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腹部不同b值弥散加权成像:单、双射频源图像质量及ADC值对比研究

郭丽君  
【摘要】:研究目的 3.0T高场磁共振(magnetic resonance, MR)下,前瞻性、个体内对比研究腹部不同b值弥散加权成像(diffusion-weighted imaging, DWI)时,图像质量与表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)测量值在传统单射频(radiofrequency, RF)源与并行双射频源两组图像上有无差异。 研究方法 本研究经签署知情同意书后,共纳入18例健康男性志愿者(平均年龄,27.3岁;年龄范围,24-33岁),所有研究对象均无既往腹部相关疾病病史。2011年7月至8月期间,18名志愿者先后在飞利浦公司3.0T并行双射频源临床MR扫描仪(Achieva3.0TTX; Philips Healthcare)进行腹部DWI扫描。该MR仪可进行单、双射频源切换,因此检查者无需重新定位即可进行前后两次扫描,这一优势使得个体内对比研究得以实现。 由Philips Healthcare两名工程师协助设计扫描序列各个参数。DWI序列扫描之前,分别在单、双射频源下进行B1mapping成像,所得B1map用于定量评价射频场(B1)的均匀性。扫描参数如下:重复时间/回波时间(repetition time/echo time, TR/TE)=517/3.3ms,视野(field of view, FOV)=326mm×278mm,矩阵(matrix size)=64×58,体素(voxel size)=5mm×5mm×6mm,双翻转角度(dual flip angle)=60°和120°,带宽(bandwidth)=4293.7Hz,单层扫描层厚为6mm.单次屏气10s内可完成扫描。 腹部DWI扫描包括一系列不同的b值组:0/100,0/500,0/800和0/100/800s/mm2。每一b值组均重复两次:一次于双射频源下扫描,一次于单射频源下扫描。扫描均采用呼吸触发技术,其他参数如下:TR/TE=2400/40ms, FOV=326mmx278mm, matrix size=108×89, voxel size=3mm×3mm×6mm, bandwidth=9.9pixel/43.8Hz,半采集因子(halfscan)=0.698,回波链长(EPI factor)=39,信号采集数(NSA)=4,加速因子(sense factor)=2.5,射频激励角度(RF excitation degrees)=90°,层厚/层间距(section thickness/intersection spacing)=6mm/1mm,层数(number of sections)=24,压脂方式为频谱空间预置饱和翻转回复(spectral presaturation with inversion recovery, SPIR)。 采集每一组b值的DWI图像,传输至工作站应用标准软件(Diffusion Calculation, Philips Medical Systems)计算ADC图。此外,筛选0/100/800b值组内高b值组100/800图像计算ADC图。因此,每一志愿者共计算10组ADC图(5组不同b值,单、双射频源2种扫描模式)。数据分析分两部分进行: (1)图像分析 主观图像质量评分:两名放射学医师(分别具有10年和4年腹部放射学研究经验)独立、随机评价每一b值(0,100,500,800s/mm2)的单射频源和双射频源两组DWI图像。两组评价时间间隔为1周。两名医师对图像采集所使用的b值、单或双射频源均未知晓。图像评分采用4分制:1代表较差图像质量,明显驻波伪影;2代表中等图像质量,中度驻波伪影;3代表较好图像质量,轻度驻波伪影;4代表很好图像质量,无驻波伪影。 信号噪声比测量:DWI图像上,分别于肝右后叶、肝左外叶、胰腺尾部、脾4个解剖部位设置兴趣区(region-of-interest, ROI),测量各解剖部位在每一b值(0,100,500,800s/mm2)下,单射频源和双射频源两组DWI图像的信号噪声比(Signal to noise ratio, SNR)。因并行采集成像技术的使用,无法用传统的方法于空气中测量噪声,故参照文献将每一器官测得信号的标准差作为噪声。为避免不同组织差异、各种伪影对噪声测量的干扰,ROI应尽量避开血管、胆管等其他组织结构,设置于信号均匀度较好的区域。使用工作站上的复制黏贴功能确保单射频源与双射频源图像上ROI位置的一致性。 B1场的均匀性测量:B1map上,分别于肝右后叶、肝左外叶、胰腺尾部、脾4个解剖部位设置ROI,测量射频脉冲激励后各解剖部位分别在单射频源和双射频源B1map上的实际翻转角度,并计算实际翻转角度的变异度(coefficient of variation, CV,即标准差/均数)。比较各解剖部位实际翻转角度分布的一致性(即信号分布的均匀度)在单、双射频源间有无差异,从而评价射频场的均匀性有无改善。 (2)腹部器官ADC值测量 分别于肝右后叶、肝左外叶、胰腺尾部、脾4个解剖部位设置ROI(3个椭圆形、无重叠ROI/解剖部位),测量每一组b值(0/100,0/500,0/800,0/100/800,100/800s/mm2)的单射频源和双射频源两组图像中各解剖部位的ADC值。每一志愿者共测得120个数据:3个ROI/解剖部位,4个解剖部位,5组不同b值,单、双射频源2种扫描模式。 所有统计学分析均使用SPSS17.0软件(SPSS, Chicago, Ill)。主观图像质量评分、各解剖部位SNR、各解剖部位B1map实际翻转角度及其变异度在单射频源和双射频源两组图像上的比较,均采用一系列配对Wilcoxon秩和检验。图像质量评分者间结果一致性,采用Kappa检验评价:Kappa值≤0.4时提示有一致性但较差,0.41-0.75和0.75时分别提示一致性良好、很好。每一解剖部位,不同b值组时单、双射频源两组图像ADC测量值比较,采用对象内因子(within-subject factor)重复测量方差分析(repeated measure analysis of variance, ANOVA)。检验水准为P0.05。 结果 (1)图像分析 每一b值下,并行双射频源主观图像质量评分均显著高于单射频源图像质量评分(每一组比较,P值均0.0001)。两位评分者的结果间存在较好或很好的一致性(Kappa值范围,0.75~1.00)。与同b值单射频源图像比较,双射频源b值为0图像组完全消除了驻波伪影(两位评分者的记分均为4.00),b值为100图像组与高b值图像组(b-500,b-800)驻波伪影显著减轻。 每一b值下,并行双射频源图像各解剖部位的SNR均高于单射频源图像SNR。其中,仅肝左外叶两者SNR测量达到了统计学差异(P0.001)。所有解剖部位中,脾并行双射频源扫描时SNR最高,肝左外叶单射频源扫描SNR最低。 B1场的均匀性测量显示,并行双射频源各解剖部位实际翻转角度均显著高于单射频源图像(P0.0001),且前者各解剖部位实际翻转角度的变异度均显著低于后者(P0.01),即较单射频源比,并行双射频源各解剖部位实际翻转角度分布更为一致、信号分布更为均匀。较单射频源比,并行双射频源不同解剖部位间的信号分布及不同研究对象间的信号分布也更趋于一致。 (2)腹部器官ADC测量值比较 主效应分析结果显示:对象内因子射频源主效应无统计学意义(P=0.074),即双射频源下,所有解剖部位在所有b值组时测得的ADC值合并后,与单射频源图像测得的值比较无统计学差异。对象内因子b值组与解剖部位的主效应均有统计学意义(P值均0.0001),即不同b值组间ADC值、不同解剖部位间ADC值均有统计学差异。 二次交互效应分析结果显示:射频源与b值组二次交互效应有统计学意义,b值组为0/100时双射频源测得ADC值显著低于单射频源(P0.0001),b值组为0/100/800、100/800时,双射频源测得ADC值显著高于单射频源(P值分别为0.007,0.031),b值组为0/500、0/800时,单、双射频源测得ADC值无统计学差异(P值分别为0.437,0.236)。射频源与解剖部位二次交互效应也有统计学意义,各个解剖部位中,仅脾双射频源测得ADC值显著低于单射频源(P0.0001),余解剖部位单、双射频源测得ADC值均无统计学差异。 三次交互效应分析结果显示:射频源与解剖部位、b值组的三次交互效应有统计学意义,于是行简单效应分析:b值组为0/800(P0.001)、100/800(P=0.001)、0/100/800(P=0.001)时,肝左外叶并行双射频源图像测得ADC值显著高于传统单射频源测值,而b值组为0/100时,肝左外叶并行双射频源图像测得ADC值显著低于传统单射频源测值(P0.001);b值组为0/100(P0.001)、0/500(P=0.047)、0/800(P=0.012)时,脾并行双射频源图像测得ADC值显著低于传统单射频源测值;任意一组b值下,肝右后叶、胰腺尾部并行双射频源图像测得ADC值与传统单射频源测值比均无统计学差异。 射频源与b值二次交互效应分析并结合简单效应分析结果显示:b值组为0/500时,除脾有略微显著的统计学差异外,余各解剖部位ADC测量值在单、双射频源上均无显著差异。 结论 1、与传统单射频源比,并行双射频源技术显著提高了腹部不同b值DWI图像质量与射频场的均匀性; 2、与传统单射频源比,并行双射频源技术提高不同b值DWI图像上腹部器官的SNR,其中,肝左外叶的SNR差异达到统计学意义; 3、高b值组或低b值组时,肝左外叶和脾单、双射频源两组图像测得ADC值均有显著差异; 4、b值组为0/500时,腹部各器官单、双射频源两组图像测得ADC值差异最小


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