采用门控技术克服呼吸及心脏运动对肝脏DWI影响的相关研究

摘要

磁共振扩散加权成像(DWI)是利用MRI观察活体组织水分子扩散运动最理想的无创性成像方法。目前，DWI在神经系统疾病的诊断和评价方面已十分成熟。随着磁共振成像硬、软件技术的进步，近年来，DWI的临床应用也越来越广泛，除中枢神经系统外，还逐渐应用于全身各个系统，其中在腹部系统的应用也越来越广泛。国内、外不少学者研究认为DWI在肝脏小病灶的检出、肝脏病灶的鉴别诊断、肿瘤疗效评价及组织特征定性等方面有重要价值。因此，肝脏DWI成像质量对肝脏疾病诊治有着非常重要意义。
　　目前为止，肝脏的DWI研究仍处于热点，原因主要是DWI对运动高度敏感，呼吸、心跳、腹部脏器的蠕动等生理活动都会对肝脏DWI成像质量有较大影响，以及常规SE-DWI序列成像时间较长，故DWI在肝脏的临床应用仍然面临挑战。
　　本研究拟在肝脏弥散成像的采集过程中结合多种控制运动采集技术（呼吸门控、自由呼吸、膈肌导航、呼气末屏气、心电门控），探讨控制呼吸运动及心脏搏动对DWI影响降到最低的方案，提高肝脏DWI的成像质量和ADC值测量的准确性和稳定性，为临床评价肝脏疾病的诊断与治疗效果提供更可靠的客观量化数据，也是精准医学重要研究内容之一。
　　目的:
　　探讨DWI多种采集技术，主要包括呼吸补偿技术配合使用所得正常肝实质ADC测量值大小及其可重复性研究。
　　探讨心电门控在不同时相触发时间对正常肝实质ADC测量值及可重复性的影响。
　　探讨正常肝实质不同解剖位置（前、中、后;上、中、下）ADC测量值及可重复性的影响。
　　探讨肝脏DWI扫描技术优化方案，提高肝脏DWI的成像质量。
　　方法:
　　本研究方案通过广州市番禺区中心医院伦理委员会讨论及批准。选择2013年1月-2014年6月中青年健康志愿者36例，入组前均知情同意。所有研究对象均行肝脏DWI重复扫描检查(2次),扫描过程中分采用自由呼吸、呼吸门控、膈肌导航、屏气呼吸、心电门控等采集方法与技术。所有志愿者检查前均签署知情同意书。所有志愿者均行2次完整肝脏MRI扫描，检查前测量心率、脉搏及呼吸次数。于胸骨左侧第2、5肋间隙及心尖搏动处贴上MRI专用电极片，并在扫描前进行常规规范的呼吸训练。常规仰卧位摆位，安装好心电门控及体部线圈，定位后采用头先进的准备扫描状态。常规序列包括定位相冠状面T2WI、轴位T1WI;15个冠状面DWI序列，分别采用自由呼吸，自由呼吸+心电门控，屏气（呼气末屏气），屏气（呼气末屏气）+心电门控、膈肌导航触发（在右侧膈肌最高点放置100mm矩形激发前脉冲探测右侧膈肌位置），膈肌导航触发+心电门控（共6种方案）进行扫描，其中采用心电门控技术时，触发延迟时间分别选择0ms或25ms、200ms、400ms及600ms。志愿者完成一次上述完整扫描后于48小时内再进行一次相同的参数肝脏MRI扫描，第二次扫描定位尽可能保证志愿者位置与前次一致。扫描结束后，将图像数据传至工作站进行后处理和分析。使用DWI采集的原始图像数据分析，感兴趣区分别放置于左右肝叶的上、中、下层面，测量ADC值，获取数据进行一致性分析。两种方法一致性评价采用相关系数(intra-and interclass correlationcoefficients，ICCs)。肝左叶、肝右叶分别计算ICC，通过计算前、中、后三层各自上、中、下3个ROI的ADC平均值，用以计算肝左叶、肝右叶两次方法测量结果的ICC，当其高于0.75时，可认为一致性良好。比较不同方法、不同肝脏解剖位置ADC值数据的一致性。
　　结果:
　　被纳入研究36例研究对象中，其中5例不符合纳入标准被排除，排除原因包括:3例由于在图像采集过程中不能很好地屏气，运动频繁导致图像运动伪影明显（共计2例）;采集时间太长无法耐受全部序列扫描完成（共计3例）。最后共计31例磁共振检查图像质量符合研究标准。31名研究对象，年龄范围21-36岁，平均年龄23.8±2.6岁。男性15名，年龄范围，21-36岁，平均年龄23.9±3.5岁;女性16名，年龄范围21-28岁，平均年龄23.7±1.6岁。分析所得两组数据一致性ICC范围:肝左叶为0.776至0.966。最低ICC来源于NT+ECG延迟25ms，为0.776;最高的ICC为来源于NT+ECG延迟400ms，0.966。肝右叶为0.870至0.967。最低ICC来源于BH，为0.870;最高的ICC为来源于FB+ECG延迟200ms，0.967。总体说，肝右叶两次测量数据分析所得一致性ICC范围较肝左叶高. FB、BH、NT三种技术配合不同心电门控延迟触发时间获得肝左、右叶ADC值的一致性.比较左、右两叶4个不同延迟时间获得的数据，总体来说，ECG延迟600ms的数据结果重复性较0ms、200ms、400ms好。ECG延迟600ms时，肝左叶两次扫描一致性范围，FB结果(-0.44，0.54)×10-3mm2/sec，BH结果(-0.34，0.55)×10-3mm2/sec，NT结果(-0.44，0.6)×10-3mm2/sec。肝右叶两次扫描一致性范围，FB结果(-0.29，0.34)×10-3mm2/sec，BH结果(-0.31，0.39)×10-3mm2/sec，NT结果(-0.25，0.32)×10-3mm2/sec。FB、BH、NT三种技术配合不同心电门控延迟触发时间中，左叶及右叶的ADC测量值结果由上到下表现为递减趋势，结果差异均具有非常显著性统计学意义(P＜0.001)。从前到后，前中后三层三者之间ADC值测量结果并无规律，虽然三者之间结果差异具有非常显著性统计学意义(P＜0.001)，但是前中、前后、中后两两比较大部分没有统计学意义（左叶P=0.058-0.943;右叶P=0.055-0.838）。
　　在不同呼吸补偿技术配合不同心电门控延迟触发时间下，肝脏冠状面不同解剖位置的重复性并不统一，变化较大。肝右叶的FB、NT方法采集数据的一致性较好的ROI测量点较为统一，为前层下方点。
　　测量肝脏左、右两叶平均ADC值及标准差，结果表明肝左叶的ADC值大于肝右叶，且结果差异具有非常显著性统计学意义(P＜0.001)。在较小延迟时间(0ms-200ms)下，无论肝左、右叶NT配合心电门控技术测量值高于BH与FB配合心电门控技术的结果，其差异具有统计学意义。
　　在较长延迟时间（400ms与600ms）下，肝左叶ADC均值三种方法之间差异并无统计学意义。肝右叶在400ms延迟触发时，三种呼吸运动控制技术结果差异有统计学意义，但在600ms延迟触发时，FB与NT扫描结果高于BH扫描结果，结果差异有统计学意义。在肝左叶中，与最小触发时间NT+ECG25ms（肝左叶:1.812×10-3mm2/s）对比在较长延迟时间NT+ECG400ms获得的ADC值有下降（肝左叶:1.700×10-3mm2/s）。BH采集，随着延迟时间增加，ADC值略有增高;BH+ECG采集时，0ms（肝左叶:1.637×10-3mm2/s）;BH+ECG采集时，延时600ms（肝左叶:1.715×10-3mm2/s），结果差别具有显著性统计学意义(P=0.008)。肝右叶区域，BH采集时ADC值同样随着延迟时间增多而增大，结果差异具有非常显著性统计学意义(P＜0.001)，但FB+ECG与NT+ECG不同延迟时间采集技术获得的ADC值结果，其差异不具有显著性统计学意义P=0.063-0.667;P=0.131)。
　　结论:
　　1)不使用心电门控技术，BH呼吸补偿方式采集肝左叶及肝右叶获得ADC值具有较好的可重复性。
　　2)对比肝左叶15个冠状面序列发现:在NT配合心电门控延迟400ms时，肝左叶可重复性较好，说明心电门控技术可以克服心脏搏动对肝左叶ADC数据采集的影响。使用心电门控技术，对肝右叶采集数据的一致性影响不明显。综合肝左、右叶的数据，延迟触发600ms采集数据可以获得较好的一致性。

目录

摘要

前言

材料与方法

1．研究对象

2．MR扫描参数设置方案

3．肝脏DWI图像后处理及ADC值测量分析

4．统计分析

结果

1．志愿者一般资料

2．ADC测量值每个序列逐层测量与配准测量的一致性评定

3．三种呼吸补偿技术配合不同心电门控技术延迟触发时间左、右肝ADC值的可重复性比较

4．三种呼吸门控配合不同心电门控延迟时间所得肝左、右叶的平均ADC值

5．肝脏冠状面不同解剖位置的ADC测量值

6．肝脏冠状面不同解剖位置的ADC重复性研究

讨论

一、DWI的概述

二、肝脏DWI的临床应用

三、肝脏DWI的局限性

四、ROI放置位置对肝脏ADC值大小的影响

五、ROI放置位置对肝脏ADC值重复性的影响

六、b值的选取对肝脏ADC值的影响

七、呼吸运动对肝脏DWI的影响

八、心脏运动对肝脏DWI的影响

九、呼吸补偿技术对肝脏ADC测量值大小的影响

十、心电补偿技术对肝脏ADC测量值大小的影响

十一、呼吸补偿技术对肝脏ADC测量值可重复性的影响

十二、心电门控技术对肝脏ADC测量值可重复性的影响

小结

参考文献

中英文缩略词

攻读博士期间成果

致谢

声明

统计学审稿证明