小視野擴散加權成像對胰腺炎和胰腺癌的臨床價值初探

譚方琴，李震，王秋霞，余浩，吳思思，胡道予，張杰

磁共振擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)是通過水分子擴散水平差異引起的信號改變形成組織之間的對比，并可后處理生成定量參數表觀系數擴散圖，目前已成為臨床上常規運用的技術。DWI在胰腺疾病的診斷中也得到較多運用，但是，常規的DWI技術具有空間分辨率低，部分容積效應明顯，以及鄰近器官導致的磁敏感偽影等不足，從而影響了DWI的臨床價值[1]。基于相位編碼方向的小視野DWI (reduced field-of-view DWI，rFOV DWI)這一技術可以減少相位方向的編碼線，從而減小相位上視野和讀出時間，去除卷折及磁敏感等偽影，可以獲得較高質量和分辨力的圖像，這一序列最初應用于脊髓成像，這種新序列可以應用于單個感興趣的器官，而不是整個上腹部空間內其他不必要部位的成像。研究表明，rFOV DWI可以通過減少偽影顯著改善圖像質量(image quality，IQ)[2-3]，但是rFOV DWI對胰腺病灶的定性定量評估報道較少，本研究的目的是定性比較胰腺癌和胰腺炎rFOV和全視野擴散加權成像(full field-of-view DWI，fFOV DWI)序列之間的圖像質量和定量分析其ADC值，評估rFOV DWI序列在臨床胰腺疾病中的應用價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究獲得華中科技大學同濟醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。2016年10月至2018年1月間在同濟醫院行胰腺MRI檢查的102例患者進行fFOV和rFOV DWI序列檢查，運用GE Discovery 750 HD 3.0 T MR掃描儀及32通道體線圈進行檢查。納入標準：(1)28例胰腺癌患者均經組織病理學證實；(2)胰腺癌病變直徑大于2 cm；(3) MRI檢查前未行放療、化療或其他干預治療；(4) 6例患者經手術后病理證實為胰腺炎；15例胰腺炎患者經生化常規檢查胰淀粉酶和胰脂肪酶以及后期治療好轉并隨訪后證實。納入的28例胰腺癌病變的平均大小為(37.5±14.4) mm。

1.2 MR檢查

所有患者行常規MR平掃及軸位fFOV和rFOV DWI序列掃描。常規MR序列：(1)冠狀位SSFSE T2WI (輔助定位)參數：TR 3000 ms，TE 66.7 ms，層厚5 mm，層間距1 mm，矩陣288×288；(2)軸位LAVA-FLEX參數：TR 3.7 ms，TE 1.7 ms，層厚4 mm，矩陣256×256，以上序列采用屏氣掃描；(3)常規T2WI參數：TR 3300～5000 ms (與呼吸有關)，TE 67.3 ms，層厚4 mm，層間距1 mm，矩陣320×320，采用呼吸觸發掃描，常規MR平掃序列視野視患者體型而定。

DWI采集軸位的二維(two-dimension，2D)，脂肪抑制，呼吸觸發，回波平面彌散成像，彌散梯度b值大小為600 s/mm2，rFOV DWI與fFOV DWI序列采用相同平面的定位線。具體參數如表1。

1.2 圖像分析

1.2.1 圖像質量的客觀評價

SNR (signal noise ratio)表示圖像的信號強度與背景噪聲信號值的標準差強度(standard deviation，SD)之比，重疊在圖像上的噪聲使像素的信號強度值以平均值為中心而震蕩，噪聲越大，震蕩越明顯，SNR越低，圖像越模糊。

CNR (contrast signal noise ratio)，即對比噪聲比，是指圖像中相鄰組織、結構間SNR的差異性。

1.2.2 主觀評價的定性分析

由2名有經驗的放射科醫師采用盲法各自完成定性的圖像分析。所有圖像分析均采用影像存儲與傳輸系統(picture archiving and communication system，PACS)，所有的DWI序列使用一個4分法量表進行圖像分析。(1)清晰度：①解剖結構不清晰，不能診斷；②胰腺邊緣模糊；③胰周邊緣較清晰；④胰腺清晰可見或胰腺導管清晰可見。(2)變形程度：①圖像變形嚴重；②圖像中度變形；③輕度變形；④無變形。(3)偽影：①存在嚴重偽影；②中度；③輕度；④不存在。(4)胰腺病變的顯示：①病變無法檢測；②與背景對比，僅可識別的病變；③與背景對比的中間型病變，或者邊緣模糊的高對比度病變；④顯示優良的病灶，背景對比度好而且病變邊緣清晰。(5)總IQ分數為上述4個參數得分之和。閱片者首先評估fFOV DWI序列圖像，然后使用相同的標準評估rFOV DWI序列圖像。

1.2.3 主觀評價的定量分析

由1名有經驗的放射科醫師獨立完成胰腺癌和胰腺炎病灶ADC值的定量測量。在rFOV DWI和fFOV DWI序列獲得的ADC圖上，通過手動將圓形的感興趣區(region of interest，ROI)放置在胰腺病灶測量其ADC值。在兩個序列幾乎相同的位置放置ROI，小心避開血管、膽管和胰腺導管。在病灶區各放置3個ROI，取平均值。rFOV圖像上ROI的平均大小為(61.5± 30.6) mm2，fFOV圖像上ROI的平均大小為(50.5±20.9) mm2。同時記錄rFOV和fFOV DWI序列胰腺病灶與同側豎脊肌的信號值及其信號值標準差值(standard deviation，SD)，并通過上述公式計算胰腺病灶的SNR及相對于豎脊肌的CNR值。

1.2.4 統計分析

使用加權Kappa分析評估閱片者之間定性評估的一致性。K=0.00～0.20，說明閱片者間的一致性差，K=0.21～0.40表示一致性一般，K=0.41～0.60表示一致性中等，K=0.61～0.80表示一致性好，K=0.81～1.00，表示一致性非常好。使用Wilcoxon符號秩和檢驗來比較rFOV和fFOV DWI序列之間的圖像定性分析評分。使用2名閱片者之間的平均分數進行比較。采用獨立樣本t檢驗來評估rFOV和fFOV DWI序列的胰腺癌及胰腺炎的定量參數ADC及圖像客觀參數SNR與CNR。所有數據用SPSS 19.0進行統計學分析，P值＜0.05被認為具有統計學意義。

2 結果

2.1 圖像客觀評價結果

如表2，兩種序列對胰腺癌(rFOV：11.56±3.16，fFOV：8.71±2.48，P＜0.001)、胰腺炎(rFOV：13.48±4.26，fFOV：9.67±3.48，P＜0.001)圖像SNR之間差異均具有明顯統計學意義。

兩種序列對胰腺癌(rFOV：5.18±2.19，fFOV：3.74±1.60，P＜0.001)、胰腺炎(rFOV：5.36±2.76，fFOV：3.63±2.37，P＜0.001)圖像CNR之間差異同樣具有統計學意義。

2.2 定性的圖像質量分析

2名醫師之間的總體一致性是從一般到非常可靠。閱片者之間的一致性κ系數分別為0.443～0.747 (fFOV DWI)和0.627～0.824 (rFOV DWI)。與fFOV DWI相比，rFOV DWI的評分明顯更好。rFOV DWI的清晰度、變形、偽影、病灶顯示、總圖像質量IQ評分優于fFOV DWI (所有P＜0.05)(表3；圖1，2)。

2.3 胰腺病變和實質的定量ADC值測量

在各種胰腺病變和胰腺實質中，rFOV和fFOV DWI測得的胰腺癌和胰腺炎ADC值差異不具有統計學意義(P＞0.05)，測得胰腺癌的ADC值rFOV是(1.445±0.292)×10-3mm2/s，fFOV是(1.334±0.235)×10-3mm2/s，P=0.079，胰腺炎rFOV是(1.448±0.309)×10-3mm2/s，fFOV是(1.441±0.268) mm2/s，P=0.910 (表4)。

表1 rFOV和fFOV DWI參數Tab. 1 Parameters of rFOV and fFOV DWI

表2 兩種序列SNR與CNR比較Tab. 2 Comparison between two sequences of SNR and CNR

表3 兩種序列圖像質量評分的差異Tab. 3 Comparison between two sequences of image qualities(IQ)

表4 rFOV和fFOV DWI兩種序列ADC (×10-3 mm2/s)之間的差異Tab. 4 Differences between rFOV and fFOV DWI sequence ADC (×10-3 mm2/s)

圖1 62歲男性患者，上腹部疼痛1個月余，圖A、B示胰頭部占位，圖B、C為fFOV DWI及ADC圖像；圖D、E為rFOV DWI及ADC圖像，圖像清晰度較fFOV DWI圖像高；圖F為術后病理，示胰腺癌 圖2 25歲男性患者，腹痛腹脹半年，黃疸20 d，圖A、B示胰頭部占位，圖B、C為fFOV DWI及ADC圖像；圖D、E為rFOV DWI及ADC圖像，圖像變形程度較fFOV DWI圖像好；圖F為術后病理，示胰腺炎Fig. 1 62-year old male patient with upper abdominal pain for more than 1 month. A and B showed pancreatic head lesion. B and C were fFOV DWI and ADC images. D and E were rFOV DWI and ADC images, the image resolution was higher than fFOV DWI image. F: Postoperative pathology revealed pancreatic cancer. Fig. 2 Male patient of 25 years old with abdominal pain and distension for half a year, jaundice for 20 days. A and B showed pancreatic head lesion. B and C showed fFOV DWI and ADC images. D and E were rFOV DWI and ADC images, the image deformation was better than fFOV DWI. F:Postoperative pathology showed pancreatitis.

3 討論

DWI能夠在細胞分子水平上反映機體組織內水分子的擴散受限程度，是臨床上重要的常規的診斷手段。但是，由于胰腺容易受到胃腸道的蠕動、呼吸運動以及胰腺周圍組織磁化率不同引起磁場不均勻的影響，導致常規fFOV DWI圖像存在著空間分辨力低，胰腺組織變形較重。前人研究表明，rFOV DWI通過二維射頻激勵脈沖選擇性激發感興趣掃描區域的組織信號，減少相位方向的填充編碼線，減少圖像變形，同時可以提高圖像的分辨率，利于病灶內部微細結構的顯示。

本研究首先對胰腺癌和胰腺炎rFOV與fFOV DWI兩種序列的圖像質量進行主觀評價。結果顯示rFOV DWI圖像具有較高清晰度、較小圖像變形程度和偽影，病灶顯示更加清晰，小視野彌散成像總體圖像質量明顯較優。在本研究中，定性分析表明rFOV DWI對解剖細節的顯示具有顯著優勢，2名閱片者評分明顯較高，特別是4分的評價(胰腺邊界銳利或胰管清晰可見)；然而在fFOV DWI序列上閱片者的圖像主觀評分明顯較低，并存在著明顯的統計學差異(P＜0.001)。在rFOV與fFOV DWI兩種序列的圖像質量的定量分析，發現rFOV DWI圖像SNR，CNR值明顯高于fFOV DWI，兩者之間具有顯著的統計學差異(P＜0.001)。這與之前的rFOV DWI的研究結果相類似[1，4-5]，如Peng等[6]研究發現，rFOV DWI在直腸癌的應用中主觀評分及客觀評分與fFOV DWI相比均具有較明顯的優勢，并且對壞死、囊變、出血等特征的顯示更清楚。

rFOV具有較好的圖像質量，可能的原因是rFOV圖像的空間分辨率是fFOV DWI的2.2倍，這有助于解剖結構細節的更好顯示。而且rFOV DWI的病灶顯示評分顯著高于fFOV DWI。這個意義在于，對于較小的病變，rFOV DWI用于病變檢測的優勢可能更大。rFOV DWI序列成像偽影的平均分優于fFOV DWI。rFOV DWI可以通過減少回波平面成像(echo planar imaging，EPI)回波鏈的數量，從而在不增加掃描時間的基礎上減少空間選擇性RF脈沖來減小圖像的變形偽影可減少彌散圖像失真[7-8]。另外，通過2個獨立的發射通道，將B1場信息結合到RF脈沖計算中，可以優化RF脈沖以獲得更均勻的反轉角分布。此外，在相位編碼方向上減少所需的k空間行的數量可以得到更高分辨率的成像。在掃描過程中由于胰腺影像常常受到胃部相鄰空氣，以及腹部器官和主動脈的運動干擾，與傳統的單次EPI相比，rFOV DWI減少運動偽影的潛力較大[9]。由此可見，胰腺是一個非常適合應用rFOV DWI的器官，rFOV DWI技術可能能夠作為常規技術在臨床上展開較為廣泛的應用。

同時，研究結果發現，在胰腺癌與胰腺炎中，兩種序列DWI所測得的ADC值差異均無統計學意義。這表明rFOV DWI技術可能不會影響到ADC值定量分析，不會對胰腺病變的鑒別診斷帶來影響。這與前人在比如視神經，乳腺，脊髓、腎上腺和前列腺等的器官研究中較為類似[10-13]。因此，這表明rFOV DWI 盡管縮小了視野，但是對ADC值的影響不足以對診斷造成影響。這可能是因為小視野并不是影響ADC值的重要因素，rFOV DWI可能可以替代fFOV DWI，達到診斷目的。

本研究存在的不足包括：首先，本研究中病例數相對較少，可能存在一定的選擇性偏倚。其次，定性分析的2名閱片者之間的一致性只是從一般到非常可靠。由于2名醫師是獨立進行定性分析，并沒有達成共識，因此少數情況下的差異是不可避免的。Zaharchuk等[2]采用rFOV DWI在脊髓中的研究結果表明，2名閱片者評價其敏感性，分辨率，SNR，CNR，解剖細節的一致性K值范圍為0.45～0.59，這與本研究類似。在今后的研究中，需要在調查之前對閱片者進行可靠性的培訓；其次，本實驗為單中心研究，胰腺小視野DWI應用的多中心研究有利于該技術的臨床推廣。

總之，與fFOV DWI相比，胰腺的rFOV DWI可以提供更好的整體圖像質量，以及更好的解剖結構顯示。rFOV DWI將有助于放射科醫師更好地通過細節來評估胰腺疾病。