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心肌磁共振多b值弥散加权成像的初步探讨

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[LV.4]偶尔看看III

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发表于 2013-12-29 22:40:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
【摘要】目的:探讨心肌磁共振多b值弥散加权成像的可行性。 方法:38名健康志愿者行心脏多b值弥散加权序列扫描,由两名放射科医生对图像质量进行评估。符合要求的图像在标准横断位和心脏短轴位上分别测量室间隔前部、后部、上部、下部及游离壁的Slow ADC值、Fast ADC值和Fraction of Fast ADC值。所得数据进行Bland-Altman分析和Pearson相关分析。 结果:34名(89.4%)志愿者检查成功,共获得了61组符合定量测量要求的图像,其中I级图像24组(39.3%),II级图像37组(60.7%),在标准横断位和心脏短轴位上分别测量室间隔前部、后部、上部、下部及游离壁的Slow ADC值(0.0029±0.0024~0.0036±0.0014x10-3mm2/s)、Fast ADC值(0.1454±0.0821~0.1965±0.0668x10-3mm2/s)和Fraction of Fast ADC值(0.1915±0.7~0.2657±0.1155),根据Bland-Altman图和Pearson相关分析得到参数测量在观察者间具有良好的一致性(相关系数r=0.904)。 结论:在呼吸训练和心率控制的前提下,经过恰当的参数选择,能获得清晰的心肌多b值弥散加权图像,且参数测量在观察者间具有良好的一致性。
前言
在临床工作中,心肌的灌注情况是评估患者心肌状况、监测治疗效果的重要指标。磁共振多b值弥散成像(Multi b value Diffusion Weighted Imaging)是一种近年来新发展的成像技术,能够在不使用造影剂的情况下,获得组织的灌注信息。本研究对多b值DWI序列在心肌成像方面的应用进行初步的探讨,并对所测量参数的可重复性进行初步评估。
材料和方法
1. 研究对象
共健康志愿者38名,其中男性24名,女性14名,年龄21~62岁(平均年龄32.2岁),心率41~83次/分,既往无心肺脑疾患。所有受试者均签署知情同意书。
2. 检查方法
使用GE 3.0T磁共振(Discovery750型),心脏8通道专用线圈。扫描序列:
2.1.FIESTA电影序列:电影序列扫描经室间隔中点(心脏舒张状态下)的心脏短轴位,用于确定心肌运动幅度最小的时间点,该时间点将做为多b值DWI序列的触发延迟时间(time of delay,TD)。扫描参数:TE/TR=1.5/3.5ms,FA=45°,bandwidth=125Hz,Cardiac phase to Reconstruct=80,NEX=1, Matrix=224x, FOV= 38x38cm, slice thickness=8mm,Trigger delay=minimum(10ms), Acceleration=2,扫描时间约6s,局部匀场,使用心电门控,呼气末屏气扫描。
2.2.多b值DWI序列:扫描经室间隔中点的心脏短轴位和标准横断位,b=0,20,100,200s/mm2,每个b值图像相对应的NEX=1,1,2,2;diffusion Direction=All; Matrix=x;TE/TR=mini/750ms; bandwidth=250Hz,slice thickness=6mm;FOV=38x38cm;依据电影序列上舒张末期连续3个心肌运动幅度最小的层面而确定TD值;使用患者屏气状态下的心率作为Project HR值,Trigger window=10%; Acceleration=2, 扫描时间约13~20s,局部匀场,使用心电门控,呼气末屏气扫描。
3. 图像分析及统计学处理
扫描得到的图像传送至工作站(ADW4.5,Functool 9.4.04b)进行后处理。由2名从事心血管MR诊断的放射科医生分别进行图像分析和数据测量。
3.1. 图像分级标准
多b值DWI图像依照一下标准进行分级:
0级:有一个或多个b值图像心肌信号丢失严重,不能进行定量测量;
I级:各b值图像心肌显示清楚,个别b值图像局部有少量伪影,但不影响感兴趣区的测量;
1I级:各b值图像心肌显示清楚,轮廓清晰锐利,没有伪影干扰。
3.2. 相关参数的测量
分别在经室间隔中部的心脏短轴位图像和标准横断位图像上于室间隔前部、后部及左室游离壁选取3个感兴趣区(ROI),以双指数模型计算心肌Slow ADC值、Fast ADC值和Fraction值。所得数据使用SPSS16.0进行Bland-Altman分析和Pearson相关分析。
结果
38名志愿者中,4名志愿者由于呼吸配合不良(1例)、心脏搏动时扭转明显(3例)致短轴位及标准横断位图像质量均较差,不能进行定量测量;另有7名志愿者短轴位或标准横断位图像质量较差,不能进行定量测。
34名志愿者成功获得了61组图像(如表1、图1、2所示)。感兴趣区(ROI)的选取如图3所示。多b值DWI图像测量结果如表1所示。两名医生测量结果之间的关系以Bland-Altman图及Pearson相关性表示,由散点图可知所有测量点均在95%一致性界限范围内,两名医生在经过培训后对标准横断位室间隔后部、室间隔前部、左室游离壁及心脏短轴位上室间隔下部、室间隔上部、左室游离壁心肌的Slow ADC值、Fast ADC值和Fraction值测量在观察者间具有良好的一致性(相关系数r=0.904)(图5)。
表1 34名扫描成功志愿者图像分级(单位:组)


图1 心脏标准横断位多b值图像,从左往右,b值分别为0,20,100,200 s/mm2,示左室心肌信号均匀,轮廓清晰,无伪影影响,心肌信号随b值的增加而减低。

图2 心脏短轴位多b值图像,从左往右,b值分别为0,20,100,200 s/mm2,示左室心肌信号均匀,轮廓清晰,无伪影影响,心肌信号随b值的增加而减低。

图3 感兴趣区的选择。标准横断位上室间隔后部为ROI1,室间隔前部为ROI2,左室游离壁为ROI3;心脏短轴位上室间隔下部为ROI1,室间隔上部为ROI2,左室游离壁为ROI3。

图4 标准横断位和短轴位的Slow ADC值、Fast ADC值和Fraction值测量


表2 两名医生对标准横断位及心脏短轴位心肌ROI测量结果*


图5 两名医生测量多b值DWI图像参数值的Bland-Altman图和散点图,示所有测量点均在95%一致性界限范围内,二者呈线性相关趋势(r=0.904)。
讨论
1. 多b值DWI评价心肌灌注的原理
磁共振多b值弥散成像(Multi b value DWI)是一种基于体素内不相干运动( intravoxel incoherent motion,IVIM)理论的成像技术,IVIM理论考虑了单个体素内所有水分子的随机运动,包括单纯的水分子弥散和毛细血管网内血液微循环两个部分,后者既反应组织的灌注情况[1]。通过扫描多个b值(4个以上)的弥散图像,就能计算相关参数,达到无创的反应组织的灌注情况的目的,无须使用对比剂,避免了对比剂过敏的风险及钆对比剂相关的肾源性系统性纤维化。计算的参数包括扩散系数D(slow ADC)、灌注因子f(Fraction of Fast ADC)、及由灌注因素导致的假扩散系数D*(fast ADC)。其中D*亦称灌注系数,代表组织平均血流速度和平均毛细血管段的长度,计算公式如下:

D*值明显大于D值,只有当b<200s/mm2时,采集的弥散信号内才包含足够的组织灌注成分,而b>200s/mm2时,微循环灌注成分对弥散信号的影响可以忽略不计[1,2],所有一般认为b值低于200s/mm2为低b值。
多b值DWI最先用于脑部成像,后来逐渐被用于其他部位。Alain[2]等成功将多b值DWI序列应用于肝脏,发现肝硬化患者D*值降低,认为其与肝硬化患者肝脏血流减少而导致灌注减低有关。Hersh[3]等将多b值DWI序列用于肾脏病变,发现双指数模型多b值DWI序列参数能准确区别肾脏强化和非强化的病灶,有望取代增强扫描成为一种新的评价肾脏病变方法。2011年Stanislas[4]等将低b值DWI序列用于健康志愿者心脏扫描,采集的数据经过一定的去噪、滤波后处理后,图像参数的测量具有良好的可重复性,信噪比和对比度噪声比也能达到诊断水平。
DWI序列用于心脏的难点主要在于呼吸运动和心脏搏动使得弥散梯度持续时间内水分子移位较大,导致信号丢失严重,b值越大,信号丢失越明显。随着磁共振软硬件的发展和呼吸导航技术、心电门控技术与DWI序列的兼容,这一难点正在逐渐被克服。
2. 多b值DWI心肌成像的初步经验
1) 扫描前准备:a. 呼吸训练 良好的呼吸配合是扫描成功的前提。扫描前应对患者进行呼吸训练,务必保证屏气时胸腹部均保持静止状态,确保扫描期间心脏不受呼吸运动的影响。本组志愿者中有1例因屏气不佳,导致心肌信号明显丢失,图像不能进行定量测量。屏气时间(即多b值DWI序列扫描时间)与心率有关,心率越慢,需要屏气的时间越长,心率在50次/分时,屏气时间长达20秒。b. 心率及心律控制 8例获得较好图像的志愿者心率均在70次/分以下;心率大于 80次/分时各b值图像心肌信号衰减将十分明显,推测可能是由于心率较快,舒张末期心肌相对静止的时间段小于信号采集时间所致。心律同样是影响图像质量的重要因素,心律不齐导将致图像出现错层,进而不能进行定量测量。c.电解质垫 在前胸壁与线圈之间放置电解质垫有助于减少图像前后方向的信号强度不均衡,避免局部心肌信号强度相对过高引起的误差。
2) 扫描参数的设定:心电门控的触发延迟时间(time of delay,TD)是心脏多b值DWI序列扫描的关键参数。该时间点依据心脏短轴电影序列上心肌运动幅度最小的时间而定,一般位于舒张末期的80ms内[5]。该时间段内心肌运动幅度最小,能最大限度的减少由于心脏搏动导致的信号丢失。
3) 心脏多b值DWI图像的常见伪影:扫描失败不能进行定量测量的志愿者中,除因心肌信号丢失明显外,图像伪影也是一个重要的因素。常见的伪影包括心脏搏动伪影、呼吸运动伪影及蠕虫状伪影。心脏搏动伪影一般通过调整TD时间能够避免,但是部分志愿者心脏搏动是尚伴有轻度的扭转,即使调整TD时间也难以采集到理想的图像。呼吸运动伪影是由于扫描过程中屏气不理想所致,一般容易纠正,扫描前进行呼吸训练是十分必要的。蠕虫状伪影可能与DWI序列扫描时梯度场的剧烈转换导致的磁共振检查床的震动有关,表现为心肌内弯曲线样低信号影,本组样本中有2例心肌内出现蠕虫状伪影,如何避免该种伪影尚需进一步的研究;另有2例饱食状态下由于胃部充盈,导致相邻左室下壁局部出现伪影,故而进行心肌多b值DWI扫描时最好嘱患者保持空腹状态。
3. 不足与展望
本次研究对心肌多b值DWI成像仅进行了初步的探讨,样本量较小,今后应该扩大样本量,并对同一志愿者多次扫描测量的可重复性进行研究;对所测量的灌注参数fast ADC和Fraction与心肌灌注的关系也应在今后进一步探讨。心肌多b值DWI成像无需使用造影剂,如果能用于临床替代心肌灌注扫描,必将大大减少对比剂过敏的风险以及钆对比剂相关的肾源性系统性纤维化,其应用十分前景广阔。
参考文献:
[1]Denis Le Bihan. Intravoxel Incoherent Motion Imaging Using Steady-State Free Precessionl. Magn Reson Med. 1988:7(3):346-51.
[2] Alain Luciani, et al. Liver Cirrhosis: Intravoxel Incoherent Motion MR Imaging—Pilot Study. Radiology. 2008:249(3):891-9.
[3] Hersh Chandarana, et al. Comparison of biexponential and monoexponential model of diffusion weighted imaging in evaluation of renal lesions: preliminary experience. Invest Radiol. 2011:46(5):285-291.
[4] Stanislas Rapacchi, et al. Low b-Value Diffusion-Weighted Cardiac Magnetic Resonance Imaging: Initial Results in Humans Using an Optimal Time-Window Imaging Approach. Invest Radiol. 2011:46(12):751-758.
[5] Low b-value diffusion-weighted cardiac magnetic resonance imaging: initial results in humans using an optimal time-window imaging approach.Rapacchi S, Wen H, Viallon M, et al. Invest Radiol. 2011:46(12):751-8.

作者:华中科技大学同济医学院附属同济医院 夏黎明

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