基于兩種Dixon技術的乳腺磁共振T2WI序列圖像質量對比研究

蔣平平，陳燕清，黃濤，官曉暉，陸虹宇，鄧德茂

0 引言

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤[1]，乳腺MRI是篩查高危患者、鑒別乳腺良惡性疾病及評估乳腺癌治療效果最有效的影像學方法[2-3]。然而，乳腺富含脂肪組織，非脂肪抑制的圖像雖然具有較高的信噪比（signal-to-noise ratio, SNR），但在常規T2WI 上，大量脂肪高信號容易掩蓋炎性水腫等信號，導致病變顯示欠佳，同時，脂肪抑制圖像可以更好地區分不同的乳腺組織[4]。由于雙側乳腺組織結構特殊，主磁場（B0場）和B1場在乳腺周圍極不均勻，同時腺體周圍區域如腋窩處于線圈邊緣，圖像信噪比較低，且容易受心臟搏動偽影干擾，成像質量進一步下降[5-7]。

基于頻率選擇法的精準頻率反轉恢復（spectral attenuated inversion recovery, SPAIR）脂肪抑制技術對B1 場均勻性不敏感，但需要一個均勻的B0 場，在組織過渡區即胸壁、腋窩和皮膚區域及術后條件下極易引起磁場不均勻而造成脂肪抑制失敗甚至掩蓋病變[4]。兩點法水脂分離（Dixon）技術需要在兩個回波鏈分別采集同、反相位，同時得到同、反相位圖及水圖和脂肪圖，一次采集可比其他脂肪抑制技術獲得更多的診斷信息，且對B0 場的均勻性相對不敏感，可獲得較均勻的脂肪抑制效果，但相對較長的采集時間可能會增加患者的不適，導致產生運動偽影的風險升高[8]。既往的研究主要涉及Dixon技術與頻率選擇法或短反轉時間反轉恢復脂肪抑制技術在骨骼肌系統等運動偽影出現相對較小區域的對比，并可獲得更好的圖像質量[9-11]。也有研究者將Dixon 技術運用到位置特殊的乳腺及運動復雜的心臟，解決臨床難題，提高了診斷信心[12-14]。雙回波采集快速水脂分離（Fast Dixon）技術可與快速自旋回波（turbo spin echo, TSE）序列相結合，并在一個回波鏈同時采集同、反相位，理論上是兩點Dixon技術的改進版，可以得到更優質的圖像質量。有研究者對比頸椎MRI SPAIR、兩點Dixon 與Fast Dixon 技術的圖像質量，發現Fast Dixon 技術結合多次平均次數可以在不增加掃描時間的前提下顯著提高圖像質量及增加抑制脂肪的效率[15]。目前，乳腺T1WI序列不同脂肪抑制技術圖像質量對比及其診斷價值研究已相對成熟，這與動態對比增強序列對良、惡性腫瘤鑒別有高敏感度診斷價值有關。近來研究[16-18]顯示，水腫作為T2WI的高信號強度表現，可以彌補乳腺MRI檢出腫瘤的特異性。局灶性水腫常與惡性腫瘤有關，是影響預后的重要因素，尤其胸前水腫，有研究顯示它是炎癥性乳腺癌的特殊MRI表現[19]。因此，病變組織T2值的判斷，瘤周水腫、胸前水腫、皮下水腫及腋窩淋巴的觀察及乳腺癌準確分期等都對T2WI 序列成像質量要求進一步提高。兩點Dixon 技術可以剔除脂肪高信號對炎癥水腫觀察帶來的干擾，但呼吸及心臟運動可能會使胸壁、腋窩及皮膚等區域的顯示欠佳。因此，在乳腺MRI 檢查中，選擇一種脂肪抑制效果好且可以減輕運動偽影的脂肪抑制技術，以改善乳腺及其周圍區域的成像質量十分必要。目前，兩點Dixon 與Fast Dixon 技術在不同部位隨機應用，對比應用于乳腺的研究未見報道。本研究通過對這兩種Dixon 技術的圖像進行分析，比較兩種Dixon 技術的圖像質量，旨在為乳腺T2WI序列選擇一種最佳的脂肪抑制技術，進一步提高乳腺MRI質量。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究為回顧性研究，遵守《赫爾辛基宣言》，經廣西壯族自治區人民醫院倫理委員會批準，免除受試者知情同意，批準文號：KY-ZC-2021-56。分析2022 年6 月至2023 年3 月本院行乳腺MRI 檢查的女性乳腺疾病患者資料45例。納入標準：（1）完成乳腺MRI 檢查序列；（2）具有橫斷位Fast Dixon 與兩點Dixon T2WI 脂肪抑制序列。排除標準：（1）兩種Dixon T2WI序列不完整；（2）出現偽影影響圖像質量準確評分。因兩種Dixon T2WI序列不完整或偽影影響圖像質量準確評分排除4 例，最終納入符合標準41 例，年齡21～66（50.1±9.4）歲，術前28 例，保守治療8例，根治術5例。

1.2 儀器與檢查方法

采用德國Siemens MAGNETOM Skyra 3.0 T 磁共振掃描儀，使用18 通道乳腺專用線圈。檢查時患者頭先進俯臥位，雙側乳房自然懸垂，囑咐患者檢查過程中保持不動。掃描序列包括平掃不壓脂T1WI、擴散加權成像、動態對比增強T1WI、橫斷位Fast Dixon 與兩點Dixon 快速自旋回波T2WI，T2WI 序列掃描參數見表1。

表1 兩種序列掃描參數Tab.1 Two sequence scanning parameters

1.3 圖像質量主觀評價

由兩名工作10 年以上的放射診斷副主任、主任醫師采用盲法獨立分析圖像。采用視覺分級方法對兩組圖像總體圖像質量、脂肪抑制質量、纖維腺體組織、胸壁、腋窩、皮膚及觀察到明顯實性病灶區域由差到好進行五等級評估。脂肪抑制質量包括雙側乳腺及周圍區域脂肪抑制的均勻性（1 級，差，脂肪抑制效果不均勻，不能診斷；2 級，較差，脂肪抑制效果不均勻，影響評估；3級，一般，脂肪抑制效果較不均勻，部分影響評估；4 級，較好，脂肪抑制效果輕微不均勻，不影響評估；5 級，好，脂肪抑制效果整體均勻）；胸壁、腋窩及皮膚區域易出現心臟及胸腔積液搏動偽影、呼吸運動偽影等，從圖像運動偽影的大小對相應解剖結構的干擾來評估胸壁、腋窩及皮膚區域的圖像質量（1 級，差，運動偽影大，不能診斷；2 級，較差，運動偽影較大，影響診斷；3級，一般，運動偽影較大，勉強能診斷；4 級，較好，少量運動偽影；5 級，好，無運動偽影）；對于纖維腺體組織及觀察到的實性病灶，主要從纖維腺體組織或病灶可見性、邊緣性、內部結構細節顯示清晰度進行評估（1 級，不可見，無法診斷；2級，勉強可見，邊緣不清，內部細節顯示模糊；3 級，可見，邊緣較模糊，內部細節顯示較模糊；4 級，可見，邊緣清晰，內部細節稍模糊；5級，可見，邊緣銳利清晰，內部細節清晰顯示）。

1.4 圖像質量客觀評價

將圖像傳送到Siemens Syngo via后處理工作站，由兩名工作10年以上的副主任技師在Fast Dixon序列上選擇實性病灶顯示最大層面，沿著實性病灶邊緣手動勾畫感興趣區（region of interest, ROI），確保測量ROI在同一層面；依據病灶所在位置，應盡量保證在患側乳腺相同層面的正常實質、腋窩、后方胸肌畫圓形ROI，然后將ROI 復制到另外一個序列相同位置上。重復測量三次，取平均值，ROI應盡可能大的包括相應正常組織，勾畫時盡量避開水腫、血管、偽影明顯的區域，計算并記錄病灶、正常組織平均信號強度（signal intensity, SI）和標準差（standard deviation, SD），設定SD為噪聲值；根據測量的數據，按照公式（1）和（2）計算病灶與其他組織信噪比及病灶與正常實質的對比噪聲比（contrast-to-noise ratio, CNR）。

1.5 統計學分析

采用SPSS 26.0 軟件進行統計分析。 用Kendall'sW系數評估觀察者間主觀評分數據的一致性，采用組內相關系數（intra-class correlation coefficient, ICC）評價圖像質量客觀定量評價參數的觀察者間一致性。Kendall'sW系數及ICC 值在0～1 之間，≤0.40 表示一致性差，＞0.40～0.60 表示一致性中等，＞0.60～0.80 表示一致性較好，＞0.80 表示一致性極好。若一致性較好或極好，則計數資料用非參數檢驗進行比較；計量資料用Shapiro-Wilk 法進行正態性檢驗，符合正態分布的計量資料用xˉ±s表示，采用配對t檢驗進行比較；不符合正態分布計量資料采用M（P25，P75）表示，組間比較采用Wilcoxon 符號秩檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 主觀評價

共納入41 例女性患者，33 個實性病灶。兩名醫師主觀評分一致性較好或極好（Kendall'sW=0.773～0.928，P＜0.001）。兩種Dixon 技術均可獲得均勻一致的脂肪抑制效果；Fast Dixon 圖像在腋窩、胸壁、皮膚區域運動偽影更小（P＜0.05）；其中，兩點Dixon圖像在胸壁、腋窩區域呼吸運動及心臟的搏動偽影的干擾較大，而在皮膚區域造成的干擾較小，主要表現是皮膚邊界輕微凹凸不整（圖1、圖2）；在纖維腺體豐富區域，Fast Dixon較兩點Dixon易出現結構顯示模糊；在病灶的顯示上，均能滿足診斷要求，兩組圖像纖維腺體組織與病灶清晰度差異無統計學意義（表2，圖3）。

圖1 女，52 歲，右乳非特殊類型浸潤性癌。Fast Dixon 圖像（1A）清晰顯示腋窩淋巴結（箭）， 兩點Dixon 圖像（1B）受呼吸及胸腔積液搏動偽影干擾，無法觀察左側腋窩是否存在腫大淋巴結（箭）。Fig.1 Female, 52 years old, right breast, non-specific invasive carcinoma.Fast Dixon (1A) clearly shows axillary lymph nodes (arrow),while two-point Dixon (1B) cannot observe the presence of enlarged axillary lymph nodes (arrow) due to interference of breathing and pleural effusion pulsating artifacts.

圖2 女，64 歲，左乳非特殊類型浸潤癌。兩點Dixon 圖（2A）腺體后方胸壁結構層次顯示欠清（箭）。Fast Dixon 圖（2B）腺體后方胸壁結構顯示清晰（箭）。Fig.2 Female, 64 years old, left breast, unspecified infiltrating carcinoma.Two-point Dixon images (2A) shows a poorly defined layer of chest wall structure behind the gland (arrow).Fast Dixon images (2B) show a clearly defined layer of chest wall structure behind the gland (arrow).

圖3 女，66 歲，右乳非特殊類型浸潤性癌。Fast Dixon 圖像（3A）纖維腺體組織較兩點Dixon 圖像（3B）模糊，兩組病灶描述形態學特征是一致的。Fig.3 Female, 66-year-old, with right breast invasive carcinoma of unspecified type.The fibroglandular tissue in the Fast Dixon image (3A) is blurred compared with the two-point Dixon image (3B), and the morphological characteristics described by the two groups are consistent.

表2 兩種序列的圖像質量主觀評分比較Tab.2 Comparison of subjective scores of image quality between the two sequences

2.2 客觀評價

共評估33個實性病灶，Fast Dixon病灶、實質、胸肌、腋窩SNR 較兩點Dixon 高（P＜0.05）；兩組圖像病灶CNR差異無統計學意義（P＞0.05，表3）。兩名觀察者觀測值計算所得SNR 和CNR 具有極好的一致性（ICC=0.897～0.936，P＜0.001）。

表3 兩種序列圖像客觀評價結果比較Tab.3 Comparison of objective evaluation results of image quality between the two sequences

3 討論

本研究首次提出將Fast Dixon 與兩點Dixon 技術應用于乳腺T2WI序列，采用視覺評估及客觀評價方式對比分析它們在乳腺MRI中的圖像質量。通過比較兩種Dixon 技術的優缺點，為乳腺T2WI 序列選擇一種最佳的脂肪抑制技術，進一步提高乳腺MRI圖像質量。本研究發現，與兩點Dixon 相比，Fast Dixon 既可獲得均勻一致的脂肪抑制圖像，也具有較少的運動偽影，可以顯著改善乳腺周圍區域圖像質量，可提升乳腺T2WI序列總體圖像質量。

3.1 Fast Dixon在乳腺周圍區域的圖像質量優勢

在胸壁及腋窩區域，兩點Dixon極易出現一種特殊的搏動偽影，這主要是由心臟的運動造成，同時部分病例出現后方脊髓腔內腦脊液搏動偽影，說明患者的生理性運動或自主運動都會使圖像質量顯著降低。兩點Dixon在乳腺后方胸壁、外側方腋窩區域評分基本為3分或4分，這也說明兩點Dixon在兩個TR采集兩個TE，對運動極為敏感[20-21]。HUIJGEN等[22]的一項研究結果顯示，SPAIR 技術運動偽影略少于兩點Dixon。因此，使用兩點Dixon技術檢查，需要檢查者高度配合，同時，在掃描的過程中，如非必要不打開除乳腺專用線圈外的其他線圈，以避免其他區域偽影干擾。而Fast Dixon 技術采用雙回波采集且使用較大的采樣帶寬，極少會出現此類搏動偽影，極大地改善兩點Dixon技術由于心臟、胸腔積液等搏動偽影對胸壁、腋窩區域的觀察，這對術前乳腺癌分期及術后殘留胸壁水腫或復發的診斷具有重要意義。此外，Fast Dixon技術還可以減輕兩點Dixon技術對患者呼吸、水腫及血管搏動造成乳腺皮膚邊界出現輕微晃動的現象，此類偽影對肥胖患者尤為明顯。雙回波或多回波采集理論上可以成倍地縮短采集時間[23-24]，更利于序列結合過采樣以增加圖像的SNR，或者結合多次平均次數進一步降低對運動的敏感性。因此，盡管Fast Dixon 技術具有較大的采樣帶寬，但通過增加圖像的過采樣，可彌補信噪比的缺失。

3.2 Fast Dixon在乳腺總體圖像質量優勢

Dixon 成像的主要挑戰是由于磁場不均勻引起質子的相位誤差[25]。Fast Dixon反相位采集是在常規TSE 序列TE 時刻提前或推遲一個反相位進行采集，而傳統兩點Dixon在采集反相位前施加一個180°（或小于180°）重聚脈沖，與其相比，Fast Dixon 主磁場的均勻性無法得到及時糾正，因此，在不同TE 時刻，由于水和脂肪組織中的氫質子進動頻率存在差異，會采集到更多不同信號強度的回波信號，從而造成進一步的相位模糊。本研究發現，Fast Dixon 技術在部分纖維腺體組織豐富區域及少部分分葉較多病灶的內部，細小的結構易出現模糊現象，而兩點Dixon 技術在無運動偽影干擾的情況下，內部結構的顯示較好。在較大的解剖結構上，這類內部細節的稍模糊現象可以忽略不計甚至肉眼無法察覺，與運動偽影對診斷帶來的干擾相比，Fast Dixon 擁有更好的圖像質量。同時，兩點Dixon輕微的運動偽影也會導致圖像清晰度下降，這可能導致兩種技術間纖維腺體組織與實性病灶清晰度差異沒有統計學意義。T2WI序列對病灶的評估，主要是利用病灶相對正常實質顯現出來的高低信號對腫瘤良惡性進行判斷，也可觀察腋窩是否存在淋巴結腫大及胸壁受累的情況，更精細結構的觀察主要通過T1WI 序列[26]，稍模糊的內部結構并不影響對T2 信號的判斷。因此，Fast Dixon技術具有較少的運動偽影及更好的SNR，可提升乳腺T2WI序列總體圖像質量。

3.3 局限性與展望

本研究存在一定的局限性：（1）本研究樣本量較小，部分結果可能存在一定的偏移；（2）未進行T1WI序列的對比，乳腺T1WI主要采用三維快速梯度回波序列掃描[27]，未來我們將在其他部位進行兩者之間T1WI 的對比；（3）大部分病例未出現腋窩、胸壁的侵犯，在后續的研究中，將納入更多此類病例。

水脂分離技術可以同時獲得同相位、反相位、脂像與水像四組圖像，提供更多的診斷信息。本研究通過比較兩種Dixon技術優缺點，為乳腺或其他部位T2WI 脂肪抑制技術提供更多的選擇方式。同等條件下，與兩點Dixon相比，Fast Dixon重聚脈沖能量更小，可以降低患者的特殊吸收率（specific absorption ratio, SAR）[28]。對于矮胖型受檢者在SAR 預測過程中更容易出現超SAR 的情況，Fast Dixon可避免肥胖患者掃描過程SAR 值增加導致掃描參數改變，保證圖像質量而不過多地延長TR，這是否為對TR 要求較高的增強TSE-T1WI 脂肪抑制成像的肥胖患者提供參考，這將會納入我們今后的研究中。

4 結論

綜上所述，與兩點Dixon技術相比，Fast Dixon既可獲得均勻一致的脂肪抑制圖像，同時較少的運動偽影可以顯著的改善乳腺周圍區域圖像質量，可提升乳腺T2WI序列總體圖像質量。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：黃濤設計本研究的方案，采集數據，對稿件的重要內容進行了修改；蔣平平起草和撰寫稿件，獲取、分析并解釋本研究的數據；陳燕清、官曉暉、陸虹宇、鄧德茂獲取、分析或解釋本研究的數據，對稿件的重要內容進行了修改。蔣平平獲得了廣西壯族自治區衛生健康委員會自籌經費科研課題資助。全體作者都同意發表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負責，確保本研究的準確性和誠信。