基于心電門控技術(shù)的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像評(píng)價(jià)正常肝臟圖像質(zhì)量

艾 竹，韓綺嘉，梁健科，向之明

(廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院放射科，廣東 廣州 511400)

目前體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像技術(shù)越來(lái)越廣泛應(yīng)用于肝臟，尤其在肝臟疾病的定性及療效評(píng)估中有重要價(jià)值[1-3]。獲得高SNR及更加穩(wěn)定的參數(shù)值已成為近年來(lái)肝臟IVIM成像的研究熱點(diǎn)[4]。本研究旨在比較自由呼吸和心電門控兩種不同技術(shù)對(duì)肝臟IVIM DWI的影響，以優(yōu)化肝臟IVIM DWI技術(shù)，為臨床肝臟病變的診斷及療效評(píng)估提供更可靠的量化依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2016年6—9月廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院符合納入標(biāo)準(zhǔn)的20名中青年志愿者，男7名，女13名，年齡19～36歲，平均(24.1±3.0)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)任何肝臟疾病；②近期(一般為6個(gè)月)無(wú)藥物服用史；③無(wú)肝臟手術(shù)史及酒精濫用史；④無(wú)任何心臟疾病，心功能及心電圖正常。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有肝臟疾病史；②存在MR檢查禁忌證(安裝心臟起搏器、體內(nèi)金屬植入、幽閉恐懼癥等)；③有嚴(yán)重心臟疾病，心功能或心電圖其中一項(xiàng)異常者；④采集的圖像偽影明顯，無(wú)法進(jìn)行圖像分析。本研究經(jīng)廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有志愿者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Avanto超導(dǎo)1.5T MR儀。掃描前于胸骨左側(cè)第3、5肋間隙及心尖搏動(dòng)處貼專用電極片，并進(jìn)行呼吸訓(xùn)練。安裝心電門控及體部線圈，使用腹帶固定呼吸探測(cè)器。根據(jù)右冠狀動(dòng)脈形態(tài)變化確定心臟相對(duì)靜止期，以決定心電門控延遲時(shí)間。定位掃描后，行自由呼吸及心電門控IVIM DWI全肝掃描。采用單次激發(fā)平面回波序列，b值取0、50、100、150、300、600 s/mm2，TR 3 000 ms/330 ms，TE 74 ms/74 ms，F(xiàn)OV 400 mm×296 mm，矩陣128×128，并行采集方式(采集因子為2)，層厚5 mm，層間距1.6 mm。

1.3 圖像分析 由2名高年資醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，并達(dá)成一致意見。主觀評(píng)分：4分，圖像對(duì)比好，組織結(jié)構(gòu)清晰可辨；3分，圖像對(duì)比良好，組織結(jié)構(gòu)或病灶有模糊影；2分，圖像出現(xiàn)較多偽影，但不影響診斷；1分，圖像偽影多，無(wú)法用于診斷。采用Image J軟件，分別在肝左、右葉的中間連續(xù)3個(gè)層面，距肝表面1 cm均勻肝實(shí)質(zhì)內(nèi)放置3個(gè)面積為100 mm2的圓形ROI，避開肉眼可見的血管或膽管，獲得ADC值、真擴(kuò)散系數(shù)(true-diffusion coefficient, D)、假擴(kuò)散系數(shù)(pseudo-diffusion coefficient, D*)及灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction, f)值。分別測(cè)量2組不同b值下肝臟及背景信號(hào)強(qiáng)度(SI肝、SD背景)，根據(jù)公式[4]SNR=SI肝/SD背景計(jì)算不同b值圖像的SNR值。其中1名醫(yī)師對(duì)所有數(shù)據(jù)均測(cè)量2次，間隔1周再測(cè)量2次。

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量評(píng)分 不同b值下，心電門控序列的圖像質(zhì)量評(píng)分均高于自由呼吸圖像，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01)，見表1和圖1、2；心電門控序列圖像肝左葉SNR值明顯高于自由呼吸圖像(P<0.01)，肝右葉間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表2。

2.2 ADC、D、D*、f值的比較 與自由呼吸比較，采用心電門控技術(shù)時(shí)，肝左、右葉ADC值降低(P均<0.05)，肝左葉D、f值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，肝右葉f值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；采用同種技術(shù)，肝左、右葉的ADC、D、f值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，D*值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；見表3。

表1 2種技術(shù)不同b值下IVIM圖像質(zhì)量評(píng)分(±s,n=20)

表2 2種技術(shù)肝臟左、右葉不同b值下圖像SNR比較(±s，n=20)

圖1 自由呼吸時(shí)不同b值的肝臟IVIM圖像 A～F.b值分別為0、50、100、150、300、600 s/mm2

圖2 心電門控時(shí)不同b值的肝臟IVIM圖像 A～F.b值分別為0、50、100、150、300、600 s/mm2

表3 2種技術(shù)肝臟IVIM圖像中肝左、右葉各參數(shù)的比較(±s，n=20)

2.3 一致性分析 心電門控技術(shù)圖像測(cè)量肝左、右葉ADC值一致性(7.10%、5.25%)好于自由呼吸圖像(12.65%、7.60%)，測(cè)量肝左葉D、D*和f一致性好于自由呼吸圖像，其中D值一致性最好(自由呼吸圖像：肝左葉為42.65%、55.60%、52.80%，肝右葉為18.85%、52.75%、47.00%；心電門控圖像：肝左葉為25.75%、54.75%、51.85%，肝右葉為20.10%、48.80%、49.05%)。

3 討論

研究[5-6]表明，肝臟DWI中可采用多種技術(shù)減少呼吸、心臟搏動(dòng)等生理因素對(duì)圖像質(zhì)量的影響。筆者曾在前期研究[7]中分析了不同呼吸補(bǔ)償技術(shù)對(duì)肝實(shí)質(zhì)ADC值可重復(fù)性的影響。在此基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步探索自由呼吸和心電門控技術(shù)在肝臟IVIM DWI中的應(yīng)用。

3.1 不同采集技術(shù)對(duì)肝臟IVIM DWI圖像質(zhì)量的影響 目前評(píng)價(jià)MR圖像質(zhì)量多采用SNR，SNR越大，圖像越清晰，圖像質(zhì)量越好[8]。本研究結(jié)果顯示，采用心電門控技術(shù)所得圖像的主觀評(píng)分高于采用自由呼吸技術(shù)圖像(P<0.01)。采用心電門控技術(shù)所得圖像肝左葉的SNR值在不同b值(b=0、50、100、150、600 s/mm2)下均大于采用自由呼吸圖像(P均<0.01)，而采用兩種技術(shù)所得肝右葉SNR值在不同b值時(shí)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。選擇低b值成像時(shí)，圖像接近于T2WI，無(wú)法觀測(cè)到真正的擴(kuò)散現(xiàn)象。隨b值增大，圖像的SNR明顯下降。本研究根據(jù)右冠狀動(dòng)脈的形態(tài)變化確定心臟相對(duì)靜止期，以此決定心電門控所需延遲時(shí)間，使得IVIM信號(hào)采集處于靜止期，所得圖像SNR高于采用自由呼吸技術(shù)，提示結(jié)合心臟運(yùn)動(dòng)周期采集的心電門控技術(shù)可減少心臟搏動(dòng)對(duì)肝臟IVIM圖像質(zhì)量的影響，因肝左葉更靠近心臟，效果更為明顯，與其他研究[9-10]結(jié)果一致。

3.2 不同技術(shù)對(duì)肝臟ADC、D、D*、f值的影響 本研究中，采用心電門控技術(shù)所得肝左、右葉的ADC值均低于采用自由呼吸技術(shù)；肝左、右葉相比較，肝左葉ADC值大于肝右葉(P<0.05)。采用心電門控技術(shù)所得肝左葉的D值大于采用自由呼吸技術(shù)，f值小于采用自由呼吸技術(shù)，肝右葉的f值小于采用自由呼吸技術(shù)(P均<0.05)。Mürtz等[10]認(rèn)為使用脈搏觸發(fā)技術(shù)后肝臟的ADC值小于未使用該技術(shù)的ADC值，提示該技術(shù)可在很大程度上降低心臟搏動(dòng)及大血管搏動(dòng)對(duì)DWI信號(hào)的影響，有利于減少圖像偽影，提高圖像質(zhì)量和ADC值的準(zhǔn)確性。劉再毅等[11]發(fā)現(xiàn)，在b值相同的情況下，肝左葉ADC值大于肝右葉，本研究結(jié)果與之相符。分析原因，筆者認(rèn)為這是由于心臟搏動(dòng)引起肝臟非剛性運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致一部分信號(hào)丟失，而肝左葉距離心臟最近，受心臟搏動(dòng)影響更明顯。陳世林等[12]認(rèn)為，肝左葉毗鄰心臟，采集IVIM數(shù)據(jù)時(shí)心臟搏動(dòng)導(dǎo)致左肝組織失相位，從而導(dǎo)致測(cè)量值誤差，因此肝左葉D、D*、f值均較肝右葉高，本組結(jié)果與之相悖，可能因D*值本身非常小，波動(dòng)相對(duì)較大；IVIM參數(shù)除受前期掃描影響外，后期處理及擬合算法均會(huì)對(duì)其造成影響，在一定程度上導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。

3.3 不同技術(shù)對(duì)各參數(shù)值一致性的影響 本研究中，采用心電門控技術(shù)測(cè)量肝臟左、右葉的ADC值一致性均好于采用自由呼吸技術(shù)，肝左葉的D、D*和f測(cè)量值的一致性均好于采用自由呼吸技術(shù)，提示根據(jù)冠狀動(dòng)脈形態(tài)變化選擇心電門控技術(shù)可減少心臟搏動(dòng)對(duì)肝左葉信號(hào)采集的影響，在一定程度上提高參數(shù)測(cè)量的可靠性。Lee等[13]研究發(fā)現(xiàn)，心電觸發(fā)技術(shù)通過(guò)降低心臟運(yùn)動(dòng)引起的測(cè)量誤差使各定量參數(shù)可重復(fù)性最好，其中D*的可重復(fù)性最差，本研究結(jié)果與之相符。目前關(guān)于心電門控影響IVIM參數(shù)值變化的研究相對(duì)較少，對(duì)D、D*、f值的大小變化尚無(wú)統(tǒng)一意見，有待進(jìn)一步觀察。但本研究表明采用心電門控后IVIM圖像質(zhì)量得到一定改善，所測(cè)參數(shù)值具有一定可靠性。

本研究的不足：納入研究對(duì)象均為健康人，未對(duì)不同肝臟疾病進(jìn)行分析評(píng)價(jià)；僅選擇自由呼吸聯(lián)合心電門控技術(shù)進(jìn)行掃描，對(duì)于后者是否優(yōu)于其他如呼氣末屏氣、膈肌導(dǎo)航及呼吸門控等呼吸補(bǔ)償技術(shù)，尚需繼續(xù)探索。

綜上所述，行肝臟IVIM DWI時(shí)，采用心電門控技術(shù)可改善肝臟圖像質(zhì)量、提高圖像SNR，獲得相對(duì)可靠的參數(shù)值，尤其對(duì)于肝左葉，可在一定程度上降低心臟運(yùn)動(dòng)的影響，具有臨床應(yīng)用價(jià)值。