1.5T和3.0T上腹部擴散加權成像三種呼吸采集方式的比較

史卓，趙心明，宋俊峰，馬霄虹，葉楓

磁共振 擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）已廣泛應用于腹部臟器疾病的評估，提供了有用的定量和定性信息[1-4]。目前，很多上腹部的MRI檢查在3.0T核磁共振機上進行，但也有相當多的醫院使用1.5T儀器掃描。本研究的目的就是對1.5T和3.0T常用的屏氣、呼吸觸發、自由呼吸3種技術采集到的DWI圖像進行定量、定性分析，以判斷上腹部DWI的最佳掃描方案，希望為今后的臨床工作提供一個參考性意見。

材料與方法

1.志愿者

2013年9-12月共有21位志愿者（其中男13例，女8例，平均年齡47±13歲）參與了本次研究。所有志愿者均無上腹部主要臟器的疾病史。

2.MR掃描方案

每位志愿者都經過GE的1.5T和3.0T掃描儀（Signa HDxt，GE Healthcare，USA）及體部相控陣線圈進行檢查，兩套磁共振檢查在同一天完成。其中，DWI方案是在單次激發自旋回波平面成像（singleshot spin-echo echo-planar imaging，SE-EPI）序 列 的基礎上分別進行屏氣、呼吸觸發和自由呼吸3種方式的掃描，b值都是100和800，掃描層數為24，激勵次數屏氣為1，呼吸觸發為2，自由呼吸為4[5]；掃描范圍包全上腹部（表1）。

3.圖像分析

影像科2名高年資主治醫師分別盲法記錄、測量數據，他們通過GE AW442Workstation進行定量和定性分析。

表1 3種DWI在1.5T和3T中的成像技術和參數

定量分析：對于每個器官的信噪比（signal to noise ratio，SNR）和表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC），觀測者反復測量3次求其平均值，每次測量的位置需保持一致。圓形感興趣區（region of interests，ROI）分別被放置于右腎皮質；肝臟的右后葉（門靜脈主干及其右分支層面）；脾臟的中部；以及胰尾部的DWI和ADC圖上。相關組織DWI圖像的信噪比由下式計算[6]：

SD為背景噪聲的標準差，其測量方法為放置一1cm2左右的ROI于腹壁外，由工作站自動得出其數值。

定性分析：DWI圖像偽影被歸類成3組。①運動偽影包括呼吸、心跳、胃腸蠕動等周期性運動造成的偽影；②磁敏感偽影包含胃等含有氣體的空腔，由渦電流效應引起的組織結構扭曲以及信號的丟失；③射頻脈沖不均一偽影（介電效應或渦電流造成），由疊加在圖像上的暗區大小來評估。觀測者用4分法對每組圖像的偽影進行 分 級[7，8]：1分，無 偽 影；2分，較 少 偽 影；3分，較多偽影；4分，嚴重偽影；同時，兩位醫師還對所有DWI圖像所描述的解剖細節進行評分：1分，圖像質量差；2分，質量一般；3分，質量較好；4分，圖像質量好。

表2 1.5和3.0T3種DWI采集方式下各種偽影以及圖像質量評分

4.統計學分析

本研究均采用SPSS 17.0統計學軟件（LEAD Technologies，New York，NY）對上述數據進行統計學分析。若各計量資料均符合正態分布，采用配對t檢驗或完全隨機設計資料的方差分析進行比較；若各組變量不全符合正態分布，則采用配對設計符號秩檢驗或者完全隨機設計多個樣本比較的秩和檢驗進行分析。若檢驗水準為0.05，依據Bonferroni校正P＜0.05／3＝0.0167認為有統計學差異。

結 果

表2比較了1.5和3.0T3種DWI序列的偽影和圖像質量評分，從表格測得的各組數據中我們可以看出高b值較低b值偽影多，3.0T較1.5T對偽影更敏感；其中，呼吸觸發DWI 3.0T的圖像質量優于1.5T（P＜0.05），而自由呼吸技術無論在b100和b800何種情況下，1.5T的偽影評分以及圖像質量均優于3.0T。

表3顯示了兩種場強下屏氣、呼吸觸發和自由呼吸技術之間的偽影和圖像質量評分比較的結果。從表中可以看出，3.0T時呼吸觸發DWI圖像質量最好、偽影最少，而屏氣DWI技術在1.5Tb＝100時的圖像質量相對較差，b＝800時偽影相對較多（P＜0.01）。

表4總結了信噪比（signal to noise ratio，SNR）的比較結果：從采集方式來看自由呼吸DWI的信噪比高于呼吸觸發、屏氣技術；而兩種場強下，無論是b100或b800，膽囊、腎、脾和胰腺在3.0T中的SNR均高于1.5T，而肝臟大部分情況卻低于1.5T。

表3 兩種場強下三種DWI方案之間兩兩比較圖像質量和偽影

表5、6顯示了兩種場強下b值為800、100時，正常器官ADC值比較的結果，其中，1.5和3.0T之間所測正常肝臟、膽囊、腎臟、脾和胰腺的ADC值均無統計學差異（P＞0.05）。整體說來脾臟的ADC值是這幾個器官中最低的。

表5 兩種場強下正常器官b＝800時的ADC值

表6 兩種場強下正常器官b＝100時的ADC值

討 論

1.1.5T與3.0T

3.0T磁共振掃描儀已經廣泛應用于臨床，DWI的研究熱點也早已從單指數模型轉向雙指數、拉伸指數等模型的研究[9]。但目前上腹部DWI序列應如何運用的報道并不統一[5，10，11]。理論上，3.0T磁共振掃描儀是最理想的DWI成像系統，可以提供兩倍于1.5T的固有信噪比。但是，高場強下的腹部DWI成像也面臨著磁化率不同引起的幾何畸變，高度的磁場敏感性引起的信號丟失，嚴重的運動偽影，以及由于脂肪組織配準不良引起的化學位移偽影等挑戰。我們的研究結果也證明了這幾點：表2中3.0T呼吸觸發DWI的圖像質量雖然優于1.5T（P＜0.05），但b＝100時，3.0T屏氣技術采集到的偽影卻較1.5T多（P＜0.0001），且1.5T自由呼吸DWI的圖像質量及偽影評分都優于3.0T；整體說來高b值較低b值的偽影多，3.0T較1.5T對偽影更敏感。

3.0T另一項需要關注的方面是駐波（立波）和介電效應，它們的物理行為（無論是相長干涉或相消干涉）會削減射頻脈沖的均一性。當靜磁場強度增加時，這種效應會更明顯，3.0T較1.5T會更多的受到射頻脈沖不均一偽影的影響。在我們的研究當中，b100的組織信號強度較b800高，可以很好的觀察到這一現象：隨著場強的增加，尤其在這種自旋回波序列（SEEPI）中，為了滿足上腹部的軸向掃描參數，射頻脈沖的帶寬必須增加、波長必須減少，圖像信號（尤其是上腹部中心）就會不均一或者丟失，這也是肝左葉或胰腺經常不清楚的原因。高場強下這種偽影的嚴重程度取決于多種因素，包括被檢查物的幾何結構和電性質，射頻線圈的設計，以及激勵電源、射頻線圈和被檢物之間的相互作用。目前，已有改良設計的線圈使射頻場更加均勻。

理論上，ADC值與磁場強度無關，我們的研究結果也證明了這一點。雖然脾臟的值最低，但本研究與Matsuoka[12]和Notohamiprodjo[13]的報道相近，重 點臟器在1.5T和3.0T中的ADC值均無差異；盡管Lavdas等[14]發現Siemens Avanto 1.5T所測ADC值高于Verio 3.0T，但他們同時也注意到Philips Achieva 1.5T測得的ADC值卻低于Achieva 3.0T，所以這種偏差很可能與掃描機型有關，相關的結論仍有待今后進一步補充和完善。

另一方面，兩種場強下信噪比（SNR）卻呈現出另一番比較結果：肝臟在3.0T中的SNR明顯低于1.5T，而膽囊、右腎、脾和胰腺均高于1.5T（表4）。從采集方式來看，自由呼吸DWI的SNR整體上高于呼吸觸發和屏氣技術。這些結果提示我們今后針對不同檢查的對象，應采取相應的掃描策略。

2.屏氣、呼吸觸發與自由呼吸

圖1 志愿者的同一層面在3.0T和1.5T上進行3種采集方式的掃描結果。其中，3.0T呼吸觸發DWI的圖像質量優于1.5T，而1.5T自由呼吸DWI圖像均優于3.0T；自由呼吸DWI的信噪比高于呼吸觸發，屏氣技術。a）3.0T；b）1.5T，上排b＝800，下排b＝100。RT：Respiratory Triggered DWI，呼吸觸發DWI；BH：Breath-hold DWI，屏氣DWI；FB：Free-Breathing DWI，自由呼吸DWI。

上腹部DWI呼吸運動偽影的消除方法已有多種，但諸如心臟搏動、胃腸蠕動的偽影仍不可避免，仍會降低圖像質量。單次激勵的SE-EPI序列的K空間填充時間雖然很快，但由于讀出間隔的限制，一次采集完上腹部DWI圖像的時間最快也得20s左右，因此自由呼吸擴散加權成像必然會受到呼吸運動的影響。屏氣方案是唯一可以減少上腹部呼吸運動的DWI采集技術，但它又受到采集時間的制約，所以其激勵次數較低（NEX＝1），SNR和空間分辨率都會受到影響；為了補償圖像由于呼吸運動造成的病變顯示不清，我們與Choi等[5，15-17]的方案設計類似，自由呼吸DWI的激勵次數最高（NEX＝4），呼吸觸發DWI居中（NEX＝2），所以3種方式之間的參數不可能完全一致。

本研究的結果顯示當場強為3.0T時，呼吸觸發DWI相對于另外兩種技術的圖像質量好、偽影少，其評分也較1.5T好，且兩種場強下的掃描時間基本一致；而屏氣DWI在1.5T低b時的圖像質量相對較差，高b時，偽影又相對較多；另一方面，3.0T自由呼吸技術因為沒有進行呼吸補償，圖像更多受到運動偽影的影響，與1.5T相比圖像質量差，需要用門控技術進行采集糾正（表3）。因此在高場強下（3.0T），尤其是不能平靜呼吸的患者，自由呼吸方案在增加了激勵次數后，有可能會導致像素配準錯誤，圖像質量會被降低，這種效應在微小病變的檢測中非常明顯，所以屏氣技術減少呼吸偽影的作用仍需做進一步的研究。但因大部分患者最多能堅持20s左右的屏氣時間，就目前的情況而言，3.0T呼吸觸發技術仍屬于獲取最佳DWI圖像質量的采集方案。

3.本研究的局限性

本研究也存在一些局限：①隊列的規模較小，入組的都是正常、健康、合作較好的志愿者，與典型的有上腹部臟器疾病的患者情況不同，DWI的圖像偽影和質量會不一樣；②沒有比較和評估呼氣末血液的系統性高流速、偽各向異性效應對ADC值影響的大小[10，18]；③不同廠家的型號和參數可能會不同，這里得出的結論是否可以推廣應用，仍有待今后進一步補充和驗證。

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