趙香田, 黃夢(mèng)月, 朱錦霞, 車英玉, 高雪梅， 程敬亮

肝臟動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI對(duì)于肝臟局灶性病變的檢出和鑒別至關(guān)重要。目前，常規(guī)通過三維容積內(nèi)插屏氣檢查(three-dimensional volumetric interpolated breath-hold examination，BH-VIBE)進(jìn)行，具有空間分辨率及信噪比高等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。但在臨床實(shí)際工作中，多次反復(fù)屏氣導(dǎo)致患者檢查舒適性降低，而縮短屏氣時(shí)間可使圖像空間分辨率和容積覆蓋受限，且部分患者可因不能耐受或配合屏氣而導(dǎo)致圖像質(zhì)量差或無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描，如腹痛、幼兒、年老體弱、聽力喪失和昏迷等患者。因此，本研究擬采用一種新型笛卡爾采樣、額外維度VIBE(eXtra-dimensional VIBE，XD-VIBE)序列，其結(jié)合壓縮感知(compressed sensing，CS)及自門控技術(shù)，在連續(xù)采集肝臟動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的同時(shí)收集自導(dǎo)航信號(hào)，再將自導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)解析重建以降低呼吸偽影[3]，從而實(shí)現(xiàn)自由呼吸肝臟動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI；并與常規(guī)BH-VIBE的圖像質(zhì)量及對(duì)肝臟富血供病變(hypervascular liver lesions,HLLs)的檢出能力進(jìn)行對(duì)比，初步驗(yàn)證其臨床應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.一般資料

本研究為前瞻性研究。經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均于檢查前簽署知情同意書。搜集鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院2017年12月-2018年4月經(jīng)CT或超聲檢查(4周內(nèi))提示肝臟HLL且未針對(duì)病變做過任何治療的成年患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有>5個(gè)HLLs；②廣泛門靜脈血栓或癌栓形成；③有磁共振檢查禁忌癥和/或既往含釓對(duì)比劑過敏史；④肝腎功能異常。入組患者7 d內(nèi)均進(jìn)行BH-VIBE及XD-VIBE肝臟動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI(掃描次序由隨機(jī)數(shù)字表確定)。最終共納入21例受試者，男18例，女3例，年齡33～75歲，平均(54.6±9.4)歲。共含由手術(shù)病理、臨床及影像、隨訪結(jié)果明確診斷的40個(gè)HLLs，直徑6～69 mm，平均(23.4±18.2) mm。惡性患者15例，良性患者6例。惡性HLLs含肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)22個(gè)和轉(zhuǎn)移瘤3個(gè)，良性HLLs含肝血管瘤11個(gè)和局灶性結(jié)節(jié)增生(focal nodular hyperplasia，F(xiàn)NH)4個(gè)。21例患者中，9例經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)，含HCC 10個(gè)、FNH 1個(gè)；余12例中HLLs經(jīng)臨床及影像或隨訪明確診斷，具體標(biāo)準(zhǔn)為[4]：HCC結(jié)合慢性肝病史、甲胎蛋白、影像及隨訪結(jié)果診斷；轉(zhuǎn)移瘤根據(jù)原發(fā)惡性腫瘤病史、影像及病灶隨訪12個(gè)月后最大徑增長(zhǎng)超過30%診斷；肝血管瘤根據(jù)典型影像學(xué)表現(xiàn)(T2WI明顯高信號(hào)、增強(qiáng)早期邊緣結(jié)節(jié)狀強(qiáng)化且持續(xù)向心性強(qiáng)化)并隨訪12個(gè)月以上無變化作出診斷；FNH根據(jù)無慢性肝病史、影像(包括隨訪期內(nèi)普美顯增強(qiáng)MRI肝膽期病變攝取對(duì)比劑)觀察12個(gè)月以上無變化作出診斷。

2.儀器與方法

采用Siemens Prisma 3.0T MR儀和體部18通道相控陣表面線圈。兩次動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描均以0.2 mL/kg劑量、2.0 mL/s流率經(jīng)肘前靜脈團(tuán)注對(duì)比劑釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)，0.9%氯化鈉注射液20 mL以同樣流率沖管。常規(guī)BH-VIBE采集四期，含平掃、動(dòng)脈期(Care Bolus實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè))、門靜脈期(動(dòng)脈期后40 s)和平衡期(180 s)，各期屏氣時(shí)間16 s。自由呼吸XD-VIBE在注射對(duì)比劑同時(shí)啟動(dòng)掃描，連續(xù)采集184 s。掃描結(jié)束后主機(jī)基于GPU自動(dòng)對(duì)獲得的笛卡爾欠采樣k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代重建，以9.4 s的時(shí)間分辨率等距劃分為20個(gè)時(shí)間點(diǎn)，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)圖像重建為6個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，約需10 min。兩個(gè)序列均掃描橫軸面，主要掃描參數(shù)保持一致：TE 1.4 ms，TR 4.3 ms，F(xiàn)OV 380 mm×320 mm，矩陣320×240，翻轉(zhuǎn)角10°，層厚3.0 mm。

3.圖像分析

由1名主任醫(yī)師在XD-VIBE連續(xù)圖像中選出與BH-VIBE 四期圖像最為匹配的4個(gè)時(shí)間點(diǎn)，并確定每期最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；將XD-VIBE第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)圖像作為“平掃”與常規(guī)BH-VIBE平掃進(jìn)行比較。隨后兩組VIBE圖像隨機(jī)分配給另外3名高年資醫(yī)師進(jìn)行雙盲法閱片，每位醫(yī)師每次完成一組，至少2周后完成另一組；每位醫(yī)師以5分制對(duì)圖像質(zhì)量(包括總體圖像質(zhì)量、肝臟邊緣銳度、呼吸偽影及腫塊顯著性)進(jìn)行主觀評(píng)分[5]，評(píng)分1～5分，總體圖像質(zhì)量≥3分視為滿足診斷要求；同時(shí)詳細(xì)記錄動(dòng)脈期觀察到的>5 mm的HLLs數(shù)目、肝段定位及橫軸面最大直徑。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

圖1 女，57歲，血管瘤(箭)，a～d為常規(guī)BH-VIBE序列，e～h為自由呼吸XD-VIBE序列。a、e)平掃；b、f)動(dòng)脈期；c、g)門靜脈期；d、h)平衡期。同時(shí)存在肝外膽管癌而導(dǎo)致的肝內(nèi)膽管擴(kuò)張(箭頭)。

表1 BH-VIBE和XD-VIBE組間四期圖像質(zhì)量評(píng)分及比較

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(范圍)，使用Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn)，*P<0.05。

結(jié) 果

XD-VIBE自導(dǎo)航信號(hào)呈周期性正弦曲線，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1對(duì)應(yīng)于呼氣末位置，自運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1～6呼吸偽影增加、圖像質(zhì)量下降，因此運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1被用于后續(xù)圖像質(zhì)量分析。3名醫(yī)師所有圖像質(zhì)量評(píng)分均為一致性中等或良好(0.68～0.97)。

XD-VIBE和BH-VIBE間四期圖像質(zhì)量比較見表1。平掃BH-VIBE圖像質(zhì)量評(píng)分優(yōu)于XD-VIBE(P均<0.05)；動(dòng)脈期、門靜脈期及平衡期的兩組序列圖像質(zhì)量評(píng)分相當(dāng)(P均>0.05，圖1)。

XD-VIBE中，20例(20/21，95.2%)均獲得晚動(dòng)脈期圖像且增強(qiáng)后三期圖像質(zhì)量均符合診斷要求，其中動(dòng)脈期成像時(shí)間點(diǎn)確定為注射對(duì)比劑后33.3 s 19例、23.6 s 1例；1例(1/21，4.8%)呈動(dòng)脈期掃描過早。BH-VIBE中，16例(16/21，76.2%)各期圖像質(zhì)量均符合診斷要求；5例(5/21，23.8%)因患者屏氣能力不穩(wěn)定導(dǎo)致部分期相圖像呼吸偽影明顯而未達(dá)到診斷要求，但其相應(yīng)的XD-VIBE圖像質(zhì)量均達(dá)到了診斷要求(圖2)。

圖2 男，54歲，早期HCC(箭)，a～d為常規(guī)BH-VIBE序列，e～h為自由呼吸XD-VIBE序列。a、e)平掃；b、f)動(dòng)脈期；c、g)門靜脈期；d、h)平衡期，XD-VIBE平衡期HCC的“廓清”和“包膜征”(箭頭)顯示較BH-VIBE更清晰。因患者屏氣能力不穩(wěn)定，自由呼吸XD-VIBE增強(qiáng)三期較相應(yīng)BH-VIBE圖像質(zhì)量評(píng)分高。

表2 XD-VIBE和BH-VIBE組內(nèi)四期圖像質(zhì)量評(píng)分比較

注：*指差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中兩兩比較的P值進(jìn)行Bonferroni校正、以0.05/6作為閾值。A為平掃；B為動(dòng)脈期；C為門靜脈期；D為平衡期。

XD-VIBE和BH-VIBE各自四期圖像質(zhì)量比較見表2。在XD-VIBE，總體圖像質(zhì)量及肝邊緣銳度以平掃最差(P均<0.05)，動(dòng)脈期較門靜脈期差(P均<0.05)、與平衡期相當(dāng)(P均>0.05)，門靜脈期較平衡期相當(dāng)(P均>0.05)；呼吸偽影以平掃時(shí)最明顯(P均<0.05)，門靜脈期最小(P均<0.05)；腫塊顯著性以平掃時(shí)最差(P均<0.05)，增強(qiáng)后三期相當(dāng)(P均>0.05)。在BH-VIBE，總體圖像質(zhì)量、呼吸偽影各期相當(dāng)(P均>0.05)；肝邊緣銳度平掃優(yōu)于動(dòng)脈期(P<0.05)、余各期相當(dāng)(P均>0.05)；腫塊顯著性以動(dòng)脈期最佳(P均<0.05)。

對(duì)40個(gè)HLLs，無論腫瘤大小或良惡性，XD-VIBE和BH-VIBE檢出能力相當(dāng)(P均>0.05，表3)。

表3 XD-VIBE和BH-VIBE動(dòng)脈期對(duì)40個(gè)HLLs檢出率

注：數(shù)據(jù)為百分比(計(jì)算百分比的病變數(shù))。

討 論

CS是近年來興起的一種新的信號(hào)獲取與處理理論[6-7]，其利用信號(hào)在特定變換域上的稀疏性及可壓縮性在遠(yuǎn)小于Nyquist采樣率條件下采集數(shù)據(jù)，再從少量稀疏測(cè)量數(shù)據(jù)中通過優(yōu)質(zhì)重構(gòu)算法精確恢復(fù)出原始信號(hào)，既縮短信號(hào)采集時(shí)間、減少計(jì)算量，也保持了原始信號(hào)的重建質(zhì)量要求，從而顯著降低采集時(shí)間而不降低圖像質(zhì)量。動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI是應(yīng)用CS的理想領(lǐng)域，因同一肝臟在不同時(shí)刻的系列多幅圖像存在廣泛時(shí)空相關(guān)性和平滑的信號(hào)改變；同理，呼吸運(yùn)動(dòng)也是高度相關(guān)的，也具備CS應(yīng)用的前提——可壓縮性。本研究采取的自由呼吸XD-VIBE，連續(xù)采集肝臟動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)數(shù)據(jù)同時(shí)收集自導(dǎo)航信號(hào)，然后利用對(duì)比增強(qiáng)維度和呼吸狀態(tài)維度的稀疏性，采用CS算法重建運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的欠采樣數(shù)據(jù)集，最終在每個(gè)對(duì)比增強(qiáng)時(shí)間點(diǎn)生成多維動(dòng)態(tài)圖像集；且由于自導(dǎo)航信號(hào)重建是直接從原始k空間數(shù)據(jù)中提取運(yùn)動(dòng)信息，此過程無需使用特定的運(yùn)動(dòng)模型，故不受插值誤差的影響，可明顯減少呼吸偽影。這也解釋了XD-VIBE可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)后各期圖像質(zhì)量與BH-VIBE相當(dāng)?shù)脑颉ｈb于導(dǎo)航信號(hào)的均勻性直接決定呼吸偽影程度而影響圖像質(zhì)量，故患者在XD-VIBE采集前均被告知盡量平穩(wěn)呼吸。盡管如此，部分年老體弱的患者仍呈不規(guī)律的呼吸導(dǎo)航信號(hào)曲線。但本研究21例XD-VIBE增強(qiáng)后圖像質(zhì)量均達(dá)到了診斷要求。甚至在屏氣能力不穩(wěn)定導(dǎo)致BH-VIBE部分期相呼吸偽影大而無法用于診斷的患者，相應(yīng)XD-VIBE呼吸偽影更小而達(dá)到診斷要求，結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了這一新型運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法的優(yōu)勢(shì)，與既往研究結(jié)果一致[3,8]。此外，XD-VIBE還被證明較硬門控重建可顯著改善CS-VIBE動(dòng)脈期、門靜脈期圖像質(zhì)量[5]，也比視圖重建等更節(jié)省時(shí)間，具有較大的臨床應(yīng)用前景。

以往有研究[5]顯示XD-VIBE動(dòng)脈期圖像質(zhì)量較常規(guī)BH-VIBE差，與本研究結(jié)果不同，推測(cè)可能與本研究時(shí)間分辨率更高(9.4s vs. 11.57s)及研究對(duì)象自身差異有關(guān)。此外，本研究中XD-VIBE平掃圖像質(zhì)量顯著低于增強(qiáng)、且較BH-VIBE平掃差，推測(cè)是因用于分析的XD-VIBE“平掃”圖像其實(shí)是連續(xù)采集的第1個(gè)時(shí)相，此時(shí)突然的對(duì)比劑注射可引起患者呼吸急劇變化而導(dǎo)致圖像呼吸偽影增大，但這可通過后期優(yōu)化掃描方案、采用導(dǎo)航回波[9]或自由呼吸放射狀采集VIBE序列[10]等來改善。同理，門靜脈期患者呼吸趨于穩(wěn)定，因此其呼吸偽影最小、圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于動(dòng)脈期；而平衡期患者依從性開始下降，圖像質(zhì)量也趨于下降；到了增強(qiáng)后期，圖像質(zhì)量隨時(shí)間延長(zhǎng)緩慢降低，等距重建時(shí)間點(diǎn)的信息可能愈發(fā)冗余，此時(shí)可通過非等距時(shí)間點(diǎn)重建導(dǎo)航信號(hào)來避免。

近年來，一種可實(shí)現(xiàn)自由呼吸肝臟動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI的黃金角徑向稀疏并行采樣(golden-angle radial sparse parallel，GRASP)技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)[8,11-12]。此方法可連續(xù)采集k空間數(shù)據(jù)，而無需預(yù)定義時(shí)間分辨率，可實(shí)現(xiàn)與屏氣掃描相當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)后圖像質(zhì)量；但GRASP重建中固有的運(yùn)動(dòng)平均效應(yīng)有時(shí)仍然會(huì)導(dǎo)致相對(duì)較差的圖像質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)模糊[13]。此外，雖然非笛卡爾采樣已顯示出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但與笛卡爾采樣相比也帶來了一些挑戰(zhàn)，比如對(duì)失諧效應(yīng)、梯度延遲和非理想梯度放大器響應(yīng)不敏感，也可能導(dǎo)致圖像失真或模糊[14]。非笛卡爾采樣重建過程復(fù)雜且耗時(shí)，而笛卡爾采樣允許對(duì)高維數(shù)據(jù)集進(jìn)行快速的在線重建。本研究中，包括所有6個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的XD-VIBE重建時(shí)間不足10min，更有望整合在日常臨床工作中發(fā)揮作用。

有研究證實(shí)XD-VIBE對(duì)于檢出肝轉(zhuǎn)移瘤與BH-VIBE能力相當(dāng)[5]，但尚無有關(guān)XD-VIBE檢出HLLs能力的報(bào)道，鑒于之前對(duì)其動(dòng)脈期圖像質(zhì)量的擔(dān)憂，其臨床價(jià)值尚不明確。本研究證實(shí)無論大小及良惡性，9.4 s時(shí)間分辨率的XD-VIBE可實(shí)現(xiàn)與BH-VIBE相當(dāng)?shù)腍LLs檢出效能；在無法很好配合屏氣的患者，XD-VIBE腫塊顯著性更佳。因此，對(duì)于無法配合屏氣的患者，XD-VIBE也許較常規(guī)BH-VIBE更有前景，未來值得大樣本量的研究進(jìn)一步證實(shí)。

本研究存在一定的局限性。首先，樣本量相對(duì)較小，無法在目前初步的可行性研究中實(shí)現(xiàn)屏氣能力較差患者的分層分析，因這類患者也許是XD-VIBE的最大受益人群，這也是本課題組的后續(xù)研究方向。其次，僅對(duì)呼氣末的重建圖像進(jìn)行評(píng)估，丟棄了大量潛在有用的數(shù)據(jù)，而彈性配準(zhǔn)等算法也許可組合多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)更好的圖像質(zhì)量。

總之，本研究所提出的笛卡爾采樣XD-VIBE結(jié)合了CS及自導(dǎo)航信號(hào)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)解析重建，可提供與常規(guī)BH-VIBE相當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)后圖像質(zhì)量和動(dòng)脈期HLLs檢出效能；尤其對(duì)于屏氣能力較差的患者，可能是一種很有前途的替代方案。