几何校正平面回波成像用于改进颅脑弥散加权成像质量.pdf

基金项目国家自然科学基金项目().第一作者徐露露(),男,江苏连云港人,硕士,副主任技师.研究方向:MR技术.E m a i l:x u l u l u j s p h o r g c n 通信作者王建伟,南京医科大学第一附属医院放射科,.E m a i l:w a n g j i a n w e i j s p h o r g c n 收稿日期 修回日期 影像技术学E c h op l a n a r i m a g i n gg e o m e t r yc o r r e c t i o nf o r i m p r o v i n gq u a l i t yo f c e r e b r a l d i f f u s i o nw e i g h t e d i m a g i n gXUL u l u,S UNS h a n s h a n,C A OD a,L US h a n s h a n,WUP e n g,WANGJ i a n w e i(D e p a r t m e n t o fR a d i o l o g y,t h eF i r s tA f f i l i a t e dH o s p i t a l o fN a n j i n gM e d i c a lU n i v e r s i t y,N a n j i n g ,C h i n a;D e p a r t m e n t o fC l i n i c a la n dT e c h n i c a lS u p p o r t,P h i l i p sH e a l t h c a r e,S h a n g h a i ,C h i n a)A b s t r a c tO b j e c t i v e T oe x p l o r et h ev a l u eo fe c h op l a n a r i m a g i n gg e o m e t r yc o r r e c t i o n(E P I C)f o r i m p r o v i n gq u a l i t yo fc e r e b r a l d i f f u s i o nw e i g h t e di m a g i n g(DW I)M e t h o d s T w e n t y t h r e ep a t i e n t sw i t hb r a i nt u m o r sa n d h e a l t h ys u b j e c t sw e r ep r o s p e c t i v e l yr e c r u i t e d S t a n d a r de c h op l a n a ri m a g i n g(E P I)DW Ia n dE P I C DW Is c a n n i n gw e r ep e r f o r m e d T h ed i s p l a y i n gd e g r e e so fb r a i ns t r u c t u r e sn e a rt h ef r o n t a ls i n u s,o r b i t a lg y r u sa n dt e m p o r a lp e t r o u s,t h ef a ts u p p r e s s i o ne f f i c a c y,g e o m e t r i cd e f o r m a t i o nd e g r e e(m i s m a t c hd i s t a n c e),a sw e l l a s s i g n a l t o n o i s e r a t i o(S N R),c o n t r a s t t o n o i s e r a t i o(C N R)a n da p p a r e n t d i f f u s i o nc o e f f i c i e n t(A D C)v a l u e so f a l l s u b j e c t sw e r e c o m p a r e db e t w e e nE P I DW I a n dE P I C DW Ii m a g e s Am o n g p a t i e n t sw i t hb r a i nt u m o r s,t h ed e g r e e so fg e o m e t r i cd e f o r m a t i o na n dS N R,C N Ra n dA D Cv a l u e so fl e s i o n sw e r e a l s oc o m p a r e db e t w e e nE P I DW I a n dE P I C DW I R e s u l t s E P I C DW Iw a s s u p e r i o r t oE P I DW I f o r v i s u a l i z i n gt h ef r o n t a l s i n u s a n do r b i t a l g y r u s(b o t hP ),w h i l en os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c eo f d i s p l a y i n g t h e a r e a sn e a r t h e t e m p o r a lp e t r o u sb e t w e e nE P I DW I a n dE P I C DW I i m a g e s(P )E P I C DW Id e m o n s t r a t e db e t t e r f a ts u p p r e s s i o ne f f e c t t h a nE P I DW I(P )T h em i s m a t c hd i s t a n c eb e t w e e n t h e f u s i o n i m a g e so fE P I C DW I a n dT W I f o r a l l s u b j e c t sa n d b r a i nt u m o r sp a t i e n t sw e r eb o t hs i g n i f i c a n t l yl e s st h a nt h a to fE P I DW Ia n dT W If u s i o ni m a g e s(b o t hP )N os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo fS N R,C N Rn o rA D Cv a l u e s o f l e s i o n sw a s f o u n db e t w e e nE P I DW I a n dE P I C DW I i m a g e s(a l lP )C o n c l u s i o nC o m p a r e dt oE P I DW I,E P I C DW Id i s p l a y e da n a t o m i c a ls t r u c t u r e sb e t t e r,w i t h m o r eu n i f o r mf a ts u p p r e s s i o na n d l e s s i m a g ed i s t o r t i o n,r e s u l t i n g i nb e t t e r i m a g i n gq u a l i t y K e y w o r d s b r a i n;d i f f u s i o nm a g n e t i cr e s o n a n c e i m a g i n g;i m a g eq u a l i t y;p r o s p e c t i v es t u d i e sD O I:/j i s s n 几何校正平面回波成像用于改进颅脑弥散加权成像质量徐露露,孙姗姗,曹达,鲁珊珊,吴鹏,王建伟(南京医科大学第一附属医院放射科,江苏 南京 ;飞利浦医疗临床技术支持部,上海 )摘要目的探讨以几何校正平面回波成像(E P I C)改进颅脑弥散加权成像(DW I)图像质量的价值.方法前瞻性纳入 例颅脑肿瘤患者及 名健康受试者,采集标准平面回波成像(E P I)DW I及E P I C DW I;比较种图像显示全部 人的额窦、眶直回及颞骨岩部附近脑组织情况、脂肪抑制效果、几何形变程度(不匹配距离)、信噪比(S N R)、对比度噪声比(C N R)及表观弥散系数(A D C)的差异,以及 例颅脑肿瘤病灶的几何形变程度及其S N R、C N R和A D C差异.结果E P I C DW I显示额窦及眶直回效果优于E P I DW I(P均 );种图像显示颞骨岩部附近脑组织效果差异无统计学意义(P ).E P I C DW I脂肪抑制效果优于E P I DW I(P ).针对全部 名受检者及 例脑肿瘤患者,E P I C DW I与T W I融合图像的不匹配距离显著小于E P I DW I与T W I融合图像(P均 );种图像S N R、C N R及A D C差异均无统计学意义(P均 ).结论相比E P I DW I,E P I C DW I显示解剖结构较好、脂肪抑制更均匀、图像变形更中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o小,使得所获图像质量更佳.关键词脑;弥散磁共振成像;图像质量;前瞻性研究 中图分类号R ;R 文献标识码A 文章编号 ()图E P I C DW I流程示意图以低分辨率D i x o n预扫描获得B 场图;于正式扫描前s内通过施加反向(B l i pd o w n)相位编码获得反向变形的b 图(b值);将B 场图与反向b 图结合,获得畸变场图(D i s t o r t i o nm a p);以畸变场图校正于正向相位编码下所获扫描数据,得到最终校正后的b 图及b 图(b值 s/mm)弥散加权成像(d i f f u s i o nw e i g h t e di m a g i n g,DW I)能探测活体内的水分子微观运动,已广泛用于诊断脑梗死、肿瘤及脱髓鞘等病变 ;为缩短扫描时间并兼顾高信噪比(s i g n a l t o n o i s e r a t i o,S N R),通常以单次激发平面回波成像(s i n g l e s h o t e c h op l a n a r i m a g i n g,S S E P I)行DW I,但缺少 重聚焦脉冲使E P I采集模式无法克服静磁场不均匀带来的缺陷,可造成几何形变、强度失真或出现磁敏感伪影 ,影响其临床应用.为此,HO L L A N D等提出基于反向相位编码法、利用不同梯度极性相位编码产生的相反方向像素偏移校正图像畸变;J E Z Z A R D等则尝试基于B 场分布图法测量 B,以修正发生位移像素的位置;而在此基础上开发的几何校 正 平 面 回 波 成 像(e c h op l a n a ri m a g i n gg e o m e t r yc o r r e c t i o n,E P I C)已进入临床应用.本研究观察E P I C技术用于改进DW I质量的价值.资料与方法 研究对象前瞻性纳入 年月月于南京医科大学第一附属医院接受颅脑MR检查的 例脑肿瘤患者和 名健康体检者,男 人、女 人,年龄 岁、平均()岁.纳入标准:无MR检查禁忌证;各序列MR图像清晰,可满足诊断要求.本 研 究 经 院 伦 理 委 员 会 批 准(编 号:S R F A ),检查前所有受试者均签署知情同意书.仪器 与方法采 用P h i l i p sI n g e n i aC X TMR仪、通道头颅相控阵线圈,嘱受试者仰卧,采集颅 脑 常 规 轴 位T W I、T W I、E P I DW I及E P I C DW I;参 数:E P I DW I,T R m s,T E m s,F OV mm mm,矩阵 ,层厚mm,层数 层,并行加速因子,E P I因子,b值、s/mm,扫描时间 s;采集E P I C DW I时,开启 后 处 理 参 数 卡 中 的“E P Ig e o m e t r yc o r r e c t i o n”,其余参数与E P I DW I一 致,扫 描 时 间 s,具体流程见图.DW I采集完成后自动生成表观弥散系数(a p p a r e n td i f f u s i o nc o e f f i c i e n t,A D C)图.图像评价 主观评价屏蔽序列及临床等信息后,随机抽取 名受试者的DW I图,由名具有年以上工作经验的放射科医师(医师、)采用分法基于图像存储和传输系统分别评估图像显示额窦、眶直回及颞骨岩部附近脑组织情况:分,伪影及变形严重,显示解剖结构较差;分,伪影或变形较重,显示解剖结构一般;分,伪影和变形较轻,显示解剖结构较好;分,几乎无伪影及变形,显示解剖结构良好;分,无伪影及变形.同时以分法评估脂肪抑制效果:分,整体脂肪抑制失败,影响判读图像;分,局部(如颞骨附近、眶体)脂肪抑制欠佳,图像尚可判读;分,整体脂肪抑制较好,图像可判读;分,脂肪抑制完全.名观察者意见不一致时,由另名具有 年以上工作经验的主任医师(医师)进行最终判断,确定主观评价标准.间隔周后再由医师、对 名受试者进行主观评价,意见不一致时经讨论达成共识.客观评价由名具有年以上工作经验的放射科技师参考T W I于b 图中的基底节层面手动勾画面积约 mm的R O I,测量丘脑及丘脑周围白质区域信号强 度(s i g n a li n t e n s i t y,S I)及 标 准 差(s t a n d a r dd e v i a t i o n,S D);复制R O I,使R O I在全部受试者DW I图中的位置保持一致,计算S N R及对比度噪声比(c o n t r a s t t o n o i s er a t i o,C N R),见公式()、中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o().将DW I图与对应T W I相融合并赋予伪彩,测量融合图中的前后方向最大不匹配距离,以之代表图像形变程度.参考T W I于DW I图中的基底节层面背侧丘脑内勾画面积约 mm的R O I并复制至A D C图,测量A D C.计算名医师测量结果的平均值用于后续分析.S N RS I丘脑S D丘脑()C N RS I丘脑S I白质S D丘脑S D白质()针对 例脑肿瘤患者,基于肿瘤最大层面再次测量融合图的最大不匹配距离;以T W I为参考,选取肿瘤实质最大层面,于b 图中测量肿瘤区域及其周围白质区域R O I(避开周围正常组织、出血、坏死及伪影等,尽 量 覆 盖 肿 瘤 实 质 区 域,面 积 mm且 mm)的S I和S D,计算S N R及C N R,见公式()、();将上述R O I复制至A D C图,测量肿瘤区域A D C.S N RS I肿瘤S D肿瘤()C N RS I肿瘤S I白质S D肿瘤S D白质()统计学分析采用S P S S 统计分析软件.以K a p p a检验和组内相关系数(i n t r a c l a s sc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t,I C C)评价观察者间及观察者内评价图像质量结果及测量指标结果的一致性:K a p p a/I C C 为一致性差,K a p p a/I C C 为一致性一般,K a p p a/I C C 为一致性好.以xs表示符合正态分布的计量资料,行配对样本t检验;以中位数(上下四分位数)表示不符合者,行W i l c o x o n符号秩和检验.P 为差异有统计学意义.结果 主观评价观察者间及观察者内评价种图像显示额窦、眶直回及颞骨岩部情况及脂肪抑制效果的一致性均为好(K a p p a ).E P I C DW I显示额窦、眶直回效果均优于E P I DW I(P均 );种图像显示颞骨岩部附近结构效果差异无统计学意义(P );E P I C DW I抑制脂肪效果优于E P I DW I(P ),见图、及表.图患者男,岁,胶质瘤术后个月A、B E P I C DW I图示额窦附近未见明显变形(黄箭)、肿瘤部位无明显变形(红箭),可见眶直回结构,附近信号丢失(蓝箭)较少、变形不明显(绿箭);C、D E P I DW I图示额窦处明显变形(黄箭)、肿瘤部位亦被牵拉变形(红箭),眶直回附近信号丢失(蓝箭)及变形(绿箭)严重,无法观察解剖结构图健康受试者,女,岁A E P I C DW I图示眼眶处脂肪几乎完全被抑制(箭);B E P I DW I与T W I融合图示最大不匹配距离为 mm;C E P I DW I图示大量眶体脂肪信号未被抑制(箭);D E P I C DW I与T W I融合图示最大不匹配距离为 mm中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o表 名受试者E P I C DW I与E P I DW I图像主观评价结果比较序列显示解剖结构评分额窦眶直回颞骨岩部脂肪抑制效果评分E P I C DW I(,)(,)(,)(,)E P I DW I(,)(,)(,)(,)Z值 P值 表 名受试者E P I C DW I、E P I DW I图与T W I客观评价结果比较序列不匹配距离(mm)S N RC N RA D C(m/s)E P I C DW I(,)E P I DW I (,)Z/t值 P值 表 例脑肿瘤患者E P I C DW I、E P I DW I图与T W I客观评价结果比较序列不匹配距离(mm)S N RC N RA D C(m/s)E P I C DW I(,)(,)E P I DW I (,)(,)Z/t值 P值 客观评价观察者间及观察者内测量种图像不匹配距离、S N R、C N R及A D C的一致性均好(I C C ).针对全组 名受检者及 例脑肿瘤患者,E P I C DW I与T W I融合图的不匹配距离显著小于E P I DW I与T W I融 合 图(P均 );种 图 像S N R、C N R及A D C差 异 均 无 统 计 学 意 义(P均 ),见表、.讨论为解决S S E P I扫描形变明显、磁敏感伪影严重的问题,近年相继开发出了分段读出回波平面成像、自 旋 回 波 弥 散 加 权 成像 及复合灵敏度编码弥散加权成像 等高级DW I序列,在减轻形变、减少伪影的同时却也导致扫描时间大幅延长.基于磁场分布图B 和反向相位编码校正算法的E P I C技术不仅可减轻解剖形变,扫描时间也几乎与S S E P I相等,使其临床应用价值获得很大提升.本研究观察E P I C技术用于改进颅脑DW I质量的价值.形变可反映局部主磁场的不均匀程度,后者多与不同脑组织磁化率存在差异及颅脑复杂解剖结构所致磁力线变化有关.颅脑标准E P I DW I中,额窦、眶直回和颞骨岩部常形变较大或伪影较重.E P I C DW I基于预先采集的低分辨率D i x o n数据获得B 不均匀场图,再额外采集次反向编码b值的图像,利用相位编码方向相反(正向和反向)的幅E P I图、结合额外采集的B 不均匀场图计算E P I图的形变并加以校正.本 研 究 发 现,得 益 于E P I C DW I的 校 正 算 法,E P I C DW I形变较小、图像质量较好,优于标准E P I DW I;但E P I C DW I的校正算法对磁场不均匀的校正效果存在一定限度,例如对于显示颞骨岩部附近脑组织,E P I C DW I与E P I DW I并无明显差异,原因可能在于岩部附近的脑组织、岩骨、气体间磁化率差异较大,空间结构复杂且各物质体积占比相似,导致E P I C DW I无法校正磁场不均匀.通过抑制脂肪,DW I不仅可减少化学位移及N/鬼影,更 重 要 的 是 能 够 凸 显 病 灶.本 研 究 发 现E P I C DW I脂肪抑制效果明显优于E P I DW I,可能与预扫描流程相关:标准序列预扫描流程中,对于共振频率的搜索精度要求不及D i x o nB 预扫描,而在E P I C预扫描中插入D i x o nB 可使其测量共振频率更为精准,进而提升脂肪抑制效果.本研究种图像的S N R和C N R无显著差异.非均匀静态磁场可致E P I DW I图像拉伸,使同一体素中的信号强度变小;E P I C DW I中,反向相位编码图像被压缩,增强了体素中的信号强度,使低信号获得修正,但同时也放大了噪声,故相比E P I DW I,E P I C DW I图像的S N R和C N R并无明显改善.本研究基于种图像所测A D C并无明显差异,提示基于算法校正的E P I C并不会对物质实际扩散受限程度造成明显影响.本研究的主要局限性:虽然采用复制方式勾画R O I,但E P I C DW I与E P I DW I图像微小形变程度不同,可能影响信号测值;肿瘤病灶多位于颅脑中央,磁敏感差异较小,仅以病灶层面的前后径形变代表其潜在变形.中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o综上所述,相比E P I DW I,E P I C DW I显示解剖结构更好、脂肪抑制更均匀、图像变形更小,以之所获DW I质量更佳.参考文献 钟贻洪 杨倩 刘周 等敭磁共振成像平扫和扩散加权成像预测脑转移瘤的价值 J 敭中华肿瘤杂志 敭 W I E G E R T J E SK D I N S MO R EL D R E V E RJ e t a l 敭 D i f f u s i o n w e i g h t e di m a g i n gl e s i o n s a n d r i s k o fr e c u r r e n t s t r o k e a f t e ri n t r a c e r e b r a lh a e m o r r h a g e J 敭 JN e u r o lN e u r o s u r gP s y c h i a t r y 敭 T AN GZ Z HAN GXY L I UZ e ta l 敭Q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fd i f f u s i o nw e i g h t e di m a g i n gt op r e d i c tp a t h o l o g i c a lg o o dr e s p o n s et o n e o a d j u v a n t c h e m o r a d i a t i o n f o r l o c a l l y a d v a n c e d r e c t a lc a n c e r J 敭 R a d i o t h e rO n c o l 敭 A R A S HL O OFT HAN Z A E IFF S E D I GH IB e t a l 敭 E f f i c a c yo fd i f f u s i o n w e i g h t e di m a g i n gi ns y m p t o m a t i ca n da s y m p t o m a t i cm u l t i p l es c l e r o t i cp l a q u e s J 敭 JF a m i l y M e dP r i m C a r e 敭 Y O S H I D AT UR I KUR AA S H I R A T AK e t a l 敭 I m a g eq u a l i t ya s s e s s m e n to fs i n g l e s h o tt u r b o s p i n e c h o d i f f u s i o n w e i g h t e di m a g i n gw i t hp a r a l l e l i m a g i n g t e c h n i q u e Ap h a n t o ms t u d y J 敭 B rJR a d i o l 敭 F U Q K ONG X C L I U D X e ta l 敭C l i n i c a lc o m p a r i s o no fs i n g l e s h o tE P I r e a d o u t s e g m e n t e dE P Ia n dT G S E B L A D Ef o rd i f f u s i o n w e i g h t e d i m a g i n go fc e r e b e l l o p o n t i n ea n g l et u m o r so nt e s l a J 敭M a g nR e s o nI m a g i n 敭 Z HOUF L IQ Z HAN GX e t a l 敭 R e p r o d u c i b i l i t ya n d f e a s i b i l i t yo fo p t i cn e r v ed i f f u s i o n MR It e c h n i q u e s S i n g l e s h o te c h o p l a n a ri m a g i n g E P I r e a d o u t s e g m e n t e d E P I a n dr e d u c e df i e l d o f v i e wd i f f u s i o n w e i g h t e d i m a g i n g J 敭 BMCM e d I m a g i n g 敭 HO L L AN D D KU P E RMAN J M D A L E A M敭E f f i c i e n tc o r r e c t i o n o f i n h o m o g e n e o u s s t a t i c m a g n e t i c f i e l d i n d u c e dd i s t o r t i o n i ne c h op l a n a r i m a g i n g J 敭N e u r o i m a g e 敭 J E Z Z A R D P B A L A B AN R S 敭 C o r r e c t i o n f o r g e o m e t r i cd i s t o r t i o ni ne c h op l a n a ri m a g e sf r o m B f i e l dv a r i a t i o n s J 敭M a g nR e s o nM e d 敭 P O R T E RDA HE I D EMANNR M敭H i g hr e s o l u t i o nd i f f u s i o n w e i g h t e d i m a g i n gu s i n gr e a d o u t s e g m e n t e de c h o p l a n a r i m a g i n g p a r a l l e l i m a g i n g a n d a t w o d i m e n s i o n a l n a v i g a t o r b a s e dr e a c q u i s i t i o n J 敭M a g nR e s o nM e d 敭 MO R IN MUG I KUR AS M I YA S H I T A M e t a l 敭 T u r b o s p i n e c h od i f f u s i o n w e i g h t e d i m a g i n gc o m p a r e dw i t hs i n g l e s h o t e c h o p l a n a rd i f f u s i o n w e i g h t e di m a g i n g I m a g eq u a l i t ya n dd i a g n o s t i cp e r f o r m a n c ew h e nd i f f e r e n t i a t i n gb e t w e e nd u c t a lc a r c i n o m ai ns i t ua n di n v a s i v ed u c t a lc a r c i n o m a J 敭M a g nR e s o n M e dS c i 敭 K ONA R A S F UN G M P AUD YA L R e ta l 敭D i f f u s i o n w e i g h t e d e c h o p l a n a ri m a g i n g u s i n g MU l t i p l e x e d s e n s i t i v i t ye n c o d i n ga n dr e v e r s ep o l a r i t yg r a d i e n t i nh e a da n dn e c kc a n c e r A n i n i t i a l s t u d y J 敭 T o m o g r a p h y 敭 刘俊 许晓泉 吴飞云敭 R S E P I与S S E P I序列在眼眶弥散加权成像中 的 对 照 研 究 J 敭中 国 医 学 影 像 技 术 敭 B UON O C O R E M H GAOL敭 G h o s ta r t i f a c t r e d u c t i o nf o r e c h op l a n a ri m a g i n gu s i n gi m a g ep h a s ec o r r e c t i o n J 敭M a g nR e s o nM e d 敭消息 中国介入影像与治疗学 网站的域名为www c j i i t c o m,作者投稿请登录本刊网站(www c j i i t c o m)主页,点击左上角“作者登录”进入,第一次投稿需完成作者注册;专家审稿请点击“审稿登录”进入.为了便于广大作者、读者查阅本刊文献,本站提供从 年创刊起所有期刊的全文检索.中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o