基于心電門控技術的體素內不相干運動成像評價正常肝臟圖像質量

艾 竹，韓綺嘉，梁健科，向之明

(廣州市番禺區中心醫院放射科，廣東 廣州 511400)

目前體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像技術越來越廣泛應用于肝臟，尤其在肝臟疾病的定性及療效評估中有重要價值[1-3]。獲得高SNR及更加穩定的參數值已成為近年來肝臟IVIM成像的研究熱點[4]。本研究旨在比較自由呼吸和心電門控兩種不同技術對肝臟IVIM DWI的影響，以優化肝臟IVIM DWI技術，為臨床肝臟病變的診斷及療效評估提供更可靠的量化依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2016年6—9月廣州市番禺區中心醫院符合納入標準的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。納入標準：①無任何肝臟疾病；②近期(一般為6個月)無藥物服用史；③無肝臟手術史及酒精濫用史；④無任何心臟疾病，心功能及心電圖正常。排除標準：①有肝臟疾病史；②存在MR檢查禁忌證(安裝心臟起搏器、體內金屬植入、幽閉恐懼癥等)；③有嚴重心臟疾病，心功能或心電圖其中一項異常者；④采集的圖像偽影明顯，無法進行圖像分析。本研究經廣州市番禺區中心醫院倫理委員會批準，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1.5T MR儀。掃描前于胸骨左側第3、5肋間隙及心尖搏動處貼專用電極片，并進行呼吸訓練。安裝心電門控及體部線圈，使用腹帶固定呼吸探測器。根據右冠狀動脈形態變化確定心臟相對靜止期，以決定心電門控延遲時間。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，FOV 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名高年資醫師對圖像進行評價，并達成一致意見。主觀評分：4分，圖像對比好，組織結構清晰可辨；3分，圖像對比良好，組織結構或病灶有模糊影；2分，圖像出現較多偽影，但不影響診斷；1分，圖像偽影多，無法用于診斷。采用Image J軟件，分別在肝左、右葉的中間連續3個層面，距肝表面1 cm均勻肝實質內放置3個面積為100 mm2的圓形ROI，避開肉眼可見的血管或膽管，獲得ADC值、真擴散系數(true-diffusion coefficient, D)、假擴散系數(pseudo-diffusion coefficient, D*)及灌注分數(perfusion fraction, f)值。分別測量2組不同b值下肝臟及背景信號強度(SI肝、SD背景)，根據公式[4]SNR=SI肝/SD背景計算不同b值圖像的SNR值。其中1名醫師對所有數據均測量2次，間隔1周再測量2次。

2 結果

2.1 圖像質量評分 不同b值下，心電門控序列的圖像質量評分均高于自由呼吸圖像，差異均有統計學意義(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)，肝右葉間差異無統計學意義(P>0.05)，見表2。

2.2 ADC、D、D*、f值的比較 與自由呼吸比較，采用心電門控技術時，肝左、右葉ADC值降低(P均<0.05)，肝左葉D、f值差異有統計學意義(P均<0.05)，肝右葉f值差異有統計學意義(P<0.05)；采用同種技術，肝左、右葉的ADC、D、f值差異有統計學意義(P均<0.05)，D*值差異無統計學意義(P>0.05)；見表3。

表1 2種技術不同b值下IVIM圖像質量評分(±s,n=20)

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

2.3 一致性分析 心電門控技術圖像測量肝左、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中可采用多種技術減少呼吸、心臟搏動等生理因素對圖像質量的影響。筆者曾在前期研究[7]中分析了不同呼吸補償技術對肝實質ADC值可重復性的影響。在此基礎上，本研究進一步探索自由呼吸和心電門控技術在肝臟IVIM DWI中的應用。

3.1 不同采集技術對肝臟IVIM DWI圖像質量的影響 目前評價MR圖像質量多采用SNR，SNR越大，圖像越清晰，圖像質量越好[8]。本研究結果顯示，采用心電門控技術所得圖像的主觀評分高于采用自由呼吸技術圖像(P<0.01)。采用心電門控技術所得圖像肝左葉的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)，而采用兩種技術所得肝右葉SNR值在不同b值時差異均無統計學意義(P均>0.05)。選擇低b值成像時，圖像接近于T2WI，無法觀測到真正的擴散現象。隨b值增大，圖像的SNR明顯下降。本研究根據右冠狀動脈的形態變化確定心臟相對靜止期，以此決定心電門控所需延遲時間，使得IVIM信號采集處于靜止期，所得圖像SNR高于采用自由呼吸技術，提示結合心臟運動周期采集的心電門控技術可減少心臟搏動對肝臟IVIM圖像質量的影響，因肝左葉更靠近心臟，效果更為明顯，與其他研究[9-10]結果一致。

3.2 不同技術對肝臟ADC、D、D*、f值的影響 本研究中，采用心電門控技術所得肝左、右葉的ADC值均低于采用自由呼吸技術；肝左、右葉相比較，肝左葉ADC值大于肝右葉(P<0.05)。采用心電門控技術所得肝左葉的D值大于采用自由呼吸技術，f值小于采用自由呼吸技術，肝右葉的f值小于采用自由呼吸技術(P均<0.05)。Mürtz等[10]認為使用脈搏觸發技術后肝臟的ADC值小于未使用該技術的ADC值，提示該技術可在很大程度上降低心臟搏動及大血管搏動對DWI信號的影響，有利于減少圖像偽影，提高圖像質量和ADC值的準確性。劉再毅等[11]發現，在b值相同的情況下，肝左葉ADC值大于肝右葉，本研究結果與之相符。分析原因，筆者認為這是由于心臟搏動引起肝臟非剛性運動，導致一部分信號丟失，而肝左葉距離心臟最近，受心臟搏動影響更明顯。陳世林等[12]認為，肝左葉毗鄰心臟，采集IVIM數據時心臟搏動導致左肝組織失相位，從而導致測量值誤差，因此肝左葉D、D*、f值均較肝右葉高，本組結果與之相悖，可能因D*值本身非常小，波動相對較大；IVIM參數除受前期掃描影響外，后期處理及擬合算法均會對其造成影響，在一定程度上導致測量不準確。

3.3 不同技術對各參數值一致性的影響 本研究中，采用心電門控技術測量肝臟左、右葉的ADC值一致性均好于采用自由呼吸技術，肝左葉的D、D*和f測量值的一致性均好于采用自由呼吸技術，提示根據冠狀動脈形態變化選擇心電門控技術可減少心臟搏動對肝左葉信號采集的影響，在一定程度上提高參數測量的可靠性。Lee等[13]研究發現，心電觸發技術通過降低心臟運動引起的測量誤差使各定量參數可重復性最好，其中D*的可重復性最差，本研究結果與之相符。目前關于心電門控影響IVIM參數值變化的研究相對較少，對D、D*、f值的大小變化尚無統一意見，有待進一步觀察。但本研究表明采用心電門控后IVIM圖像質量得到一定改善，所測參數值具有一定可靠性。

本研究的不足：納入研究對象均為健康人，未對不同肝臟疾病進行分析評價；僅選擇自由呼吸聯合心電門控技術進行掃描，對于后者是否優于其他如呼氣末屏氣、膈肌導航及呼吸門控等呼吸補償技術，尚需繼續探索。

綜上所述，行肝臟IVIM DWI時，采用心電門控技術可改善肝臟圖像質量、提高圖像SNR，獲得相對可靠的參數值，尤其對于肝左葉，可在一定程度上降低心臟運動的影響，具有臨床應用價值。