艾竹， 鐘桂棉， 梁健科， 梁倩雯， 向之明

·國家自然科學(xué)基金專欄·

肝臟多b值擴(kuò)散心率因素的評價

艾竹， 鐘桂棉， 梁健科， 梁倩雯， 向之明

目的評價心電門控技術(shù)心率因素對肝臟體素內(nèi)不相干運(yùn)動成像(IVIM)圖像質(zhì)量及參數(shù)值的影響。方法選取20名接受心電門控IVIM-DWI序列掃描的志愿者，設(shè)定6個b值(范圍0，50，100，150，300，600s/mm2)，按受檢者心率分為2組，每組10例，實驗組受檢者心率≤70次/分，對照組受檢者心率≥80次/分。由兩名從事腹部MR影像診斷5年以上的高年資醫(yī)師對所得MR圖像進(jìn)行分析，測量并分析圖像SNR、ADC、IVIM各參數(shù)值，并對IVIM-DWI圖像質(zhì)量進(jìn)行評價。結(jié)果實驗組所得圖像偽影最少，解剖結(jié)構(gòu)清晰，圖像質(zhì)量較高，不同b值時實驗組SNR值均大于對照組，兩組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。兩組ADC、D、D*、f值中，僅肝左葉的ADC值[實驗組(1.432±0.299)×10-3mm2/s；對照組(1.945±0.543)×10-3mm2/s]和D值[實驗組(1.372±0.378)×10-3mm2/s；對照組(1.617±0.361)×10-3mm2/s]在兩組間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P值分別為0.000、0.013)。結(jié)論肝臟IVIM心電門控成像技術(shù)具有重要的臨床價值，低心率心電門控IVIM-DWI成像可得到較好的圖像質(zhì)量和穩(wěn)定可靠的參數(shù)值。

肝臟； 磁共振成像； 心率

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging， DWI)是通過MRI觀測生物體內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動反映病理及生理信息的唯一無創(chuàng)性成像方法[1]，通過表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coeficient，ADC)可反映其水分子擴(kuò)散情況，但由于受到毛細(xì)血管網(wǎng)血流灌注效應(yīng)的影響，因此有一定的局限性。Le Bihan等[1]在1986年第1次提出了體素內(nèi)不相干運(yùn)動成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)的概念，IVIM-DWI不僅可以評估組織中水分子擴(kuò)散情況，還可以反映組織灌注的情況，即通過特殊的擴(kuò)散加權(quán)成像序列在體素水平分離出“擴(kuò)散”和“灌注”這兩種因素[2-3]。近年來IVIM在肝臟的應(yīng)用日益受到關(guān)注，然而由于肝臟毗鄰心臟，受到心臟搏動影響較大，盡管一些快速成像技術(shù)的運(yùn)用減弱了運(yùn)動偽影，但圖像質(zhì)量仍然不理想，相應(yīng)成像參數(shù)值不穩(wěn)定。目前有學(xué)者研究認(rèn)為在肝臟掃描過程中采用心電門控技術(shù)可以降低心臟運(yùn)動對肝臟DWI的影響[4-5]，強(qiáng)調(diào)在舒張期進(jìn)行信號采集，可獲得較好的圖像質(zhì)量及可重復(fù)性好的ADC值，但對于心電門控中心率變化對信號采集影響的量化研究少有報道。本研究通過對志愿者不同的心率變化進(jìn)行對比研究，評估圖像質(zhì)量并分析信號噪聲比(SNR)、表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)及純擴(kuò)散系數(shù)值(D)、假擴(kuò)散系數(shù)值(D*)、灌注分?jǐn)?shù)(f)等值，探討心率因素對肝臟心電門控IVIM-DWI圖像質(zhì)量的影響。

材料與方法

1.臨床資料

本研究獲得廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有志愿者檢查前均已簽署知情同意書。選擇2016年5-8月共45名志愿者，每位志愿者簽署知情同意書后行腹部IVIM-DWI檢查。按照實驗納入標(biāo)準(zhǔn)及排除標(biāo)準(zhǔn)，最終20例受檢者納入研究。本研究納入標(biāo)準(zhǔn)包括：①無任何肝臟疾病病史，實驗室各項指標(biāo)正常；②半年內(nèi)未服用損害肝臟功能藥物病史；③無肝臟手術(shù)史。排除標(biāo)準(zhǔn)包括：①體內(nèi)金屬植入、幽閉恐懼癥、心臟起搏器植入等核磁共振檢查禁忌癥者；②近期服用藥物者；③掃描過程中情緒緊張，不能耐受長時間檢查，不能配合完成檢查者；④圖像偽影明顯，嚴(yán)重影響圖像分析者。掃描時對受檢者進(jìn)行心電監(jiān)控，并按照掃描過程中的平均心率分組，平均心率≤70次/分的志愿者納入實驗組，平均心率≥80次/分的志愿者納入對照組。實驗組男8例，女2例，年齡在19～36歲之間，平均年齡(24.00±4.27)歲；對照組男7例，女3例，年齡在20～29歲之間，平均年齡(23.50±2.33)歲。兩組性別、年齡差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

2.檢查方法

應(yīng)用西門子Avanto超導(dǎo)體1.5T磁共振成像儀(Magnetom Avanto;Siemens Medical Solutions,Erlangen,Germany)，使用十二通道脊柱線圈及六通道體線圈。系統(tǒng)使用Siemens，Syngo B17系統(tǒng)。檢查前空腹4～6 h，測量志愿者平靜心率，對志愿者進(jìn)行掃描前的呼吸訓(xùn)練，交代掃描注意事項，囑其盡量放松，平靜呼吸時盡量保持呼吸幅度及頻率的一致。所有志愿者在胸骨左側(cè)第3、5肋間隙及心尖搏動處粘貼MRI專用心電門控?zé)o磁電極片監(jiān)測心率。掃描過程中全程觀測心電門控監(jiān)控，待到心率穩(wěn)定于某一水平時，行以下掃描序列進(jìn)行全肝掃描，包括：心臟電影成像序列：掃描參TE 1.28 ms，TR 45.9 ms，視野340 mm×276 mm，層厚6 mm，AVERAGE 1，掃描時間15 s。心電門控IVIM-DWI序列：掃描參數(shù)為TE 74 ms，TR 330 ms，矩陣128 mm×128 mm，視野400 mm×262 mm，層厚5 mm，層間距1.6 mm，AVERAGE 2，Concatenations 7，選取6個b值(b=0,50,100,150,300,600 s/mm2)，ECG-DELAY時間根據(jù)不同志愿者四腔心臟電影成像所得圖像選定的心臟相對靜止期確定，總的掃描時間為(861±85.8) s。

3.圖像分析

掃描結(jié)束后，將所有志愿者的圖像導(dǎo)入到后處理系統(tǒng)中。圖像質(zhì)量有2名具有5年以上肝臟DWI診斷經(jīng)驗的腹部影像醫(yī)師共同評分并取得一致意見：滿意，圖像無明顯偽影，組織結(jié)構(gòu)清晰可辨；較滿意，圖像相對較少偽影，組織結(jié)構(gòu)或病灶有模糊影；差，圖像相對較多偽影，病灶顯示欠清，無法用于診斷。

使用Image J(National Institutes of Health,Bethesda,Md)軟件，分別測量兩組序列所得圖像中不同b值肝臟及背景信號強(qiáng)度，同層面肝實質(zhì)與背景噪聲分別放置3個100 mm2的圓形ROI取平均，根據(jù)公式SNR=SI肝/SD背景計算各b值圖像的SNR值。選取肝臟連續(xù)3層放置ROI，肝左、右葉各放置3個100 mm2的圓形ROI，需距離肝表1 cm的均勻肝實質(zhì)范圍內(nèi)，避開肉眼可見的血管或膽管，共各取9個ROI的ADC平均值代表左、右肝的ADC值。使用軟件MITK-DI生成IVIM參數(shù)圖(f、D和D*圖)，通過雙指數(shù)模型，根據(jù)公式[6]Sb/S0=(1-f)exp(-bD)+fexp[-b(D+D*)]，S=體素內(nèi)信號強(qiáng)度，b值為擴(kuò)散敏感因子，分別擬合f值、D值及D*值。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量評價

經(jīng)過兩名具有5年以上肝臟DWI診斷經(jīng)驗的腹部影像醫(yī)師共同評分并取得一致意見，實驗組的圖像質(zhì)量(Z=-2.599，P=0.009)優(yōu)于對照組，兩者間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(表1，圖1、2)。

表1 兩組間圖像質(zhì)量的比較

圖1 男，24歲，心率92次/分。a～f) 分別對應(yīng)b值為0,50,100,150,300,600s/mm2時的圖像。

2.兩組SNR值比較

實驗組SNR值明顯大于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。兩組間SNR值均隨b值的增大呈逐漸下降的趨勢，b值越大，SNR值越小，圖像質(zhì)量越差(表2，圖3)。

表2 兩組SNR值比較

注：P<0.05時，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3.兩組ADC值比較

兩組間左肝的ADC值均明顯大于右肝。實驗組左肝的平均ADC值明顯小于對照組(t=2.617，P<0.05)，兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義；實驗組右肝的平均ADC值雖小于對照組(t=1.711，P=0.104)，但兩者間無統(tǒng)計學(xué)意義(表3、圖4)。

表3 兩組ADC值比較

注：ADC值的單位為×10-3mm2/s。P<0.05時，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

4.兩組D、D* 、f值比較

實驗組肝左葉D值(1.372±0.378)明顯小于對照組(1.617±0.361)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。實驗組右肝D值小于對照組，但兩者間差異不大，無統(tǒng)計學(xué)意義(t=0.278，P=0.782)。D*及f值在兩組間無明顯差異(表4、圖5)。

表4 兩組IVIM各參數(shù)值比較

注：D、D*值的單位為×10-3mm2/s，f值的單位為%。P<0.05時，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

討 論

近年來，隨著磁共振成像各種軟硬件技術(shù)的提高及應(yīng)用，DWI在肝臟得到廣泛應(yīng)用。肝臟IVIM-DWI在肝臟微小病變的檢出、肝臟良惡性病變的鑒別、腫瘤治療后療效評價及組織特征定性方面具有較高的臨床應(yīng)用價值[7-10]。但肝臟IVIM成像易受心臟搏動影響，如何克服心臟搏動影響保證IVIM相關(guān)參數(shù)穩(wěn)定可靠日益受到關(guān)注。研究表明[4]心電門控技術(shù)可以降低心臟運(yùn)動對肝臟DWI成像的影響。肝臟IVIM-DWI要求多b值成像，加之本研究使用心電門控技術(shù)，數(shù)據(jù)采集時間延長，易受生理運(yùn)動等影響。因此，本次研究共設(shè)置了6個b值，范圍在0～600 s/mm2之間。本研究結(jié)果表明，采用心電門控技術(shù)可以減少心臟搏動偽影對圖像的影響，肝臟IVIM-DWI采用心電門控技術(shù)是可行的，所得圖像可以更好地滿足臨床診斷需求。

本研究中，如何通過觀察冠狀動脈的形態(tài)來確定心臟相對靜止期，以此來決定心電門控掃描時的延遲時間，是做好IVIM心電門控成像技術(shù)的前提，而其中心率的變化是關(guān)鍵。好的圖像質(zhì)量有利于清晰觀察冠狀動脈的變化，以此確保心電門控時延遲時間的準(zhǔn)確。心臟形態(tài)、血管變異與否等因素均會影響冠狀動脈成像質(zhì)量，其中很重要的一個因素是心率，心臟運(yùn)動過快，舒張期縮短時間相對于收縮期來說更明顯，最佳成像時間窗也會縮短。當(dāng)針對高心率、心律不齊、或者心率失?；颊哌M(jìn)行檢查時，難以保證冠狀動脈的成像質(zhì)量。有文獻(xiàn)表明[11-13]，當(dāng)心率高于80次/分，時相采集已經(jīng)從心臟舒張期轉(zhuǎn)變?yōu)樾呐K收縮期，且心率基于55.2次/分時每增加1 bpm，相關(guān)圖像質(zhì)量評分將有所下降，心率≤70次/分與≥80次/分時，兩組間的圖像質(zhì)量有顯著差異。因此，我們按心率≤70次/分或≥80次/分將志愿者分為實驗組和對照組進(jìn)行研究。本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)心率在70次/分以下時，所得圖像質(zhì)量好于心率80次/分以上的圖像質(zhì)量(Z=-2.599，P=0.009)，尤其心率在60～70次/分時，所得圖像質(zhì)量最好。當(dāng)心率≤70次/分時，心臟運(yùn)動相對緩慢，舒張期時間延長，冠狀動脈相對靜止期較長，此時成像質(zhì)量較穩(wěn)定，有利于掃描者更好的觀察冠脈形態(tài)變化，保證心電門控延遲掃描時間的準(zhǔn)確性，使得MR掃描時每次信號采集最大限度的落在心臟舒張中末期，從而獲得較高質(zhì)量的IVIM-DWI圖像。因本次研究主要為健康志愿者，在掃描過程中對心率不采取任何干擾措施，主要通過掃描前培訓(xùn)使受檢者心態(tài)平和，呼吸平穩(wěn)，以此來穩(wěn)定心率。本研究發(fā)現(xiàn)，心電門控序列的掃描時間較長，為(861±85.8) s，明顯長于自由呼吸序列的掃描時間196 s，兩者間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。過長的采樣掃描易使受檢者情緒焦慮，心情煩躁，造成心率的波動，這可能是導(dǎo)致圖像質(zhì)量欠佳，甚至檢查失敗的原因之一。因此，心電門控技術(shù)在應(yīng)用于臨床時，對于心功能較好，無禁忌癥的患者，建議預(yù)先服用控制心率的藥物以保證檢查的順利進(jìn)行。我們的經(jīng)驗及結(jié)果表明，肝臟IVIM-DWI心電門控成像技術(shù)檢查前，控制心率是非常必要的。

圖2 女，19歲，心率68次/分。a～f) 分別對應(yīng)b值為0,50,100,150,300,600s/mm2時的圖像。

圖3 兩組在不同b值條件下的SNR值大小變化趨勢圖。測量結(jié)果表明不同b值時實驗組的SNR值均大于對照組，且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。 圖4 肝左、右葉在不同心率分組下的ADC(×10-3mm2/s)值大小變化趨勢圖。測量結(jié)果表明實驗組肝左葉的ADC值小于對照組，且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

圖5 肝左、右葉在不同心率分組下f(%)、D(×10-3mm2/s)、D*(×10-3mm2/s)值大小變化趨勢圖。測量結(jié)果表明肝左葉測量值普遍大于肝右葉，實驗組肝左葉D值大于對照組，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，D*及f值在兩組間無明顯差異(P>0.05)。

本研究結(jié)果顯示，肝臟IVIM同一條件下測量所得的ADC值高于D值，其中肝右葉的ADC值較肝左葉小，而D值較肝左葉大，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。實驗組肝左葉的ADC值及D值均小于對照組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，而D*、f值間兩者差異不明顯。筆者認(rèn)為心率≤70次/分時，圖像質(zhì)量較好，偽影較少，測量所得參數(shù)值相對準(zhǔn)確，由于心臟運(yùn)動會影響肝左、右葉，尤其是對肝左葉的影響，雖然掃描時采用了心電門控以減少心臟搏動對肝臟成像的影響，但考慮到肝左葉距離心臟位置很近，盡管心電門控在心臟相對靜止期進(jìn)行信號采集，很難完全消除心臟對肝左葉的影響，肝左葉組織失相位會導(dǎo)致測量值誤差。本研究結(jié)果與Filipe等[14]、Kwee等[4]的結(jié)果一致。IVIM雙指數(shù)模型能反映水分子擴(kuò)散和微循環(huán)灌注情況，相比于DWI單指數(shù)模型所測量的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)，可更好的反映活體組織DWI[15]。假設(shè)組織內(nèi)僅存在水分子的擴(kuò)散運(yùn)動，測量所得ADC值應(yīng)與真性擴(kuò)散系數(shù)D值相同，研究發(fā)現(xiàn)在體測量得到的ADC值一般偏高，這是因為ADC值易受到分子的擴(kuò)散運(yùn)動和微循環(huán)灌注的影響導(dǎo)致。我們的研究結(jié)果也證實了這一點，同一條件下測量所得ADC值顯著高于D值。本研究中兩組間肝左、右葉的D*與f值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，分析原因可能是因為本次研究所納入的多為健康志愿者，樣本量較小，且D*、f值一般對腫瘤灌注更敏感，所以在健康者中并無太大可比性。但無論是實驗組還是對照組，其肝左葉與肝右葉相比，D、D*和f值間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，肝左葉參數(shù)值普遍高于肝右葉，說明心臟運(yùn)動對左葉的影響大于右葉。

當(dāng)然，我們的研究也存在一定局限性。首先，ROI的測量存在測量者的選擇主觀性，對本次研究結(jié)論可能存在一定的影響；其次，本研究主要以青年健康志愿為主，在對肝臟病變進(jìn)行研究時，結(jié)果可能存在差距，需在臨床上進(jìn)一步驗證。

總之，本研究認(rèn)為，肝臟IVIM-DWI成像時采用心電門控技術(shù)具有重要的臨床價值，如能將心率控制在70次/分以下，尤其在60～70次/分之間，IVIM成像可獲得較好的圖像質(zhì)量及相對穩(wěn)定可靠的參數(shù)值。

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Effectsofheartrateonimagequalityofliverintravoxelincoherentmotiondiffusion-weightedimagingwithECG-gatingtechnology

AI Zu，ZHONG Gui-mian，LIANG Jian-ke，et al.

Department of Radiology，Panyu Center Hospital of Guangzhou，Guangzhou University of Traditional Chinese Medicine，Guangzhou 511400，China

Objective:To investigate the effects of heart rate on image quality of liver intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging (IVIM-DWI) with ECG-gating technology.Methods20 volunteers underwent ECG-gating IVIM-DWI with 6 different b-values (0～600s/mm2) at a 1.5T MR scanner and were divided into 2 groups according to the heart rate,and each group had 10 volunteers.The heart rate of the study group subjects was 70 beats per minute or less and of the control group subjects was 80 beats per minute or more.The MR images were analyzed by two senior doctors who were engaged in abdominal MR imaging diagnosis for more than 5 years.The parameters of the images SNR,ADC and IVIM were measured and analyzed,and the IVIM-DWI image quality was evaluated.ResultsIn the study group,the image artifacts were the least and the anatomical structure was clear.The image quality of study group was higher than that of the control group,and the SNR of the study group was higher than that of the control group at different b values.The difference between the two groups was statistically significant (P<0.05).In the ADC,D,D*and f values of the two groups,significant inter-group difference was observed only in ADC [study group:(1.432±0.299)×10-3mm2/s;control group:(1.945±0.543)×10-3mm2/s] and D [study group:(1.372±0.378)×10-3mm2/s;the control group:(1.617±0.361)×10-3mm2/s] (P=0.000、0.013,respectively).ConclusionThe better image quality of IVIM-3DWI can be obtained when controlling the heart rate less than 70 beats per minute during liver intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging (IVIM-DWI) with ECG-gating.

Liver; Magentic resonance imaging; Heart rate

R575; R445.2; R331.31

A

1000-0313(2017)10-1008-05

2016-11-03

2017-01-03)

510006 廣州，廣州中醫(yī)藥大學(xué)(艾竹)；511400 廣州，廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院放射診斷部(艾竹、鐘桂棉、梁健科、向之明) ；510510 廣州，廣東三九腦科醫(yī)院(梁倩雯)

艾竹(1990-)，女，湖北當(dāng)陽人，碩士研究生，主要從事CT和MR診斷工作。

向之明，E-mail:xzmgz@126.com

國家自然科學(xué)基金(81671853)；廣東省自然科學(xué)基金(2015A030313753)；廣州市科學(xué)研究專項(201510010002)；廣州市番禺區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生重點學(xué)科項目(2017-Z04-12)、科技計劃項目(2014-Z03-24)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.10.003