料

搜集2008年2月-2012年4月行WB-DWI檢查的33例健康志愿者，男13例，女20例，年齡42歲～76歲，平均52.3歲。所有志愿者均行兩次WB-DWI檢查，兩次檢查間隔時間為71～405d，平均間隔時間為237.4天。入選標準：①既往身體健康，兩次WB-DWI檢查期間無創傷、感染、放置節育環及全身性疾病等病史；②WB-DWI圖像清晰；③無MRI檢查禁忌癥并簽署知情同意書。

2.掃描設備與方法

MRI掃描采用1.5T 磁共振掃描儀（Signa HDe，GE Medical System，USA），梯度場33mT／m，梯度切換率120mT／m／S。圖像工作站采用GE 公司提供的Advantage Windows TM 圖形圖像工作站，軟件版本4.3（AW4.3）。

WB-DWI掃描采用磁體內置BODY 線圈，采用短T1翻轉恢復平面回波擴散加權成像（short T1inversion recovery echo planar imaging diffusion weighted imaging，STIR-EPI-DWI）脈沖序列（TR 5000ms，TE 100ms，TI 180ms，b值600s／mm2），在X、Y、Z 三個空間軸上同時施加擴散加權梯度場。全身掃描范圍從頭頂至膝關節水平，在橫軸面上分6～7段進行掃描，每段30層，段與段之間有2層重疊。每段掃描參數：層厚7mm，層間距1mm，視野4 0cm×4 0cm，矩陣128×128，帶寬250，激勵次數6，回波鏈長度14。檢查者仰臥于掃描床上足先進，定位線定于眉中線，平靜自由呼吸，在完成一段數據采集后，檢查床前進至下一段進行掃描，每段掃描時間242s，總掃描時間約1936s。

3.WB-DWI圖像重建與評價

將采集的DWI數據信息傳輸至工作站（Advantage Windows TM 圖形圖像工作站，軟件版本ADW4.3）中，利用三維最小強度投影（three-dimensional maximum intersity projection，3D MIP）技術和FUNCTOOL軟件（Functool 4.5.1）進行后處理。所得重建圖像再利用黑白反轉技術得到全身“類PET”圖像。

WB-DWI圖像評價由2位有經驗的MRI醫師在工作站上各自獨立完成。正常WB-DWI圖像評價標準：各段相鄰部分無明顯錯位，所得圖像清晰、無污染，全身背景信號差距相仿，無明顯圖像扭曲、變形、斷層及錯層，正常組織背景信號被充分抑制。WB-DWI圖像總體評價：全身分12個區域分別進行評分，每個區域滿分為5分，圖像評分總分為60分。全身12個區域分別為顱內、顱面骨及軟組織（A 區）、頸椎、鎖骨及軟組織（B區）、腋下及縱膈胸腔區（C 區）、兩肺區（D區）、上腹部及軟組織（E 區）、下腹盆腔區及軟組織（F 區）、胸廓骨、上肢骨及軟組織（G 區）、胸椎（H區）、腰椎（I區）、骶椎（J區）、骨盆骨（K 區）、股骨、下肢骨及軟組織（L區），每個區域與正常WB-DWI圖像比較后有異常即為0分，異常主要指存在金屬偽影（假牙、節育環等）、頭頸交界區磁敏感偽影、渦流偽影等，引起圖像局部信號缺失、變形、拼接錯層斷層等。偶然發現的良性病灶不影響評價。

4.圖像數據測量

數據測量均在橫軸面圖像上進行，測量部位分別為胼胝體壓部、左側顳枕葉白質、肝臟、脾臟、右側腎臟、左側腎臟，共六個部位。測量的興趣區（region of interest，ROI）選定在b＝0s／mm2的圖像上進行手工放置，面積大小均為88mm2。ROI放置的解剖部位：顱腦及雙腎固定，顱腦為側腦室體部層面的胼胝體壓部及左側腦室后角旁的顳枕部白質，雙腎為腎門水平外側部分腎實質；肝脾不固定，兩次測量的位置盡可能一致，盡量避開壞死、囊變等信號不均勻區域，ADC圖的色彩飽和度基本一致，然后測量ADC 值、eADC 值及信號值（signal intensity，SI）。所有部位均重復測量3次后取平均值，結果以均數±標準差（±s）表示。

5.統計學分析

采用SPSS 16.0軟件進行統計學分析，WB-DWI兩次檢查圖像總體評分及參數測量值比較采用配對資料t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.兩次WB-DWI圖像整體比較

33名健康志愿者所有圖像均顯示良好，圖像總體評分均在50分以上，未見明顯金屬偽影、錯層及斷層（圖1）。前后兩次重建圖像一一比較，整體圖像差異均無統計學意義（P＞0.05，表1）。

表1 健康志愿者兩次WB-DWI圖像評分比較

2.兩次WB-DWI部分參數測量值

胼胝體壓部、左側顳枕白質、肝臟、脾臟、右腎、左腎區域兩次檢查測得的ADC值、eADC值、SI600及SI0差異均無統計學意義（P＞0.05，表2），各測量部位的ROI放置見圖2。同一檢查者兩次檢查所得測量數據差異均無統計學意義，圖像穩定性較高（SI600、SI0分別表示b＝600、0s／mm2時的SI值）。

表2 兩次WB-DWI頭顱及上腹部參數測量值比較

圖2 正常志愿者測量目標ROI選取位置示意圖。a）腦實質區域的b＝600s／mm2 圖像；b）b＝0s／mm2 圖像；c）ADC 圖；d）eADC圖，圖中ROI 1～2依次放置在胼胝體壓部及左側顳枕葉白質；e）測量肝臟及脾臟的ADC 圖，圖中ROI 3～4依次放置于肝臟及脾臟；f）測量兩側腎臟的ADC圖，圖中ROI 5～6依次放置在右側腎臟及左側腎臟。

討 論

1.WB-DWI的成像原理

WB-DWI是在傳統DWI基礎上衍生出來的，這一技術首先是由Takahara等［3］在1.5T MRI基礎上提出來的將DWI與短T1翻轉恢復平面回波（STIREPI）掃描技術相結合的一種MRI成像方法。STIREPI技術對主磁場和射頻場場強的不均勻性不敏感，因此能夠穩定、可靠地抑制背景信號。與脂肪抑制技術相比，STIR-EPI能夠更好地抑制大視野的脂肪及組織背景信號，包括脂肪、血管、肌肉和骨髓等組織信號，更加清晰地顯示病變情況。MRI的主要技術瓶頸為掃描時間長，受呼吸運動影響較大，常常需要檢查者屏住呼吸來配合掃描檢查，而體弱患者尤其是老年人因難以耐受長時間屏氣而無法行相關的MRI檢查。WB-DWI技術克服了此種弊端，不僅患者可在自由呼吸狀態下進行檢查，并且掃描時間大大縮短，同時仍兼有DWI的優勢，為全身大范圍掃描提供了技術基礎。WB-DWI圖像經3D-MIP 重建可得到較高信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、較高分辨力的圖像，通過黑白翻轉技術對病變的顯示可達到與PET 相媲美的效果，可立體、直觀地評估原發病灶和病灶外的腫瘤和／或非腫瘤病變，跟蹤隨訪治療效果，并可對ADC值進行定量測量［4］。

2.WB-DWI的正常表現

通常所說的與PET 相媲美的WB-DWI圖像是指利用b＝600s／mm2原始圖像經過后處理而獲得，在此圖像上體內處于自由游離狀態即無擴散受限的水均呈背景信號；但是在利用b＝0s／mm2原始圖像經過后處理而獲得的WB-DWI圖像上，上述自由狀態水均呈明顯低信號，另外四肢大血管也可顯示呈線樣及網樣低信號。體部其余結構在雙b值重建圖像上相差不大。體內生理性游離狀態的自由水主要存在于顱內腦脊液、玻璃體及耳蝸內液體、椎管內腦脊液、膽道系統、泌尿系統、骨關節腔積液及體內生理性囊腫如卵泡囊腫等；病理性自由水主要存在于胸腹腔積液、各臟器囊性灶、各種病變囊變壞死區、組織水腫等。本研究正常WB-DWI圖像從各角度觀察，段與段之間無明顯解剖變形、金屬及磁敏感等偽影（圖1）；正常背景組織包括肌肉、脂肪、胃腸道等均被抑制而呈背景色；腦組織、脊髓、會厭、脾臟、膽囊、腎臟、子宮、附件、睪丸、前列腺均呈中低信號，其中膽囊由于成分關系信號變化幅度較大，脾臟由于T2透射效應呈明顯低信號，腎臟及脾臟由于疊加T2效應在b＝0s／mm2圖像上信號普遍減低［5］；骨髓腔總體上隨年齡的增加信號逐漸下降，但是由于骨髓生理性轉換順序及速度不一表現稍有差別，總體上中軸骨及四肢骨近側較其余部位信號略低［6］，但一般相對較均勻、對稱，正常中老年人骨骼系統呈背景信號。

3.WB-DWI的可重復性

圖像及數據測量的高度穩定性及可重復性是WB-DWI可應用于臨床和研究的一個必要前提。本研究顯示同一臺MRI設備在兩次檢查條件不變的情況下，對于同一健康志愿者前后兩次WB-DWI總體圖像差異無統計學意義（P＞0.05），而且間隔時間長短對圖像無明顯影響，本組中志愿者檢查間隔時間為71～405d，平均間隔時間為237.4d，因此就同一臺或者同一型號的MRI設備來說，WB-DWI整體圖像穩定性比較高，具有較好的可重復性。

WB-DWI的成像技術及ADC 值的研究，是WBDWI的研究重點和發展方向。ADC 值的測量有助于病變的鑒別診斷、監測腫瘤病變的治療效果和預后評估［7-8］，然而這都需要建立在ADC 的測量具有良好可重復性和測量精確度的基礎上。目前關于在自由呼吸情況下進行ADC 值測量的類似研究國內外鮮有報道。Kwee等［9］使用1.5T MRI 16通道體表相控陣線圈對11例健康志愿者進行研究發現，呼吸觸發DWI所測量的ADC 值可重復性較差，而且與自由呼吸狀態下DWI及屏氣狀態下DWI相比，呼吸觸發DWI所測量的肝臟ADC 值更高。而Nasu等［10］比較呼吸觸發DWI和自主呼吸狀態下DWI，發現兩種技術所測得的ADC值差異無統計學意義（P＞0.05），但自主呼吸狀態下DWI所測得的肝臟病灶ADC 值相對更加分散，本研究中亦發現類似結果，除了肝臟以外，脾臟、雙腎、腦實質及骨骼系統病變在兩種技術下測得的ADC值差異無統計學意義（P＞0.05）。Muro等［11］在運動和靜止狀態下測量模型內液體的ADC 值，研究結果表明，物體在靜止和運動狀態下其ADC 值有差異，但不超過10%，同時對肝轉移瘤研究的結果表明，與呼吸觸發DWI相比，自主呼吸狀態下DWI圖像具有更高的信噪比，但這僅限于均質狀態模型的ADC值測量。

對于靜止的組織器官的ADC 值測量的可靠性，已經有相關文獻報道［12］，但亦僅限于自主呼吸狀態下單次激發回波平面擴散加權成像（spin-echo planar imaging diffusion weighted imaging，SE-EPI-DWI）序列檢查的ADC值測量的可重復性研究。采用MR 設備內置的大體線圈和STIR-EPI-DWI序列在自由呼吸狀態下的WB-DWI，呼吸運動、心臟的搏動是否會影響到上腹部肝、脾、腎ADC 值測量的重復性，以及靜止狀態下的顱內腦實質結構ADC 值測量的重復性，國內外均未見相關報道。

本研究為了同時觀察WB-DWI對運動及靜止狀態下器官的ADC 值影響，選取中上腹部呼吸運動幅度較大的肝臟及脾臟、呼吸運動幅度相對較小的雙腎、相對靜止狀態下的腦實質進行觀察研究，在不限定時間間隔內完成重復檢查。對于腦實質，筆者規定了固定的興趣區放置部位。選擇肝臟及脾臟作為研究對象，筆者沒有規定ROI放置部位，只是要求前后兩次檢查選擇的測量層面及ROI放置位置要求盡可能前后一致；因為DWI圖像可能存在一定程度的變形和偽影，所以ROI選定在b＝0s／mm2時相當于T2WI圖像上進行手工放置，根據ADC 圖進行適當的調整，避開臟器邊緣、良性病灶、較大的血管及膽管等結構，測量肝臟及脾臟的ADC 值。Mul1er等［13］在研究正常人腎臟時發現，腎臟組織內水分子在各個方向的擴散速度并不一致，表現為擴散的各向異性。由于在DWI上無法清晰區分腎皮質和腎髓質，因此在本研究中ROI的放置沒有區分皮髓質，取腎門水平外側部腎實質作為測量部位。本組研究結果表明，自由呼吸狀態下WB-DWI測量腦實質及腹部臟器前后兩次ADC值差異均無統計學意義，具有很好的可重復性；同時筆者前后兩次測量了相同部位、相同ROI的eADC值、b＝0、600s／mm2時的SI值，差異均無統計學意義，同一健康志愿者前后兩次參數的測量穩定性較高，WBDWI可重復性較好。

同時，在研究過程中筆者深刻體會到肝臟及脾臟兩次測量位置盡可能一致的重要性，因為測量位置稍有偏差，兩次所得數據差異就比較大。筆者發現自主呼吸狀態下DWI檢查，在STIR-EPI-DWI序列上所測得的各項數據比SE-EPI-DWI序列相對更加分散，筆者推測可能由于施加了STIR，圖像的本底信號丟失較嚴重，導致各臟器信號相對更加不均。

總之，同一志愿者前后兩次行WB-DWI檢查，無論在圖像整體評價還是內在的參數測量上，均具有很好的可重復性，為WB-DWI應用于臨床和研究提供了依據。

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