磁共振自由呼吸CS-VIBE在肺部肿瘤动态增强成像中的应用研究

磁共振自由呼吸CS-VIBE在肺部肿瘤动态增强成像中的应用
研究
郑裕;李仕红;林光武;张学林;黄文君;傅彩霞
【摘要】目的:比较自由呼吸CS-VIBE和屏气TWIST-VIBE在肺病灶成像的图像质量,探讨CS-VIBE在肺部肿瘤动态增强的应用价值.方法:纳入肺肿瘤患者30例(男18,女12),采用CS-VIBE进行自由呼吸状态下多期动态增强扫描(45期,323s),并于延迟期行TWIST-VIBE屏气扫描(2期,20s),扫描完成后,根据病人屏气情况,分为能屏气组及无法屏气组,由2位放射科医生盲法对图像总体质量、病灶边缘锐利度、总伪影等级及诊断自信进行评分.结果:对于能屏气的患者,CS-VIBE和TWIST-VIBE 图像质量无统计学差异(P＞0.05),但对于无法屏气的患者,CS-VIBE各项评分指标均明显高于TWIST-VIBE (P＜0.05).屏气组与无法屏气组之间CS-VIBE扫描图像质量无明显差异(P＞0.05).结论:对于无法屏气的患者,CS-VIBE序列能明显降低肺部呼吸运动伪影,获得较好的图像质量,并能连续多期动态增强扫描,既可满足高时间和空间分辨率,又可获得相关参数进行定量评估.
【期刊名称】《中国医学计算机成像杂志》
【年(卷),期】2019(025)003
【总页数】6页(P246-251)
【关键词】肺,磁共振成像;动态增强;自由呼吸;压缩感知;屏气
【作者】郑裕;李仕红;林光武;张学林;黄文君;傅彩霞
【作者单位】复旦大学附属华东医院放射科;复旦大学附属华东医院放射科;复旦大学附属华东医院放射科;复旦大学附属华东医院胸外科;复旦大学附属华东医院放射科;西门子(深圳)磁共振有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】R445.2
肺癌发病率及死亡率均位于世界第一位[1]，大部分肺癌发现的时候已经是晚期，放化疗是晚期肺癌的主要治疗手段，近年来，磁共振动态增强成像（dynamic contrast enhanced MRI scan， DCE-MRI）越来越多的被用于评估肺癌放化疗的治疗疗效[2-3]，因为其具有较高的软组织分辨率，且不仅能提供形态学的变化信息，还能体现功能参数的变化。

而传统的肺部定量DCE-MRI存在的最大技术性挑战是扫描时间较长，容易受到呼吸运动伪影的影响，尽管k空间数据共享技术得以实现，比如TWIST-VIBE，可以在维持较高的空间分辨率基础上提高DCE-MRI的时间分辨率，从而实现超快速高空间分辨率扫描，目前得到了比较广泛的应用[4-6]，但其仍对运动伪影敏感，需要采用分段屏气扫描。

对于接受放化疗治疗的患者往往肺功能不好，常常无法耐受多期短时间内多次屏气扫描。

随着磁共振技术的发展，已经有研究使用压缩感知技术（compressed sensing ，CS）取得了可观的结果[7-9]，通过采集较少的k空间数据，可以显著加快数据采集时间，并能减低运动伪影的影响，且能在自由呼吸状态下实现多期动态增强扫描，能提供更精确的对病灶进行评估的形态学和功能学信息。

本研究旨在比较屏气TWIST-VIBE与自由呼吸CSVIBE的图像质量，探讨自由呼吸CS-VIBE在肺部肿瘤DCE-MRI的应用价值。

方法
1.临床资料
搜集我院经CT发现的肺部病灶患者，排除病灶直径小于15mm和有磁共振检查
禁忌证的患者，最后行DCE-MR检查者30例，其中男17例，女13例，年龄39～79岁，中位数63岁，根据患者屏气功能，将患者分为配合屏气组和无法屏
气组，其中12患者（男7例，女5例）能进行短时间（约20s）的屏气，而18
例患者（男10例，女8例）无法配合短时间内屏气扫描。

所有患者均通过穿刺、支气管镜或手术取得病理结果，肺恶性肿瘤23例，其中腺癌13例，鳞癌2例，
神经内分泌癌7例，转移1例。

肺良性病灶7例，其中结核4例，肺炎机化2例，炎性假瘤1例。

2.MRI检查
2.1仪器及扫描体位：使用
3.0 T MR扫描仪（MAGNETON Prisma， Siemens Healthcare，Erlangen， Germany）双梯度高场超导型MR扫描仪，32通道腹
部线圈，患者仰卧位，头先进，手臂放于身体两侧，并训练患者进行呼气末屏气扫描。

2.2 常规MRI：定位片扫描后，行T2WI HASTE 横断位及冠状位（TR/TE=
1400/91ms，层厚5mm，层间隔30%，矩阵320×320，average=1，
FOV=400mm）扫描，T1-VIBE-DIXON-BH横断位扫描（TR/TE=
3.97/1.23ms，层厚 3mm，层间隔 20%，矩阵320×195，average=1，
FOV=400mm），T2WI-blade-fs-trig横断位扫描（TR/TE=2500/80ms，层厚
5mm，层间隔20%，矩阵384×384，average=1，FOV=400mm），并行横断面脂肪抑制单次激发平面回波序列DWI扫描（b值取0、800）。

2.3 T1 mapping扫描：以病变为中心共扫描18层，扫描时间13s，TR 4.17ms，TE 1.41ms，层厚3mm，层间隔20%，反转角2°和12°。

2.4 DCE-MRI扫描
用高压注射器经肘静脉注入钆剂，剂量0.1ml/kg，注射速度2.0ml/s，注射完后
推注20ml生理盐水。

科研序列CS-VIBE及商品化序列TWIST-VIBE扫描参数详
见表1，扫完两个空白时相后注入钆剂行CS-VIBE多期动态增强扫描，由于无法
同时对同一患者进行CS-VIBE及TWIST-VIBE多期动态增强扫描，仅于延迟末期
行TWIST-VIBE扫描，用于比较图像质量。

3.图像质量评估
由2名具有多年MRI诊断经验的医师盲法对图像质量进行评估。

图像总体质量评
价采用4点制评分法[10]：4=优，3=良好，2=边界能看清，1=无法诊断。

病灶
边缘锐利度采用4点制评分：4=边缘锐利，3=边缘轻度模糊，2=边缘中度模糊，1=无法观察。

图像总体伪影采用4点制评分：4=无伪影，3=轻中度伪影，2=伪
影严重，1=无法评阅。

诊断自信采用3点制评分法：3=优，2=良好，1=无法诊断。

评分均采用平均值±标准差表示。

4.灌注参数获取
CS-VIBE图像经过重建和该序列自带的后处理功能，能自动生成相应的Ktrans、Ve、Kep、iAUC60图（图1），无需后处理软件进行处理。

5.统计学分析
计量资料均采用平均值±标准差表示。

采用Wilcoxon秩和检验比较组内和组间2序列间图像质量差异。

采用组间相关系数（intraclass correlation coefficient ，ICC）评价观察者间图像评分的一致性，ICC值＜0.4为一致性差，0.4≤ICC值
≤0.75为一致性良好，ICC值＞0.75为一致性好[11]。

采用SPSS22.0行统计学分析，P＜0.05有统计学意义。

图1 CS-VIBE（45期DCE-MRI拟合）灌注参数图。

图2 男性患者，72岁，右肺下叶占位，屏气不佳，TWIST-VIBE可见较明显呼吸
伪影，而CS-VIBE的图像伪影明显较TWIST-VIBE降低。

肺纹理及心脏周围伪影
也明显降低。

结果
1.组内图像质量比较
无法屏气组CS-VIBE图像总体质量、病灶边缘锐利度、伪影、诊断自信评分为别
为3.55±0.45、3.27±0.43、3.13±0.51、2.72±0.43，TWISTVIBE以上评分分别为1.92±0.46、1.75±0.46、1.83±0.59、1.78±0.39，两组间各项图像质量指标
差异有统计学意义（P＜0.05）（表2、图2）。

能屏气组CS-VIBE图像总体质量、病灶边缘锐利度、总体伪影、诊断自信评分为别为3.46±0.45、3.13±0.38、
3.29±0.40、2.79±0.40，TWI STVIBE以上评分分别为3.75±0.40、3.58±0.47、3.71±0.45、2.96±0.14，两组间差异无统计学意义（P＞0.05）（表3、图3）。

图3 男性患者，65岁，左肺上叶占位，患者屏气配合好，病灶在CSVIBE和TWIST-VIBE上均能较清晰显示，无明显差异。

表1 扫描参数参数CS-VIBE TWIST-VIBE TR/TE（ms） 4.17/1.32 4.06/1.33翻
转角（°） 12 12 FOV（mm2） 400 400体素（mm3）1.3×1.3×3.0
1.3×1.3×3.0扫描矩阵325×195 325×195层厚（mm） 3 3加速因子 7 5 TWIST region A/ B N.A. A30%/B33%加速模式 CS GRAPPA时间分辨率（s)
5.25 4.83呼吸控制自导航屏气总扫描时间（s) 143（45期） 20（2 期）
表2 无法屏气组增强扫描图像质量评分参数 CS-VIBE TWIST-VIBE Z P图像总体
质量3.55±0.45 1.92±0.46 -3.76 ＜0.05病灶边缘3.27±0.43 1.75±0.46 -3.77
＜0.05总体伪影3.13±0.51 1.83±0.59 -3.83 ＜0.05诊断自信2.72±0.43
1.78±0.39 -3.53 ＜0.05
表3 能屏气组增强扫描图像质量评分参数 CS-VIBE TWIST-VIBE Z P图像总体质
量3.46±0.45 3.75±0.40 -0.59 ＞0.05病灶边缘3.13±0.38 3.58±0.47 -0.91 ＞0.05总体伪影3.29±0.40 3.71±0.45 -1.22 ＞0.05诊断自信2.79±0.40
2.96±0.14 -0.47 ＞0.05
表4 两组间CS-VIBE图像质量评分参数 CS-VIBE能屏气组 CS-VIBE不能屏气组
Z P图像总体质量3.46±0.45 3.55±0.45 -1.41 ＞0.05病灶边缘3.13±0.38
3.27±0.43 -1.39 ＞0.05总体伪影3.29±0.40 3.13±051 -0.82 ＞0.05诊断自信2.79±0.40 2.72±0.43 -0.32 ＞0.05
2.组间图像质量比较
能屏气组CS-VIBE图像总体质量、病灶边缘锐利度、总体伪影、诊断自信评分分
别为3.46±0.45、3.13±0.38、3.29±0.40、2.79±0.40，不能屏气组CS-VIBE图像总体质量、病灶边缘锐利度、总体伪影、诊断自信评分分别为3.55±0.45、
3.27±0.43、3.13±0.51、2.72±0.43，两组间差异无统计学意义（P＞0.05）（表4）。

3.一致性分析
2名医生对于图像质量的评价及参数的测量具有较好的一致性，ICC值为0.73～0.90。

讨论
CS-VIBE使用压缩感知技术，即通过不相干欠采样的k空间数据采集方法，缩短
扫描时间的同时，使欠采样的伪影无规则散布在图像中，再通过稀疏转化区分成像的真实信号与欠采样产生的图像混叠伪影，对图像进行稀疏转化和不相干欠采样后，有用的信息与“噪声”则可以通过阈值的设立而明显区分开来，从而将噪声消除。

但还有一些较小的图像细节信号强度可能接近伪影信号水平，为了恢复这部分信号，CS使用非线性迭代重建，在保证原始实际采集的k空间信号不变的同时确保图像中伪影噪声尽可能多的去除[12]，从而获得高空间分辨率及高时间分别率且质量较好的图像。

同时，我们所使用的CS-VIBE序列采用自导航，TWI ST-VIBE序列使
用k空间数据共享的方式和鸡尾酒并行采样技术缩短DCE-MRI中单个期相的数据
采集时间，大大提升体部动态增强成像的时间及空间分辨率[13]，但TWI ST-VIBE对运动伪影较敏感，在行腹部DCE-MR时需要多次屏气来抑制呼吸伪影。

Vreemann等[9]将CS-VIBE用于乳腺动态增强扫描时发现CS-VIBE较TWI STVIBE具有更高的空间分辨率，二者的图像质量不相上下，但TWI ST-VIBE较CS-VIBE更易受移动伪影的影响。

也有研究者发现对于屏气困难的患者，CS-VIBE 能在自由呼吸状态下，纠正移动伪影，从而进行连续多期肝脏动态增强扫描[8]。

本次研究也发现对于无法屏气的患者，采用CS-VIBE序列行DCE-MR扫描，其图像总体质量、病灶边缘锐利度、病灶总体伪影及诊断自信等各指标评分均高于需要屏气的TWI ST-VIBE扫描。

以上提示在今后进行动态增强扫描时，对于无法屏气
的肺部病灶患者，可以选择CS-VIBE序列在自由呼吸的条件下行DCE-MR扫描，可以获得较好质量的图像，同时可以获取相关参数对病灶进行定量评估。

对于能屏气的患者，CS-VIBE图像质量各项评分均稍低于需要屏气的TWI ST-VIBE扫描，但二者的差异无统计学意义，可能由于CS-VIBE序列虽然采用了特殊的去伪影技术，但可能还是一定程度受到了呼吸伪影的影响。

但CS-VIBE序列能
进行连续多期扫描，获取更精确的定量参数，为肺部肿瘤患者的诊断提供帮助。

本次研究由于对于同一患者，无法同时进行CS-VIBE及TWI ST-VIBE序列的DCEMR扫描，因此，暂无法评估二者所获取的定量参数的差异。

此外，对图像质量各项指标进行主观评分时，ICC值（0.73～0.90）说明两名医生具有较好的一致性，提示以上指标能客观、准确、全面地反映CSVIBE及TWI ST-VIBE序列用于肺部病灶扫描时的图像质量。

总之，对于无法短时间内屏气或患有慢性阻塞性肺疾病等容易因为屏气而发生一过性呼吸困难的患者，使用自由呼吸CS-VIBE，可以在满足高时空分辨率的情况下，进行连续多期的DCE-MR扫描，为肺部肿瘤的诊断提供帮助。

参考文献
【相关文献】
[1]Torre L A, Bray F, Siegel R L, et al. Global cancer statistics, 2012.CA Cancer J Clin, 2015,65:87-108.
[2]Xu J, Mei L, Liu L, et al. Early assessment of response to chemotherapy in lung cancer using dynamic contrast-enhanced MRI:a proof-of-concept study. Clin Radiol, 2018,73:625-631.
[3]Chang Y C, Yu C J, Chen C M, et al. Dynamic contrast-enhanced MRI in advanced nonsmall-cell lung cancer patients treated with firstline bevacizumab, gemcitabine, and cisplatin. J Magn Reson Imaging,2012,36:387-396.
[4]Kazmierczak P M, Theisen D, Thierfelder K M, et al. Improved Detection of Hypervascular Liver Lesions With CAIPIRINHADixon-TWIST-Volume-Interpolated Breath-Hold Examination.Investigative Radiology, 2015,50:153-160.
[5]Othman A E, Martirosian P, Schraml C, et al. Feasibility of CAIPIRINHA-Dixon-TWIST-VIBE for dynamic contrast-enhanced MRI of the prostate. European Journal of Radiology, 2015,84:2110-2116.
[6]Qu J, Han S, Zhang H, et al. Arterial Phase with CAIPIRINHADixon-TWIST (CDT)-Volume-Interpolated Breath-Hold Examination(VIBE) in Detecting Hepatic Metastases. Translational Oncology,2017,10:46-53.
[7]Kaltenbach B, Bucher A M, Wichmann J L, et al. Dynamic liver magnetic resonance imaging in free-breathing: feasibility of a cartesian T1-weighted acquisition technique with compressed sensing and additional self-navigation signal for hard-gated and motionresolved reconstruction. Invest Radiol, 2017,52:708-714.
[8]Yoon J H, Yu M H, Chang W, et al. Clinical feasibility of freebreathing dynamic T1-weighted imaging with gadoxetic acidenhanced liver magnetic resonance imaging using a combination of variable density sampling and compressed sensing. Invest
Radiol,2017,52:596-604.
[9]Vreemann S, Rodriguez-Ruiz A, Nickel D, et al. Compressed sensing for breast MRI: resolving the trade-off between spatial and temporal resolution. Invest Radiol,
2017,52:574-582.
[10]Chen L, Liu D, Zhang J, et al. Free-breathing dynamic contrastenhanced MRI for assessment of pulmonary lesions using goldenangle radial sparse parallel imaging. J Magn Reson Imaging, 2018.
[11]McClellan T R, Motosugi U, Middleton M S, et al. Intravenous gadoxetate disodium
administration reduces breath-holding capacity in the hepatic arterial phase: A multi-center randomized placebocontrolled trial. Radiology, 2017,282:361-368.
[12]Hargreaves B A, Saranathan M, Sung K, et al. Accelerated breast MRI with compressed sensing. Eur J Radiol, 2012,81 Suppl 1:S54-S55.
[13]Michaely H J, Morelli J N, Budjan J, et al. CAIPIRINHA-Dixon-TWIST (CDT)-volume-interpolated breath-hold examination (VIBE):a new technique for fast time-resolved dynamic 3-dimensional imaging of the abdomen with high spatial resolution. Invest Radiol,2013,48:590-597.。