MR不同彌散加權序列前列腺圖像質量評價研究

但漢麗，譚鈺川，楊露，章義鵬，譚勇，林檬，王蕾，張久權

作者單位：重慶大學附屬腫瘤醫院影像科，重慶400030

前列腺癌已經成為男性惡性腫瘤的第二位［1］，其發病率逐年上升。前列腺癌早期診斷對提高患者的生存質量和5年生存率具有重要意義。MRI是目前前列腺癌影像診斷以及術前前列腺成像報告和數據評分系統(prostate imaging reporting and data system，PI-RADS)評分最準確的影像檢查方法之一。因此，如何獲得高質量的前列腺磁共振成像顯得尤為重要，同時它也將是醫生或未來的人工智能(artificial intelligence，AI)輔助診斷系統準確識別疾病的各種影像或生物學特征的基本保證。

彌散加權序列以其較高的診斷準確率、操作便利性以及圖像多樣性，獲得廣大科研及臨床工作者的青睞。前列腺癌細胞排列致密導致水分子活動受限，引起DWI 圖像上信號增高而被識別［2-4］；然而，常規彌散采用單次激發平面回波成像，磁化率偽影較明顯，對前列腺解剖細節以及微小病灶的顯示受限。而ZOOMit DWI在前列腺上已被證明適用于彌散加權成像和彌散張量成像［5-6］；已有研究證明在ADC 圖中和高b 值圖像中顯示出更高的解剖結構，減少了假象、重影和失真［6］；RESOLVE (readout segmentation of long variable echo-trains) DWI 在頭頸及乳腺的運用中展現了短的回波間隙，圖像變形小，解剖細節顯示清楚，顯示高質量圖像［7-9］。目前，還沒有報道這三種彌散序列在前列腺圖像質量的對比。因此，本研究擬比較常規DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 三種不同彌散加權序列的前列腺圖像質量，優化前列腺MRI掃描方案，提高影像診斷準確率。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究經重慶大學附屬腫瘤醫院醫學倫理委員會批準(倫理編號：CZLS2020248-A)，免除了患者的知情同意。回顧性收集2020年4月至10月于重慶大學附屬腫瘤醫院影像科磁共振中心進行前列腺磁共振掃描的患者。納入標準：(1)在我院進行前列腺磁共振掃描的患者；(2)磁共振檢查前4～6 周未行前列腺穿刺檢查的患者。排除標準：(1)有骨盆骨質術后(金屬偽影)的患者；(2)部分患者掃描三種彌散序列不全者。患者的所有臨床資料收集均來自臨床醫師書寫的病歷。

1.2 掃描設備和掃描參數

本研究采用3.0 T MRI (Magnetom Prisma，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)，使 用18 通道相控陣體部線圈，掃描序列(表1)包括T2WI、常規DWI、ZOOMit DWI 以及RESOLVE DWI 掃描(b=0、50、1400 s/mm2)。

1.3 圖像分析

本研究由2 名臨床經驗豐富的放射科診斷醫師(2名醫師在泌尿系統腫瘤診斷和評估分別有12年及8 年工作經驗)對前列腺圖像進行主觀評價。為了避免閱讀偏倚，將常規DWI、RESOLVE DWI 放大與ZOOMit DWI 圖像大小一致。2 名醫師分別對圖像進行主觀評分，且不知道另外1名醫師的評分結果。參照Hellms 等［10］和Brendle 等［11］采用的Likert 的評分法，對所有DWI 序列的圖像清晰度、圖像失真以及偽影進行評分，評價標準如下：1 分=圖像清晰度差，即嚴重失真或偽影；2 分=中等圖像清晰度，即中等失真或偽影；3 分=良好的圖像清晰度，即輕微失真或偽影；4 分=優異的圖像清晰度，即無失真或偽影。SNR和CNR 由2 名放射科技術人員(2 名技術人員分別有12 年及3 年工作經驗)分別測量。該2 名技術人員分別在T2WI和所有彌散加權序列b=50、1400 s/mm2中手動勾畫感興趣區(region of interest，ROI)。測量閉孔內肌相應區域的信號強度(signal intensity,SI)，其中SD (muscle)為閉孔內肌標準差，SD (prostate)為前列腺組織標準差。SNR和CNR的計算分別如下：

由2 名放射科技術人員手動測量前列腺前后徑(anterior-posterior diameter，AP)、左 右 徑(right-left diameter，RL)、前后徑/左右徑(AP/RL)以及前列腺面積，以橫斷面T2WI 圖像上前列腺輪廓為前列腺解剖形狀的標準。三種彌散序列均與T2WI進行對比。

1.4 統計學分析

使用SPSS 23.0軟件進行數據統計處理。對2名診斷醫師的主觀評分結果進行Kappa 一致性檢驗(Kappa＞0.75 表明兩者一致性較好，0.4～0.75 表明兩者一致性一般，＜0.4表明兩者一致性較差)。采用Kolmogorov-Smimov 檢驗進行正態性檢驗，Levene 檢驗進行方差齊性檢驗。采用Kruskal-Wallis H檢驗比較不同序列的主觀評分分布差異，P＜0.05 為差異有統計學意義，然后采用經bonferroni校正的顯著性水平進行事后兩兩比較。對兩位技術人員的客觀測量結果進行ICC一致性分析(ICC＞0.75表明兩者一致性較好，0.4～0.75 表明兩者一致性一般，＜0.4 表明兩者一致性較差)。采用單因素ANOVA 檢驗比較客觀指標之間的差異，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患者基本情況

本研究共納入64 例患者，其中4 例患者因彌散序列掃描不完整而排除。年齡范圍48～85 歲，中位數為69 歲。其中前列腺癌31 例(前列腺神經內分泌癌1 例，其余為前列腺腺泡癌)，急性細菌性前列腺炎2 例，前列腺增生12 例，前列腺正常3 例，膀胱惡性腫瘤11例，直腸癌1例。

表1 MRI掃描序列及參數Tab.1 MRI scan sequence and parameter

2.2 三種不同彌散加權序列的主觀評價

所有患者DWI圖像清晰，圖像質量均符合診斷要求；2 名診斷醫師主觀評分的一致性一般或較好。三種不同彌散加權圖像清晰度主觀評分之間存在顯著差異(表2)，兩兩比較顯示常規DWI 和ZOOMit DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之間存在統計學差異(P＜0.05)，常規DWI 和RESOLVE DWI 之間無統計學意義(P＞0.05)。三種不同彌散加權圖像失真主觀評分之間存在顯著差異，兩兩比較顯示ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之間存在統計學差異(P＜0.05)，常規DWI 和ZOOMit DWI、常規DWI 和RESOLVE DWI 之間無統計學差異(P＞0.05)。三種不同彌散加權圖像偽影主觀評分之間存在顯著差異，兩兩比較顯示常規DWI和RESOLVE DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之間存在統計學差異(P＜0.05)，常規DWI 和ZOOMit DWI 之間無統計學差異(P＞0.05)。

2.3 三種不同彌散加權序列的客觀評價

測量三種不同彌散加權序列SNR (b=50)、CNR(b=50)、SNR (b=1400)值，2 名技術人員的組間測量值一致性一般或較好。三種不同彌散加權序列的SNR(b=50)、SNR (b=1400)值均有統計學差異(P＜0.05)(表3)；三種不同彌散加權序列的CNR (b=50)值沒有統計學差異(P＞0.05)。

表2 三種不同彌散加權序列的主觀評分比較Tab.2 Comparison of subjective scores of three different diffusion weighted sequences

測量三種不同彌散加權序列前列腺AP、RL、AP/RL以及前列腺面積(area)，2名技術人員組間測量一致性一般或較好；以T2WI為標準，前列腺前后徑以及前列腺面積均沒有統計學差異(P＞0.05)，左右徑、前后徑/左右徑比值存在統計學差異(P＜0.05)(表3)。三種彌散序列SNR (b=50)、CNR (b=50)、SNR (b=1400)、AP、RL、AP/RL、area數據分布情況如圖1所示。

3 討論

3.1 三種不同彌散序列的優缺點

目前，臨床上比較常用的彌散序列即常規DWI為單次激發平面回波成像(single-shot echo-planarimaging，SS-EPI)，其優點是成像速度快，對運動不敏感，缺點是解剖細節顯示欠清，圖像失真較明顯，尤其是在高場強下；由于在一次射頻激發后采用迂回的方式進行K空間填充，因此在磁化率差異明顯的組織間容易產生磁化率偽影，從而影響前列腺小病灶的檢出以及定性診斷。ZOOMit DWI 可以實現目標區域的選擇性成像，可對目標器官的選擇性放大成像；并可進行多層采集，進一步減少數據的采集時間，提高圖像的空間分辨率，對前列腺微小病變的顯示有一定的優勢［12］。RESOLVE DWI 序列在讀取方向上組合了多次K 空間采集，其優點是較弱的磁化率偽影，圖像變形較小以及解剖細節顯示較清晰，但是需要多個TR間隔，因此增加了數據的采集的時間。

表3 不同彌散序列客觀參數的比較Tab.3 Comparison of objective parameters of different diffusion sequences

3.2 三種不同彌散序列的研究現狀

本研究主觀結果顯示，ZOOMit DWI 序列的圖像清晰度高于其他兩個DWI序列，ZOOMit DWI失真評分高于常規DWI 以及RESOLVE DWI 序列；與常規DWI 和ZOOMit DWI序列相比，使用RESOLVE DWI序列獲得的圖像上的偽影更為明顯，而常規DWI 序列和ZOOMit DWI 序列的偽影沒有顯著差異。這與其他學者的結果是一致的。Seeger等［13］比較了ZOOMit DWI和RESOLVE DWI在葡萄膜黑色素瘤中的應用，認為ZOOMit DWI能夠明顯提高圖像質量。此外，Thierfelder 等［5］報道的研究結果也與本研究的結果一致。有研究提出使用ZOOMit DWI，可以獲得縮放FOV 的高分辨率、失真相對較小的擴散加權圖像［14］。與RESOLVE DWI比較，ZOOMit DWI的采集時間明顯減少，與常規DWI差別不大。ZOOMit DWI 圖像的高清晰度和低失真可能與ZOOMit DWI 序列的最小體素大小有關。因此，ZOOMit DWI 提高了圖像清晰度，減少了偽影及失真，為高分辨率圖像提供了可能。

客觀評價結果表明，ZOOMit DWI序列和傳統DWI序列的SNR (b=1400)有差異，但是ZOOMit DWI 箱型圖范圍較小，因此穩定性較好，說明其信噪比更高。通過測量前列腺徑線的定量分析還表明，前后徑/左右徑比值顯示ZOOMit DWI 序列與T2WI 序列一致性較好；說明用ZOOMit DWI 序列獲得的前列腺圖像畸變并不嚴重，與這本研究的主觀評分結果基本也是一致的。Seeger 等［13］關于腫瘤徑線測量的結果與本研究一致。前列腺圖像失真以及磁化率偽影是骨盆掃描中常見的問題，其主要原因可能是鄰近的骨骼和直腸內的氣體造成的。ZOOMit DWI 可實現對靶器官的選擇性放大成像，減少前列腺周圍器官如直腸內氣體的影響而引起的失真及偽影，增加圖像的信噪比，并可多層采集，彌補了常規DWI技術因圖像模糊致病灶易誤診、漏診的缺點［15］。對于前列腺腫瘤，由于磁化率偽影的影響，可能對微小病變的診斷存在困難；Attenberger 等［16］報道，ZOOMit DWI 可以清晰顯示常規DWI 上不能顯示的小病灶的范圍以及形態。有研究報道了ZOOMit DWI 以及常規DWI 的影像組學特征［17］，提示基于ZOOMit DWI 的影像組學特征可以更加準確地診斷前列腺疾病。因此，ZOOMit DWI 不僅可以減少磁化率偽影，減少圖像畸變，提高圖像空間分辨率，同時還可以提供更多的組學信息，為前列腺疾病的診斷提供更高的圖像質量以及更多的信息。

綜上所述，與常規DWI 和RESOLVE DWI 序列相比，使用ZOOMit DWI 序列獲得的圖像的主觀及客觀評分更高。主客觀評分也提示ZOOMit DWI圖像能更準確地顯示前列腺輪廓，為前列腺疾病的診斷、臨床穿刺定位、術后療效評價提供準確的信息。之前也有研究表明［11，15，18］ZOOMit DWI 可以在減少圖像變形和減少偽影的情況下提高圖像質量。因此，ZOOMit DWI 可作為前列腺多參數MRI 的重要序列，為臨床診斷和治療提供準確的信息。

本研究的局限性：首先樣本量相對較小。在我們未來的研究中，樣本量將增加，以提供更可靠的數據。其次是未按疾病分類。在我們未來的研究中，將收集患者病理檢查結果，并根據結果將其分為良性和惡性前列腺疾病組。

總之，使用ZOOMit DWI 序列獲得的圖像質量更好。因此，ZOOMit DWI序列可以作為前列腺MRI的首選DWI技術。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。