MR不同弥散加权序列前列腺图像质量评价研究

但汉丽，谭钰川，杨露，章义鹏，谭勇，林檬，王蕾，张久权

作者单位：重庆大学附属肿瘤医院影像科，重庆400030

前列腺癌已经成为男性恶性肿瘤的第二位［1］，其发病率逐年上升。前列腺癌早期诊断对提高患者的生存质量和5年生存率具有重要意义。MRI是目前前列腺癌影像诊断以及术前前列腺成像报告和数据评分系统(prostate imaging reporting and data system，PI-RADS)评分最准确的影像检查方法之一。因此，如何获得高质量的前列腺磁共振成像显得尤为重要，同时它也将是医生或未来的人工智能(artificial intelligence，AI)辅助诊断系统准确识别疾病的各种影像或生物学特征的基本保证。

弥散加权序列以其较高的诊断准确率、操作便利性以及图像多样性，获得广大科研及临床工作者的青睐。前列腺癌细胞排列致密导致水分子活动受限，引起DWI 图像上信号增高而被识别［2-4］；然而，常规弥散采用单次激发平面回波成像，磁化率伪影较明显，对前列腺解剖细节以及微小病灶的显示受限。而ZOOMit DWI在前列腺上已被证明适用于弥散加权成像和弥散张量成像［5-6］；已有研究证明在ADC 图中和高b 值图像中显示出更高的解剖结构，减少了假象、重影和失真［6］；RESOLVE (readout segmentation of long variable echo-trains) DWI 在头颈及乳腺的运用中展现了短的回波间隙，图像变形小，解剖细节显示清楚，显示高质量图像［7-9］。目前，还没有报道这三种弥散序列在前列腺图像质量的对比。因此，本研究拟比较常规DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 三种不同弥散加权序列的前列腺图像质量，优化前列腺MRI扫描方案，提高影像诊断准确率。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究经重庆大学附属肿瘤医院医学伦理委员会批准(伦理编号：CZLS2020248-A)，免除了患者的知情同意。回顾性收集2020年4月至10月于重庆大学附属肿瘤医院影像科磁共振中心进行前列腺磁共振扫描的患者。纳入标准：(1)在我院进行前列腺磁共振扫描的患者；(2)磁共振检查前4～6 周未行前列腺穿刺检查的患者。排除标准：(1)有骨盆骨质术后(金属伪影)的患者；(2)部分患者扫描三种弥散序列不全者。患者的所有临床资料收集均来自临床医师书写的病历。

1.2 扫描设备和扫描参数

本研究采用3.0 T MRI (Magnetom Prisma，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)，使 用18 通道相控阵体部线圈，扫描序列(表1)包括T2WI、常规DWI、ZOOMit DWI 以及RESOLVE DWI 扫描(b=0、50、1400 s/mm2)。

1.3 图像分析

本研究由2 名临床经验丰富的放射科诊断医师(2名医师在泌尿系统肿瘤诊断和评估分别有12年及8 年工作经验)对前列腺图像进行主观评价。为了避免阅读偏倚，将常规DWI、RESOLVE DWI 放大与ZOOMit DWI 图像大小一致。2 名医师分别对图像进行主观评分，且不知道另外1名医师的评分结果。参照Hellms 等［10］和Brendle 等［11］采用的Likert 的评分法，对所有DWI 序列的图像清晰度、图像失真以及伪影进行评分，评价标准如下：1 分=图像清晰度差，即严重失真或伪影；2 分=中等图像清晰度，即中等失真或伪影；3 分=良好的图像清晰度，即轻微失真或伪影；4 分=优异的图像清晰度，即无失真或伪影。SNR和CNR 由2 名放射科技术人员(2 名技术人员分别有12 年及3 年工作经验)分别测量。该2 名技术人员分别在T2WI和所有弥散加权序列b=50、1400 s/mm2中手动勾画感兴趣区(region of interest，ROI)。测量闭孔内肌相应区域的信号强度(signal intensity,SI)，其中SD (muscle)为闭孔内肌标准差，SD (prostate)为前列腺组织标准差。SNR和CNR的计算分别如下：

由2 名放射科技术人员手动测量前列腺前后径(anterior-posterior diameter，AP)、左 右 径(right-left diameter，RL)、前后径/左右径(AP/RL)以及前列腺面积，以横断面T2WI 图像上前列腺轮廓为前列腺解剖形状的标准。三种弥散序列均与T2WI进行对比。

1.4 统计学分析

使用SPSS 23.0软件进行数据统计处理。对2名诊断医师的主观评分结果进行Kappa 一致性检验(Kappa＞0.75 表明两者一致性较好，0.4～0.75 表明两者一致性一般，＜0.4表明两者一致性较差)。采用Kolmogorov-Smimov 检验进行正态性检验，Levene 检验进行方差齐性检验。采用Kruskal-Wallis H检验比较不同序列的主观评分分布差异，P＜0.05 为差异有统计学意义，然后采用经bonferroni校正的显著性水平进行事后两两比较。对两位技术人员的客观测量结果进行ICC一致性分析(ICC＞0.75表明两者一致性较好，0.4～0.75 表明两者一致性一般，＜0.4 表明两者一致性较差)。采用单因素ANOVA 检验比较客观指标之间的差异，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者基本情况

本研究共纳入64 例患者，其中4 例患者因弥散序列扫描不完整而排除。年龄范围48～85 岁，中位数为69 岁。其中前列腺癌31 例(前列腺神经内分泌癌1 例，其余为前列腺腺泡癌)，急性细菌性前列腺炎2 例，前列腺增生12 例，前列腺正常3 例，膀胱恶性肿瘤11例，直肠癌1例。

表1 MRI扫描序列及参数Tab.1 MRI scan sequence and parameter

2.2 三种不同弥散加权序列的主观评价

所有患者DWI图像清晰，图像质量均符合诊断要求；2 名诊断医师主观评分的一致性一般或较好。三种不同弥散加权图像清晰度主观评分之间存在显著差异(表2)，两两比较显示常规DWI 和ZOOMit DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之间存在统计学差异(P＜0.05)，常规DWI 和RESOLVE DWI 之间无统计学意义(P＞0.05)。三种不同弥散加权图像失真主观评分之间存在显著差异，两两比较显示ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之间存在统计学差异(P＜0.05)，常规DWI 和ZOOMit DWI、常规DWI 和RESOLVE DWI 之间无统计学差异(P＞0.05)。三种不同弥散加权图像伪影主观评分之间存在显著差异，两两比较显示常规DWI和RESOLVE DWI、ZOOMit DWI 和RESOLVE DWI 之间存在统计学差异(P＜0.05)，常规DWI 和ZOOMit DWI 之间无统计学差异(P＞0.05)。

2.3 三种不同弥散加权序列的客观评价

测量三种不同弥散加权序列SNR (b=50)、CNR(b=50)、SNR (b=1400)值，2 名技术人员的组间测量值一致性一般或较好。三种不同弥散加权序列的SNR(b=50)、SNR (b=1400)值均有统计学差异(P＜0.05)(表3)；三种不同弥散加权序列的CNR (b=50)值没有统计学差异(P＞0.05)。

表2 三种不同弥散加权序列的主观评分比较Tab.2 Comparison of subjective scores of three different diffusion weighted sequences

测量三种不同弥散加权序列前列腺AP、RL、AP/RL以及前列腺面积(area)，2名技术人员组间测量一致性一般或较好；以T2WI为标准，前列腺前后径以及前列腺面积均没有统计学差异(P＞0.05)，左右径、前后径/左右径比值存在统计学差异(P＜0.05)(表3)。三种弥散序列SNR (b=50)、CNR (b=50)、SNR (b=1400)、AP、RL、AP/RL、area数据分布情况如图1所示。

3 讨论

3.1 三种不同弥散序列的优缺点

目前，临床上比较常用的弥散序列即常规DWI为单次激发平面回波成像(single-shot echo-planarimaging，SS-EPI)，其优点是成像速度快，对运动不敏感，缺点是解剖细节显示欠清，图像失真较明显，尤其是在高场强下；由于在一次射频激发后采用迂回的方式进行K空间填充，因此在磁化率差异明显的组织间容易产生磁化率伪影，从而影响前列腺小病灶的检出以及定性诊断。ZOOMit DWI 可以实现目标区域的选择性成像，可对目标器官的选择性放大成像；并可进行多层采集，进一步减少数据的采集时间，提高图像的空间分辨率，对前列腺微小病变的显示有一定的优势［12］。RESOLVE DWI 序列在读取方向上组合了多次K 空间采集，其优点是较弱的磁化率伪影，图像变形较小以及解剖细节显示较清晰，但是需要多个TR间隔，因此增加了数据的采集的时间。

表3 不同弥散序列客观参数的比较Tab.3 Comparison of objective parameters of different diffusion sequences

3.2 三种不同弥散序列的研究现状

本研究主观结果显示，ZOOMit DWI 序列的图像清晰度高于其他两个DWI序列，ZOOMit DWI失真评分高于常规DWI 以及RESOLVE DWI 序列；与常规DWI 和ZOOMit DWI序列相比，使用RESOLVE DWI序列获得的图像上的伪影更为明显，而常规DWI 序列和ZOOMit DWI 序列的伪影没有显著差异。这与其他学者的结果是一致的。Seeger等［13］比较了ZOOMit DWI和RESOLVE DWI在葡萄膜黑色素瘤中的应用，认为ZOOMit DWI能够明显提高图像质量。此外，Thierfelder 等［5］报道的研究结果也与本研究的结果一致。有研究提出使用ZOOMit DWI，可以获得缩放FOV 的高分辨率、失真相对较小的扩散加权图像［14］。与RESOLVE DWI比较，ZOOMit DWI的采集时间明显减少，与常规DWI差别不大。ZOOMit DWI 图像的高清晰度和低失真可能与ZOOMit DWI 序列的最小体素大小有关。因此，ZOOMit DWI 提高了图像清晰度，减少了伪影及失真，为高分辨率图像提供了可能。

客观评价结果表明，ZOOMit DWI序列和传统DWI序列的SNR (b=1400)有差异，但是ZOOMit DWI 箱型图范围较小，因此稳定性较好，说明其信噪比更高。通过测量前列腺径线的定量分析还表明，前后径/左右径比值显示ZOOMit DWI 序列与T2WI 序列一致性较好；说明用ZOOMit DWI 序列获得的前列腺图像畸变并不严重，与这本研究的主观评分结果基本也是一致的。Seeger 等［13］关于肿瘤径线测量的结果与本研究一致。前列腺图像失真以及磁化率伪影是骨盆扫描中常见的问题，其主要原因可能是邻近的骨骼和直肠内的气体造成的。ZOOMit DWI 可实现对靶器官的选择性放大成像，减少前列腺周围器官如直肠内气体的影响而引起的失真及伪影，增加图像的信噪比，并可多层采集，弥补了常规DWI技术因图像模糊致病灶易误诊、漏诊的缺点［15］。对于前列腺肿瘤，由于磁化率伪影的影响，可能对微小病变的诊断存在困难；Attenberger 等［16］报道，ZOOMit DWI 可以清晰显示常规DWI 上不能显示的小病灶的范围以及形态。有研究报道了ZOOMit DWI 以及常规DWI 的影像组学特征［17］，提示基于ZOOMit DWI 的影像组学特征可以更加准确地诊断前列腺疾病。因此，ZOOMit DWI 不仅可以减少磁化率伪影，减少图像畸变，提高图像空间分辨率，同时还可以提供更多的组学信息，为前列腺疾病的诊断提供更高的图像质量以及更多的信息。

综上所述，与常规DWI 和RESOLVE DWI 序列相比，使用ZOOMit DWI 序列获得的图像的主观及客观评分更高。主客观评分也提示ZOOMit DWI图像能更准确地显示前列腺轮廓，为前列腺疾病的诊断、临床穿刺定位、术后疗效评价提供准确的信息。之前也有研究表明［11，15，18］ZOOMit DWI 可以在减少图像变形和减少伪影的情况下提高图像质量。因此，ZOOMit DWI 可作为前列腺多参数MRI 的重要序列，为临床诊断和治疗提供准确的信息。

本研究的局限性：首先样本量相对较小。在我们未来的研究中，样本量将增加，以提供更可靠的数据。其次是未按疾病分类。在我们未来的研究中，将收集患者病理检查结果，并根据结果将其分为良性和恶性前列腺疾病组。

总之，使用ZOOMit DWI 序列获得的图像质量更好。因此，ZOOMit DWI序列可以作为前列腺MRI的首选DWI技术。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。