趙延潔，王紹芳，孟曉巖，鄒乾，李華玲，吳思思，李震，彭成東

磁共振灌注加權(quán)成像(perfusion-weighted imaging,PWI)是利用快速掃描序列獲得組織的血流灌注信息提供血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的功能成像技術(shù)，在肝臟疾病診斷中具有不可替代優(yōu)勢(shì)[1,2]。基于壓縮感知技術(shù)的多動(dòng)脈期磁共振增強(qiáng)屬于灌注加權(quán)成像范疇，目前已成為肝臟病變影像學(xué)診斷的主要方法[3-5]，但該技術(shù)一次采集只能獲取單個(gè)方位的圖像信息，且由于空間分辨率局限性，使其難以實(shí)現(xiàn)對(duì)微小病灶尤其是1～2 mm病灶的檢測(cè)和診斷[6,7]。光梭各向同性掃描是利用光梭技術(shù)快速、各向同性三維掃描方式。它以傅里葉技術(shù)、并行成像和新一代壓縮感知技術(shù)3種技術(shù)為依托[8]，以智能化迭代算法重建圖像，采集薄層且等體素的三維T1加權(quán)相。本研究擬將光梭各向同性掃描應(yīng)用于肝臟磁共振灌注加權(quán)成像中，通過(guò)它與常規(guī)動(dòng)脈期多時(shí)相掃描方法作對(duì)比，探討光梭各向同性掃描技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，為臨床提供更多參考價(jià)值。

材料與方法

1.病例資料

該研究回顧性分析本院2020年9月-2021年2月患者30例，所有患者均實(shí)施肝臟磁共振灌注加權(quán)成像。其中15例患者利用光梭各向同性掃描技術(shù)行灌注成像(ISO組)；15例患者利用多動(dòng)脈期相灌注成像技術(shù)行灌注成像(常規(guī)組)。排除標(biāo)準(zhǔn)：MRI檢查禁忌癥者；屏氣不配合者；圖像質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，無(wú)法滿足診斷要求者。常規(guī)組男8例，女7例，平均年齡50.1±16.4歲。ISO組男9例，女6例，平均年齡47.7±12.7歲(表1)。

表1 病例資料

2.檢查方法

采用聯(lián)影3.0T uMR 790磁共振掃描儀，聯(lián)合使用12通道腹部相陣線圈和脊柱矩陣線圈。掃描前對(duì)患者進(jìn)行嚴(yán)格的呼吸訓(xùn)練，保證患者配合并順利完成檢查?；颊邫z查前禁食禁水6 h，采用仰臥位足先進(jìn)。利用高壓注射器按0.2 mL/kg的劑量單位注射軋噴酸葡胺對(duì)比劑(Gd-DTPA)。兩組掃描參數(shù)如下。

常規(guī)組：TR 3.77 ms，TE 1.3 ms，翻轉(zhuǎn)角15°，視野370 mm×280 mm，矩陣225×196，層厚5 mm，層方向插值2，層間距2 mm，體素大小1.64 mm×1.43 mm×5 mm。常規(guī)組采用T13D WFI序列對(duì)肝臟進(jìn)行采集。

ISO組：TR 3.53 ms，TE 1.43 ms，翻轉(zhuǎn)角12°，視野400 mm×300 mm，矩陣240×179，層厚1.5 mm，層方向插值1.6，層間距1.5 mm，體素大小1.67 mm×1.67 mm×1.5 mm。ISO組采用T1Quick 3D UCS ISO序列對(duì)肝臟進(jìn)行采集。

3.圖像分析

所有圖像均在后處理工作站上進(jìn)行分析處理。由2名放射科技師同時(shí)對(duì)動(dòng)脈期、門(mén)脈期的肝臟圖像的信號(hào)強(qiáng)度、肌肉組織的信號(hào)強(qiáng)度和背景的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。在動(dòng)脈期、門(mén)脈期均選取第一肝門(mén)水平，在肝臟的右后葉內(nèi)勾畫(huà)長(zhǎng)ROI，大小為1 mm2，注意避開(kāi)血管。選取3個(gè)ROI，所測(cè)數(shù)據(jù)取平均值為組織信號(hào)強(qiáng)度。并計(jì)算信噪比(SNR)和對(duì)比信噪比(CNR)。

SNR=SI肝臟/SD背景

CNR=SI肝臟-SI肌肉/SD背景

4.主觀評(píng)分

2名放射科技師同時(shí)對(duì)肝臟邊緣的銳利度、血管清晰度、形變和偽影進(jìn)行評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下。肝臟邊緣的銳利度：1分=差，2分=不好，3分=尚可，4分=好；血管清晰度：1分=差，2分=不好，3分=尚可，4分=好；形變：1分=嚴(yán)重，2分=中度，3分=稍許，4分=無(wú)；偽影：1分=嚴(yán)重，完全不能診斷；2分=中度，影響局部診斷；3分=稍許，不影響診斷；4分=無(wú)偽影。

5.統(tǒng)計(jì)分析

采用Graphpad Prism軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。ISO和常規(guī)組的圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分項(xiàng)目(肝臟邊緣銳利度、血管清晰度、偽影、形變)采用Wilcoxon's秩和檢驗(yàn)進(jìn)行差異性統(tǒng)計(jì)分析。兩組間圖像質(zhì)量的客觀評(píng)分(SNR、CNR)采用T檢驗(yàn)進(jìn)行差異性統(tǒng)計(jì)分析。

結(jié) 果

1.常規(guī)組和ISO組的肝臟解剖細(xì)節(jié)及血供信息

入組患者30例均實(shí)施肝臟磁共振灌注加權(quán)成像，其中15例患者利用多動(dòng)脈期相方法行灌注成像，為常規(guī)組；15例患者利用光梭各向同性掃描方法行灌注成像，為ISO組。脈期相，常規(guī)組的冠狀面和矢狀面圖像質(zhì)量較差、與直接掃描的軸面圖像相差甚遠(yuǎn)(圖1a～c)，而ISO組的冠狀面和矢狀面圖像質(zhì)量較優(yōu)，與直接掃描的軸面圖像水平相當(dāng)(圖1d～f)。門(mén)脈期相與動(dòng)脈期相具有一致的效果(圖2)。換言之，利用光梭各向同性掃描技術(shù)，同時(shí)獲取了軸面、冠狀面和矢狀面3個(gè)方位的高分辨圖像，在動(dòng)脈期、門(mén)脈期均能高分辨地顯示肝臟解剖細(xì)節(jié)和血管分支(圖3)情況。

圖1 動(dòng)脈期相，常規(guī)組和ISO組在不同方位肝臟解剖細(xì)節(jié)。利用常規(guī)技術(shù)獲取 a)肝臟軸面;b)冠狀面;c)矢狀面；利用光梭各向同性掃描技術(shù)獲取的 d)肝臟軸面;e)冠狀面;f)矢狀面。

圖2 門(mén)脈期相，常規(guī)組和ISO組在不同方位的肝臟解剖細(xì)節(jié)。利用常規(guī)技術(shù)獲取的a)肝臟軸面;b)冠狀面;c)矢狀面；利用光梭各向同性掃描技術(shù)獲取的 d)肝臟軸面;e)冠狀面;f)矢狀面。

圖3 常規(guī)組和ISO組的肝臟血管分支信息。利用常規(guī)技術(shù)獲取的a)肝臟動(dòng)脈;b)門(mén)脈血管；利用ISO技術(shù)獲取的 c)肝臟動(dòng)脈;d)門(mén)脈血管。

2.主觀評(píng)分結(jié)果

兩名放射科技師同時(shí)對(duì)兩組圖像主觀圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分項(xiàng)目包含肝臟邊緣銳利度、血管清晰度、偽影和形變。軸面圖像ISO組圖像偽影明顯<常規(guī)組，兩組具有顯著性差異，而兩組圖像在肝臟邊緣銳利度、血管清晰度和形變無(wú)顯著性差異。肝臟邊緣的銳利度、血管清晰度、偽影和形變的主觀評(píng)分對(duì)比分別為3.60±0.63 vs 3.87±0.35,P=0.1646；3.53±0.64 vs 3.47±0.51,P=0.7559；2.87±0.84 vs 3.67±0.49,P=0.0016；3.53±0.64 vs 3.93±0.26,P=0.4099(常規(guī)組 vs ISO組，表2)。

表2 常規(guī)組和ISO組軸面圖像主觀評(píng)分結(jié)果

矢狀面和冠狀面圖像(表3)兩組之間的主觀圖像質(zhì)量評(píng)分均存在顯著性差異，ISO的主觀圖像質(zhì)量明顯高于常規(guī)組。肝臟邊緣的銳利度、血管清晰度、偽影和形變的評(píng)分對(duì)比分別為2.20±0.68 vs 3.87±0.35,P<0.0001；2.53±0.63 vs 3.47±0.51,P<0.0001；2.33±0.62 vs 3.67±0.49,P<0.0001；2.27±0.59 vs 3.93±0.26,P<0.0001(常規(guī)組 vs ISO組)。

圖4 常規(guī)組和ISO組在不同期相SNR、CNR的對(duì)值。a)常規(guī)組和ISO組動(dòng)脈期圖像的SNR和CNR對(duì)比值；b)常規(guī)組和ISO組門(mén)脈期圖像的SNR和CNR對(duì)比值。*P<0.05，** P<0.01，***P<0.001，****P<0.0001

表3 常規(guī)組和ISO組冠狀面和矢狀面圖像主觀評(píng)分結(jié)果

3.客觀評(píng)分結(jié)果

客觀評(píng)分項(xiàng)目包括空間分辨率、SNR和CNR。ISO組層厚1.5 mm、層方向插值1.6，常規(guī)組層厚5 mm、層方向插值2，ISO組和常規(guī)組Z軸最小可分辨尺寸分別為0.94 mm和2.50 mm，因此ISO組Z軸空間分辨率達(dá)到常規(guī)組2.67倍，有效避免了微小病灶(尤其是1～2 mm)及肝臟解剖細(xì)節(jié)的遺漏。通過(guò)對(duì)動(dòng)脈期、門(mén)脈期圖像信噪比和對(duì)比噪聲比進(jìn)行計(jì)算，證實(shí)了兩組圖像在動(dòng)脈期、門(mén)脈期SNR均存在顯著性差異，分別為76.73±36.16 vs 163.77±47.50,P<0.0001；221.73±74.80 vs 325.7±97.28,P=0.0016；兩組圖像在動(dòng)脈期、門(mén)脈期CNR具有顯著性差異，分別為15.27±14.16 vs 32.69±30.58,P=0.0253；94.46±47.42 vs 101.20±70.20,P=0.0044(常規(guī)組 vs ISO組，圖4)。

討 論

各向同性掃描是通過(guò)采集薄層且等體素的數(shù)據(jù)集，使所有方位的圖像的空間分辨率完全相等。CUBE、SPACE、VISTA、ISO序列均屬于各向同性技術(shù)的范疇。該技術(shù)最早應(yīng)用于大腦的結(jié)構(gòu)成像，隨后在脊柱、肌肉、骨骼中廣泛應(yīng)用，特別是對(duì)走行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)如膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)等結(jié)構(gòu)的顯示[9,10]，然而在灌注增強(qiáng)掃描的應(yīng)用中鮮有報(bào)道。本研究將光梭各向同性掃描應(yīng)用于肝臟磁共振灌注加權(quán)血管成像中獲取了肝臟組織灌注后的各向同性影像學(xué)信息，可任意角度高分辨地顯示肝臟解剖細(xì)節(jié)與血供信息，為早期肝癌的診斷及肝臟外科手術(shù)的導(dǎo)航提供有價(jià)值的參考。

主觀評(píng)分的項(xiàng)目包含肝臟邊緣的銳利度、血管的清晰度、偽影和形變。本研究通過(guò)對(duì)比ISO組和常規(guī)組的主觀圖像質(zhì)量發(fā)現(xiàn)在軸面圖像上ISO組的圖像偽影明顯<常規(guī)組，而在肝臟邊緣的銳利度、血管清晰度、形變上無(wú)顯著性差異。常規(guī)組利用壓縮感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)多動(dòng)脈期相掃描，一次屏氣17 s實(shí)現(xiàn)6個(gè)期相動(dòng)脈期采集，加速倍數(shù)大，偽影相對(duì)重。而ISO組1次屏氣18 s采集1個(gè)期相，加速倍數(shù)小，偽影相對(duì)輕。相關(guān)研究曾表示加速因子超過(guò)5時(shí)圖像噪聲增加[11]，本研究常規(guī)組的加速因子為14，因此可能是加速因子過(guò)高導(dǎo)致的采樣不足，偽影重。而ISO組加速因子小，采樣充分，因此偽影相對(duì)小。而肝臟銳利度、血管清晰度、形變的主觀評(píng)分，兩組間無(wú)顯著性差異，可能的原因是我們比較的是采集到的軸面圖像，兩組的軸面圖像均能滿足診斷要求。而在重建的矢狀面和冠狀面上，主觀評(píng)分項(xiàng)目均存在顯著性差異，這與理論是相符的，ISO組采用各向同性掃描技術(shù)，其重建的矢狀面和冠狀面的圖像質(zhì)量與采集的軸面水平相當(dāng)，而常規(guī)技術(shù)不是等體素掃描，因此其重建的冠狀面和矢狀面分辨率低，圖像質(zhì)量較差。

客觀評(píng)分項(xiàng)目包含空間分辨率、SNR、CNR。本研究ISO組的空間分辨率(0.94 mm)達(dá)到常規(guī)組(2.50 mm)的2.67倍。常規(guī)多動(dòng)脈期灌注成像1次屏氣掃描可完成多個(gè)動(dòng)脈時(shí)相的連續(xù)采集，被公認(rèn)為一種最準(zhǔn)確評(píng)估肝癌檢測(cè)和表征的方法[7,11-14]。但該技術(shù)受射頻波帶寬限制，掃描所需的層厚及層間距較大。從而，對(duì)于微小病灶尤其是1～2 mm病灶的顯示受到限制[6,15]。ISO技術(shù)利用T1Quick 3D UCS ISO序列，該序列搭載新的光梭成像技術(shù)，以傅里葉技術(shù)、并行成像和新一代壓縮感知技術(shù)3種技術(shù)為依托[8]讓我們可以采集到薄層高清且等體素的三維T1加權(quán)相。薄層掃描的優(yōu)勢(shì)減少了部分容積效應(yīng)，更有利于肝臟解剖細(xì)節(jié)及微小病灶的顯示，有效避免了微小病灶(1～2 mm病灶)的遺漏，及早地發(fā)現(xiàn)微小病灶，對(duì)于肝臟疾病的早期診斷意義重大；ISO組的動(dòng)脈期、門(mén)脈期的SNR均明顯高于常規(guī)組。說(shuō)明ISO組的圖像T1信號(hào)值均高于常規(guī)組，而噪聲明顯低于常規(guī)組。相關(guān)研究曾表明當(dāng)加速因子超過(guò)5時(shí)圖像噪聲增加，SNR和CNR明顯下降[11]，這與我們的研究結(jié)果是一致的。常規(guī)組的加速因子為14，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)5，因此其SNR較低。而對(duì)于CNR而言，兩組圖像的動(dòng)脈期、門(mén)脈期的CNR具有顯著性差異?？赡艿脑蚴菍?duì)比劑的引入會(huì)減小T1弛豫時(shí)間，使得T1信號(hào)值增加，在動(dòng)脈期和門(mén)脈期肝臟組織和肌肉組織被對(duì)比劑灌注，但灌注程度不同，在門(mén)脈期組織被對(duì)比劑灌注更加充分，導(dǎo)致肝臟和肌肉的T1信號(hào)值差值小。

光梭各向同性技術(shù)應(yīng)用于肝臟灌注成像中具有明顯的優(yōu)勢(shì)：采集的數(shù)據(jù)可進(jìn)行多方位的三維重建且重建的任一平面/斜面圖像的空間分辨率水平相當(dāng)。不僅可高分辨率地顯示掃描方位軸面的圖像，還可高清地顯示其它方位如冠狀面、矢狀面、任一斜面的圖像，這是常規(guī)技術(shù)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閭鹘y(tǒng)技術(shù)如若采集等體素的數(shù)據(jù)需要的時(shí)間非常長(zhǎng)，臨床上難以接受，尤其是對(duì)于灌注增強(qiáng)而言則難以實(shí)現(xiàn)。此外，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了1次打藥灌注即可對(duì)動(dòng)脈期、門(mén)脈期的血管重建，同時(shí)獲取了肝動(dòng)脈、門(mén)脈和靜脈系統(tǒng)的三維血管結(jié)構(gòu)信息。最大強(qiáng)度投影MIP能顯示病灶的毗鄰血管和血管受累情況，同時(shí)也能顯示肝臟血管的解剖結(jié)構(gòu)、病灶的供血?jiǎng)用}與靜脈且可任一平面、斜面地觀察血供信息。Lars Kopka等[16]研究曾表明磁共振血管成像與傳統(tǒng)的血管造影相比在肝動(dòng)脈結(jié)構(gòu)的一致性達(dá)到95%，Katsuyoshi Ito等[17]研究認(rèn)為冠狀面的MIP顯示門(mén)靜脈的解剖結(jié)構(gòu)最為清晰且對(duì)于肝臟的解剖分段、肝腫瘤侵犯的血供情況顯示較佳。

本研究缺點(diǎn)是樣本量較小，會(huì)造成測(cè)量的SNR、CNR值的選擇偏倚。另外，采用固定的時(shí)相對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，由于患者個(gè)體差異較大，個(gè)人生理與病理因素的影響如心輸出量、血液循環(huán)，并不能完全保證所有患者被采集數(shù)據(jù)的期相是我們所預(yù)期的最佳時(shí)間，因此對(duì)于動(dòng)脈期的把握不及多期相動(dòng)脈期灌注的準(zhǔn)確。

綜上所述，光梭各向同性掃描應(yīng)用于肝臟磁共振灌注加權(quán)成像中，獲取了任一平面/斜面的高分辨影像學(xué)信息，可任意角度顯示肝臟的剖面及血供信息，為肝內(nèi)微小病灶的準(zhǔn)確定位及評(píng)估提供可信的信息。為肝臟外科手術(shù)的實(shí)施提供更為充分且直觀的手術(shù)導(dǎo)航圖像。因此該技術(shù)在肝癌的早期診斷和外科手術(shù)導(dǎo)航中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，值得應(yīng)用推廣。