錢敏 劉曉航

復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系,上海 200032

彌散加權(quán)成像（diffusion－weighted imaging，DWI）是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)MRI新技術(shù)，能夠無創(chuàng)檢測(cè)組織的水彌散特性改變，反映分子水平的病理生理過程，目前主要用于腦組織梗死和各器官腫瘤的診斷和鑒別[1-3]。隨著DWI在臨床腫瘤診斷中的廣泛應(yīng)用，聯(lián)合應(yīng)用DWI與增強(qiáng)MRI時(shí)，造影劑對(duì)DWI信號(hào)和表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）值的影響逐漸引起人們的注意。多數(shù)研究表明注射造影劑可明顯降低ADC值[1,4-5]，個(gè)別研究顯示正常肝組織信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）明顯下降或出現(xiàn)下降趨勢(shì)[6]。對(duì)這一影響的解釋主要有兩點(diǎn)：一是造影劑對(duì)血管的影響。灌注研究證實(shí)造影劑可引起血管收縮，血管外間隙減少[7]。由于ADC值可同時(shí)反映細(xì)胞內(nèi)外的水彌散狀況，因而推測(cè)造影劑的縮血管效應(yīng)使細(xì)胞外水彌散受限，引起ADC值降低，這個(gè)觀點(diǎn)目前已被廣泛接受[1,7]。二是造影劑縮短T2效應(yīng)和磁敏感性偽影對(duì)ADC值和信號(hào)的影響。由于目前多數(shù)研究是體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，故未能對(duì)此進(jìn)行獨(dú)立考察。

本研究旨在通過體外實(shí)驗(yàn)確定造影劑縮短T2效應(yīng)和磁敏感性是否能對(duì)水的SNR和ADC值產(chǎn)生顯著影響，考察以下序列：化學(xué)位移選擇飽和脈沖（chemical shift selective saturation pulse，CHESS）、壓脂化學(xué)位移選擇飽和脈沖（chemical shift selective saturation pulse with fat suppression，CHESS-FAT），以及短時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)(short-time inversion recovery，STIR)序列。前兩者參照在臨床上局部器官的DWI檢查方式[8-9]，結(jié)合相控陣線圈及并行成像序列掃描；而STIR主要應(yīng)用于全身DWI（whole body DWI，WBDWI）[10]，使用常規(guī)體線圈，不結(jié)合并行成像技術(shù)。

1 資料和方法

1.1 MRI設(shè)備及水模制作

GE公司Signa HDx 3.0 T磁共振掃描儀，8通道相控陣表面線圈及常規(guī)體線圈。以10支含不同濃度釓噴酸葡胺（gadolinium diethylenetriaminepentaacid，Gd-DTPA）溶液的50 mL離心試管作為水模，按Gd-DTPA濃度分為高濃度組（0、0.05、0.075、0.1、0.15、0.2 mmol/L）與低濃度組（0、0.005、0.01、0.025、0.05 mmol/L）。溶液以0.5 mol/L 拜耳先靈藥業(yè)有限公司的Gd-DTPA造影劑與生理鹽水按比例配置。

1.2 檢查方法

1.2.1 掃描方法將試管按Gd-DTPA濃度高低排列于水箱內(nèi)，置于磷譜表面線圈中心位置。用常規(guī)序列行三維定位像掃描。先行T2map掃描，然后分別以CHESS-FAT、CHESS、STIR序列進(jìn)行掃描。掃描參數(shù)如下。T2map序列：TR/TE＝4000 ms/13 ms；CHESSFAT：TR/TE＝4000 ms/71.7 ms，加脂肪抑制，b值選取臨床上DWI掃描應(yīng)用最多的1000 s/mm2；CHESS序列：TR/TE＝4000 ms/71.6 ms，b值為0、1000 s/mm2；STIR序列：TR/TE (4500 ms/65.5 ms)。層厚和間隔均為5 mm和1 mm，視野（field of view，F(xiàn)OV）均為26 cm，NEX=2，矩陣為192×256。

1.2.2 圖像處理應(yīng)用GE ADW4.3工作站進(jìn)行處理。包括：①用T2map測(cè)量不同濃度Gd-DTPA的T2值。②觀察圖像偽影，從水模形態(tài)位置變化及周圍偽影兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)試管形狀及位置變化，無明顯形變或移位為0分，輕度形變移位為1分，明顯扭曲為2分。根據(jù)水模偽影，無明顯偽影為0分，輕度為1分，嚴(yán)重與水模有明顯重疊為2分。每次掃描均對(duì)所有試管進(jìn)行計(jì)分并累加。③選取各序列圖像的同一層面，將相同大小的感興趣區(qū)（region of interest，ROI）置于試管內(nèi)同一位置，測(cè)量3種序列下ADC值、信號(hào)（signal，S）和背影噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，SD）。根據(jù)公式SNR =S/SDnoise，計(jì)算各個(gè)試管SNR。T2、ADC值由工作站直接計(jì)算。所有序列均掃描2次，測(cè)量各個(gè)參數(shù)并取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

應(yīng)用線性回歸方法評(píng)價(jià)T2值與濃度、ADC值，SNR與T2值、濃度的關(guān)系，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。應(yīng)用軟件為STATA 10.0。

2 結(jié)果

2.1 低濃度組與高濃度組水模T2值

低濃度組與高濃度組水模T2值均隨濃度升高依次下降，并與造影劑濃度呈正相關(guān)（P＜0.05）（表1）。

表1 不同濃度水模T2及ADC值變化

2.2 不同掃描序列的信號(hào)變化

低濃度組(0～0.05 mmol/L)中，各水模圖像未見明顯形變及移位，CHESS、CHESS-FAT和STIR組評(píng)分均為0，STIR組邊緣有一定偽影，另外2組僅有輕微偽影（圖1），累計(jì)評(píng)分依次為2、1、5分。 CHESS、CHESSFAT和STIR組在不用濃度下信號(hào)無明顯變化（圖2）。ADC值未見明顯變化（表1）。

高濃度組中，CHESS和CHESS-FAT組中水模形變及移位，邊緣偽影均較輕，評(píng)分為2和3分；SNR隨濃度升高依次下降，與濃度呈負(fù)相關(guān)（R2=0.88和0.93）（P＜0.05），與T2值呈正相關(guān)（R2=0.92和0.99）（P＜0.05）。STIR組中部分水模形變及移位較明顯，邊緣均可見偽影，評(píng)分為8分；SNR明顯下降，與濃度、T2值無明顯相關(guān)（P＞0.05）（圖1、3）。CHESS和CHESS-FAT組中ADC值未見明顯變化，STIR組中偽影最重的水模ADC值下降，余無明顯變化（表2）。

圖1 不同Gd-DTPA濃度下的水模圖像A～C：低Gd-DTPA濃度下，CHESS、CHESS-FAT和STIR DWI上各水模圖像偽影輕微，無明顯形變 (試管內(nèi)造影劑濃度：上排從左至右依次為水，0.005、0.01 mmol/L Gd-DTPA；下排從左至右依次為0.025、0.05 mmol/L Gd-DTPA）；D～E：高Gd-DTPA濃度下，CHESS和CHESS-FAT DWI上各水模圖像偽影輕微，伴輕度形變(試管內(nèi)造影劑濃度：上排從左至右依次為水，0.05、0.075 mmol/L Gd-DTPA；下排從左至右依次為 0.1、0.15、0.2 mmol/L Gd-DTPA）；F：高Gd-DTPA濃度下，STIR DWI上各水模圖像偽影較明顯，尤其中心部分水模形變明顯

圖2 低濃度組水模SNR與T2、造影劑濃度的回歸分析A～C：CHESS、CHESS-FAT和STIR組水模SNR隨Gd-DTPA濃度升高無明顯信號(hào)變化；D～F：3種序列組水模SNR隨T2值下降表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，但無相關(guān)關(guān)系

圖3 高濃度組水模SNR與T2、造影劑濃度的回歸分析A～C：STIR組圖像偽影明顯，SNR下降，但SNR與Gd-DTPA濃度無明顯相關(guān)（P＞0.05）；CHESS和CHESS-FAT組SNR隨Gd-DTPA濃度升高均明顯下降，且與Gd-DTPA濃度呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。D～F：STIR組圖像SNR與T2值無明顯相關(guān)（P＞0.05）；CHESS和CHESS-FAT組SNR隨T2值下降均明顯下降，且與T2濃度呈正相關(guān)（P＜0.05）

表2 不同濃度水模T2及ADC值變化

3 討論

DWI在臨床診斷中廣泛應(yīng)用，其與增強(qiáng)MRI聯(lián)用時(shí)易受造影劑的干擾。除Choi等[6]和Liu等[11]研究表明造影劑可明顯降低SNR外，其余報(bào)道均未觀察到這一現(xiàn)象[1,4-5]。也有學(xué)者認(rèn)為，造影劑除縮短T2效外，還影響ADC值。有學(xué)者應(yīng)用高場強(qiáng)（7T）對(duì)荷瘤鼠行增強(qiáng)前后DWI，結(jié)果顯示DWI信號(hào)和ADC值均未受明顯影響。他們認(rèn)為，在高場強(qiáng)下造影劑的T2縮短效應(yīng)較低場強(qiáng)弱，造影劑對(duì)信號(hào)及ADC值的影響相對(duì)小，反證低場強(qiáng)下ADC值的變化源于T2縮短效應(yīng)[12]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)由于組織灌注水平和信號(hào)變化復(fù)雜，對(duì)該因素很難進(jìn)行獨(dú)立研究。本研究旨在通過體外實(shí)驗(yàn)確定這方面影響。

本組實(shí)驗(yàn)表明，造影劑可縮短溶液T2值，且T2值與濃度呈負(fù)相關(guān)；但在低濃度范圍內(nèi)，在CHESS、CHESS-FAT和STIR組中SNR未見明顯下降，也未見明顯偽影。而在高濃度組，則可觀察到SNR明顯下降，CHESS和CHESS-FAT組中SNR與濃度呈負(fù)相關(guān)，與T2值呈正相關(guān)，提示在CHESS和CHESS-FAT組中T2可能是SNR下降的主要直接因素。有報(bào)道比較了腦部正常組織與腫瘤、梗死等病變?cè)谧⑸湓煊皠┣昂筮M(jìn)行DWI檢查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)組織SNR和病變SNR無明顯變化[1,13]，與本研究中低濃度組的結(jié)果大致相同。原因可能是Gd-DTPA臨床使用濃度對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響太小，無法檢測(cè)。Zhong等[7]比較了4名健康志愿者在注射Gd-DTPA（0.2 mm/kg）前后腦組織的T2值變化，發(fā)現(xiàn)注射后組織T2只縮短約1.3%，推測(cè)該信號(hào)的變化可能低于檢測(cè)閾值。但高濃度組的結(jié)果表明，當(dāng)T2變化幅度足夠大時(shí)，就可影響圖像質(zhì)量。部分肝臟病變的相關(guān)研究也支持這一觀點(diǎn)。Choi等[6]的研究表明，如果應(yīng)用比常規(guī)釓劑具有更強(qiáng)T2縮短效應(yīng)的釓塞酸二鈉，可顯著降低正常肝組織的SNR。因此，雖然目前臨床應(yīng)用的Gd-DTPA濃度不足以造成信號(hào)變化，但在某些實(shí)驗(yàn)需用較高濃度或強(qiáng)T2縮短效應(yīng)造影劑時(shí)，須考慮這一因素。

STIR組中SNR較對(duì)照試管明顯下降，但與T2無明顯相關(guān)。下降最明顯的一組位于水槽中央，且伴有明顯形變偽影。原因可能是3T MRI磁敏感偽影較嚴(yán)重，CHESS序列結(jié)合并行成像技術(shù)可有效消除這類偽影，而STIR序列未結(jié)合類似技術(shù)。SNR變化最大的試管也是偽影最嚴(yán)重的試管，而周圍試管變化較輕微，可推測(cè)STIR組中信號(hào)下降主要源于磁敏感偽影影響。

CHESS、CHESS-FAT和STIR組的ADC值隨造影劑濃度增高均未見明顯變化，提示造影劑的T2縮短效應(yīng)和磁敏感偽影不足以對(duì)ADC值產(chǎn)生顯著影響，也再次確認(rèn)臨床研究中的ADC值變化原因主要源于血管的收縮效應(yīng)。在高濃度水平下，雖然T2值和信號(hào)均有明顯變化，但根據(jù)ADC值的計(jì)算公式：ADC=ln（SI低/SI高）/（b高－b低）。式中SI低表示低b值DWI上組織的信號(hào)強(qiáng)度（b值可為零）；SI高表示高b值DWI上組織的信號(hào)強(qiáng)度；b高表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然對(duì)數(shù)。如果造影劑對(duì)b=0、1000 s/mm2時(shí)的DWI圖像均能產(chǎn)生影響，這一影響可能互相抵消，對(duì)ADC值的影響相對(duì)較小。但STIR組部分試管ADC值明顯下降，且分布與偽影的嚴(yán)重程度一致，因而考慮ADC值變化實(shí)際來源于磁敏感偽影的干擾；同時(shí)，由于磁敏感偽影在高b值條件下明顯超過低b值，對(duì)ADC值的影響明顯增大，因此在不結(jié)合消除偽影技術(shù)的情況下，偽影可造成ADC值下降。

綜上所述，GD-DTPA造影劑雖然可顯著縮短溶液的T2值，但在低濃度水平下，對(duì)CHESS、CHESS-FAT和STIR DWI圖像信號(hào)及ADC值未見明顯影響，提示臨床研究中觀察到的ADC值和SNR變化與T2值改變及磁敏感偽影無直接聯(lián)系，更可能來源于組織灌注等原因。高濃度條件下，CHESS、CHESS-FAT DWI上信號(hào)受明顯影響，且與T2值關(guān)系密切，但ADC值未見明顯變化；STIR DWI上信號(hào)及ADC值均有明顯變化，與磁敏感偽影關(guān)系密切，提示在某些實(shí)驗(yàn)條件下需用高濃度或強(qiáng)T2縮短效應(yīng)的造影劑，或DWI圖像出現(xiàn)明顯偽影時(shí)，可能會(huì)影響DWI圖像或ADC值的診斷效果。

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