基于分段讀出平面回波序列的體素內(nèi)不相干運(yùn)動DWI在單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎中的應(yīng)用

楊志安，蔣 濤*，劉錦峰，溫曉慧，張 怡，閔小紅，石清磊，呂悅雷，刁小莉，李 雪

[1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院放射科，2.耳鼻咽喉頭頸外科，4.病理科，北京 100020；3.西門子(中國)有限公司磁共振產(chǎn)品事業(yè)部，北京 100102]

基于分段讀出平面回波序列的體素內(nèi)不相干運(yùn)動DWI在單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎中的應(yīng)用

楊志安1，蔣 濤1*，劉錦峰2，溫曉慧2，張 怡2，閔小紅1，石清磊3，呂悅雷1，刁小莉4，李 雪4

[1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院放射科，2.耳鼻咽喉頭頸外科，4.病理科，北京 100020；3.西門子(中國)有限公司磁共振產(chǎn)品事業(yè)部，北京 100102]

目的研究基于分段讀出平面回波序列(RS-EP)單指數(shù)模型DWI、雙指數(shù)模型體素內(nèi)不相關(guān)運(yùn)動(IVIM)成像診斷單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎的價(jià)值。方法收集鼻阻塞患者20例，按病理結(jié)果分為單純性鼻炎組和慢性肥厚性鼻炎組。所有受試者均接受RS-EP序列的IVIM和單指數(shù)模型DWI檢查，獲得IVIM參數(shù)純擴(kuò)散系數(shù)(D)、假性灌注系數(shù)(D*)、灌注分?jǐn)?shù)(f)和ADC參數(shù)圖。分別測量2組下鼻甲黏膜的前、中、后部3個(gè)區(qū)域的參數(shù)值。比較2組和3個(gè)區(qū)域間各擴(kuò)散參數(shù)值的差異，采用ROC曲線分析其診斷效能。結(jié)果慢性單純性鼻炎組的ADC和D值分別為(1 938.84±170.46)×10-6mm2/s和(1 698.91±145.17)×10-6mm2/s，慢性肥厚性鼻炎組ADC值為(1 681.76±132.21)×10-6mm2/s，D值為(1 439.39±101.26)×10-6mm2/s，2組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。D*和f值2組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。下鼻甲黏膜前、中、后部ADC值依次增高(P均<0.05)；下鼻甲前、中、后部D*值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。ROC曲線分析表明，D值的曲線下面積高于ADC值(0.932±0.044 vs 0.896±0.058，P<0.05)，其敏感度、特異度、準(zhǔn)確率、陽性預(yù)測值和陰性預(yù)測值分別為92.31%、93.75%、90.00%、93.75%、85.71%。結(jié)論基于RS-EP序列的IVIM成像和單指數(shù)DWI成像在鑒別單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎中具有較大的應(yīng)用價(jià)值，其中基于IVIM模型的D值較常規(guī)ADC值具有更高的診斷效能。

磁共振成像；體素內(nèi)不相干運(yùn)動；擴(kuò)散；鼻炎

鼻腔是呼吸道的門戶[1]，正常鼻腔功能依賴于正常鼻通氣功能[2]，約44%阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS)患者存在鼻阻塞，后者被認(rèn)為是OSAHS的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[3-5]，而鼻阻塞最常見的原因?yàn)槁员茄住?013年衛(wèi)生部發(fā)布的《國民健康調(diào)查報(bào)告》顯示，平均每10人中有2人患慢性鼻炎。慢性鼻炎可分為慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎，前者常以藥物及保守治療為主，后者常需手術(shù)干預(yù)，二者常規(guī)影像鑒別無特異性，均表現(xiàn)為鼻腔黏膜增厚、鼻道狹窄，因此尋找一種可量化、無創(chuàng)性、準(zhǔn)確性較高的診斷指標(biāo)對于鼻炎的臨床診療具有重要作用。體素內(nèi)不相關(guān)運(yùn)動(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像提高了評估組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動的準(zhǔn)確性。分段讀出平面回波(readout-segmented echo-planar， RS-EP)序列由于降低了回波之間的回波間隔，因此降低了DWI中的磁敏感偽影，在五官等具有較復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的部位中具有較多的應(yīng)用[6-8]。本研究旨在探討基于RS-EP序列的DWI單指數(shù)、雙指數(shù)模型診斷慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年10月—2016年3月我院經(jīng)病理證實(shí)的鼻炎患者20例，男12例，女8例，年齡25～42歲，平均(39.8±5.8)歲。按病理結(jié)果將患者分為2組：慢性單純性鼻炎組10例，男5例，女5例，年齡25～40歲，平均(38.8±5.7)歲；慢性肥厚性鼻炎組10例，男7例，女3例，年齡26～42歲，平均(40.8±6.0)歲。患者主要癥狀包括鼻腔反復(fù)阻塞、無噴嚏、流涕，并排除過敏性鼻炎患者。

1.2 儀器與方法 采用Siemens MAGNETOM Prisma 3.0T超導(dǎo)型MR成像儀，64通道頭線圈，先行常規(guī)MR平掃，掃描序列包括可變反轉(zhuǎn)角三維快速自旋回波(3D sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolutions， 3D SPACE)序列的T2W和三維屏氣容積內(nèi)插(volumetric interpolated breath-hold examination，VIBE)序列的T1W，后行RS-EP序列的DWI，包括IVIM成像和單指數(shù)DWI成像，成像參數(shù)見表1。

1.3 圖像分析 IVIM圖像處理采用Body Diffusion Toolbox (V1.2.1，Siemens)后處理工具，重建獲得反映擴(kuò)散信息的純擴(kuò)散系數(shù)(pure diffusion， D)圖、反映微循環(huán)灌注信息的假性灌注系數(shù)(pseudo-diffusion， D*)圖、灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction， f)圖及DWI獲得常規(guī)ADC圖。由1名具有8年頭頸部影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射醫(yī)師分別對DWI和IVIM序列軸位圖像進(jìn)行分析，將雙側(cè)下鼻甲三等分為前、中、后部，ROI為圓形，大小為4～6 mm2，分別放置于雙側(cè)下鼻甲前、中、后部鼻黏膜信號均勻區(qū)域，避開磁敏感偽影，測量獲得ADC值、D值、D*值和f值，每個(gè)區(qū)域均測量3次取平均值。每例下鼻甲前、中、后部所有測量數(shù)據(jù)的平均值為該例最終數(shù)值。前、中、后部的數(shù)值為雙側(cè)平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料以±s表示，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，慢性單純性鼻炎組與慢性肥厚性鼻炎組間各參數(shù)的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，下鼻甲黏膜前、中、后部的參數(shù)比較采用配伍組資料設(shè)計(jì)的單因素方差分析，兩兩比較采用Bonferroni法。應(yīng)用MedCalc 13.0軟件繪制ROC曲線，計(jì)算曲線下面積(area under the curve， AUC)，以分析各參數(shù)的診斷效能，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 各序列掃描參數(shù)

注：Variable：可變翻轉(zhuǎn)角；—：無

表2 慢性單純性鼻炎組與慢性肥厚性鼻炎組各擴(kuò)散參數(shù)比較(±s)

表2 慢性單純性鼻炎組與慢性肥厚性鼻炎組各擴(kuò)散參數(shù)比較(±s)

組別ADC值(×10-6mm2/s)D值(×10-6mm2/s)D*值(×10-5mm2/s)f值(%)慢性單純性鼻炎組1938.84±170.461698.91±145.173560.11±4476.6930.03±17.82慢性肥厚性鼻炎組1681.76±132.211439.39±101.262372.25±1669.7514.05±10.15t值2.3972.6040.5052.046P值<0.0010.0070.3120.063

表3 下鼻甲黏膜前、中、后部各擴(kuò)散參數(shù)比較(±s)

表3 下鼻甲黏膜前、中、后部各擴(kuò)散參數(shù)比較(±s)

位置ADC值(×10-6mm2/s)D值(×10-6mm2/s)D*值(×10-5mm2/s)f值(%)下鼻甲黏膜前部1673.18±210.391420.86±142.207264.41±6780.1213.94±14.81下鼻甲黏膜中部2174.69±398.91*1583.65±165.112806.83±2209.8727.50±10.34*下鼻甲黏膜后部2516.09±283.38*#1747.26±180.75*4830.75±5348.2224.12±11.21F值22.81111.9622.2573.968P值<0.001<0.0010.1210.029

注：*：與下鼻甲黏膜前部比較，P<0.05；#：與下鼻甲黏膜中部比較，P<0.05

圖1 患者男，44歲，慢性單純性鼻炎 A.ADC圖； B.D圖； C.f圖； D.D*圖 圖2 患者男，27歲，慢性肥厚性鼻炎 A.ADC圖； B.D圖： C.f圖； D.D*圖 (紅色區(qū)域示下鼻甲)

圖4 慢性單純性鼻炎組(A)和慢性肥厚性鼻炎組(B)雙曲線擬合圖 雙指數(shù)模型比單指數(shù)模型更加接近組織信號的衰減情況

圖3 ADC值和D值鑒別診斷慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎的ROC曲線

2 結(jié)果

慢性單純性鼻炎組的ADC和D值顯著高于慢性肥厚性鼻炎組(P均<0.05)。慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎組間D*和f值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見表2、圖1、2。

下鼻甲黏膜前、中、后部的ADC值逐漸升高，兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。D值前、中、后部數(shù)值逐漸增高，但僅前部與后部間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。f值僅前部和中部差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。前、中、后部的D*值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=2.257，P=0.121)，見表3。

ROC分析表明，D值鑒別診斷慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎的AUC為0.932±0.044，95%可信區(qū)間為(0.778，0.991)，ADC值的AUC為0.896±0.058，95%可信區(qū)間為(0.729，0.977)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=2.123，P=0.034)，D值的診斷效能優(yōu)于ADC值(圖3)，其敏感度、特異度、準(zhǔn)確率、陽性預(yù)測值和陰性預(yù)測值分別為92.31%、93.75%、90.00%、93.75%、85.71%。

3 討論

慢性鼻炎最主要的癥狀為鼻阻塞，是導(dǎo)致鼻通氣功能障礙的主要原因之一，慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎的病理生理及治療處理的原則不同，而常規(guī)CT或MR圖像缺乏特異性，鑒別二者困難。因此，二者的鑒別在慢性鼻炎的診療中具有重要臨床意義。

DWI在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有較長的應(yīng)用歷史[9]，基于單指數(shù)模型的ADC值被廣泛應(yīng)用于疾病的診斷和療效評估中[10]。但傳統(tǒng)DWI依據(jù)單次激發(fā)平面回波序列(single-shot echo-planar imaging， SS-EPI)，該序列磁敏感偽影較重、分辨率較低、T2*衰減導(dǎo)致的模糊效應(yīng)較重，且隨磁場強(qiáng)度增加逐漸加重。RS-EP序列采用分段的K空間填充方式，可降低回波間隙，因此可大大降低磁敏感偽影，同時(shí)還采用了3種技術(shù)進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量：①采用并行采集技術(shù)可一定程度上減輕磁敏感偽影[11]，提高圖像質(zhì)量；②在數(shù)據(jù)的采集過程中加入2D非線性導(dǎo)航回波技術(shù)，可降低不自主運(yùn)動、腦脊液波動等產(chǎn)生的運(yùn)動偽影；③采用2D非線性導(dǎo)航回波控制下的數(shù)據(jù)重采技術(shù)，對于運(yùn)動較大的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行局部重采，進(jìn)一步保證了圖像質(zhì)量。本研究獲得的鼻腔參數(shù)圖像具有較高的圖像質(zhì)量。在鼻黏膜進(jìn)行的模型擬合圖(圖4)顯示，IVIM模型與實(shí)際信號衰減具有很好的一致性，提示該模型在鼻黏膜病變的分析中具有較高的準(zhǔn)確率。

本研究結(jié)果表明ADC和D值在慢性單純性鼻炎組顯著高于慢性肥厚性鼻炎組，ADC值和D值均可反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散特性，慢性肥厚性鼻炎由于纖維組織壓迫導(dǎo)致血液循環(huán)障礙，形成局限性黏膜水腫，限制組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動[12-13]。ROC分析顯示，兩者均具有較高的敏感度和特異度，但D值的AUC大于ADC值，提示D值的診斷效能優(yōu)于ADC值。分析原因主要為雙指數(shù)模型剔除了組織內(nèi)的微循環(huán)的灌注效應(yīng)，使測得的擴(kuò)散效應(yīng)更加準(zhǔn)確，與既往研究結(jié)果一致[14-15]。本研究結(jié)果顯示反映灌注效應(yīng)的D*值和f值在慢性單純性鼻炎組高于慢性肥厚性鼻炎組，與病變的病理改變相吻合。慢性肥厚性鼻炎繼發(fā)纖維組織增生對血液循環(huán)造成壓迫，影響微循環(huán)灌注，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，原因可能為微循環(huán)灌注的改變較小，或數(shù)據(jù)擬合過程中誤差較大，既往研究[16-18]也有類似報(bào)道。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和算法的改進(jìn)，基于IVIM的D*和f值也有望做為反映灌注的參數(shù)應(yīng)用于慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎的鑒別診斷中。

本研究還發(fā)現(xiàn)在下鼻甲黏膜前、中、后部ADC值和IVIM相關(guān)參數(shù)值也存在明顯差別，推測可能與炎癥的發(fā)展變化過程有關(guān)，炎癥發(fā)生早期，炎性滲出明顯，因此擴(kuò)散效應(yīng)和微循環(huán)灌注效應(yīng)較大；隨著病程的進(jìn)展，逐漸發(fā)生纖維組織增生，限制了擴(kuò)散效應(yīng)和微循環(huán)灌注效應(yīng)，因此在炎癥發(fā)生較早的下鼻甲黏膜前部參數(shù)值較低，而在發(fā)生炎癥較晚的下鼻甲黏膜后部參數(shù)值較高，這與臨床工作中觀察到的現(xiàn)象相符合。

本研究的不足：①樣本量較少，未來需更大量的數(shù)據(jù)以驗(yàn)證該技術(shù)的可行性；②僅收集了慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎2種疾病，需收集更多病種以體現(xiàn)其臨床應(yīng)用價(jià)值。

總之，相比于傳統(tǒng)SS-EPI序列，基于RS-EP序列的DWI在鼻腔檢查中圖像質(zhì)量較高，在慢性單純性鼻炎和慢性肥厚性鼻炎的診療中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。而基于RS-EP序列的IVIM成像比傳統(tǒng)單指數(shù)模型表現(xiàn)出更大的診斷價(jià)值，有望成為一個(gè)新的更有價(jià)值的診斷指標(biāo)。

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IntravoxelincoherentmotionDWIbasedonreadoutsegmentationecho-planarsequenceindiagnosisofsimplerhinitisandchronichypertrophicrhinitis

YANGZhian1,JIANGTao1*,LIUJinfeng2,WENXiaohui2,ZHANGYi2,MINXiaohong1,SHIQinglei3,LYUYuelei1,DIAOXiaoli4,LIXue4

(1.DepartmentofRadiology, 2.DepartmentofOtolaryngologyHeadandNeckSurgery, 4.DepartmentofPathology,BeijingChaoyangHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100020,China; 3.MRDiagnosticImaging,SiemensHealthcareLtd,Beijing100102,China)

ObjectiveTo investigate the value of dual-exponential model intravoxel incoherent motion (IVIM) DWI and conventional single-exponential DWI model based on readout segmentation echo-planar (RS-EP) sequence in differential diagnosis of simple rhinitis and chronic hypertrophic rhinitis.MethodsTotally, 20 patients confirmed by pathology were enrolled in this study and all of them underwent IVIM DWI and conventional DWI. The pure diffusion (D), pseudo-diffusion (D*), perfusion fraction (f) and conventional ADC maps were obtained respectively. The quantitative parameters of anterior, middle, posterior regions of inferior nasal concha mucosa were measured. Comparative statistical analysis was performed for comparing two groups and three regions. ROC analysis was conducted to assess the diagnostic performance.ResultsThe ADC and D values in the simple rhinitis group were (1 938.84±170.46)×10-6mm2/s, and (1 698.91±145.17)×10-6mm2/s. In chronic hypertrophic rhinitis group, the ADC value was (1 681.76±132.21)×10-6mm2/s, and the D value was (1 439.39±101.26)×10-6mm2/s. There were significant differences between the two groups (bothP<0.05). No significant differences were found for D*and f values between two groups (bothP>0.05). ADC values increased significantly from anterior region, middle region to posterior region (allP<0.05). No significant difference was found for D*value among three regions (P>0.05). ROC analysis demonstrated a higher area under the curve (AUC) for D value than ADC value (0.932±0.044 vs 0.896±0.058) with sensitivity, specificity, accuracy, positive and negative predictive values of 92.31%, 93.75%, 90.00%, 93.75%, 85.71%.ConclusionBased on RS-EP sequence, both IVIM DWI model and conventional single-exponential DWI model demonstrated great value in differential diagnosis of simple rhinitis and chronic hypertrophic rhinitis, and the IVIM-derived D value exhibited a higher diagnostic performance than the conventional ADC value.

Magnetic resonance imaging; Intravoxel incoherent motion; Diffusion; Rhinitis

R765.21; R445.2

A

1003-3289(2017)12-1816-05

楊志安(1979—)，男，北京人，碩士，主管技師。研究方向：影像技術(shù)學(xué)。E-mail： yangzhian100000@sina.com

蔣濤，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院放射科，100020。E-mail： jiangtao@bjcyh.com

2017-07-04

2017-09-21

10.13929/j.1003-3289.201707008