徐俏宇，孫宏亮，徐妍妍，王武

磁共振小視野彌散加權成像技術在影像診斷中的研究進展

徐俏宇，孫宏亮，徐妍妍，王武*

磁共振彌散加權成像作為一種功能成像已經成為常規(guī)磁共振成像診斷中的重要組成部分。然而在目前的臨床應用中較為廣泛使用的全視野彌散加權成像技術，其圖像質量較差，解剖結構分辨率較低，容易產生比較嚴重的偽影，圖像的變形和失真等問題。隨著技術的進展，小視野彌散加權成像技術通過在相位編碼方向上縮減視野大小等方法顯著提高了圖像質量及組織結構分辨能力，減輕圖像偽影、變形、失真等情況，這對于體積較小、結構精細、解剖部位附近磁化率變化較大或易受不自主生理性運動影響的器官及部位尤為重要。作者對小視野彌散加權成像的成像原理及其在各器官中的研究進展進行綜述。

彌散磁共振成像；視野；診斷，鑒別

在影像診斷中，MRI常規(guī)T2序列具有良好的空間分辨率，但在檢出小的低級別腫瘤時易出現(xiàn)假陰性，在對腫瘤與出血或炎癥進行鑒別，以及評價其治療反應等方面時準確率欠佳[1]。彌散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)可以在無需對比劑的情況下檢測活體組織內水分子的彌散變化以及彌散受限的程度，量化腫瘤的病理學特征及生物學行為[2-3]。所以將T2加權與DWI的功能信息相結合，能更準確地定位病變，評估病變性質、治療效果以及預后[4]。然而在臨床中最常用的DWI序列仍是以單次激發(fā)平面回波成像(singleshot echo-planar imaging，ssEPI)為基礎，該成像方式存在易出現(xiàn)偽影、失真、空間分辨率有限等缺陷，影響病變檢出的準確率。隨著技術的進步，小視野彌散加權成像(reduced field of view diffusion weighted imaging，rFOV-DWI)可以獲得更優(yōu)越的圖像質量、提高組織結構分辨能力、顯著減少偽影和圖像失真[5]。筆者對rFOV-DWI的成像原理及其在各器官中的研究進展進行綜述。

1 rFOV DWI的原理及總體優(yōu)勢

在全視野彌散加權成像(full field of view diffusion weighted imaging，fFOV-DWI)中，因其視野較大常同時覆蓋液體、氣體、軟組織、骨骼等磁敏感程度不同的物質，臨床中越來越多地使用更高的3.0 T場強來獲得較高的信噪比等，使得B0場的不均一性帶來的問題更為突出[6-7]。再加上ssEPI本身回波鏈很長，容易累積相位誤差，而且相位方向上帶寬較小，易導致圖像的變形。長回波鏈本身也會導致T2*衰減，進而導致圖像的模糊和信號的損失。一般為了控制圖像變形程度，ssEPI的圖像空間分辨率比較低，而且如果增大矩陣則增加回波鏈長度加劇圖像變形和模糊，故常規(guī)序列中通過增大矩陣來提升分辨率的方法不適用于ssEPI[8]。

rFOV-DWI使用了2D空間選擇性射頻脈沖(two-dimensional spatially selective radiofrequency pulses，2D RF)和180°回聚脈沖技術。這與常規(guī)序列的激發(fā)脈沖僅在目標層面方向上選擇性激發(fā)一個指定厚度平面內的組織不同，2DRF是由兩個在正交方向上獨立控制厚度的射頻脈沖組成，分別為層面選擇方向和相位編碼方向。在這兩個方向上同時選擇性激發(fā)特定厚度的組織，從而縮小相位方向上的FOV，減少相位編碼步數(shù)，縮短EPI回波鏈長度及回波時間，而且2D RF擁有整合B1場強信息后單獨調整每個RF脈沖的相位和振幅使其達到更加均一的反轉角度的優(yōu)勢，這樣就可以達到個體或容積特異性的修正B1場的目的，因此其圖像幾何變形程度減少、磁敏感偽影減低、空間分辨率提高又不增加掃描時間[5，9-11]。此外，在2DRF的層面選擇方向上使用180°重聚脈沖縮減帶寬，進而達到抑制除周期性2D激發(fā)脈沖之外的所有信號的作用。其中EPI序列的脂肪抑制尤為重要，否則將會導致嚴重的偽影，而2DRF與180°重聚脈沖的的結合可以在充分抑制脂肪的同時激發(fā)水信號，消除了化學位移的影響，從而有助于微小病灶的檢出[12]。2D平面回波射頻脈沖還具有不激發(fā)鄰近層面的優(yōu)勢，這使得連續(xù)多層面掃描得以實現(xiàn)[11]。與其他可以提升DWI清晰程度及減少圖像形變程度的多激發(fā)技術相比，rFOV-DWI不需要明顯增加掃描時間，且不需要復雜耗時的重建技術[13]。

2 rFOV-DWI在各器官中的應用及研究進展

2.1 脊髓

脊髓的橫斷面較小，骨組織及腦脊液邊緣磁化率變化較大[14-15]，尤其對于低位脊髓來說，其體積更小，更易受生理性不自主運動和部分容積效應的影響[16-17]，這即使在目前較為先進的方法彌散張量成像中，檢出軸突和髓鞘的疾病時都不十分穩(wěn)定[18-19]。rFOV-DWI可以有效減少圖像失真及偽影，并進一步觀察神經系統(tǒng)的微觀結構變化，這對于具有膀胱及性功能障礙等癥狀的神經系統(tǒng)疾病的診斷是有幫助的，例如多發(fā)性硬化，脊髓損傷，多系統(tǒng)萎縮等[20]。此外，超高b值小視野彌散加權成像(ultrahigh-b radial DWI，UHB-rDWI)可以增加白質和灰質的對比度，提高分辨率和信噪比，非線性靜態(tài)磁場不均勻性導致的圖像失真顯著減少[15]。尤其當b＞5000 s/mm2時，UHB-rDWI可以在總信號強度保持不變的同時使軸突之外的信號幾乎完全消失，從而更好地評估白質病變。在急性脊髓缺血損傷的病人中，初發(fā)數(shù)小時內可以進行溶栓治療，因此早期診斷尤為重要，DWI (數(shù)小時)可早于T2序列(1～2 d)識別梗死[20]，rFOV-DWI能在縮短掃描時間的同時得到高分辨圖像，這對更精確地呈現(xiàn)圖像細節(jié)和判斷具體血供損傷區(qū)域有所幫助[14]。

2.2 前列腺

前列腺在體內位置較深，作為腫瘤好發(fā)部位的前列腺外周區(qū)毗鄰含有氣體的直腸，F(xiàn)OV內嚴重的磁敏感不均一及運動偽影導致較為嚴重的圖像失真和偽影[21]。因此能在小范圍內集中激發(fā)的rFOV-DWI優(yōu)勢明顯，包括圖像質量顯著提高，偽影、模糊、變形的程度下降，解剖結構分辨更為清晰(前列腺包膜、外周區(qū)、移行區(qū)、尿道周圍區(qū))，有利于小病灶的檢出和更為精準的T分期[5，10，21-22]。另一方面前列腺本身及病變的體積均較小，DWI序列與T2序列對齊比較時(對齊精度)存在失真和角誤差，單個平面中病變的平均直徑僅1.3～1.4 cm[22]，因此其精度對于前列腺影像圖像解讀尤為重要[10，22-23]。rFOV-DWI可以提高前列腺腺體本身(DWI圖像超出T2圖像中前列腺輪廓外的程度)以及前列腺病變(包括偏離病變中心的程度和超出病變外緣的程度)的對齊精度[10，22]。有研究表明其在矢狀面上超出病變外緣的程度從0.5 cm下降到0.3 cm，在冠狀面上從0.4 cm下降到0.2 cm[22]，因而在MRI引導下前列腺腫瘤活檢和放射治療計劃制訂時，病灶的定位和勾畫更加精確；rFOV-DWI擁有更高的真陽性率，病變檢出的敏感性從0.59提升到0.66；ROC曲線下的面積(area under the curve，AUC)增加，因而擁有更優(yōu)的診斷價值。雖然目前研究表明兩個序列表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)數(shù)值結果沒有顯著的統(tǒng)計學差異[10，22]，但rFOV-DWI ADC圖失真變形程度下降，特別在前列腺包膜、尿道周圍區(qū)圖像質量明顯提高[5]。

2.3 膀胱腫瘤

膀胱腫瘤因治療方式不同，區(qū)分非浸潤性(T1期及以下)和浸潤性膀胱癌(T2期及以上)尤為重要。rFOV-DWI顯著提高膀胱圖像質量，減輕偽影和幾何變形，因而T分期更為精準，尤其對于T2分期以上的腫瘤，T2序列與rFOV-DWI聯(lián)合使用的診斷準確率、特異性、AUC都顯著高于單獨使用T2序列或聯(lián)合使用fFOV-DWI序列[24]。有研究報道單獨使用T2序列，T2聯(lián)合fFOV-DWI、T2聯(lián)合rFOV-DWI的診斷正確率分別為57%、70%、78%；AUC分別為0.781，0.771，0.826[24]。對于ADC值而言，膀胱腫瘤顯著低于正常組織[25]，惡性腫瘤顯著低于良性腫瘤[26]及正常組織[27]，肌層浸潤性膀胱癌顯著低于非肌層浸潤性膀胱癌[24]，G3分級以上的膀胱腫瘤顯著低于G1分級的膀胱腫瘤[24，26，28]。特別是在肌層浸潤性膀胱癌當中rFOV-DWI表現(xiàn)為更低的ADC值，更為接近真實彌散狀態(tài)[24，26]。雖然rFOV-DWI診斷肌層浸潤特異性提高，但敏感性低于T2序列，(從92%下降到75%)，因此更為推薦聯(lián)合使用提高診斷效能[24]。

2.4 乳腺

rFOV-DWI應用于乳腺掃描時，圖像質量顯著提高，分辨率和信噪比增加，偽影和失真顯著下降，脂肪抑制效果更佳，乳腺腫瘤的形態(tài)和病變細節(jié)顯示更清晰。在乳腺惡性腫瘤中，rFOVDWI和標準雙側DWI的ADC值都顯著低于其他的病變，特別是在ADC值本身較低的區(qū)域中[29]。甚至有部分研究者認為rFOV-DWI得到了更低的ADC值，在基于BI-RADS評分預測乳腺腫瘤的AUC中， rFOV-DWI高于標準雙側DWI，依次分別為0.71～0.93、0.61～0.76；通過病變形態(tài)評估其良惡性時，rFOV-DWI可達到與動態(tài)增強核磁(dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)相似的效果(rFOV-DWI AUC：0.74-0.91；標準雙側DWI AUC：0.67～0.70，DCE AUC：0.76～0.83)[30]，且因其無需注射造影劑并縮短掃描時間，更利于臨床中用于隨訪那些未進行活檢或手術的乳腺病變(例如DCE-MRI評估為BI-RADS 3級的病例[31])，也可以用于評估新輔助化療后病變的病理組織學改變[30]和體積改變[32]。此外，Kang等[33]報道“病變邊緣高信號”可以作為一種很有價值的形態(tài)特征評估良惡性，其提高了DWI序列診斷的特異性，rFOV-DWI則提高了對這一特征的識別(特異性80.6%)[30]。

2.5 頭頸部腫瘤

頭頸部解剖結構精細且復雜，fFOV內常同時存在水，骨骼，空氣等磁化率不同的組織。DWI在腫瘤診斷中扮演著重要的角色，例如在原發(fā)腮腺腫瘤中，DWI比形態(tài)學MRI和動態(tài)增強能更好地診斷其病理類型[34]。rFOV-DWI可以顯著提高圖像質量，尤其對于體積小的病變或位于易受磁化效應影像區(qū)域的腫瘤，如好發(fā)鱗狀細胞癌的舌和上顎[35]，rFOV-DWI能夠顯示更多的解剖細節(jié)，更準確地界定腫瘤病變范圍，診斷的準確性更高[34-36]。有研究報道rFOV-DWI測得的ADC值小于fFOV-DWI，可重復性更好，其數(shù)值更趨于可靠，這在區(qū)別唾液腺腫瘤和涎腺瘤(ADC值＞1.4×10-3mm2/s)[34]、惡性和良性腫瘤(乳頭狀囊腺瘤)[37]、鱗狀細胞癌(平均ADC值=0.93×10-3mm2/s)和淋巴瘤(平均ADC值=0.64×10-3mm2/s)[38]以及甲狀腺病變[39]中尤為重要，幫助臨床選擇更合適治療手段；此外rFOV-ADC值的標準差減小提供了更可靠的一致性[34]。

2.6 胰腺

胰腺屬于位置較深的腹膜后位器官，早期胰腺腫瘤沒有明顯的臨床癥狀，DWI序列可以為常規(guī)MRI序列檢出病灶提供有效的補充。然而常規(guī)DWI序列會在胰腺鄰近胃腸道(含氣體)，腹部器官和主動脈運動的影響下產生磁敏感性偽影、重影、且空間分辨率較低。胰腺rFOV-DWI集中激發(fā)單個器官，提供了更清晰的解剖結構，病灶更為明顯，圖像質量更佳，有文獻報道其空間分辨率大約為fFOV的2倍[40-41]，更容易發(fā)現(xiàn)微小病變。雖然兩者的ADC值相似[40-42]，但rFOV-DWI所獲得的ADC值可重復性更好，對于早期胰腺癌或信號強度與正常胰腺組織類似的病變來說，DWI是一種非常有意義的檢查方法，即使病變清晰度有輕微的提高和ADC值有輕度的變化，rFOV-DWI亦可檢測出來。有研究報道胰腺癌(rFOV ADC 1.061×10-3mm2/s±0.133，fFOV ADC1.079×10-3mm2/s±0.135)和胰腺神經內分泌腫瘤(rFOV ADC 0.983×10-3mm2/s±0.152，fFOV ADC 1.191×10-3mm2/s±0.153)的ADC值顯著地低于胰腺實質(rFOV ADC 1.191×10-3mm2/s± 0.152，fFOV ADC 1.218×10-3mm2/s±0.103)，所以rFOVDWI ADC值擁有更好的區(qū)分病變組織和正常組織的潛力[41]。

2.7 腎臟

對于腎臟疾病來說，rFOV-DWI整體圖像質量顯著提高，減少圖像的模糊和變形，更清晰地顯示腎臟邊界、皮髓質以及小病變，提高診斷的可信度[43]。有研究認為ADC值可以用于區(qū)分腎臟嗜酸細胞瘤和腎細胞癌，從而避免不必要的腎臟切除術[44]。雖然對于腎實質或腎臟病變來說，小視野與大視野DWI的ADC值相似，但rFOV- DWI可以在更短的掃描時間內達到同樣的效果，而且測量可重復性更好[44]。

3 rFOV-DWI技術存在的問題及展望

目前，該技術在其他器官及組織中的相關研究鮮有報道，這可能由于其應用重點為體積較小、結構較為精細、解剖部位鄰近磁化率變化較大或易產生不自主生理性運動的器官及部位周圍，以及需要較高分辨率來判定病變性質和范圍的器官或組織。rFOV-DWI仍然存在一定的問題有待解決，例如因其視野較小，視野外的病變或轉移易被忽略；在制訂掃描計劃時，常無法直接通過定位像確定病變的具體位置，需要在常規(guī)相應的大視野序列的基礎上進行定位，因此臨床中仍需聯(lián)合應用其他掃描序列進行補充，即大視野用來覆蓋全部組織，小視野用于集中掃描病變的部位，提高病變局部細節(jié)和侵襲情況判斷的準確性；即使在3.0 T場強中，rFOV-DWI的平面空間分辨率及信噪比仍相對較低，需進一步改善。此外，目前各部位有關于rFOV-DWI的研究病例數(shù)普遍較少，需要更大規(guī)模的臨床實驗證明其應用前景；目前的研究主要著重于良惡性腫瘤的對比，缺乏不同病理類型之間、良性腫瘤之間、非腫瘤性疾病之間及轉移淋巴結相關的研究，進一步明確其應用價值。在ADC值方面，目前由于不同序列之間技術本身的差別，缺乏統(tǒng)一的評價標準，只能從理論上預估其優(yōu)越性，而不能很好地從統(tǒng)計數(shù)據(jù)中體現(xiàn)，因此有待于找到合理的比對方式，并設置統(tǒng)一的標準提高其臨床應用價值。

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Research advances in reduced field of view diffusion weighted imaging

XU Qiao-yu, SUN Hong-liang, XU Yan-yan, WANG Wu*
Department of Radiology, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China

Diffusion-weighted imaging (DWI), as a kind of functional imaging technique, is an important complement to the conventional MRI in imaging diagnosis.However, the most common technique is full field of view diffusion weighted imaging(fFOV-DWI), which has some defects that cannot be ignored, such as poor image quality, low resolution of anatomical structure and serious artifact. With development of technology, reduced field of view diffusion weighted imaging (rFOV DWI) avoids the need to encode a large extent in the phase-encode direction, shortens the echo train and reduces off-resonance-induced artifacts in single-shot echo-planar imaging(ssEPI), resulting in significantly improved image quality. This review focuses on the theory and clinical research advances of rFOV DWI in the various organs for imaging diagnosis.

Diffusion magnetic resonance imaging; Visual fields; Diagnosis,differential

國家自然科學基金項目(編號：81501469)；國家衛(wèi)生和計劃生育委員會公益性行業(yè)科研專項(編號：201402019)

中日友好醫(yī)院放射科，北京 100029

王武，E-mail：cjr.wangwu@vip.163.com

2017-02-14

接受日期：2017-04-08

R445.2

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.07.016

徐俏宇, 孫宏亮, 徐妍妍, 等. 磁共振小視野彌散加權成像技術在影像診斷中的研究進展. 磁共振成像, 2017, 8(7):556-560.*Correspondence to: Wang W, E-mail: cjr.wangwu@vip.163.com

Received 14 Feb 2017, Accepted 8 Apr 2017

ACKNOWLEDGMENTSThe National Natural Science Fund (No. 81501469).Health and family planning commission public welfare industry research (No.201402019).