分段讀出EPI與單次激發(fā)EPI在乳腺癌彌散加權成像中的對照研究

關偉 張藝 鄧立剛 韓丹 李靜 楊正漢 王振常 尹紅霞

[摘要] 目的 探討分段讀出平面回波成像（Rs-EPI）與單次激發(fā)平面回波成像（Ss-EPI）在彌散加權成像（DWI）中的圖像質(zhì)量差異。 方法 回顧性收集2018年4～8月于首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院行乳腺MR檢查的乳腺癌患者36例。所有患者均同時行Rs-EPI-DWI和Ss-EPI-DWI兩個序列掃描。由2名醫(yī)師對圖像病灶邊緣銳利度（ESE）和幾何變形程度（GDE）進行主觀評價，并測量信噪比（SNR）、對比度、對比噪聲比（CNR）、相對ADC值（rADC）等。 結(jié)果 Rs-EPI-DWI序列的ESE、GDE、CNR、rADC與Ss-EPI-DWI序列比較，差異均有高度統(tǒng)計學意義（P < 0.01）。兩序列的SNR和對比度差異無統(tǒng)計學意義（P > 0.05）。 結(jié)論 在乳腺癌檢查中，Rs-EPI-DWI序列比Ss-EPI-DWI序列具有更高的圖像質(zhì)量。

[關鍵詞] 彌散加權成像;乳腺癌;磁共振成像;圖像質(zhì)量;ADC;信噪比;對比噪聲比

[中圖分類號] R445.2? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）07（a）-0136-04

Comparison of readout segmented EPI and single-shot EPI diffusion weighted imaging in patients with breast cancer

GUAN Wei? ?ZHANG Yi? ?DENG Ligang? ?HAN Dan? ?LI Jing? ?YANG Zhenghan? ?WANG Zhenchang? ?YIN Hongxia

Department of Radiology， Beijing Friendship Hospital， Capital Medical University， Beijing? ?100050， China

[Abstract] Objective To investigate the image quality different of readout segmented echo planar imaging （Rs-EPI） and single-shot echo planar imaging （Ss-EPI） diffusion weighted imaging （DWI） in patients with breast cancer. Methods Thirty-six patients with breast cancer performed MR scan in Beijing Friendship Hospital， Capital Medical University from March to August 2018 were retrospectively enrolled in this study. In all patients， Rs-EPI-DWI and Ss-EPI-DWI were performed. Two independent readers visually assessed lesion edge sharpness evaluation （ESE） and geometric distortion evaluation （GDE）. Differences between two sequences were compared quantitatively by measuring the signal-to-noise ratio （SNR）， contrast， contrast-to-noise ratio （CNR）， and relative apparent diffusion coefficient （rADC）. Results ESE， GDE， CNR， and rADC values showed a significant difference between Rs-EPI-DWI and Ss-EPI-DWI （P < 0.01）. There was no statistically significant difference in SNR and contrast values between the two sequences （P > 0.05）. Conclusion In breast cancer， Rs-EPI-DWI provids significantly higher image quality than Ss-EPI-DWI.

[Key words] Diffusion-weighed imaging; Breast cancer; Magnetic resonance imaging; Image quality; Apparent diffusion coefficient; Signal to noise ratio; Contrast to noise ratio

MR檢查是乳腺癌局部評估的首選方法，其彌散加權成像（diffusion-weighed imaging，DWI）技術被廣泛應用，為乳腺癌評估提供重要信息[1-4]。目前，常規(guī)DWI序列多采用單次激發(fā)平面回波成像（single-shot echo planar imaging，Ss-EPI）進行采集，易產(chǎn)生磁敏感偽影、模糊效應、幾何扭曲等[5-6]。分段讀出平面回波成像（readout-segmented EPI，Rs-EPI）通過增加一個二維平面的導航回波實現(xiàn)了讀出方向上的分段采樣，從而提高了圖像質(zhì)量[7-8]。Rs-EPI-DWI可用于顱腦、乳腺、膝關節(jié)、盆腔等部位[9-13]。但Rs-EPI-DWI與Ss-EPI-DWI用于乳腺癌評估的對照研究還較少[8，11，14-15]。本文旨在對乳腺癌患者的Rs-EPI-DWI與Ss-EPI-DWI圖像質(zhì)量進行對照研究，為乳腺DWI序列的掃描參數(shù)選擇提供依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 研究對象

回顧性收集2018年4～8月在首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院（以下簡稱“我院”）行乳腺MR檢查的乳腺癌患者。納入標準為：①年齡≥18歲;②乳房無假體填充;③MR檢查序列同時包括Rs-EPI-DWI與Ss-EPI-DWI;④病理證實為乳腺癌。本研究經(jīng)我院醫(yī)學倫理委員會批準。

1.2 MR掃描方案

采用德國西門子Prisma 3.0T超導型MR掃描儀。掃描序列包括橫軸T2WI、Rs-EPI-DWI、Ss-EPI-DWI、3D T1-VIBE動態(tài)增強等序列。Rs-EPI-DWI與Ss-EPI-DWI序列的掃描層面、層厚、層間隔保持一致，具體掃描參數(shù)詳見表1。

病例收集期間，每周對MRI設備進行質(zhì)量控制掃描，方法參照文獻報道[16-18]。

1.3 圖像評價與測量

所有圖像的質(zhì)量評價和參數(shù)測量均在西門子MR后處理工作站上進行。由2名工作經(jīng)驗超過5年的放射科醫(yī)師，在已知乳腺癌診斷但不被告知其他臨床資料的前提下共同進行圖像評價和測量。

1.3.1 主觀圖像質(zhì)量評價? 按主觀評分法采用5分制法對圖像質(zhì)量進行評價。①病灶邊緣銳利度評價（edge sharpness evaluation，ESE）。病灶邊緣銳利度評分標準，5分：病灶邊緣光滑銳利;4分：病灶邊緣稍模糊;3分：病灶邊緣模糊;2分：病灶邊緣明顯模糊，但仍可用于診斷;1分：病灶邊緣嚴重模糊，不能用于診斷。②幾何變形程度評價（geometric distortion evaluation，GDE）。應用西門子工作站軟件將b=1000 s/mm2的DWI圖像與T2WI圖像進行融合。以T2WI圖像為參考標準，觀察和評價DWI圖像上乳腺輪廓的變形并進行評分：5分：DWI圖像所顯示乳腺輪廓與T2WI圖像完全吻合，無肉眼可見變形或異常高信號;4分：乳腺輪廓稍變形，有少許異常高信號;3分：乳腺輪廓變形，有異常高信號;2分：乳腺輪廓明顯變形，或出現(xiàn)明顯異常高信號;1分：乳腺輪廓嚴重變形，或出現(xiàn)明顯異常高信號，不能用于診斷。

1.3.2 信噪比、對比度和對比噪聲比? 采用單幅圖像法測量信噪比（signal to noise ratio，SNR）、對比度和對比噪聲比（contrast to noise ratio，CNR）[19]。在b=1000 s/mm2的DWI圖像上對病灶最大層面進行定位，參照增強圖像（圖1a）和T2WI圖像（圖1b）進行手動勾畫病灶感興趣區(qū)（region of interest，ROI）（圖1c～d），測量得到平均信號強度為S病變，標準差為SD病變。在正常腺體區(qū)域選取大小為60 mm2的類圓形ROI，測量得到平均信號強度為S腺體，標準差為SD腺體。在空氣區(qū)域分別選取3個大小為100 mm2的類圓形ROI，測量得到3個ROI的均方差分別為SD1、SD2和SD3。根據(jù)以下公式計算背景噪聲SD空氣、SNR、Contrast和CNR[20]。

1.3.3 相對ADC值測量? 在ADC圖上，手動勾畫病變ROI（圖1e～f），勾畫區(qū)域盡量與DWI圖像的勾畫區(qū)域保持一致，測量ROI的平均值為ADC病變。在無病變的正常腺體區(qū)域選取大小為60 mm2的類圓形ROI，選取位置盡量與DWI圖像的正常腺體ROI選取位置保持一致，測量ROI的平均值為ADC腺體。相對ADC值（rADC）計算如下：

乳腺癌患者，女，39歲。a：增強圖像;b：T2WI圖像;c、e：Ss-EPI-DWI序列DWI圖像（b=1000 s/mm2）和ADC圖;d、f：Rs-EPI-DWI序列DWI圖像（b=1000 s/mm2）和ADC圖。圖c～f中白色和黑色邊框所圍區(qū)域為手動勾畫的病變。Rs-EPI-DWI：分段讀出平面回波成像;Ss-EPI：單次激發(fā)平面回波成像;DWI：彌散加權成像

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析，符合正態(tài)分布計量資料的均數(shù)用均數(shù)±標準差表示，兩組間比較采用t檢驗;不符合正態(tài)分布的改用中位數(shù)（M）四分位數(shù)間距（P25，P75）表示，兩組間比較采用Wilcoxon秩和檢驗;計數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗;采用Kappa檢驗進行一致性分析。以P < 0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

本研究最終入組患者36例，平均年齡（56±10）歲，均為女性。病例收集期間，MRI設備質(zhì)量控制參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。

2.2 Rs-EPI-DWI與Ss-EPI-DWI圖像質(zhì)量主觀評分比較

2名診斷醫(yī)師對DWI圖像（b=1000 s/mm2）的主觀評分結(jié)果一致性良好（P < 0.01），對Rs-EPI-DWI圖像ESE評分均達到4分及以上，對Ss-EPI-DWI圖像ESE評分達到4分及以上分別為23例（63.9%）、22例（61.1%）;對Rs-EPI-DWI圖像GDE評分達到4分及以上均為35例（97.2%），對Ss-EPI-DWI圖像GDE評分達到4分及以上均為18例（50.0%）。見表2。統(tǒng)計結(jié)果顯示，醫(yī)師1和醫(yī)師2的Rs-EPI-DWI序列ESE、GDE評分與Ss-EPI-DWI序列比較，差異均有高度統(tǒng)計學意義（P < 0.01）。見表3。

2.3 Rs-EPI-DWI與Ss-EPI-DWI圖像質(zhì)量測量指標比較

統(tǒng)計結(jié)果顯示，醫(yī)師1和醫(yī)師2的Rs-EPI-DWI序列CNR、rADC與Ss-EPI-DWI序列比較，差異均有高度統(tǒng)計學意義（P < 0.01）;醫(yī)師1和醫(yī)師2的Rs-EPI-DWI序列與Ss-EPI-DWI序列的SNR、對比度比較，差異無統(tǒng)計學意義（P > 0.05）。見表4。

3 討論

DWI作為乳腺癌評估的常規(guī)MR檢查序列之一，可量化評估腫瘤水分子擴散受限程度。Rs-EPI-DWI主要采用讀出方向的分段EPI掃描、短梯度脈沖等策略減小磁敏感偽影及幾何變形程度。本研究中2名診斷醫(yī)師對圖像質(zhì)量主觀評分結(jié)果顯示，Rs-EPI-DWI的圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于Ss-EPI-DWI圖像，與相關文獻報道[11，14]的結(jié)論一致。文獻報道[9，11，14]，Rs-EPI-DWI的SNR一般比Ss-EPI-DWI的SNR差。在本研究中，Rs-EPI-DWI的分段讀出設置為5，提高了圖像SNR。Rs-EPI-DWI的CNR明顯大于Ss-EPI-DWI的CNR，說明Rs-EPI-DWI在病變的顯示能力方面具有明顯優(yōu)勢。

與ADC值只反映單一區(qū)域數(shù)量特征不同，rADC可以反映病灶與正常組織的ADC差異，且rADC值越小，反映的差異越大。本研究中，Rs-EPI-DWI的rADC值明顯小于Ss-EPI-DWI的rADC值，說明Rs-EPI-DWI的ADC圖對病灶的顯示優(yōu)于Ss-EPI-DWI的ADC圖。

分段讀出EPI等技術的發(fā)展有效提高了DWI的圖像質(zhì)量，為乳腺癌的評估提供了更優(yōu)的定量依據(jù)。

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