肝臟多b值擴(kuò)散心率因素的評(píng)價(jià)

艾竹， 鐘桂棉， 梁健科， 梁倩雯， 向之明

·國(guó)家自然科學(xué)基金專欄·

肝臟多b值擴(kuò)散心率因素的評(píng)價(jià)

艾竹， 鐘桂棉， 梁健科， 梁倩雯， 向之明

目的評(píng)價(jià)心電門控技術(shù)心率因素對(duì)肝臟體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(IVIM)圖像質(zhì)量及參數(shù)值的影響。方法選取20名接受心電門控IVIM-DWI序列掃描的志愿者，設(shè)定6個(gè)b值(范圍0，50，100，150，300，600s/mm2)，按受檢者心率分為2組，每組10例，實(shí)驗(yàn)組受檢者心率≤70次/分，對(duì)照組受檢者心率≥80次/分。由兩名從事腹部MR影像診斷5年以上的高年資醫(yī)師對(duì)所得MR圖像進(jìn)行分析，測(cè)量并分析圖像SNR、ADC、IVIM各參數(shù)值，并對(duì)IVIM-DWI圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果實(shí)驗(yàn)組所得圖像偽影最少，解剖結(jié)構(gòu)清晰，圖像質(zhì)量較高，不同b值時(shí)實(shí)驗(yàn)組SNR值均大于對(duì)照組，兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組ADC、D、D*、f值中，僅肝左葉的ADC值[實(shí)驗(yàn)組(1.432±0.299)×10-3mm2/s；對(duì)照組(1.945±0.543)×10-3mm2/s]和D值[實(shí)驗(yàn)組(1.372±0.378)×10-3mm2/s；對(duì)照組(1.617±0.361)×10-3mm2/s]在兩組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值分別為0.000、0.013)。結(jié)論肝臟IVIM心電門控成像技術(shù)具有重要的臨床價(jià)值，低心率心電門控IVIM-DWI成像可得到較好的圖像質(zhì)量和穩(wěn)定可靠的參數(shù)值。

肝臟； 磁共振成像； 心率

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging， DWI)是通過MRI觀測(cè)生物體內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)反映病理及生理信息的唯一無(wú)創(chuàng)性成像方法[1]，通過表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coeficient，ADC)可反映其水分子擴(kuò)散情況，但由于受到毛細(xì)血管網(wǎng)血流灌注效應(yīng)的影響，因此有一定的局限性。Le Bihan等[1]在1986年第1次提出了體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)的概念，IVIM-DWI不僅可以評(píng)估組織中水分子擴(kuò)散情況，還可以反映組織灌注的情況，即通過特殊的擴(kuò)散加權(quán)成像序列在體素水平分離出“擴(kuò)散”和“灌注”這兩種因素[2-3]。近年來(lái)IVIM在肝臟的應(yīng)用日益受到關(guān)注，然而由于肝臟毗鄰心臟，受到心臟搏動(dòng)影響較大，盡管一些快速成像技術(shù)的運(yùn)用減弱了運(yùn)動(dòng)偽影，但圖像質(zhì)量仍然不理想，相應(yīng)成像參數(shù)值不穩(wěn)定。目前有學(xué)者研究認(rèn)為在肝臟掃描過程中采用心電門控技術(shù)可以降低心臟運(yùn)動(dòng)對(duì)肝臟DWI的影響[4-5]，強(qiáng)調(diào)在舒張期進(jìn)行信號(hào)采集，可獲得較好的圖像質(zhì)量及可重復(fù)性好的ADC值，但對(duì)于心電門控中心率變化對(duì)信號(hào)采集影響的量化研究少有報(bào)道。本研究通過對(duì)志愿者不同的心率變化進(jìn)行對(duì)比研究，評(píng)估圖像質(zhì)量并分析信號(hào)噪聲比(SNR)、表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)及純擴(kuò)散系數(shù)值(D)、假擴(kuò)散系數(shù)值(D*)、灌注分?jǐn)?shù)(f)等值，探討心率因素對(duì)肝臟心電門控IVIM-DWI圖像質(zhì)量的影響。

材料與方法

1.臨床資料

本研究獲得廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有志愿者檢查前均已簽署知情同意書。選擇2016年5-8月共45名志愿者，每位志愿者簽署知情同意書后行腹部IVIM-DWI檢查。按照實(shí)驗(yàn)納入標(biāo)準(zhǔn)及排除標(biāo)準(zhǔn)，最終20例受檢者納入研究。本研究納入標(biāo)準(zhǔn)包括：①無(wú)任何肝臟疾病病史，實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)指標(biāo)正常；②半年內(nèi)未服用損害肝臟功能藥物病史；③無(wú)肝臟手術(shù)史。排除標(biāo)準(zhǔn)包括：①體內(nèi)金屬植入、幽閉恐懼癥、心臟起搏器植入等核磁共振檢查禁忌癥者；②近期服用藥物者；③掃描過程中情緒緊張，不能耐受長(zhǎng)時(shí)間檢查，不能配合完成檢查者；④圖像偽影明顯，嚴(yán)重影響圖像分析者。掃描時(shí)對(duì)受檢者進(jìn)行心電監(jiān)控，并按照掃描過程中的平均心率分組，平均心率≤70次/分的志愿者納入實(shí)驗(yàn)組，平均心率≥80次/分的志愿者納入對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組男8例，女2例，年齡在19～36歲之間，平均年齡(24.00±4.27)歲；對(duì)照組男7例，女3例，年齡在20～29歲之間，平均年齡(23.50±2.33)歲。兩組性別、年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

2.檢查方法

應(yīng)用西門子Avanto超導(dǎo)體1.5T磁共振成像儀(Magnetom Avanto;Siemens Medical Solutions,Erlangen,Germany)，使用十二通道脊柱線圈及六通道體線圈。系統(tǒng)使用Siemens，Syngo B17系統(tǒng)。檢查前空腹4～6 h，測(cè)量志愿者平靜心率，對(duì)志愿者進(jìn)行掃描前的呼吸訓(xùn)練，交代掃描注意事項(xiàng)，囑其盡量放松，平靜呼吸時(shí)盡量保持呼吸幅度及頻率的一致。所有志愿者在胸骨左側(cè)第3、5肋間隙及心尖搏動(dòng)處粘貼MRI專用心電門控?zé)o磁電極片監(jiān)測(cè)心率。掃描過程中全程觀測(cè)心電門控監(jiān)控，待到心率穩(wěn)定于某一水平時(shí)，行以下掃描序列進(jìn)行全肝掃描，包括：心臟電影成像序列：掃描參TE 1.28 ms，TR 45.9 ms，視野340 mm×276 mm，層厚6 mm，AVERAGE 1，掃描時(shí)間15 s。心電門控IVIM-DWI序列：掃描參數(shù)為TE 74 ms，TR 330 ms，矩陣128 mm×128 mm，視野400 mm×262 mm，層厚5 mm，層間距1.6 mm，AVERAGE 2，Concatenations 7，選取6個(gè)b值(b=0,50,100,150,300,600 s/mm2)，ECG-DELAY時(shí)間根據(jù)不同志愿者四腔心臟電影成像所得圖像選定的心臟相對(duì)靜止期確定，總的掃描時(shí)間為(861±85.8) s。

3.圖像分析

掃描結(jié)束后，將所有志愿者的圖像導(dǎo)入到后處理系統(tǒng)中。圖像質(zhì)量有2名具有5年以上肝臟DWI診斷經(jīng)驗(yàn)的腹部影像醫(yī)師共同評(píng)分并取得一致意見：滿意，圖像無(wú)明顯偽影，組織結(jié)構(gòu)清晰可辨；較滿意，圖像相對(duì)較少偽影，組織結(jié)構(gòu)或病灶有模糊影；差，圖像相對(duì)較多偽影，病灶顯示欠清，無(wú)法用于診斷。

使用Image J(National Institutes of Health,Bethesda,Md)軟件，分別測(cè)量?jī)山M序列所得圖像中不同b值肝臟及背景信號(hào)強(qiáng)度，同層面肝實(shí)質(zhì)與背景噪聲分別放置3個(gè)100 mm2的圓形ROI取平均，根據(jù)公式SNR=SI肝/SD背景計(jì)算各b值圖像的SNR值。選取肝臟連續(xù)3層放置ROI，肝左、右葉各放置3個(gè)100 mm2的圓形ROI，需距離肝表1 cm的均勻肝實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，避開肉眼可見的血管或膽管，共各取9個(gè)ROI的ADC平均值代表左、右肝的ADC值。使用軟件MITK-DI生成IVIM參數(shù)圖(f、D和D*圖)，通過雙指數(shù)模型，根據(jù)公式[6]Sb/S0=(1-f)exp(-bD)+fexp[-b(D+D*)]，S=體素內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度，b值為擴(kuò)散敏感因子，分別擬合f值、D值及D*值。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

經(jīng)過兩名具有5年以上肝臟DWI診斷經(jīng)驗(yàn)的腹部影像醫(yī)師共同評(píng)分并取得一致意見，實(shí)驗(yàn)組的圖像質(zhì)量(Z=-2.599，P=0.009)優(yōu)于對(duì)照組，兩者間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1，圖1、2)。

表1 兩組間圖像質(zhì)量的比較

圖1 男，24歲，心率92次/分。a～f) 分別對(duì)應(yīng)b值為0,50,100,150,300,600s/mm2時(shí)的圖像。

2.兩組SNR值比較

實(shí)驗(yàn)組SNR值明顯大于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組間SNR值均隨b值的增大呈逐漸下降的趨勢(shì)，b值越大，SNR值越小，圖像質(zhì)量越差(表2，圖3)。

表2 兩組SNR值比較

注：P<0.05時(shí)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3.兩組ADC值比較

兩組間左肝的ADC值均明顯大于右肝。實(shí)驗(yàn)組左肝的平均ADC值明顯小于對(duì)照組(t=2.617，P<0.05)，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；實(shí)驗(yàn)組右肝的平均ADC值雖小于對(duì)照組(t=1.711，P=0.104)，但兩者間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表3、圖4)。

表3 兩組ADC值比較

注：ADC值的單位為×10-3mm2/s。P<0.05時(shí)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4.兩組D、D* 、f值比較

實(shí)驗(yàn)組肝左葉D值(1.372±0.378)明顯小于對(duì)照組(1.617±0.361)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)組右肝D值小于對(duì)照組，但兩者間差異不大，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.278，P=0.782)。D*及f值在兩組間無(wú)明顯差異(表4、圖5)。

表4 兩組IVIM各參數(shù)值比較

注：D、D*值的單位為×10-3mm2/s，f值的單位為%。P<0.05時(shí)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

討 論

近年來(lái)，隨著磁共振成像各種軟硬件技術(shù)的提高及應(yīng)用，DWI在肝臟得到廣泛應(yīng)用。肝臟IVIM-DWI在肝臟微小病變的檢出、肝臟良惡性病變的鑒別、腫瘤治療后療效評(píng)價(jià)及組織特征定性方面具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值[7-10]。但肝臟IVIM成像易受心臟搏動(dòng)影響，如何克服心臟搏動(dòng)影響保證IVIM相關(guān)參數(shù)穩(wěn)定可靠日益受到關(guān)注。研究表明[4]心電門控技術(shù)可以降低心臟運(yùn)動(dòng)對(duì)肝臟DWI成像的影響。肝臟IVIM-DWI要求多b值成像，加之本研究使用心電門控技術(shù)，數(shù)據(jù)采集時(shí)間延長(zhǎng)，易受生理運(yùn)動(dòng)等影響。因此，本次研究共設(shè)置了6個(gè)b值，范圍在0～600 s/mm2之間。本研究結(jié)果表明，采用心電門控技術(shù)可以減少心臟搏動(dòng)偽影對(duì)圖像的影響，肝臟IVIM-DWI采用心電門控技術(shù)是可行的，所得圖像可以更好地滿足臨床診斷需求。

本研究中，如何通過觀察冠狀動(dòng)脈的形態(tài)來(lái)確定心臟相對(duì)靜止期，以此來(lái)決定心電門控掃描時(shí)的延遲時(shí)間，是做好IVIM心電門控成像技術(shù)的前提，而其中心率的變化是關(guān)鍵。好的圖像質(zhì)量有利于清晰觀察冠狀動(dòng)脈的變化，以此確保心電門控時(shí)延遲時(shí)間的準(zhǔn)確。心臟形態(tài)、血管變異與否等因素均會(huì)影響冠狀動(dòng)脈成像質(zhì)量，其中很重要的一個(gè)因素是心率，心臟運(yùn)動(dòng)過快，舒張期縮短時(shí)間相對(duì)于收縮期來(lái)說更明顯，最佳成像時(shí)間窗也會(huì)縮短。當(dāng)針對(duì)高心率、心律不齊、或者心率失常患者進(jìn)行檢查時(shí)，難以保證冠狀動(dòng)脈的成像質(zhì)量。有文獻(xiàn)表明[11-13]，當(dāng)心率高于80次/分，時(shí)相采集已經(jīng)從心臟舒張期轉(zhuǎn)變?yōu)樾呐K收縮期，且心率基于55.2次/分時(shí)每增加1 bpm，相關(guān)圖像質(zhì)量評(píng)分將有所下降，心率≤70次/分與≥80次/分時(shí)，兩組間的圖像質(zhì)量有顯著差異。因此，我們按心率≤70次/分或≥80次/分將志愿者分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組進(jìn)行研究。本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)心率在70次/分以下時(shí)，所得圖像質(zhì)量好于心率80次/分以上的圖像質(zhì)量(Z=-2.599，P=0.009)，尤其心率在60～70次/分時(shí)，所得圖像質(zhì)量最好。當(dāng)心率≤70次/分時(shí)，心臟運(yùn)動(dòng)相對(duì)緩慢，舒張期時(shí)間延長(zhǎng)，冠狀動(dòng)脈相對(duì)靜止期較長(zhǎng)，此時(shí)成像質(zhì)量較穩(wěn)定，有利于掃描者更好的觀察冠脈形態(tài)變化，保證心電門控延遲掃描時(shí)間的準(zhǔn)確性，使得MR掃描時(shí)每次信號(hào)采集最大限度的落在心臟舒張中末期，從而獲得較高質(zhì)量的IVIM-DWI圖像。因本次研究主要為健康志愿者，在掃描過程中對(duì)心率不采取任何干擾措施，主要通過掃描前培訓(xùn)使受檢者心態(tài)平和，呼吸平穩(wěn)，以此來(lái)穩(wěn)定心率。本研究發(fā)現(xiàn)，心電門控序列的掃描時(shí)間較長(zhǎng)，為(861±85.8) s，明顯長(zhǎng)于自由呼吸序列的掃描時(shí)間196 s，兩者間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。過長(zhǎng)的采樣掃描易使受檢者情緒焦慮，心情煩躁，造成心率的波動(dòng)，這可能是導(dǎo)致圖像質(zhì)量欠佳，甚至檢查失敗的原因之一。因此，心電門控技術(shù)在應(yīng)用于臨床時(shí)，對(duì)于心功能較好，無(wú)禁忌癥的患者，建議預(yù)先服用控制心率的藥物以保證檢查的順利進(jìn)行。我們的經(jīng)驗(yàn)及結(jié)果表明，肝臟IVIM-DWI心電門控成像技術(shù)檢查前，控制心率是非常必要的。

圖2 女，19歲，心率68次/分。a～f) 分別對(duì)應(yīng)b值為0,50,100,150,300,600s/mm2時(shí)的圖像。

圖3 兩組在不同b值條件下的SNR值大小變化趨勢(shì)圖。測(cè)量結(jié)果表明不同b值時(shí)實(shí)驗(yàn)組的SNR值均大于對(duì)照組，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。 圖4 肝左、右葉在不同心率分組下的ADC(×10-3mm2/s)值大小變化趨勢(shì)圖。測(cè)量結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組肝左葉的ADC值小于對(duì)照組，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

圖5 肝左、右葉在不同心率分組下f(%)、D(×10-3mm2/s)、D*(×10-3mm2/s)值大小變化趨勢(shì)圖。測(cè)量結(jié)果表明肝左葉測(cè)量值普遍大于肝右葉，實(shí)驗(yàn)組肝左葉D值大于對(duì)照組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，D*及f值在兩組間無(wú)明顯差異(P>0.05)。

本研究結(jié)果顯示，肝臟IVIM同一條件下測(cè)量所得的ADC值高于D值，其中肝右葉的ADC值較肝左葉小，而D值較肝左葉大，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。實(shí)驗(yàn)組肝左葉的ADC值及D值均小于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而D*、f值間兩者差異不明顯。筆者認(rèn)為心率≤70次/分時(shí)，圖像質(zhì)量較好，偽影較少，測(cè)量所得參數(shù)值相對(duì)準(zhǔn)確，由于心臟運(yùn)動(dòng)會(huì)影響肝左、右葉，尤其是對(duì)肝左葉的影響，雖然掃描時(shí)采用了心電門控以減少心臟搏動(dòng)對(duì)肝臟成像的影響，但考慮到肝左葉距離心臟位置很近，盡管心電門控在心臟相對(duì)靜止期進(jìn)行信號(hào)采集，很難完全消除心臟對(duì)肝左葉的影響，肝左葉組織失相位會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值誤差。本研究結(jié)果與Filipe等[14]、Kwee等[4]的結(jié)果一致。IVIM雙指數(shù)模型能反映水分子擴(kuò)散和微循環(huán)灌注情況，相比于DWI單指數(shù)模型所測(cè)量的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)，可更好的反映活體組織DWI[15]。假設(shè)組織內(nèi)僅存在水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，測(cè)量所得ADC值應(yīng)與真性擴(kuò)散系數(shù)D值相同，研究發(fā)現(xiàn)在體測(cè)量得到的ADC值一般偏高，這是因?yàn)锳DC值易受到分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和微循環(huán)灌注的影響導(dǎo)致。我們的研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，同一條件下測(cè)量所得ADC值顯著高于D值。本研究中兩組間肝左、右葉的D*與f值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分析原因可能是因?yàn)楸敬窝芯克{入的多為健康志愿者，樣本量較小，且D*、f值一般對(duì)腫瘤灌注更敏感，所以在健康者中并無(wú)太大可比性。但無(wú)論是實(shí)驗(yàn)組還是對(duì)照組，其肝左葉與肝右葉相比，D、D*和f值間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，肝左葉參數(shù)值普遍高于肝右葉，說明心臟運(yùn)動(dòng)對(duì)左葉的影響大于右葉。

當(dāng)然，我們的研究也存在一定局限性。首先，ROI的測(cè)量存在測(cè)量者的選擇主觀性，對(duì)本次研究結(jié)論可能存在一定的影響；其次，本研究主要以青年健康志愿為主，在對(duì)肝臟病變進(jìn)行研究時(shí)，結(jié)果可能存在差距，需在臨床上進(jìn)一步驗(yàn)證。

總之，本研究認(rèn)為，肝臟IVIM-DWI成像時(shí)采用心電門控技術(shù)具有重要的臨床價(jià)值，如能將心率控制在70次/分以下，尤其在60～70次/分之間，IVIM成像可獲得較好的圖像質(zhì)量及相對(duì)穩(wěn)定可靠的參數(shù)值。

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Effectsofheartrateonimagequalityofliverintravoxelincoherentmotiondiffusion-weightedimagingwithECG-gatingtechnology

AI Zu，ZHONG Gui-mian，LIANG Jian-ke，et al.

Department of Radiology，Panyu Center Hospital of Guangzhou，Guangzhou University of Traditional Chinese Medicine，Guangzhou 511400，China

Objective:To investigate the effects of heart rate on image quality of liver intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging (IVIM-DWI) with ECG-gating technology.Methods20 volunteers underwent ECG-gating IVIM-DWI with 6 different b-values (0～600s/mm2) at a 1.5T MR scanner and were divided into 2 groups according to the heart rate,and each group had 10 volunteers.The heart rate of the study group subjects was 70 beats per minute or less and of the control group subjects was 80 beats per minute or more.The MR images were analyzed by two senior doctors who were engaged in abdominal MR imaging diagnosis for more than 5 years.The parameters of the images SNR,ADC and IVIM were measured and analyzed,and the IVIM-DWI image quality was evaluated.ResultsIn the study group,the image artifacts were the least and the anatomical structure was clear.The image quality of study group was higher than that of the control group,and the SNR of the study group was higher than that of the control group at different b values.The difference between the two groups was statistically significant (P<0.05).In the ADC,D,D*and f values of the two groups,significant inter-group difference was observed only in ADC [study group:(1.432±0.299)×10-3mm2/s;control group:(1.945±0.543)×10-3mm2/s] and D [study group:(1.372±0.378)×10-3mm2/s;the control group:(1.617±0.361)×10-3mm2/s] (P=0.000、0.013,respectively).ConclusionThe better image quality of IVIM-3DWI can be obtained when controlling the heart rate less than 70 beats per minute during liver intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging (IVIM-DWI) with ECG-gating.

Liver; Magentic resonance imaging; Heart rate

R575; R445.2; R331.31

A

1000-0313(2017)10-1008-05

2016-11-03

2017-01-03)

510006 廣州，廣州中醫(yī)藥大學(xué)(艾竹)；511400 廣州，廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院放射診斷部(艾竹、鐘桂棉、梁健科、向之明) ；510510 廣州，廣東三九腦科醫(yī)院(梁倩雯)

艾竹(1990-)，女，湖北當(dāng)陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事CT和MR診斷工作。

向之明，E-mail:xzmgz@126.com

國(guó)家自然科學(xué)基金(81671853)；廣東省自然科學(xué)基金(2015A030313753)；廣州市科學(xué)研究專項(xiàng)(201510010002)；廣州市番禺區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目(2017-Z04-12)、科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014-Z03-24)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.10.003