邢棟，查云飛，2*，劉芳，李亮，龔威，胡磊，林苑，陸雪松，劉昌盛

基于體素內(nèi)不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像理論的雙指數(shù)模型可同時評價組織的擴散系數(shù)及組織微血管灌注信息[1]，在臨床、科研上的價值也越來越受到大家的關(guān)注，其在脊柱骨髓方面的應用也有了一定的探索[2-6]。IVIM 擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)技術(shù)由一組不同b值的DWI序列構(gòu)成，常規(guī)IVIM即全視野(full field of vision，fFOV)IVIM的基礎(chǔ)序列是單次激發(fā)平面回波成像(single-shot spin echo-planar imaging，SS-EPI)序列[7-8]，容易受到磁敏感偽影、搏動偽影等因素的影響，導致圖像質(zhì)量的降低，甚至引起嚴重的形變[9-13]。相較于常規(guī)fFOV SS-EPI DWI序列，小視野(reduced fi eld of vision，rFOV) DWI技術(shù)在脊椎成像上對圖像質(zhì)量的提升已經(jīng)獲得證實[9,14-17]，但rFOV IVIM在脊柱骨髓成像的應用尚未見報道。本文將就全視野及小視野IVIM脊柱骨髓成像的圖像質(zhì)量進行對比，并研究兩者間IVIM參數(shù)的不同。

1 材料與方法

1.1 研究對象

2016年9月至12月共招募健康志愿者26名，其中男12人，女14人，年齡為24～60歲，平均(41.12±14.96)歲。受檢者經(jīng)臨床及影像學檢查排除腰椎嚴重退變、急慢性外傷、畸形、腫瘤、血液病及其他系統(tǒng)性疾病，無糖尿病及雌激素替代治療病史。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準，所有受檢者均在簽署知情同意書后進行本項臨床研究。

1.2 影像設(shè)備及掃描技術(shù)

采用3.0 T超導MR機(Discovery 750+，GE Medical Systems)，全脊柱相控陣線圈進行檢查。先行腰椎常規(guī)MRI檢查，包括矢狀位FRFSE T2WI(TR=2140 ms，TE=120 ms，ETL=25)、T1-FLAIR序列(TR=2000 ms，TE=8.4/Ef，TI=1080 ms，ETL=8)，層厚4 mm，層間距0.5 mm， FOV=320 mm×320 mm。然后行腰椎矢狀位fFOV及rFOV IVIM序列檢查。fFOV IVIM參數(shù)為：TR 2000 ms，TE mini，層厚4 mm，層間隔0.5 mm，F(xiàn)OV=320 mm×320 mm，矩陣128×128，選用的b值及相應激勵次數(shù)(NEX)分別為：b=0 s/mm2、15 s/mm2、30 s/mm2、50 s/mm2、70 s/mm2、100 s/mm2、300 s/mm2、500 s/mm2、800 s/mm2，NEX=1、4、4、4、4、1、2、2、6。rFOV IVIM的激勵方式選擇Focus，F(xiàn)OV調(diào)整為320 mm×128 mm，其他參數(shù)與fFOV IVIM一致。

1.3 IVIM圖像后處理及圖像質(zhì)量評估

IVIM圖像后處理及圖像質(zhì)量評估由兩位分別有5年及8年MRI診斷經(jīng)驗的放射科診斷醫(yī)生獨立進行，并隱藏受試者臨床及掃描序列信息。

1.3.1 rFOV及fFOV IVIM參數(shù)測量

掃描獲得的腰椎矢狀位rFOV及fFOV IVIM圖像應用GE AW4.6工作站的Functool軟件進行后處理(見圖1)。取正中矢狀位，每個腰椎體置1個感興趣區(qū)(region of interest，ROI)位于椎體中央，ROI大小平均為(503.49±107.43) mm2，并避開腹腔大血管、腦脊液、腰大肌等椎體周圍組織。記錄由軟件自動生成ROI相應的脊柱骨髓表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coef fi cient，ADC)fast、ADCslow及f值，每個椎體重復測量3次，將參數(shù)的平均值作為最終的取值。

1.3.2 IVIM圖像質(zhì)量的主觀評價

在腰椎正中層面，采用五分量表法對rFOV及fFOV IVIM的9個不同b值的DWI圖像評分(見圖2)。1分不能用于診斷，2分圖像質(zhì)量差，3分圖像質(zhì)量可接受，4分圖像質(zhì)量好，5分圖像質(zhì)量優(yōu)秀。

1.3.3 IVIM形變率的計算

取腰椎正中層面，分別在T2WI、rFOV及fFOV IVIM圖像上，測量每個受試者L3椎體[16]的面積、上下徑及前后徑，并利用公式R=|MIVIMMT2WI|/MT2WI計算rFOV及fFOV IVIM DWI圖像的形變率(R)，MIVIM及MT2WI分別代表L3椎體在IVIM及T2WI上的測量值(面積、上下徑及前后徑)。每次測量重復3次，取平均值。

圖1 腰椎骨髓rFOV及fFOV IVIM成像 圖 2 不同b值的腰椎骨髓rFOV (A～I)及fFOV (J～R) IVIM DWI原始圖像。較rFOV IVIM原始DWI圖像，fFOV DWI圖像模糊、形變明顯，且b值高時更顯著Fig.1 Full FOV and reduced-FOV IVIM diffusion-weighted imaging of lumbar bone marrow. Fig.2 Raw lumbar bone marrow diffusion-weighted imaging of rFOV (A—I) and fFOV (J—R) with different b value. Compared to rFOV DWI, the fFOV DW images are blurring and have image distortion,especially with higher b value.

1.4 統(tǒng)計學分析

統(tǒng)計學分析用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件，測量所有數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示。首先，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)評估2名觀察者測量rFOV及fFOV IVIM參數(shù)及形變率的一致性，對圖像質(zhì)量主觀評分的一致性分析選用Kappa一致性檢驗。然后對兩名觀察者測得的對應數(shù)據(jù)取均值，以做進一步統(tǒng)計分析。最后，rFOV及fFOV IVIM間參數(shù)、圖像質(zhì)量主觀評分及形變率的比較根據(jù)正態(tài)分布情況選擇配對t檢驗或Wilcoxon's秩和檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一致性分析

兩名觀察者得到的rFOV-IVIM的ADCslow(ICC=0.63，P＜0.01)、ADCfast(ICC=0.77，P＜0.01)、f值(ICC=0.75，P＜0.01)、面積差率(ICC=0.91，P＜0.01)、上下徑差率(ICC=0.66，P＜0.01)、前后徑差率(ICC=0.72，P＜0.01)及圖像質(zhì)量評分(κ=0.68，P＜0.01)一致性較好。對rFOV-IVIM序列而言，兩位觀察者同樣在ADCslow(ICC=0.66，P＜0.01)、ADCfast(ICC=0.61，P＜0.01)、f值(ICC=0.79，P＜0.01)、面積差率(ICC=0.90，P＜0.01)、上下徑差率(ICC=0.66，P＜0.01)、前后徑差率(ICC=0.80，P＜0.01)及圖像質(zhì)量評分(κ=0.73，P＜0.01)方面獲得良好的一致性。

2.2 rFOV及fFOV IVIM參數(shù)及圖像質(zhì)量比較

統(tǒng)計結(jié)果顯示，rFOV及fFOV IVIM間ADCfast、ADCslow及f值差異有統(tǒng)計學意義(其中兩組間ADCfast及f值的t值分別為-9.92、-17.86，兩組間ADCslow的Z=-2.20，P＜0.05)。rFOV IVIM圖像質(zhì)量評分整體較fFOV IVIM高，差異有統(tǒng)計學意義(Z=-12.76，P＜0.01)。rFOV-IVIM圖像面積、上下徑及前后徑形變率較fFOV IVIM小，其中兩組間面積形變率及前后徑形變率差異有統(tǒng)計學意義(Z=-4.27、-6.20，P＜0.01)，兩組間上下徑形變率差異無統(tǒng)計學意義(t=-0.76，P=0.620)，見表1。

表1 腰椎骨髓rFOV-IVIM及fFOV-IVIM參數(shù)及圖像質(zhì)量對比Tab.1 Comparison of IVIM parameters and image quality of the lumbar bone marrow between rFOV-IVIM and fFOV-IVIM imaging

3 討論

本研究顯示，脊柱骨髓小視野體素內(nèi)不相干運動成像是可行的，且較常規(guī)全視野IVIM成像而言，圖像質(zhì)量更高，形變較小。

IVIM技術(shù)由DWI擴展而來，通過將一組擁有不同b值的DWI圖像帶入適當?shù)碾p指數(shù)模型進行擬合，可以同時評價感興趣區(qū)的灌注及擴散信息[1]。IVIM已被廣泛應用于多種脊柱骨髓異常的評估，如多發(fā)性骨髓瘤、轉(zhuǎn)移瘤椎體骨髓浸潤、局灶性良惡性骨髓病灶鑒別，以及放療后脊柱骨髓改變等方面[3-6,17]。然而，這些研究多采用常規(guī)的全視野IVIM成像技術(shù)，即以SS-EPI DWI序列為基礎(chǔ)序列，而SS-EPI DWI序列由于讀出時間過長引起的T2*衰減及偏共振效應，容易引起圖像質(zhì)量的降低[9,11]。特別是相對于脊柱成像而言，B0及B1的不均勻性、骨-腦脊液界面造成的磁敏感偽影、硬膜外間隙脂肪的化學位移效應、以及呼吸、腦脊液搏動引起的運動偽影都會降低SS-EPI DWI圖像的質(zhì)量，甚至引起嚴重的形變偽影[9,11]。本研究顯示，脊柱骨髓全視野IVIM技術(shù)在椎體前后方向的平均形變率達15%，平均椎體面積形變率達10%，提示了其圖像質(zhì)量提升的必要性。

小視野IVIM是常規(guī)全視野IVIM的一項有效替代技術(shù)。小視野DWI技術(shù)使用2D空間選擇性回波平面視頻激勵脈沖，再加上180°重聚脈沖，減少了相位編碼方向上需要激發(fā)的FOV，減少相位編碼方向上需要采集的k空間線數(shù)量，在固定的掃描時間里提升了圖像的分辨率，并能在壓脂的同時進行多層面成像，有效減少了回波持續(xù)時間，減少了偏共振效應產(chǎn)生的各種偽影[9,14,16,18]。小視野IVIM技術(shù)已被應用于子宮、膝關(guān)節(jié)半月板及胰腺[8,19-20]等部位的IVIM成像，但尚未見小視野脊柱骨髓IVIM研究的報道，本研究首次使用小視野技術(shù)進行脊柱骨髓IVIM成像，發(fā)現(xiàn)小視野IVIM較全視野IVIM腰椎骨髓成像，在圖像評分及椎體形變率方面有了明顯的提升。

良好的圖像質(zhì)量是IVIM技術(shù)進行準確曲線擬合進而得出可信參數(shù)值的前提，但常規(guī)全視野IVIM序列圖像質(zhì)量對測得參數(shù)值準確性的威脅尚未引起廣泛關(guān)注。本試驗中全視野及小視野間腰椎骨髓IVIM參數(shù)(ADCfast、ADCslow及f)差異均存在統(tǒng)計學意義，證明了圖像質(zhì)量對脊柱骨髓IVIM參數(shù)的影響。同樣，余浩等[20]在進行周圍正常胰腺IVIM成像時發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)全視野IVIM相比，小視野IVIM可以提高胰腺圖像分辨率及圖像質(zhì)量，但兩者間僅有D*(即ADCfast)差異存在統(tǒng)計學意義，考慮原因為腰椎周圍環(huán)境更為復雜，與前后的主動脈及腦脊液關(guān)系更為密切，且矢狀位成像較橫軸位更容易受到周圍環(huán)境的干擾，導致腰椎常規(guī)IVIM形變更高，更容易出現(xiàn)IVIM參數(shù)的差異。

快速自旋回波(turbo spin echo，TSE) DWI序列也在IVIM中有了一定的應用，Hilbert等[13]用TSE DWI序列行冠狀位腎臟IVIM研究，有效克服了常規(guī)EPI IVIM圖像的形變偽影，提高了圖像質(zhì)量，但相應圖像采集時間卻明顯延長，不利于臨床推廣。本研究所采用的rFOV IVIM較fFOV IVIM圖像質(zhì)量明顯提升的同時，圖像采集時間保持不變，臨床適用性更廣。

本研究存在如下不足：(1)需進一步研究脊柱骨髓rFOV IVIM與其他傳統(tǒng)MR灌注成像(如動態(tài)對比增強)參數(shù)間的相關(guān)性，進一步證實rFOV IVIM脊柱骨髓灌注參數(shù)的可行性；(2)本試驗只納入了健康志愿者，未來需對腰椎病變rFOV IVIM參數(shù)變化做進一步探討，以擴展臨床應用價值。

總之，本試驗證明，較全視野IVIM成像而言，脊柱骨髓小視野IVIM成像擁有更好的圖像質(zhì)量，獲得的參數(shù)值可能更為準確。

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