MRI同時多層采集擴散加權成像技術在克羅恩病結腸病變中的應用

梅豪，翁丁虎，徐國斌

武漢大學中南醫院 醫學影像科，湖北 武漢 430071

引言

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）由于無電離輻射、軟組織分辨率高、能檢出腸壁病變和腔外并發癥等優點，越來越多地被用于克羅恩病年輕患者的診斷和隨訪[1-3]。擴散加權成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）是一種功能磁共振成像技術，已被證實可用于評估克羅恩病患者結腸和回腸的炎癥病變狀態[4]。由于掃描時間較長、可能引起患者不適、腸道蠕動偽影降低圖像質量等不足，如何縮短DWI掃描時間成為臨床關注的課題。同步多層采集（Simultaneous Multi-Slice，SMS）技術是一種加快DWI采集速度的新方法，該技術在無額外梯度要求的情況下，基于加速系數同時激發和采集更多成像層面來縮短掃描時間[5]。目前SMS技術已經成功應用于腦、心肌、肝臟、胰腺、腎臟、直腸和前列腺的DWI中[6-12]，尚未見應用于結腸DWI的報道。本研究旨在探討SMS技術在克羅恩病結腸病變患者行結腸DWI的可行性，比較SMSDWI與常規DWI對于結腸病變的檢測能力。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2020年11月至2021年6月我院臨床確診為克羅恩病的患者15例，均具備完整的內鏡、活檢病理、MR腸道造影影像資料，合計24個病變結腸段。其中男4例，女11例，年齡15～67歲，平均30.3歲。

1.2 設備與方法

采用德國Siemens 3.0 T Prisma MR掃描儀，2個24單元相控陣體線圈和32單元脊柱線圈。患者掃描前12 h禁食，檢查前一晚服用聚乙二醇電解質清腸液；檢查前60 min分次口服2.5%等滲甘露醇溶液，總量1500～2000 mL，使小腸結腸處于低張充盈狀態；掃描前10 min肌注鹽酸山莨菪堿10 mg抑制腸道蠕動。檢查前訓練患者屏氣，采取仰臥位，掃描范圍從膈頂至恥骨聯合下緣。掃描序列包括：冠狀面和橫斷面T2W單次激發半傅里葉采集序列（Haste），小腸結腸水成像，橫斷面DWI序列，冠狀面和橫斷面T1W多期增強序列（3D梯度回波序列）。

增強前行橫斷面SMS-DWI和常規DWI掃描。SMSDWI的SMS因子為2，TR 2700 ms，時間86 s；常規DWI序列TR 5400 ms，時間162 s。兩個序列的其余掃描參數相同，參數如下：b值 50、500、1000 s/mm2，TE 53 ms，FOV 330 mm×299 mm，矩陣128×128，層間距1.5 mm，層厚6 mm，帶寬BW 2442HZ/Px，并行采集因子2。

1.3 圖像分析

1.3.1 定量分析

由2位分別有5年和8年腸道MR閱片經驗放射科醫生對采集b值500、1000 s/mm2的DWI圖像、ADC圖像共同閱片，達成共識。分別測量b值500和、1000 s/mm2時，SMS-DWI和常規DWI序列結腸病變和豎脊肌的信號強度（Signal Intensity，SI）、結腸病灶的病變表觀擴散系數（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）值。感興趣區（Region of Interest，ROI）的放置原則：① 盡可能將ROI放置在病變范圍內；② 若病變在某個序列檢測不明顯，參考增強序列將ROI放置于相應的區域。計算SMS-DWI和常規DWI序列病變與豎脊肌的相對對比噪聲比（Relative Contrast to Noise Ratio，rCNR）：rCNR 病灶 =（SI病灶 -SI豎脊肌）/（SI病灶＋SI豎脊肌）。

1.3.2 定性分析

由2位分別有5年和8年腸道MR閱片經驗對采集b值500、1000 s/mm2的DWI圖像共同閱片，達成共識，分析SMS-DWI和常規DWI序列的總體質量和結腸病灶的顯著度。病變顯著度按4個分級量表分類：① 1級：相對于周圍正常腸管組織呈等信號或病變不可見；② 2級：相對于周圍正常腸管組織呈稍高信號；③ 3級：相對于周圍正常腸管組織呈中高信號；④ 4級：相對于周圍正常腸管組織呈高信號。DWI整體圖像質量按4個級別分類：① 1級：圖像偽影和失真嚴重；② 2級：圖像偽影和失真一般；③ 3級：圖像偽影和失真輕；④ 4級：幾乎沒有圖像偽影和失真。

1.4 統計學分析

采用SPSS 26.0軟件包進行統計學分析。先行正態分布性檢驗，符合正態分布的計量資料采用平均值±標準差（±s）描述。采用配對樣本t檢驗比較SMS-DWI和常規DWI序列的病變與豎脊肌的rCNR、病變的ADC值；采用Wilcoxon秩和檢驗比較SMS-DWI和常規DWI序列的總體質量和結腸病灶的顯著度。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 定量分析

不同b值SMS-DWI及常規DWI序列結腸病變與豎脊肌的rCNR情況如表1所示。rCNR病灶：常規DWI＞SMS-DWI，差異有統計學意義（P<0.05）。b=500 s/mm2時，24個病變腸段中有18個病變腸段（75%）在SMS-DWI序列的rCNR低于常規DWI序列；b=1000 s/mm2時，24個病變腸段中有21個病變腸段（87.5%）在SMS-DWI序列的rCNR低于常規DWI序列。

表1 SMS-DWI和常規DWI序列結腸病灶與豎脊肌的rCNR（±s）

表1 SMS-DWI和常規DWI序列結腸病灶與豎脊肌的rCNR（±s）

序列 b值/（s/mm2）500 1000 SMS-DWI 0.44±0.22 0.48±0.20常規DWI 0.53±0.14 0.60±0.13 t值 3.186 5.151 P值 0.04 <0.001

SMS-DWI及常規DWI序列結腸病變的ADC值分別為1.03±0.18、1.06±0.16。結腸病變的ADC值在SMS-DWI和常規DWI中無統計學差異（t=1.368，P=0.185）。某兩例病例影像學圖像如圖1～2所示。

2.2 定性分析

不同b值SMS-DWI及常規DWI序列的總體圖像質量情況如表2所示。b值為500、1000 s/mm2時，SMS-DWI和常規DWI圖像的總體質量無統計學差異（P>0.05）。

表2 SMS-DWI和常規DWI序列的總體質量[n(%)]

不同b值SMS-DWI及常規DWI序列結腸病變的顯著度如表3所示。b值為500、1000 s/mm2時，SMS-DWI和常規DWI的結腸病變顯著度無明顯統計學差異（P>0.05）。某兩例病例影像學圖像如圖1～2所示。

表3 SMS-DWI和常規DWI序列結腸病灶的顯著度[n(%)]

圖1 某例結腸克羅恩病患者SMS-DWI及常規DWI序列圖像

圖2 某例結腸克羅恩病患者SMS-DWI及常規DWI序列圖像

3 討論

克羅恩病是一種以腹痛、低熱、腹瀉等為主要臨床表現的慢性炎癥性疾病，需要終身反復檢查評估疾病活動狀態和并發癥。目前結腸鏡是評估疾病活動的金標準，但因其侵入性以及整個病程需要多次檢查的缺點，臨床一直在尋找可替代的非侵入性檢查方法。研究表明MRI可以根據腸壁厚度和強化的程度來確定疾病的范圍和活動度，對各種腸道病變的診斷具有較高的敏感性和特異性[1-2]。DWI是一種功能磁共振成像技術，可以描述和量化體內水分子的布朗運動，可用于克羅恩病患者結腸病變狀態的評估，其結果與增強MR的結果相當，尤其適用于不能進行MR增強掃描的患者；針對克羅恩病并發癥及腸外改變（如膿腫、內瘺、系膜脂肪炎、系膜淋巴結腫大）的顯示效果與MRI平掃相似[4]。DWI逐漸成為腸道MRI檢查的標配序列。然而，常規DWI單次掃描時間長，易引起患者不適，且腸道蠕動和呼吸運動都會引起圖像偽影，降低圖像質量。雖然腸道檢查過程中常規應用解痙劑有助于減少腸道蠕動影響，但部分患者存在使用禁忌癥，因此減少DWI掃描時間成為臨床關注的課題。

SMS技術是一種加快DWI采集速度的新方法，該研究中采用的SMS-DWI序列采集時間比常規DWI減少了約47%，在消化空腔臟器應用報道較少。本研究針對中南醫院炎癥性腸病患者行常規小腸結腸MRI平掃及增強基礎上，同時應用常規DWI及SMS-DWI技術，以內鏡及增強MR顯示結直腸病變為參考標準，評估SMS-DWI應用可行性。初步結果顯示常規DWI序列結腸病變與豎脊肌的rCNR高于SMS-DWI序列，但在肉眼觀察的范圍內，其差別對整體圖像質量和病變的顯著度幾乎沒有影響，SMSDWI和常規DWI對結腸病變定量ADC值亦無顯著差異。

多數腸道研究認為，b值800 s/mm2可以獲得較高的CNR[13-14]。然而，不同研究之間存在差異，因此，用于腸道DWI的最佳b值尚未清楚界定[13]。在臨床實踐中，本研究采用3個b值（50、500、1000 s/mm2）的DWI序列，既可以計算ADC值，同時圖像的信噪比可以滿足臨床要求。有研究指出，與常規DWI相比，SMS-DWI在肝臟和胰腺中ADC值降低，推測原因可能是SMS-DWI中噪聲升高導致ADC值普遍較低[8-9]。然而，隨后幾項研究指出，SMSDWI和常規DWI在腎臟、直腸和前列腺等臟器中的ADC值沒有顯著差異[10-12]，這與本研究的結果是相似的。鑒于結腸病變DWI的ADC值可以反映病變擴散受限程度，在一定程度上區分纖維化和非纖維化腸壁，指導臨床治療方案選擇[15]，本研究中SMS-DWI和常規DWI序列ADC值的一致性是SMS-DWI能否可靠應用于臨床的前提。

本研究存在局限性：① 由于是回顧性分析，可能存在固有的選擇偏差，只納入臨床確診為克羅恩病的患者，因此SMS-DWI對克羅恩病以外的疾病評估或對克羅恩病治療反應的評估尚需探索；② SMS-DWI和常規DWI對比僅選擇在結腸段進行比較，而克羅恩病病變可累及全消化道，因此SMS-DWI對結腸外其他腸段的適用性還需要進一步研究；③ 相對較小的樣本量限制了亞組的分析，特別是腸道充盈狀態對圖像的影響需作進一步研究；④ 本研究僅應用了西門子3 T掃描儀，沒有對不同場強和不同機型的MR設備進行比較，無法評估磁場強度對同時多層采集技術獲得的SMS-DWI圖像的影響。

初步研究表明，使用層間加速因子2的SMS-DWI顯示克羅恩病患者結腸病變是可行的。與常規DWI相比，在保持了診斷圖像質量和病變顯著度的情況下，顯著縮短了采集時間。此外，SMS-DWI和常規DWI的ADC值相似，使SMS-DWI計算得到的ADC值可用于對病變進行診斷評估。