飞常极限——TSE-DWI技术在肺部MR成像的临床应用

科研速递

肺部MRI成像技术挑战极大，相对于CT来说其软组织成像特点以及利用弥散序列同时呈现灌注、弥散特征是对临床诊断帮助较大的方面，但面临的扫描参数设置、病人配合以及实验方案设计难度远高于常规核磁共振扫描。目前绝大多数的肺DWI或IVIM研究是使用单次激发平面回波成像(single shot echo-planar imaging, ssEPI)技术进行的。尽管ssEPI扫描时间较短，使得运动伪影较少，但由于磁敏感伪影的影响，ssEPI-DWI图像质量往往会下降，从而导致图像失真或信号丢失。由于空气与病变界面存在明显的磁场不均匀性，因此当应用EPI-DWI评估肺部病变时图像变形可能会更加严重。这可能导致DWI评估病变的准确性降低，甚至由于变形严重而无法阅片，特别对于小的肺部结节尤其如此。单次激发快速自旋回波(single-shot turbo spin-echo, ssTSE)是一种常用的快速成像序列，它能够克服EPI在DWI成像的部分缺点。它在一次90°射频脉冲激发后，利用多个180°重聚脉冲采集自旋回波信号，对磁场的均匀性要求不高，不容易受磁敏感伪影的影响。TSE-DWI已在各种研究中得到应用，并被证明具有减少图像磁敏感伪影及图像变形的能力。然而，TSE-DWI在肺部的应用却鲜有报道。此外，既往的研究还没有评估TSE-IVIM在肺内应用的可行性。

近日，广州医科大学附属第一医院放射科与飞利浦临床科学部合作，于Journal of Computer Assisted Tomography杂志发表文章 Intravoxel Incoherent Motion Diffusion-Weighted Imaging of Lung Cancer: Comparison Between Turbo Spin-Echo and Echo-Planar Imaging [1]。该研究还因为其极致的参数设计和图像质量控制荣获飞利浦医疗2019年MR中国好影像磁共振竞技PK大赛卓越科研奖。本研究首次对肺部ssEPI-DWI和ssTSE-DWI序列的ADC和IVIM参数及其稳定性进行对比评估。本研究使用3T磁共振比较两种技术的图像质量以及单、双指数模型DWI的相关参数，同时通过对两个序列短时间内重复扫描，测量相关参数的可重复性和观察者间一致性，以期对这两个序列的ADC及IVIM参数的鲁棒性进行评估。

本研究对象为2019年1月4日至3月1日广州医科大学附属第一医院进行胸部CT及MR检查的患者。纳入标准如下:(a) 胸部CT检查发现肺内实性结节或肿块影，CT图像上病灶大小可测量；(b) 无MR检查禁忌症。共15例连续患者纳入研究，患者一般情况为：男性9例，女性6例，年龄范围:27 - 69岁，平均年龄为52.8岁。病理结果为浸润性腺癌9例，鳞状细胞癌5例，小细胞癌1例。所有患者使用体相阵列线圈进行3.0 T MRI (Achieva, Philips Healthcare, Best，The Netherlands)检查。DWI数据采用ssTSE序列和ssEPI序列在自由呼吸状态下进行。采用频率选择反转脉冲脂肪抑脂技术对脂肪进行抑制。两个序列分别扫描两次，间隔约5分钟，第二次扫描时重新定位后扫描。b值使用0至800 s/mm²范围内的5个b值(0、20、50、200和800 s/mm²)。扫描参数详见表1。

表 1 磁共振扫描参数

肺部病灶在EPI-DWI图像具有不同程度的变形，而在TSE-DWI上肺部病变的变形率（DR）明显小于EPI-DWI (P < 0.001)。TSE-DWI组的平均信噪比（SNR）低于EPI-DWI组(P = 0.033)，但两个序列的平均对比噪声比（CNR）相似。TSE-DWI和EPI-DWI之间的DR、SNR和CNR的定量比较如图1所示。肺部病变在TSE-DWI及EPI-DWI的表现对比如图2和图3所示。

图1 EPI-DWI与TSE-DWI之间DR、SNR、CNR的比较。采用配对t检验评价DR和SNR的显著性差异。**表示P < 0.001，*表示P < 0.05。

图2 右下肺结节 (粗箭)。A.T2WI-SPIR; B.EPI-DWI (b = 800 s/mm²); C. TSE-DWI (b = 800 s/mm²); D. T2WI与EPI-DWI融合图；E. T2WI与TSE-DWI融合图。在EPI-DWI上，可见病变变形、脊柱移位(双细箭头)，而TSE-DWI上的病变与T2WI-SPIR相比没有变形或移位。

图3. 右上肺结节 (箭头)。A.T2WI-SPIR; B.EPI-DWI (b = 800 s/mm²); C. TSE-DWI (b = 800 s/mm²); D. T2WI与EPI-DWI融合图；E. T2WI与TSE-DWI融合图。在EPI-DWI上，可见病变变形、移位，而TSE-DWI上可以清楚地显示病变及其内的支气管影。融合图像显示，TSE-DWI与T2WI-SPIR匹配良好。

病变在TSE-DWI上测得的ADC和D值均高于EPI-DWI(表2)。Bland-Altman分析显示，TSE-DWI与EPI-DWI间具有较宽的一致性界限。通过两位放射科医师分别对两个序列间ADC及IVIM参数进行LOA评估。两名放射科医师对TSE-DWI和EPI-DWI两个序列的ADC、D、f和D*间的Bland-Altman分析见图4。图5示一例典型病例在TSE-DWI和EPI-DWI的两次扫描的表现。

表2 TSE 及EPI-DWI 的ADC 及IVIM 参数在扫描-再扫描重复性

图4 由放射科医师1(第一行)和放射科医师2 (第二行)分别对TSE-DWI和EPI-DWI之间的ADC、D、D*、f进行Bland-Altman分析。图中连续线表示平均绝对偏差，虚线表示95%一致性界限。

图5 右下肺肿块重复扫描的IVIM参数图表现。(a)TSE-DWI第一次扫描。(b) TSE-DWI第二次扫描。(c) EPI-DWI第一次扫描。(d) EPI-DWI第二次扫描。可见在TSE和EPI序列中，ADC与D在不同扫描中有很好的重复性，而f及D*值重复性相对欠佳，其中以TSE-DWI的D*差异最大。

本研究分别对通过EPI和TSE技术获得的肺IVIM参数的稳健性进行了评估。在EPI和TSE序列中，ADC和D值在两次扫描的重复性以及观察者间的一致性均令人满意，提示ADC和D值是评估肺部病变的可靠参数。其中TSE-DWI得到的ADC和D值较EPI-DWI有更好的重复性。这表明TSE-DWI显著降低图像失真，从而可能进一步提高ADC和D的稳健性。另一方面，f和D*在两次扫描间的重复性欠佳；且通过分析ICC的95%置信区间，f和D*在观察者间具有更高的可变性，这是与大多数以前的研究一致。其中，TSE-IVIM所得的D*观察者间的再现性最差，这可能是因为D*对宏观运动很敏感；而TSE-DWI的采集时间更长，使得其对运动伪影的敏感性更高，从而增加了其参数的可变性。

总之，与EPI技术相比，使用TSE的肺DWI或IVIM几乎没有病灶的几何形变，因此，在评价肺肿瘤，尤其是肺小结节方面，它可以作为EPI-DWI的一个令人满意的替代方法。此外，TSE-DWI可以提高ADC和D的稳健性，故在一些需要反复多次复查的情况，如肺恶性肿瘤的疗效评估，具有很大的应用潜力。然而，由于EPI-DWI和TSE-DWI之间的差异较大，故不建议在纵向研究中同时混用这两种序列来评估肺部病变。

作为心血管成像的领军者，飞利浦医疗一直致力于与合作伙伴一起开发具有极限挑战的临床方向，飞利浦在肺部MR成像、冠脉磁共振成像、心肌水脂分离、不打药全身动静脉血管成像等极难的技术领域都有十分深厚的储备，并期待与合作客户一起开发更多优质的产品以优化诊断、便利临床。 

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参考文献

[1] Qi Wan, MD, PhD et al., Intravoxel Incoherent Motion Diffusion-Weighted Imaging of Lung Cancer: Comparison Between Turbo Spin-Echo and Echo-Planar Imaging J Comput Assist Tomogr · Volume 00, Number 00, Month 2020

作者| 广州医科大学附属第一医院 万齐、李新春

编辑 | 飞小兵、飞小鸿