3D LAVA-FLEX和2D T1WI-IDEAL序列在鼻咽癌MRI增強掃描中的應(yīng)用對比*

彭 莉 陳韻彬 鄭德春 鐘 婧 肖友平 林怡菲

福建醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 福建省腫瘤醫(yī)院放射診斷科，福建省福州市 350014

鼻咽癌是常見的頭頸部惡性腫瘤之一，在我國南方尤為高發(fā)，年發(fā)生率為(30～80)/10萬人[1]。最常見的病理類型為非角化性未分化癌，與EB病毒高度相關(guān)，腌制食品和遺傳等也可能導(dǎo)致鼻咽癌[2-3]。鼻咽部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，磁共振成像技術(shù)具有軟組織分辨率高、多參數(shù)、任意方位成像等優(yōu)勢，可更準(zhǔn)確地評估原發(fā)腫瘤的侵犯范圍/深度以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的區(qū)域，在鼻咽腫瘤診斷方面具有獨特的優(yōu)勢。自中國鼻咽癌分期2008版起，MRI檢查被推薦作為鼻咽癌T、N分期的首要影像學(xué)檢查技術(shù)[4]。目前，頭頸部腫瘤MRI增強掃描多采用2D T1WI-IDEAL序列(Iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation，三點法非對稱回波水脂分離)。該序列成像時間長，對于老年患者及臨床癥狀較重而無法較好地配合檢查的患者，易產(chǎn)生偽影，影響圖像質(zhì)量和疾病的診斷。最近，3D LAVA-FLEX序列(Liver acquisition with volume acceleration，肝臟容積加速采集)開始應(yīng)用于臨床，通常應(yīng)用于腹部和乳腺等部位，在鼻咽頭頸部的應(yīng)用還較少。本研究擬探討薄層各向同性并零填充插值優(yōu)化加并行采集技術(shù)下的3D LAVA-FLEX序列，與常規(guī)2D增強序列的圖像質(zhì)量等方面進行對比分析，以探討該序列在頭頸部腫瘤增強掃描中的應(yīng)用價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象 本研究經(jīng)過福建醫(yī)科大學(xué)附屬福建省腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)[批準(zhǔn)文號：K2021-048-01]，所有入組患者均簽署知情同意書。連續(xù)對2020年7—11月就診于我院的鼻咽癌初診治療前患者行鼻咽部聯(lián)合頸部掃描，并加行3D LAVA-FLEX和2D T1WI-IDEAL增強掃描。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡>18歲；(2)經(jīng)病理證實的鼻咽癌初診患者；(3)同意接受MRI增強檢查并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)在我院或外院行化療、放療、靶向治療等治療后；(2)有磁共振禁忌證(金屬置入物、磁性植入、幽閉恐懼癥等)；(3)有磁共振對比劑過敏史、嚴(yán)重支氣管哮喘史的患者；(4)哺乳期、妊娠期或懷疑妊娠的患者；(5)有無法摘除義齒的患者。根據(jù)本研究的納入及排除標(biāo)準(zhǔn)選取患者30例，男25例，女5例，平均年齡46.9歲，中位年齡48歲。其中鼻咽病變均經(jīng)活檢病理證實，其組織學(xué)類型分別為鼻咽部非角化性未分化型癌29例，非角化性分化型癌1例。

1.2 掃描方法及技術(shù)參數(shù)

1.2.1 檢查設(shè)備：所有病例均采用3.0T超導(dǎo)型磁共振成像儀(Discovery MR750W 3.0T，GE Healthcare)，采用12通道頭頸聯(lián)合線圈。檢查前取下活動假牙及身上金屬物品，采用仰臥及頭先進體位，肩部緊貼頭頸線圈，左右居中，頭部不能旋轉(zhuǎn)，用頭墊固定于頭部兩側(cè)，聽鼻線垂直床面。定位中心位于鼻尖，在自由平靜呼吸狀態(tài)下完成掃描。

1.2.2 掃描方法及技術(shù)參數(shù)MRI平掃：軸位T1WI-FSE(Fast Spin Echo，快速自旋回波)、T2WI-IDEAL；冠狀位T2WI-IDEAL；矢狀位T1WI-FSE；DWI(Diffusion Weighted Imaging，彌散加權(quán)成像)(b值=0s/mm2、800s/mm2)。 MRI增強掃描：增強掃描通過雙筒高壓注射器經(jīng)肘靜脈留置針高壓團注對比劑 Gd-DTPA[釓噴酸葡胺(Gadopentetate Dimeglumine)，規(guī)格20ml]；對比劑用量為 0.2mmol/kg，總劑量=0.2 ml/kg×體重(kg)，注射速率為2ml/s。然后立即用30ml 生理鹽水沖管。掃描序列為：軸位2D T1WI-IDEAL;軸位3D LAVA-FLEX；冠、矢狀位2D T1WI-IDEAL。具體掃描參數(shù)見表1。

1.3 圖像分析和處理方法 所有圖像以DICOM(Digital imaging and communications in medicine，醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像和通信)格式傳輸并儲存到PACS(Picture archiving and communication systems，圖像存儲與傳輸系統(tǒng))上，并傳輸?shù)胶筇幚砉ぷ髡?AW Volume Share 7,GE MEDICAL SYSTEMS SCS)進行數(shù)據(jù)處理。

表1 各掃描序列具體參數(shù)

1.3.1 主觀評價：每個病例的圖像隨機編號，由2名10年以上工作經(jīng)驗的放射科頭頸專業(yè)組的診斷醫(yī)師獨立觀察并對圖像進行評估，意見不一致時，由2人協(xié)商統(tǒng)一。主觀評價的內(nèi)容包括：總體圖像質(zhì)量、脂肪抑制均勻性、偽影、腫瘤的顯著性，具體評分標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)總體圖像質(zhì)量的4分評估法[5]：1分：圖像質(zhì)量差，不能診斷；2分：圖像質(zhì)量一般，診斷受限；3分：圖像質(zhì)量較好，不影響診斷；4分：圖像質(zhì)量很好，診斷明確。(2)脂肪抑制均勻性的5分評估法[6]：1分：掃描范圍內(nèi)圖像抑脂效果均差，出現(xiàn)大面積水脂錯位分離，各組織結(jié)構(gòu)層次不清，影響診斷；2分：掃描范圍內(nèi)圖像抑脂效果均差，重要部位出現(xiàn)小面積水脂錯位分離，影響診斷；3分：非重要部位出現(xiàn)較小面積水脂錯位分離，各組織結(jié)構(gòu)層次顯示清；4分：僅皮下少許脂肪抑制不全，或周邊出現(xiàn)少許水脂錯位分離，各組織結(jié)構(gòu)層次分明；5分：掃描范圍內(nèi)圖像抑脂效果完全，各組織結(jié)構(gòu)層次分明。(3)偽影的4分評估法[7]：1分：嚴(yán)重偽影，導(dǎo)致無法診斷；2分：中等偽影，會降低檢查的診斷質(zhì)量；3分：輕微偽影，圖像質(zhì)量略有下降，仍可診斷；4分：基本無偽影。(4)腫瘤顯著性的3分評估法[8]：1分：差，難以識別原發(fā)灶；2分：尚可，可識別原發(fā)灶，但界限不清；3分：優(yōu)秀，腫瘤與周圍組織對比清晰。

1.3.2 客觀評價：客觀評估由1名有7年工作經(jīng)驗的影像科技師在后處理工作站上對T1WI-IDEAL序列和LAVA-FLEX序列進行ROI(Region of interest，感興趣區(qū))的勾畫評估，ROI為圓形，大小設(shè)定為4～10mm2，勾畫時盡量避開空腔、血管、偽影明顯的區(qū)域。(1)脂肪抑制的均勻性(標(biāo)準(zhǔn)差及標(biāo)準(zhǔn)差百分比)：將ROI放置在淺層脂肪中各個部分的四個位置(圖像的每個象限中的各一個)，在三個層面上(上頜、下頜下、鎖骨上)重復(fù)此過程，測量脂肪信號強度。計算標(biāo)準(zhǔn)差外，還計算了這些測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差百分比，百分比標(biāo)準(zhǔn)偏差是ROI的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以信號強度 ROI 的平均值，得出每個患者不同序列的脂肪抑制均勻性的定量測量值。(2)脂肪抑制組織和非脂肪抑制組織之間的對比(Cmf):選擇胸鎖乳突肌作為非脂肪抑制組織，與對應(yīng)層面的淺表脂肪進行比較。將ROI放置在胸鎖乳突肌以及相鄰淺表脂肪，左右對稱組織分別測量。該過程按順序在兩個層面(下頜、鎖骨上)上執(zhí)行，并為每個組織計算平均SI(Signal Intensity，信號強度)。然后使用以下公式計算肌肉和脂肪之間的對比度(Cmf)：Cmf=(SIm - SIf)/SIm(SIm是肌肉的平均信號強度，SIf是脂肪的平均信號強度)。(3)病灶(鼻咽癌原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié))與脂肪抑制組織之間的對比(Cpf、Cnf):通過將ROI放置在病變上和淺表脂肪相鄰區(qū)域，重復(fù)三遍，并計算病變和相鄰淺表脂肪的平均信號強度。使用以下公式計算病灶與脂肪之間的對比度：Cpf=(SIp-SIf)/ SIp(Cpf是鼻咽癌原發(fā)灶與脂肪之間的對比度，SIp是原發(fā)灶的平均信號強度，SIf是脂肪的平均信號強度)。Cnf= (SIn-SIf) / SIn(Cnf是鼻咽癌轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)與脂肪之間的對比度，SIn是轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的平均信號強度，其中SIf是脂肪的平均信號強度)。(4)腫瘤的SNR(Signal-to-Noise Ratio,信噪比)，肌肉的SNR[9]:以美國電氣制造商協(xié)會推薦的方法計算圖像信噪比，選擇腫瘤的ROI，如果腫瘤有大面積中央壞死，則將腫瘤的 ROI 置于非壞死區(qū)域。根據(jù)原發(fā)腫瘤的位置，選擇同側(cè)外側(cè)翼狀肌進行肌肉的ROI測量。在圖像背景的4個角放置 ROI，ROI 遠(yuǎn)離患者的身體，以避免偽影的影響，計算其標(biāo)準(zhǔn)差(s)，平均值(x)，計算N(noise，圖像噪聲)，N=x/0.66，0.66 為噪聲校正因子。根據(jù)測得的 SI和N，計算各個序列腫瘤的SNR，肌肉的 SNR。根據(jù)以下方程式：SNR=SI/N。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS25.0版統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析：對兩位閱片者閱片的一致性分析采用Kappa檢驗，κ≤0.40 時認(rèn)為一致性差，0.41≤κ≤0.75，認(rèn)為一致性較好，κ≥0.76認(rèn)為一致性好。對于T1WI-IDEAL和LAVA-FLEX主觀及客觀評價結(jié)果不符合正態(tài)分布，用中位數(shù)(上、下四分位數(shù))表示，行Wilcoxon符號秩檢驗；符合正態(tài)分布，用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，行配對t檢驗；檢驗水準(zhǔn)α=0.05，認(rèn)為P<0.05具有統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 觀察者間的一致性 經(jīng)Kappa一致性檢驗，圖像總體質(zhì)量κ=0.808，P<0.001；脂肪抑制均勻性κ=0.899，P<0.001；偽影κ=0.881，P<0.001；腫瘤顯著性κ=0.889,P<0.001； 2名醫(yī)生診斷結(jié)果一致性很好。

2.2 主觀評價 通過主觀評價可知(見表2)，兩序列總體圖像質(zhì)量無顯著差異(P>0.05)，T1WI-IDEAL序列脂肪抑制均勻性優(yōu)于LAVA-FLEX(P<0.001)，LAVA-FLEX序列的偽影較T1WI-IDEAL少(P<0.001),見圖1，LAVA-FLEX序列的腫瘤顯示效果比T1WI-IDEAL好(P<0.001),見圖2。

表2 30例患者各主觀評價項目的評分

圖1 1例38歲男性鼻咽癌患者磁共振掃描

2.3 客觀評價 通過客觀評價可知(見表3)，T1WI-IDEAL序列脂肪抑制均勻度優(yōu)于LAVA-FLEX(P<0.001)，LAVA-FLEX肌肉脂肪對比度(Cmf)、原發(fā)灶脂肪對比度(Cpf)及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)脂肪對比度(Cnf)均優(yōu)于T1WI-IDEAL(P<0.001)，兩序列的SNR腫瘤及SNR肌肉差異均沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

3 討論

本研究針對鼻咽部MR增強序列，選取薄層各向同性并零填充插值優(yōu)化加并行采集技術(shù)下的3D LAVA-FLEX序列，與2D T1WI-IDEAL增強序列展開比較研究，認(rèn)為3D LAVA-FLEX序列層厚較薄適合鼻咽精細(xì)部位及血管神經(jīng)的顯示，偽影少，病灶顯示良好。相比2D序列需要掃描軸、冠、矢三個方位的序列，一次掃描可以進行任意方位的重建，節(jié)約了掃描時間，3D LAVA-FLEX序列可以滿足鼻咽癌的分期診斷要求。

本研究選取的是3D薄層高分辨各向同性LAVA-FLEX序列運用到鼻咽癌初診分期掃描，其原理以及技術(shù)特征對應(yīng)是：(1)以3D容積采集信號，能夠得到1mm薄度的掃描層面，所以圖像的SNR高，同時掃描是各向同性的，所謂各向同性掃描是指像素的橫、縱、豎三個方向的邊長相等也就是像素為正立方體的掃描。它的意義在于所有方向的圖像在空間分辨率上完全相等。即無論軸、矢、冠還是任意角度的重建出來的圖像的質(zhì)量將與直接掃描的斷面完全相同。通過橫斷位原始圖像和重建出來的圖像進行觀察分析，可以更清晰完整地顯示鼻咽癌腫瘤的范圍及其腔外侵犯和頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的情況等，同時能把腫瘤組織從周圍正常的肌肉、血管等背景組織中區(qū)分出來，從而可以勾畫出腫瘤與周圍組織的交界面，可用于原發(fā)腫瘤的體積勾畫，對于后期綜合治療具有指導(dǎo)作用。(2)基于Dixon兩點法技術(shù)，選擇脂肪以及水兩者的相對進動頻率達(dá)到減少脂肪信號的效果，聯(lián)合區(qū)域增長以及相位校正處理，就能夠更大程度地減少磁場不均勻的消極影響，水脂分離間邊緣清晰及對比明顯(3分)，如箭頭所示 圖b、c與圖e、f均圖像質(zhì)量良好，能滿足診斷需要的效果更加突出，得到的脂肪抑制圖像效果更好，將病變區(qū)域更完整的展現(xiàn)出來。(3)運用ACR技術(shù)(Auto-calibrating reconstruction for cartesian sampling,自校準(zhǔn)加速的并行采集技術(shù))，這是GE磁共振設(shè)備基于K空間域的并行采集技術(shù)，不需要額外配置線圈靈敏度校準(zhǔn)序列，整個掃描處理的流程得到大幅度簡化處理，降低校準(zhǔn)數(shù)據(jù)引發(fā)的偽影干擾影響程度，而且層間編碼以及相位編碼技術(shù)的運用能夠顯著提升掃描處理的速度，降低偽影，提高空間分辨力，在三維加速采集方面的優(yōu)勢表現(xiàn)更加突出[10]。(4)運用層面內(nèi)的ZIP技術(shù)(Zero-fill interpolation processing，零填充內(nèi)插技術(shù))，這是一種零充填技術(shù)，分為層面間零充填和層面內(nèi)零充填兩種，實際采集矩陣并未增加，提高了分辨率水平，得到的圖像細(xì)節(jié)更加清晰，減少重建MPR過程中存在著的階梯狀偽影。

圖2 1例49歲女性鼻咽癌患者行磁共振掃描

表3 30例病人兩個序列圖像客觀評價結(jié)果比較

本研究有一定的局限性：(1)納入病例為鼻咽癌初診未治療病例，并且沒有假牙等植入物的患者，故本研究納入的樣本量較少，有望在今后的研究中增加樣本量進行更進一步研究。(2)3D LAVA-FLEX序列在頭尾方向會有卷褶偽影，這是由于在掃描層面方向3D序列采用了相位編碼，會出現(xiàn)首尾圖像發(fā)生卷褶，這是3D序列的缺點，為了解決這一問題，可以增加掃描的層數(shù)，擴大掃描范圍，保證能夠滿足診斷范圍內(nèi)(顳葉中部至主動脈弓)的圖像沒有卷褶偽影。(3)本研究尚未對比兩個序列在腫瘤和轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)大小方面的測量值差異，尚需在今后研究中進一步完善。(4)造影劑給藥后，首先獲T1WI-IDEAL序列，然后是3D LAVA-FLEX序列，因此注射后釓濃度的變化可能會影響增強程度，但是這種差異性影響應(yīng)很小。

綜上所述，2D T1WI-IDEAL序列和3D LAVA-FLEX序列在鼻咽癌初診分期磁共振增強掃描中都能夠提供滿足診斷的圖像，雖然 3D LAVA-FLEX序列脂肪抑制均勻性不如2D T1WI-IDEAL，然而能夠顯著減少掃描所需時間，可以對運動偽影以及流動偽影進行良好的控制，對腫瘤顯示效果良好，通過薄層各向同性掃描，能夠?qū)θ我舛嗥矫鎸崿F(xiàn)圖像重建處理，將鼻咽原發(fā)腫瘤區(qū)域以及頸部淋巴結(jié)具體的轉(zhuǎn)移情況完整地展現(xiàn)出來，對于制定合理的治療方案都有著突出的臨床實踐意義，3D LAVA-FLEX序列值得推廣應(yīng)用于鼻咽癌分期磁共振掃描。