三種自由呼吸門控技術(shù)在肝臟MRI中的臨床應(yīng)用對比

畢正宏，梁馨月，陳財忠，楊春，戴勇鳴，曾蒙蘇

腹部磁共振檢查有良好的軟組織對比[1]，其中T2加權(quán)成像(T2-weighted imaging，T2WI)和擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)在肝臟疾病診斷和療效評估方面具有重要的價值[2]。然而腹部MRI易受呼吸運(yùn)動的影響而產(chǎn)生偽影，會降低圖像質(zhì)量，影響信號強(qiáng)度的正確呈現(xiàn)，以及造成ADC值測量的不準(zhǔn)確[3-6]，并且有可能造成重復(fù)檢查，從而降低檢查效率或影響病灶檢出等問題。

臨床上用于去除呼吸運(yùn)動偽影的方法一般為屏氣掃描，但兒童、老年等不易屏氣的患者很難做到較長時間的屏氣，同時圖像質(zhì)量、分辨率及掃描范圍會受到影響。而自由呼吸觸發(fā)掃描的方法，如膈肌導(dǎo)航觸發(fā)技術(shù)、呼吸門控觸發(fā)技術(shù)等可以克服這些困難[7-8]。近年來出現(xiàn)了一種新型MRI兼容調(diào)頻連續(xù)波(frequency-modulated continuous-wave，F(xiàn)MCW)雷達(dá)，以非接觸方式跟蹤患者在掃描孔徑內(nèi)的呼吸運(yùn)動，實(shí)時呼吸觸發(fā)采集。有研究者[9]在T2WI成像中比較了調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)觸發(fā)與呼吸門控觸發(fā)技術(shù)的圖像質(zhì)量，但僅是健康志愿者的單一樣本和單一序列的研究。

本研究旨在比較調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)觸發(fā)技術(shù)(frequency-modulated continuous-wave radar-trigger，F(xiàn)T)、傳統(tǒng)的膈肌導(dǎo)航觸發(fā)技術(shù)(navigator-trigger，NT)和呼吸門控觸發(fā)技術(shù)(breath-gated trigger，BT)在自由呼吸肝臟磁共振T2WI和DWI中的臨床應(yīng)用。

材料與方法

1.臨床資料

2022年1月-3月，經(jīng)本院倫理委員會通過，臨床收集23例在本院進(jìn)行手術(shù)或確認(rèn)肝臟疾病的患者，男19例，女4例，年齡34～76歲，平均53.5±12.8歲，病灶共有28個，納入本研究。

2.掃描方案及參數(shù)

采用聯(lián)影uMR 680 1.5T超導(dǎo)磁共振，患者檢查前禁食6h，采用12通道體部線圈和32通道脊柱線圈，三平面定位后，常規(guī)T1WI后行三種自由呼吸門控方式 (FT、NT和BT)的T2WI 、DWI掃描(b=50，800 s/mm2)，掃描參數(shù)見表1。在掃描前將呼吸綁帶固定在患者腹部，受檢者仰臥，雙臂下垂放于身體兩側(cè)，要求患者掃描過程中盡量保持呼吸幅度及呼吸頻率均勻。

表1 三種自由呼吸門控技術(shù)的成像參數(shù)

3.圖像分析

所有圖像由2名診斷經(jīng)驗(yàn)分別為5年、10年的腹部影像醫(yī)師盲法記錄、測量并評分。

圖像質(zhì)量分析：評分包括四項(xiàng)(總體圖像質(zhì)量、模糊、運(yùn)動偽影和肝臟邊緣清晰度)采用4級Likert量表評分：①總體圖像質(zhì)量(1分=不能診斷；2分=一般；3分=好；4分=優(yōu)秀)；②模糊(1分=模糊，不能診斷；2分=明顯模糊；3分=輕度模糊；4分=沒有或少量模糊)；③運(yùn)動偽影(1分=重度運(yùn)動偽影，無法診斷；2分=中度運(yùn)動偽影，能夠診斷；3分=輕度運(yùn)動偽影，不影響診斷；4分=無偽影)；④肝臟邊緣清晰度(1分=邊緣模糊，無法診斷；2分=邊緣明顯模糊；3分=邊緣輕度模糊；4分=邊緣銳利)。

定量分析：在肝臟右葉、病灶區(qū)域、背景區(qū)繪制感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，ROI盡量包括全部病灶，避開血管和偽影，測量并記錄肝實(shí)質(zhì)、病灶的信號強(qiáng)度(signal intensity，SI)，背景信號標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)，計算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和對比度噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)。在DWI ADC圖中以上述同樣方法繪制ROI，記錄肝實(shí)質(zhì)、病灶A(yù)DC值。公式如下：

(1)

(2)

(3)

4.統(tǒng)計分析

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量

在T2WI中，NT總體圖像質(zhì)量評分最高，為3.87±0.34，其次是FT、BT(P=0.013)。細(xì)節(jié)包括模糊、運(yùn)動偽影和肝臟邊緣清晰度三個方面，三者有一些微小的差異，NT總體表現(xiàn)好，偽影少(圖1)；NT的掃描時間明顯最長(N=23，P<0.001)，F(xiàn)T和BT間差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 三種自由呼吸門控技術(shù)的T2WI圖像，A、B患者都伴有不同程度的呼吸不規(guī)則和急促，NT表現(xiàn)穩(wěn)定，總體質(zhì)量最好。

在DWI中，三者的總體圖像質(zhì)量方面差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.999)；在運(yùn)動偽影方面，NT略優(yōu)于FT(P=0.046)和BT(P=0.025)；三者掃描時間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表2。

表2 三種自由呼吸門控技術(shù)的圖像質(zhì)量比較

內(nèi)部觀測者的一致性非常好， ICC>0.90。

2.定量分析

在T2WI中，三者的SNR肝差異無統(tǒng)計學(xué)意義；FT和NT有同樣較高的SNR病灶(P>0.05)，而且NT的SNR病灶高于BT(P=0.02)。

在DWIb50中，F(xiàn)T的SNR肝稍高；值得注意的是FT的SNR病灶(705.13±434.80)高于BT(651.83±401.16，N=28，P=0.027)和NT(639.41±407.98，N=28，P=0.002)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(圖2)；三者在DWIb800中，肝實(shí)質(zhì)和病灶的SNR差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表3。

圖2 肝惡性腫瘤術(shù)后患者，多發(fā)存活灶，三種自由呼吸門控技術(shù)的T2WI和DWI圖像，F(xiàn)T在DWIb50中SNR病灶較高(箭)。

表3 三種自由呼吸門控技術(shù)的SNR比較

T2WI中，F(xiàn)T和NT的CNR相似，均高于BT(P<0.05)。在DWIb50中，F(xiàn)T的CNR高于BT(P=0.017)和NT(P=0.021)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；三者在DWIb800中差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表4。三者的ADC值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表5。

表4 三種自由呼吸門控技術(shù)的CNR比較

表5 三種自由呼吸門控技術(shù)的ADC值比較 (μm2/s)

討 論

腹部磁共振檢查應(yīng)用廣泛，但因生理構(gòu)造難免會受到呼吸、胃腸蠕動甚至心跳等運(yùn)動偽影的影響，膈肌導(dǎo)航觸發(fā)技術(shù)(NT)和呼吸門控觸發(fā)技術(shù)(BT)都是比較常用的減少偽影技術(shù)[6]。近年來隨著電子工程向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的不斷拓展，出現(xiàn)了一種非接觸式的監(jiān)控裝置——調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)觸發(fā)技術(shù)(FT)。不同的技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，對腹部磁共振來說，診斷精準(zhǔn)和檢查高效一直是我們追求的目標(biāo)，本研究正是基于此目的而進(jìn)行的。

在圖像質(zhì)量方面，本研究顯示NT-T2WI最好，但掃描時間最長，F(xiàn)T與BT相近。Kim等[10]報道了臨床上NT-T2WI的圖像質(zhì)量略優(yōu)于BT-T2WI，Lee等[11]發(fā)現(xiàn)NT的圖像銳利度顯著高于BT，本研究結(jié)果也證實(shí)了這點(diǎn)。可能的原因是NT根據(jù)膈肌運(yùn)動觸發(fā)，而 BT是根據(jù)患者的胸壁運(yùn)動觸發(fā)，前者的精確性優(yōu)于后者。近期已有研究報道[9]在健康志愿者中比較了FT-T2-FSE和BT-T2-FSE，兩者的圖像質(zhì)量相同，本研究結(jié)果也印證了這一點(diǎn)。

從本研究的定量分析結(jié)果來看，無論是在T2WI還是DWI中，三者的SNR肝沒有顯著差異；在T2WI中，NT的SNR病灶略高于BT，這也可以部分解釋了NT圖像質(zhì)量最高的原因。但也有這方面不一致的研究報告，Kim等[12]報告了SNR肝和SNR病灶在T2WI中，BT顯著高于NT，而Lee等[11]發(fā)現(xiàn)了前者低于后者，同時兩者的CNR無顯著差異。眾所周知，激勵次數(shù)的增加會提高SNR，而回波鏈長度的增加會降低SNR，同時有可能降低CNR。在Kim等[12]研究中，BT的激勵次數(shù)是NT的2倍，而Lee等[11]的激勵次數(shù)盡管相同，但BT的回波鏈長度增加了44%，二者矛盾的結(jié)果可能是不同的掃描參數(shù)造成的。

DWI是一種常規(guī)檢測肝占位病變及鑒別診斷的磁共振功能性成像技術(shù)，它能提供評價腫瘤有用的定量和定性信息[13-14]。本研究顯示FT在DWIb50中，SNR病灶、CNR高于NT和BT。筆者分析認(rèn)為是由于FT的SNR病灶在三者中顯著最高的結(jié)果。另外本研究顯示，在DWIb50和DWIb800中，NT和BT的SNR肝、SNR病灶、CNR沒有差異。之前有報道稱在相同的掃描參數(shù)下，BT-DWI和NT-DWI的CNR無差異，對病灶檢測的敏感性無差異[15-16]，本研究結(jié)果證實(shí)了這點(diǎn)。更高的SNR、CNR有利于病灶的檢出，關(guān)于這方面的診斷效能還有待于進(jìn)一步的研究。

有報道認(rèn)為呼吸方式的選擇對ADC值有很大的影響，比如屏氣掃描和自由呼吸掃描有很大的不同[3]，然而不同自由呼吸門控技術(shù)所獲得的ADC值是相似的，本研究的結(jié)果也是如此，F(xiàn)T、NT和BT的ADC值沒有顯著差異。

磁共振檢查時間比較長，因素包括很多，如檢查前準(zhǔn)備、勻場、序列掃描時間長、運(yùn)動偽影造成重復(fù)掃描等。近期國家衛(wèi)生健康委制定并印發(fā)了《醫(yī)療機(jī)構(gòu)門診質(zhì)量管理暫行規(guī)定》十七條[17]指出，醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)提高醫(yī)技科室工作效率，縮短檢驗(yàn)、內(nèi)鏡、超聲、CT、核磁等檢查的預(yù)約等候時間。可見提高檢查效率，又好又快地完成檢查，是臨床比較迫切的的需求。

BT需要將呼吸綁帶固定在患者身上，通常會減慢工作流程并影響患者的舒適度，尤其是有手術(shù)傷口和呼吸系統(tǒng)疾病的患者。NT與BT相比，可以獲得更精確的生理信息，不需要外加裝置，但需要事先設(shè)置導(dǎo)航條的位置，其觸發(fā)的精確性和時間依靠導(dǎo)航窗內(nèi)數(shù)據(jù)在固定位置的獲取，極少數(shù)的淺呼吸和肝臟的低信號會帶來時間的延長，甚至失敗的可能[18]。本研究中FT是調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)與磁共振機(jī)相融合，不需要任何額外的準(zhǔn)備和接觸，即時監(jiān)控患者的生理信息，通過實(shí)時反饋，還可以及時調(diào)整序列，是能夠提高工作效率的。

本研究的不足：一是為單中心小樣本研究，由同一操作者采集有可能帶來統(tǒng)計上的偏倚；二是研究在1.5T上進(jìn)行，沒有在3.0T磁共振上進(jìn)行；三是未進(jìn)行病灶檢出方面的研究及分層比較等，有待于進(jìn)步一步的研究證實(shí)。

綜上所述，在肝臟MR成像中，三種自由呼吸門控技術(shù)都可以降低運(yùn)動偽影，提高圖像質(zhì)量。但從圖像質(zhì)量和檢查效率相結(jié)合來看，筆者認(rèn)為調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)觸發(fā)技術(shù)在DWIb50中有較高的SNR病灶和CNR，以及非接觸式和實(shí)時觀測患者的優(yōu)點(diǎn)，可替代呼吸門控技術(shù)，具有更為廣泛的臨床應(yīng)用前景；膈肌導(dǎo)航觸發(fā)技術(shù)在T2WI中圖像質(zhì)量最好，但掃描時間最長，較適用于呼吸不穩(wěn)定的患者。