探讨3.0 T MR胃癌患者体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)中扫描参数的优化选择。
前瞻性收集我院自2018年12月至2019年10月经胃镜病理证实的胃癌患者40例进行术前MRI检查。采用随机数字表法将患者分为A、B两组，A组采用提高信号平均采集次数(number of signal average，NSA)，适当延长重复时间(repetition time，TR)及回波时间(echo time，TE)；B组采用降低NSA，适当缩短TR及TE，两组的其余参数一致。A组的扫描时间约为14 min，B组的扫描时间约为7 min 12 s。测量每个患者IVIM-DWI序列(b=1200 t)图像的信噪比(signal to noise ratio，SNR)、对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)以及病灶的ADCslow、ADCfast、f值。通过独立样本t检验比较组间SNR、CNR、ADCslow、ADCfast、f值的差异，并采用双盲法对图像进行主观评价。
A、B两组的SNR值分别为56.60±34.64、53.50±20.21，CNR值分别为44.95±18.52、41.38±31.72，ADCslow值分别为0.635±0.274、0.818±0.305，ADCfast值分别为6.100±1.075、6.471±1.549，f值分别为0.419±0.184、0.402±0.193，SNR、CNR、ADCslow、ADCfast、f值在A组与B组间的差异均无统计学意义(P＞0.05)。A组和B组间图像的主观评分差异有统计学意义(P＜0.05)。
通过降低NSA并适当缩短TR、TE的扫描方案，不仅明显缩短扫描时间，而且图像质量还能满足诊断要求，从而提高胃癌患者接受MR检查的可行性。
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目前，体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像技术在腹部脏器的MR检查中应用越来越广泛，尤其在实质脏器疾病的疗效评估和定性判断上具有重要价值［1, 2, 3］。但是，国内外文献对IVIM-扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)技术在空腔脏器-胃部的应用研究报道较少。由于受到患者自身心脏跳动、呼吸幅度以及胃肠道蠕动产生的影响，腹部IVIM-DWI质量下降明显［4］。另外，IVIM-DWI需要利用多个b值成像，b值数目增加的同时也相应地延长了扫描时间［5］。然而，胃属于空腔蠕动脏器之一，不能满足长时间检查的需要，即使使用了低张药物，效果也有限。并且胃癌患者的体质多较虚弱，亦不能耐受检查时间过长。由于扫描时间较长，限制了IVIM成像在运动器官中的应用价值。因此，如何在保证图像质量及参数准确性的前提下，通过参数优化缩短扫描时间是磁共振IVIM成像临床应用急需解决的问题。本研究拟探讨在满足影像诊断要求的前提下，寻找最短扫描时间，从而使IVIM-DWI序列更高效普及于胃癌患者的检查，为临床胃癌的诊治提供更客观的量化依据。
前瞻性收集济南市人民医院自2018年12月至2019年10月胃癌患者40例，均经过胃镜病理确诊，手术之前进行MRI检查。其中男25例，女15例，年龄(65.70±10.39)岁。纳入标准：①组织病理证实为低分化胃腺癌；②肿瘤最大径大于1 cm；③胃镜活检后超过1周者。排除标准：①有磁共振检查禁忌证者，如体内有心脏起搏器等金属埋植物以及幽闭恐惧症患者；②患者无法耐受磁共振检查；③图像伪影明显，无法用于测量。按照随机数字表法分为A、B两组，A组21例，B组19例。所有患者在MR检查前均签署知情同意书，本研究得到济南市人民医院伦理委员会批准。
成像及后处理设备：采用飞利浦Ingenia 3.0 T MR扫描仪；dS Anterior coil 3.0 T体部线圈；IntelliSpace Portal后处理工作站，应用Philips IVIM-Version 1.2.0软件包对图像进行后处理。
检查前准备：所有研究对象于检查前进行MRI检查宣教，胃肠道准备(空腹8 h以上)并进行呼吸及饮水训练，对无低张药物禁忌证患者，检查前10 min给予肌注盐酸山莨菪碱10～20 mg，患者坐在检查床上时嘱其小口饮水500 mL后缓慢仰卧，常规加用腹带及呼吸门控，脚先进，双上肢置于头侧或身体两侧，采用呼气后屏气模式。
MRI序列及参数：所有研究对象均行常规MRI检查和IVIM-DWI检查，常规序列包括冠状位T2WI-TSE、轴位T2WI-TSE、T2WI-SPIR、mDIXON-All-BH；IVIM-DWI检查采用平面回波技术加并行采集技术，A、B两组相同的扫描参数为选取12个b值，分别为0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200 s/mm2，层厚6 mm，层间距1 mm，矩阵120×98×24，视野360 mm×300 mm×191 mm；不同的扫描参数为A组：TR 2178 ms，TE 81 ms，信号平均采集次数9，扫描时间约为14 min；B组：TR 1587 ms，TE 67 ms，信号平均采集次数2，扫描时间约为7 min 12 s。
(1)图像信噪比(signal to noise ratio，SNR)、对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)的测量：利用IntelliSpace Portal后处理工作站，首先，调整阈值去除DWI图像背景噪声。然后，结合平扫T1WI、T2WI序列图像，在b值为1200 s/mm2的IVIM-DWI图像对胃癌病灶显示良好的层面(避开出血及坏死区)，及同层面背景区(脊柱旁竖脊肌区)分别勾画出3个相同大小的圆形ROI，ROI面积为50 mm2，并记录胃癌病灶及背景的信号强度(S病灶、S背景)和背景的噪声(SD背景)，取3次测量值的平均值作为最终数值，最后利用公式：SNR=S病灶/SD背景，CNR=S病灶-S背景/SD背景，计算出每个患者IVIM-DWI序列(b=1200 t)图像的SNR、CNR。
(2)ADCslow、ADCfast、f值的测量：应用Philips IVIM- Version 1.2.0软件包对图像进行后处理，得到相应的ADC图，在胃癌病灶显示良好的层面(避开出血及坏死区)勾画出3个相同大小的ROI，ROI面积为50 mm2，并记录病灶的ADCslow、ADCfast、f值，取3次测量值的平均值作为最终数值。
由2名医学影像中心腹部疾病影像诊断经验丰富的高年资主治医师盲法分析患者的MRI图像。对各组图像质量分别进行评价，评价不一致时协商并达成一致。主观评价采用3级制进行评分，评价标准主要以图像对病变的显示情况、有没有磁敏感伪影和明显运动为基础。1级：图像质量优秀，病变边缘及内部情况显示清晰，无磁敏感伪影及明显运动；2级：图像质量一般，病变边缘及内部情况能显示但不够清晰，有磁敏感伪影及运动，但诊断不受影响；3级：图像质量差，病变边缘及内部情况无法显示，有磁敏感伪影和明显运动，不能进行诊断［6］。
采用SPSS 20.0软件进行分析。计量资料以±s表示。A、B两组间SNR、CNR的比较采用独立样本t检验；主观评分比较采用Kappa检验评价其一致性：Kappa≥0.75为一致性较好；0.40≤Kappa＜0.75为一致性中等；Kappa＜0.40为一致性较差；图像质量主观评分采用Mann Whitney U非参数秩和检验。P＜0.05表示差异有统计学意义。
两组患者间性别、年龄、体重指数比较，差异均无统计学意义(P＞0.05)，见表1。
两组间性别、年龄、体重指数比较
Comparison of gender, age and BMI between two groups
两组间性别、年龄、体重指数比较
Comparison of gender, age and BMI between two groups
| 组别 | 性别(男/女) | 年龄(岁) | 体重指数(kg/m2) |
|---|---|---|---|
| A组 | 12/9 | 65.40±10.32 | 22.45±2.03 |
| B组 | 11/8 | 66.00±8.42 | 21.36±1.89 |
| χ2值 | 0.327 | — | — |
| F值 | — | 1.530 | 0.331 |
| P值 | 0.849 | 0.163 | 0.719 |
两组患者胃癌病灶呈T1WI低T2WI稍高信号，T2WI-SPIR呈高信号，DWI(b=1200 t)呈高信号。
A、B两组的SNR分别为56.60±34.64、53.50±20.21，CNR分别为41.38±31.72、44.95±18.52，ADCslow值分别为(0.635±0.274)×10-3 mm2/s、(0.818±0.305)×10-3 mm2/s，ADCfast值分别为(6.100±1.075)×10-3 mm2/s、(6.471±1.549)×10-3 mm2/s，f值分别为(0.419±0.184)%、(0.402±0.193)%，SNR、CNR、ADCslow、ADCfast、f值在A、B两组间的差异均无统计学意义(P＞0.05)。
两名资深主治医师的主观评分Kappa值为0.875，一致性良好。A、B两组图像的主观评分见表2，A组和B组间图像的主观评分差异有统计学意义(P＜0.05)，两组的IVIM-DWI(b=1200 t)图像见图1。
两组IVIM-DWI图像的主观评分比较
Comparison of subjective scores of IVIM-DWI images between the two groups
两组IVIM-DWI图像的主观评分比较
Comparison of subjective scores of IVIM-DWI images between the two groups
| 组别 | 1级 | 2级 | 3级 |
|---|---|---|---|
| A (n=21) | 15 | 6 | 0 |
| B (n=19) | 7 | 12 | 0 |
| Z值 | -2.168 | ||
| P值 | 0.030 | ||
1986年，由Le Bihan等首次提出了体素内不相干运动的概念［7, 8］。在磁共振检查时，他们首次将组织的微循环灌注和水分子运动区分开。基于IVIM原理，双指数模型是组织信号强度改变的基础。用公式表示为Sb/S0=fexp［-b(ADCfast+ADCslow)］+(1-f) exp(-bADCslow)。在公式中，ADCfast值指的是微循环灌注的扩散运动，为假扩散系数或者快速的扩散运动成分；ADCslow值指的是纯的水分子扩散运动，为扩散系数或者缓慢扩散运动成分；f值代表微循环灌注在总扩散效应中的比率，为灌注分数。
IVIM-DWI需要利用多个b值成像，来获取受检组织水分子扩散和微循环灌注两方面的信息。b值单位是s/mm2，是扩散敏感因子，代表扩散运动的能力，可以反映扩散持续时间和梯度场强度。当b值大于200 s/mm2时，信号衰减的程度主要体现水分子的扩散运动；当b值小于200 s/mm2时，信号衰减的程度主要体现组织的微循环灌注［9］。因此，b值选取的合适与否与诊断结果的准确程度直接相关。增加b值在0～200 s/mm2范围内的采样数就可以改善对ADCfast值估算的准确性［10］。如果要提高恶性肿瘤的诊断敏感性，一般选择高b值，因为这样可以增加水分子扩散运动的敏感性及DWI图像的扩散对比性［11, 12］。然而，b值与图像的信噪比是呈反比的［13, 14］。因为b值增大之后，加大了施加的梯度，延长了梯度持续时间，从而导致TE延长，降低了图像的信噪比，因此最高b值并不是单纯的越大越好。并且有研究显示［15］，当选取b值数目低于10个时，ADCfast、ADCslow及f值的可重复性均会减小。因此，本研究选取12个b值，分别为0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200 s/mm2。
目前，信噪比和对比噪声比是评价MR图像质量最常用的两个指标。SNR、CNR越大图像越清晰，图像质量越好［16-17］。要提高图像质量，可以通过增加信号平均采集次数，因为这样可以使图像的信噪比增加，但信号平均采集次数增加的同时必然导致扫描时间的延长，部分患者难以接受，根据公式“扫描时间=TR×n×信号平均采集次数(number of signal average，NSA)、SNRN=NSA2×SNR1”，理论上，单纯的降低NSA可缩短成像时间，由于SNR并不是与NSA呈正比，而是与NSA的平方根呈正比，因此，SNR受NSA的影响是有限的［18, 19］；另外，可以通过保持其他参数不变的条件下，适当缩短回波时间来提高SNR。本研究中，A组采用的NSA为9、TE为81 ms、TR为2178 ms，B组采用的NSA为2、TE为67 ms、TR为1587 ms，其余扫描参数两组一致，结果发现，两组间SNR、CNR的差异无统计学意义。这就印证了在其余参数不变时，降低信号平均采集次数并适当缩短回波时间对图像质量的SNR、CNR影响不明显。虽然，主观评分中A组的评分显著高于B组，但是B组亦能显示病变边缘及内部情况，即使部分图像有轻度的运动及磁敏感伪影，仍然不影响诊断。B组的扫描时间约为7 min 12 s，明显短于A组的扫描时间14 min。
受组织T2穿透效应的影响，DWI信号强度对活体组织内水分子扩散速度快慢的影响缺乏准确性，其量化指标是通过测量病灶的ADC值［20, 21, 22］。IVIM-DWI的相关参数值ADCfast、ADCslow及f值属于可测量参数，能量化分析组织中水分子扩散和微循环灌注信息。对于定量测量的研究，参数测量准确性对研究结果具有至关重要的影响。故本研究对各组ADCslow、ADCfast及f值分别进行测量，以了解改变扫描参数后是否会影响ADCslow、ADCfast及f值的准确性。通过研究发现，A、B两组间ADCslow、ADCfast及f值的差异均无统计学意义，表明扫描参数NSA、TR、TE的适度改变，并不影响ADCslow、ADCfast及f值的准确性。因此，综合分析，B组的扫描参数可作为胃癌患者的个性化扫描参数。
本研究的不足之处在于样本量偏小，还需进一步扩大样本量。此外，IVIM-DWI中b值数目及范围的选择也缺乏统一的标准，笔者在今后的工作中会进一步完善设计，增大样本量，利用不同的b值组合来进一步优化IVIM-DWI的扫描方案。
综上，胃癌患者行IVIM-DWI检查时，可以在采用较低的信号平均采集次数条件下适当地缩短回波时间来提高图像的SNR，使得图像满足诊断要求的前提下缩短扫描时间，从而为临床胃癌的诊治提供更可靠的量化依据。
This work was part of Key R & D Projects in Shandong Province (No.2018GSF118077).
全体作者均声明无利益冲突。
