復合靈敏度編碼高分辨率擴散加權成像與常規擴散加權成像在頭顱檢查中的價值比較

李 剛，羅 娜，歐陽佳裕

（中山大學附屬第三醫院 放射科，廣東 510000）

擴散加權成像 （Diffusion-Weighted Imaging，DWI）是唯一能夠無創檢測體內組織中水分子擴散運動的技術。由于每種組織的結構狀態不同，導致水分子運動狀態也不同，這為磁共振成像帶來一種新的影像對比［1-2］。臨床上，DWI在頭顱成像中的應用非常廣泛，尤其是在急性腦梗死中，較常規MR序列更加敏感。有研究表明，在缺血發生后的數分鐘內，便可在DWI序列表現出高信號，并伴有 ADC值的降低［3］。目前在顱腦磁共振檢查中，DWI序列常規采用的技術是傳統單次激發平面回波成像（single shot-echo planar imaging SS-EPI），其具有成像速度快、對運動不敏感等優點［4］，但也存在明顯的不足。由于在一次射頻激發后采用迂回填充K空間，使得在顱骨及含氣腔隙鄰近的特定腦區（如前額葉底部和顳葉海馬等區域）出現明顯的磁化率偽影；同時這種K空間填充的方式會使回波鏈非常長，回波間信號差異較大，導致圖像模糊，降低分辨率；而等效回波時間的TE較長，又導致圖像的信噪比較低。因此，DWI序列的改進和完善一直是磁共振成像領域的一個熱點問題［5-6］。GE磁共振平臺推出的復合靈敏度編碼高分辨率擴散加權成像（multiplexed sensitivity encoding diffusion-weighted imaging，MUSEDWI）技術，通過相位編碼方向的交錯采集，校正非線性采集間相位變化，可以很好地抑制圖像磁敏感偽影，并且提高信噪比，為實現高保真、高分辨率擴散加權圖像提供了可能［5］。本研究旨在通過對比磁敏感偽影、影像清晰度、SNR及表觀擴散系數（apparent diffuion coefficient，ADC）值，來比較 MUSE-DWI與常規SS-EPI-DWI兩種不同擴散加權序列的頭顱部圖像質量，以探討MUSE-DWI序列在臨床的應用價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2022年1月至3月，因頭痛、頭暈在中山大學附屬第三醫院嶺南醫院行頭顱MRI檢查的32名患者。年齡在24-72周歲之間，平均年齡48周歲。 全部受檢者頭部均無腦血管、腦腫瘤及顱內感染等疾病。檢查前，患者及其家屬簽署磁共振檢查知情同意書，確認體內有無金屬植入物。受檢時患者頭部和接收線圈之間放置泡沫墊以防止頭部移動。在為上述32名患者進行磁共振擴散序列掃描時，均采用高清彌散成像MUSE-DWI序列及常規單次激發的SS-EPI-DWI序列進行掃描。

1.2 MRI掃描方法

采用 GE 3.0T MRI（SIGNA Architect）磁共振成像儀，線圈選取48通道專用頭部相控陣線圈。分別進行頭顱橫斷面MUSE擴散和常規擴散掃描，兩種掃描序列均采取復制粘貼的方式以保持一致，掃描參數見表1。同時自動完成b=0s/和b=1000s/值的圖像重建。

表1 MUSE-DWI和常規DWI的掃描參數

1.3 圖像分析

所有圖像的ADC值及SNR的測量均在AW4.7（GE）后處理工作站進行。影像的主觀評價由2位資深診斷醫師用雙盲法閱讀后各自進行評判，在有意見分歧時，經討論取得共識。

主觀評價評分：評定標準采用 Link 4級評分法評價DWI圖像質量。①磁敏感偽影：嚴重偽影，影響腦部診斷為1分；偽影較多為2分，如前額葉底部條狀高信號累及3層或3層以上為2分；輕度偽影為3分，如顳葉海馬腦區圖像條狀高信號累及1-2層；無明顯偽影為4分，即前額葉底部和顳葉海馬等腦區無明顯偽影。②影像清晰度：顱內結構較難辨認，為1分；圖像部分模糊，圖像邊緣勉強可辨為2分；圖像輕度模糊稍欠銳利為3分；圖像結構銳利，解剖結構清晰為4分。③因腦區的偽影和圖像變形，無法完成診斷的，皆為0分。綜合評分=（偽影+影像清晰度）/2。

信噪比（signal to noise ratio，SNR）測量：在獲取的側腦室水平層面中心區域，分別勾畫感興趣區（region of interest，ROI），大小約為 50-60mm2，盡量避開腦溝偽影等，測量其信號強度。測量三次取平均值。根據公式進行計算：SNR=SIROI/SDROI。由于并行采集技術的使用會影響背景噪聲值的測量，因此在ROI內測量的被用于估計局部噪聲［7］。

表觀彌散系數 （apparent diffusion coefficient，ADC）：采用 AW4.7（GE）后處理工作站，在擬合生成的ADC值圖像上測量ADC值。在獲取的側腦室水平層面中心區域分別在MUSE-DWI與常規DWI上劃定ROI，大小約為 50-60mm2。測量3次取平均值。

1.4 統計學方法

采用SPSS 24.0統計學軟件包進行處理。 以Shapiro-wilk檢驗驗證計量資料符合正態分布，正態分布的計量資料用（±s）表示。MUSE-DWI與常規DWI間的主觀評分及 SNR、ADC值的比較，采用配對t檢驗，P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

MUSE-DWI序列和常規SS-EPI-DWI序列的圖像主觀評分。

MUSE-DWI序列圖像質量明顯優于常規SSEPI-DWI序列，MUSE-DWI序列綜合評分為3.67±0.21分，SS-EPI-DWI序列為2.03±0.36分，差異存在統計學意義（P<0.01）（見表 2，圖①-②）。

表2 MUSE-DWI序列和常規SS-EPI-DWI序列的圖像主觀評分（±s）

表2 MUSE-DWI序列和常規SS-EPI-DWI序列的圖像主觀評分（±s）

掃描序列 磁敏感偽影 影像清晰度 綜合評分MUSE-DWI 3.609 5±0.304 1 3.734 4±0.253 5 —2.125 0±0.475 2 3.671 9±0.215 6 — —2.031 3±0.367 8 — — —SS-EPI-DWI 1.938 5±0.416 4 — —t值 18.27 16.56 22.30 P值 <0.01 <0.01 <0.01

注：圖①和圖②分別為MUSE-DWI圖像和常規DWI圖像，MUSE-DWI圖像由磁敏感效應導致的圖像畸變明顯變少，影像清晰度更高。

MUSE-DWI序列圖像的SNR值為23.99±6.72，常規SS-EPI-DWI序列圖像的SNR值為 18.80±5.20，兩組數據總體均數存在統計學差異 （差值為5.19，95%CI 3.79-6.59，P<0.01）。 MUSE-DWI序列圖像的SNR值高于SS-EPI-DWI序列（見表3）。

表3 MUSE-DWI序列和常規SS-EPI-DWI序列的SNR比較

MUSE-DWI序列圖像和常規SS-EPI-DWI序列圖像病灶 ADC值分別為 0.77±0.03×10-3mm2/s和0.76±0.03×10-3mm2/s，MUSE-DWI 組略高于常規SS-EPI-DWI組。兩組掃描序列圖像的ADC值差異沒有統計學意義（P=0.15）（見表 4）。

表4 MUSE-DWI序列和常規SS-EPI-DWI序列的ADC值比較

3 討論

擴散加權成像（DWI）用于無創評估組織內水分子擴散運動，已被證實可評價各種腦損傷，現已成為中樞神經系統 MRI檢查的基礎功能序列。DWI在腦血管疾病檢查應用中，聯合MRA，能夠更加精準地判斷動脈狹窄部位，提高靈敏度、準確率［8］。在顱內感染與腫瘤鑒別診斷中，DWI、ADC值及rADC值聯合應用，能夠較好地鑒別病毒性腦炎和腦低級星形細胞瘤［9］。在顱內占位性病變術前診斷中，DWI與ADC值聯合應用可以提供腫瘤內部功能信息，與常規序列相結合，可以為腦腫瘤的診斷提供更加可靠的信息。 如 Surov 等（2018）［10］測量大型多中心樣本中不同腦膜瘤的表觀擴散系數 （ADC）直方圖分析參數，表明ADC直方圖分析可用于預測腦膜瘤的腫瘤分級和增殖潛力，為臨床提供更多信息。在脫髓鞘疾病應用中，已有文獻報道，ADC值可以從微觀水平反映多發性硬化（multiple sclerosis，MS）不同類型病灶之間的差異，為MS病灶分期提供信息［11］。

因采集速度快且對大體運動產生的相位誤差不敏感，單次激發回波平面成像（SS-EPI）技術通常被用于獲取臨床DWI圖像。即在SS-EPI施加一對雙極梯度，采用速度快、對運動不敏感的EPI進行信號的讀取采集［12］。但由于其在相位編碼方向上，信號讀取重建過程耗時較長，導致對多種原因引起的相位累積錯誤比較敏感，主要表現為重建圖像（如前額葉底部和顳葉海馬等容易受到磁敏感性影響區域）的幾何變形，以及由于圖像畸變而導致體素中信號發生疊加而形成高信號偽影［13］。同時由于其較長回波時間，會導致信噪比降低。常規彌散加權成像中的這些問題會對圖像質量造成很大的干擾，降低臨床診斷的信心［14］。

為了解決上述問題，引入了復合靈敏度編碼（multiple sensitivity encoding，MUSE）的高分辨率擴散成像技術。通過在相位編碼方向的交錯分次采集，使得梯度脈沖及EPI的讀出時間縮短，這樣可以很好地提高信噪比，改善圖像偽影。并且在重建圖像過程中能夠測量和校正相位誤差，進一步抑制由相位錯誤累積引起的畸變［15-16］。本研究發現，在其他參數保持不變的情況下，在圖像質量和信噪比方面，MUSE-DWI組均明顯優于常規 SS-EPI-DWI組，兩組差異具有統計學意義。MUSE-DWI利用傳統的SENSE技術對多段的圖像進行求解，然后提取校正相位信息。之后將這些相位信息和多段圖像數據放入重建框架中，共同計算擴散圖像。在上述過程中減少了相位的錯誤累積，降低了圖像幾何形變的程度和由畸變引起的信號聚集。在信噪比方面由于MUSE-DWI大大改進了矩陣反演條件，與傳統的SS-EPI-DWI相比，可以降低噪聲，提供高信噪比的DWI圖像。同時ADC值是預測腫瘤良、惡性級別的一個很好的指標［10]，在相同的 b值下兩種掃描序列圖像的ADC值差異尚無統計學意義 （P=0.15），即MUSE-DWI掃描序列僅提高了圖像質量而未影響腦白質ADC值。

本研究尚存在一些不足，如入組樣本量較少，未能對不同腦損傷患者進行細化對照研究，以及對于畸變區域描述未能定量評估。在今后還將進一步擴大病例數量，深入研究 MUSE-DWI對疾病診斷和治療預后的價值。

綜上所述，在磁共振頭顱掃描中應用MUSEDWI序列的圖像質量顯著優于常規SS-EPI-DWI序列，圖像的磁敏感偽影明顯減少，而對于腦白質的ADC值的測量則沒有顯著差異。因此，MUSE-DWI序列可推廣應用于常規臨床掃描，以改善DWI圖像質量。