于陽，李瓊閣，趙澄，趙曉靜，齊志剛，宋雙雙，盧潔

1. 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 a. 放射科；b. 核醫(yī)學(xué)科，北京 100053；2. 磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100053

引言

擴(kuò)散加權(quán)成像（Diffusion-Weighted Imaging，DWI）是目前唯一能夠檢測活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動的無創(chuàng)方法，反映活體組織空間結(jié)構(gòu)及病理生理狀態(tài)下各成分之間水分子的運(yùn)動和交換功能[1-2]。在臨床上，DWI主要用于超早期腦缺血診斷，但其在顱內(nèi)腫瘤術(shù)后早期缺血方面的研究較少。術(shù)中磁共振應(yīng)用DWI序列可以有效提高對顱內(nèi)腫瘤術(shù)后早期缺血診斷的準(zhǔn)確性[3]。術(shù)中磁共振成像是近十年來影像學(xué)輔助神經(jīng)外科手術(shù)最重要的技術(shù)進(jìn)步，可以幫助神經(jīng)外科醫(yī)生最大程度地切除顱內(nèi)腫瘤，也最大限度地減少手術(shù)對功能區(qū)的損害同時保護(hù)重要組織結(jié)構(gòu)[4-8]。

目前頭顱磁共振檢查中最常用的DWI序列采用的是單次激發(fā)平面回波成像（Echo Planar Imaging，EPI）技術(shù)，因受到相位編碼方向上相對長的采樣時間的限制，EPIDWI易產(chǎn)生偽影和模糊效應(yīng)，圖像質(zhì)量無法得到保證[9]。腫瘤切除術(shù)后，在顱內(nèi)留下很大的空腔以及固定患者的頭架釘?shù)挠绊?，常?guī)EPI-DWI序列已經(jīng)無法滿足術(shù)中核磁的掃描，會造成手術(shù)區(qū)域周邊的結(jié)構(gòu)磁場不均勻，從而產(chǎn)生磁敏感偽影，造成圖像扭曲[10-11]。分段讀出長可變回波序 列（Readout Segmentation of Long Variable Echo Trains，RESOLVE），通過分段讀出平面回波技術(shù)和并行采集技術(shù)，對磁敏感偽影及金屬偽影有顯著的改善作用，可以大大提高術(shù)中磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像的質(zhì)量[12]。本研究目的是在術(shù)中磁共振中應(yīng)用RESOLVE-DWI序列與常規(guī)EPI-DWI序列并進(jìn)行比較，研究顱內(nèi)腫瘤切除后，在術(shù)中磁共振應(yīng)用RESOLVE-DWI序列是否可以有效提高擴(kuò)散加權(quán)圖像質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

對21例手術(shù)指征明確的顱內(nèi)腫瘤患者行顱內(nèi)腫瘤切除術(shù)，在對腫瘤切除后顱骨縫合前行術(shù)中磁共振頭顱增強(qiáng)掃描。其中男10例，女11例，年齡（46.62±12.32）歲。所有患者除患有顱內(nèi)腫瘤外，均無其他嚴(yán)重全身疾病，所有患者均無MR掃描禁忌癥。在手術(shù)前患者及其家屬簽署術(shù)中磁共振檢查知情同意書，并且通過本院倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 術(shù)中磁共振設(shè)備與方法

采用雙室移動磁體超高場強(qiáng)磁共振系統(tǒng)（IMRIS公司，3.0T超導(dǎo)MR設(shè)備），術(shù)中專用12通道分體式頭線圈。在將患者顱內(nèi)腫瘤切除完畢后，先將手術(shù)室（Operating Room，OR）內(nèi)所有非磁共振兼容設(shè)備和器械均移至5高斯線外，術(shù)野鋪無菌巾，再以無菌塑料袋包裹患者。將術(shù)中專用線圈固定于患者頭部后打開屏蔽門，再將磁體從診斷室（Diagnostic Room，DR）移入OR內(nèi)。進(jìn)行術(shù)中MRI掃描，具體掃描序列如：軸位T2WI、T1WI、T2FLAIR、EPI-DWI和RESOLVE-DWI，矢狀位T1WI，增強(qiáng)序列重復(fù)以上T1WI序列。T1WI序列掃描參數(shù)：TR 163 ms，TE 3.05 ms，矩陣256×256，層厚5 mm，層間距1.2 mm，層數(shù)24，掃描時間39 s；軸位EPI-DWI序列掃描參數(shù)：TR 6200 ms，TE 85 ms，b 值 0、1000 s/mm2，矩陣 136×136，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，層厚5 mm，層間距1.2 mm，層數(shù)24，掃描時間1 min 35 s；軸位RESOLVE-DWI序列掃描參數(shù)：TR 4000 ms，TE 62 ms，b值0、1000 s/mm2，矩陣 136×136，F(xiàn)OV 230×230，層厚5 mm，層間距1.2 mm，層數(shù)24，掃描時間72 s。為保證兩張擴(kuò)散圖像尺寸一致，層厚、層間距及成像矩陣均保持一致，相位編碼均為前后編碼，開啟平行采集。

1.3 圖像質(zhì)量評價

1.3.1 圖像質(zhì)量綜合評分

由兩名資深放射科醫(yī)師采用雙盲閱片法后分別評判，意見不統(tǒng)一時，通過討論協(xié)商達(dá)成一致。根據(jù)有無圖像扭曲變形、影像的清晰程度、手術(shù)區(qū)域周邊組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)程度及金屬異物偽影的影響，對圖像進(jìn)行評分。根據(jù)圖像質(zhì)量，最優(yōu)為5分，最差為1分。圖像清晰，手術(shù)區(qū)域組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)顯示明確，頭顱無變形扭曲，選取手術(shù)區(qū)域圖像不受頭架釘及其他金屬異物偽影影響得5分；圖像清晰度差扣1分；手術(shù)區(qū)域組織結(jié)構(gòu)顯示不明確或有變形扣1分；整體頭顱變形扭曲扣1分；顱骨及顱內(nèi)產(chǎn)生金屬異物偽影扣1分。

1.3.2 圖像客觀評價

在最大手術(shù)區(qū)域?qū)用孢x取手術(shù)周邊區(qū)域腦實(shí)質(zhì)為感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），計算每組圖像ROI組織的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR），根據(jù)公式SNR=SI/SD0，SI為ROI信號強(qiáng)度的平均值，SD0為背景信號標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)DWI圖像自動生成的ADC圖，選取相同部位ROI并測量ADC值，對ADC值分析。

1.3.3 分析圖像畸變程度

畸變程度根據(jù)b=1000時DWI圖像及T1解剖圖在相位編碼方向的解剖結(jié)構(gòu)偏移大小表示。應(yīng)用西門子后處理工作站，于b=1000的DWI圖像手動勾畫手術(shù)區(qū)域的輪廓，再將該輪廓復(fù)制到T1解剖圖像，在相位編碼方向上分別測量手術(shù)區(qū)域的最右端及最左端在兩種圖像邊緣間的距離（Distortion Distance，DD ；DDr，DDl）[13]。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，以（±s）表示符合正態(tài)分布的計數(shù)資料。采用配對t檢驗(yàn)比較常規(guī)DWI序列和RESOLVE-DWI序列的綜合圖像質(zhì)量評分、信噪比、ADC值和圖像畸變面積。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 RESOLVE-DWI序列和EPI-DWI序列的圖像質(zhì)量綜合評分

RESOLVE-DWI序列圖像質(zhì)量優(yōu)于EPI-DWI序列圖像，尤其在手術(shù)區(qū)域?qū)用鎴D像扭曲程度及腦結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上的顯示都優(yōu)于EPI-DWI序列。RESOLVE-DWI序列的圖像質(zhì)量綜合評分（4.19±0.51）分，EPI-DWI序列的圖像質(zhì)量綜合評分（1.76±0.7）分，有顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.001，圖1）。

圖1 RESOLVE-DWI序列與EPI-DWI序列的圖像質(zhì)量綜合評分的柱狀分布圖

2.2 RESOLVE-DWI序列和EPI-DWI序列的圖像客觀評價結(jié)果

RESOLVE-DWI序列圖像的SNR明顯高于EPI-DWI序列圖像，這兩種序列SNR值測量結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001，圖2），而兩個掃描序列圖像的ADC值沒有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

圖2 RESOLVE-DWI序列和EPI-DWI序列圖像ROI區(qū)域的SNR柱狀分布圖

2.3 對圖像畸變程度的分析結(jié)果

RESOLVE-DWI圖像的DDr及DDl均明顯小于EPI-DWI圖像（P＜0.001，見圖3和表1），RESOLVE-DWI圖像的顱腦內(nèi)與手術(shù)區(qū)域周邊的結(jié)構(gòu)輪廓更加接近真實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)。

圖3 RESOLVE-DWI與EPI-DWI序列圖像對比分析

表1 兩種掃描序列圖像質(zhì)量參數(shù)比較

3 討論

目前，顱內(nèi)腫瘤仍然以手術(shù)為主要治療方法，部分顱內(nèi)腫瘤呈浸潤生長，在顯微鏡下難以區(qū)分腫瘤邊界，造成腫瘤切除率低[14]，然而顱內(nèi)腫瘤的切除程度與預(yù)后直接相關(guān)。隨著影像學(xué)及神經(jīng)外科技術(shù)的不斷發(fā)展，術(shù)中磁共振成像技術(shù)可幫助手術(shù)醫(yī)生最大程度切除腫瘤并且最大程度保護(hù)手術(shù)區(qū)域以外的顱內(nèi)組織，優(yōu)化手術(shù)策略達(dá)到最好的手術(shù)效果[15]。在術(shù)中磁共振中采用DWI序列掃描，有助于外科醫(yī)生在超早期發(fā)現(xiàn)術(shù)后腦梗死并及時指導(dǎo)治療。DWI技術(shù)對腦腫瘤術(shù)后腦梗死的早期診斷具有較高的敏感性和特異性。在局部腦組織缺血后DWI提示陽性的最短時間窗在30 min內(nèi)。因此在術(shù)中核磁掃描中準(zhǔn)確、清晰的DWI圖像對神經(jīng)外科術(shù)后評估極其重要。

在本研究中，常規(guī)DWI序列采用的是EPI-DWI，因受相位編碼方向上相對長的采樣時間的限制，此序列對磁敏感變化非常的敏感，極易容易產(chǎn)生圖像變形扭曲和圖像模糊[16-19]。應(yīng)用術(shù)中磁共振在顱內(nèi)腫瘤手術(shù)中行EPI-DWI序列掃描時，我們發(fā)現(xiàn)手術(shù)層面的圖像偽影嚴(yán)重，主要原因有兩點(diǎn)：① 在對顱內(nèi)腫瘤手術(shù)后，會在正常腦組織周留下巨大的不規(guī)則空腔結(jié)構(gòu)，此空腔結(jié)構(gòu)與正常組織間磁敏感性存在差異，以及固定頭顱的頭架釘影響，造成局部磁場均勻性差、干擾信號強(qiáng)度，從而造成了信號的缺失，導(dǎo)致圖像空間位置的改變，最終圖像發(fā)生畸變[20]；② EPI-DWI在相位編碼方向上K空間數(shù)據(jù)采樣耗時較長，由于術(shù)中磁共振的磁場均勻性差，相位誤差在相位編碼方向上累積，導(dǎo)致重建的圖像在這個方向發(fā)生畸變，畸變的體素疊加從而產(chǎn)生高信號偽影[21]。這兩種原因?qū)е铝薊PI-DWI磁敏感偽影主要表現(xiàn)為在顱內(nèi)腫瘤切除后的空腔組織交界處的相位編碼方向上，以及有頭架釘支撐顱骨的區(qū)域處，圖像發(fā)生變形，扭曲，以及SNR的下降。

2009年DA等[22]提出的讀出方向分段采樣EPI序列（RESOLVE-DWI）基于這些原因做出了改善，此序列在讀出方向進(jìn)行分段式采樣，并結(jié)合全面自動校準(zhǔn)部分并行采集技術(shù)，使圖像質(zhì)量與讀出效率得到進(jìn)一步提高[23-24]。本研究發(fā)現(xiàn)，將RESOLVE-DWI序列應(yīng)用到術(shù)中磁共振中，顱內(nèi)腫瘤手術(shù)中掃描得到的DWI圖像質(zhì)量綜合評分優(yōu)于EPI-DWI（P＜0.001），RESOLVE-DWI圖像畸變程度均小于EPI-DWI，提示RESOLVE-DWI的圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于EPI-DWI。因?yàn)镽ESOLVE-DWI基于EPI序列在讀出方向上分段采樣，回波間隙縮小與回波采樣時間縮短，使回波之間誤差累積效應(yīng)和T2*穿透效應(yīng)減弱少，從而減少磁敏感偽影和畸變程度。SNR是在影像學(xué)中最常用的圖像質(zhì)量評價指標(biāo)，此次的研究中RESOVE-DWI圖像的SNR遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于EPI-DWI圖像（P＜0.001），主要由于RESOLVE-DWI序列采用分段采集技術(shù)，每段的采集只采集信號強(qiáng)度的初級信號，因此提高圖像的信噪比，從而提高了圖像的空間分辨率[25]。高場強(qiáng)術(shù)中磁共振在國內(nèi)并不多見，在磁場均勻度相對比較差的術(shù)中磁共振環(huán)境中，應(yīng)用RESOLVE技術(shù)可以對DWI圖像質(zhì)量進(jìn)行有效的優(yōu)化，從而提高神經(jīng)外科醫(yī)生對腫瘤切除程度進(jìn)行精準(zhǔn)評價。在此次研究中還發(fā)現(xiàn)兩種DWI序列在相同B值下，得出的ADC值稍有不同，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義。這表明在顱內(nèi)腫瘤術(shù)中核磁擴(kuò)散加權(quán)序列掃描中RESOLVE技術(shù)對ADC值測量沒有影響。

本次研究還存在一些局限性，其樣本量較小，周期短，未能利用磁共振技術(shù)檢測及評價各病例手術(shù)后治療效果，還需進(jìn)一步擴(kuò)大病例數(shù)量，對入組病例進(jìn)行定期隨訪復(fù)查，針對RSOLVE-DWI在術(shù)中磁共振檢查中的臨床價值更深入的研究。盡管術(shù)中磁共振可以幫助神經(jīng)外科醫(yī)生提高手術(shù)效果，但其操作復(fù)雜導(dǎo)致手術(shù)時間延遲，可增加術(shù)中感染風(fēng)險。除此之外，高場強(qiáng)術(shù)中磁共振在國內(nèi)的應(yīng)用處于起步階段，是否能降低手術(shù)并發(fā)癥的風(fēng)險，尚需更多病例與經(jīng)驗(yàn)的積累。

綜上所述，術(shù)中磁共振掃描中應(yīng)用RESOLVE-DWI序列的圖像質(zhì)量遠(yuǎn)高于常規(guī)EPI-DWI序列的圖像，圖像的扭曲變形程度及磁敏感偽影明顯減少，RESOLVE-DWI序列的SNR明顯高于常規(guī)EPI-DWI序列。因此RESOLVEDWI序列可以廣泛應(yīng)用于術(shù)中磁共振掃描，提高DWI圖像質(zhì)量。RESOLVE-DWI序列有利于神經(jīng)外科醫(yī)生在顱腦腫瘤術(shù)后，對腫瘤切除范圍進(jìn)行精準(zhǔn)評價，為術(shù)后腦缺血性腦梗死的預(yù)防提供治療機(jī)會。