正常成人前列腺3.0T磁共振3种b值扩散加权成像研究

王猛，姚申思，邓刚，刘建新，金光暐煤炭总医院 影像科， 北京 100028

正常成人前列腺3.0T磁共振3种b值扩散加权成像研究

王猛，姚申思，邓刚，刘建新，金光暐
煤炭总医院 影像科， 北京 100028

0 前言

扩散加权成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）是目前检测活体组织内水分子扩散的唯一无创方法，可从细胞及分子水平研究生物体的组织结构和功能状态[1-5]。DWI对扩散运动的敏感程度通常用扩散敏感系数（b值）表示，b值不仅影响扩散加权程度，也影响图像的信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）、对比噪声比（Noise Ratio，CNR）以及表观弥散系数（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）等影像质量指标。3.0T磁共振因其具有较高的信噪比，使高b值的应用成为可能，但伴随高场强而来的磁敏感伪影又对高b值的应用产生制约。至今有关前列腺DWI成像中b值的研究多限于1.5T磁共振成像系统[6-9]，3.0T磁共振DWI成像中b值的研究并不多见，其b值的选择多是沿用1.5T时的经验。本研究对正常成人进行3.0T磁共振扫描，比较3种b值DWI图像中前列腺中央带和外周带的信号强度和ADC值及图像的信噪比和对比噪声比的变化特点，为合理选择b值提供依据。

1 资料和方法

1.1 临床资料

选择2013年3～5月本院20名健康男性志愿者，年龄23岁～35岁，平均（30.08±2.64）岁。所有志愿者均无既往心血管系统和内分泌系统以及泌尿系统疾病史，检查前一周内无身体不适。预先被告知试验目的并签署知情同意书。

1.2 仪器与设备

选择飞利浦Achieva 3.0T磁共振设备，Torso相控阵表面线圈。采用单次激发自旋平面回波序列（Echo Planar Imaging，EPI）进行DWI检查，层厚3 mm，层间隔1 mm，FOV为 250 mm×250 mm，NSA=4，SENSE Preduction=2, EPI-factor=87。每名志愿者进行3次扫描，b值分别设定为600、800、1000 s/mm2，TR均为4615 ms，TE分别为57、60、63 ms（采用shortest模式），相应的序列采集时间分别为103、105、150 s。

1.3 各项指标的测定

分别测量3种b值DWI图像中前列腺中央带和外周带的信号强度（Signal Intensity，SI），以及相同层面图像外信号强度标准差（Standard Deviation，SD），在MRI设备自带软件上测量前列腺中央带和外周带的ADC值。沿前列腺长轴选择上、中、下3个层面测量，取其平均值，感兴趣区（Region of Interest，ROI）设置为圆形，面积约为100 mm2，不同病例测量位置尽量一致。计算公式：SNR=SI/SD，CNR=（SI外周带-SI中央带）/SD。

1.4 图像质量主观评价

由两名具有5年以上工作经验的MRI技师共同对DWI图像质量进行评分。采用4分制评分，评分标准为：① 4分：前列腺轮廓清晰，周围带和中央带境界清晰可辨，图像无伪影、无畸变；② 3分：前列腺轮廓清晰，周围带和中央带境界可辨，有少量伪影或轻度畸变；③ 2分：前列腺轮廓可见，周围带和中央带境界显示不完整，有伪影和畸变，但图像质量尚可满足诊断要求；④ 1分：前列腺轮廓不清，周围带和中央带境界难以辨认，伪影或畸变严重，图像质量差，不能用于诊断。

1.5 统计学分析

使用SPSS软件进行统计学分析。计量资料以均值±标准差（±s）表示，使用单因素方差分析（One-Way ANOVA）对不同b值DWI图像的SNR和CNR，前列腺中央带和外周带的信号强度和ADC值，及图像的主观评分结果进行组间比较，若差异有统计学意义再采用LSD检验进行两两比较，以P＜0.05为差异有统计学意义。相同b值DWI扫描中前列腺中央带和外周带的ADC值的比较采用配对t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。两名评价者对图像质量评分结果的一致性采用Kappa检验。

2 结果

20名志愿者均成功完成DWI扫描，前列腺均未见异常改变。

2.1 前列腺中央带和外周带的信号强度及图像SNR和CNR比较

3种b值DWI图像中前列腺中央带和外周带的信号强度及图像SNR和CNR比较结果，见表1。随着b值增大，前列腺外周带和中央带的信号强度均减小（图1～3），3组间比较差异均具有统计学意义（P＜0.05）。b值相同时，前列腺中央带的信号强度低于外周带，二者间的差异在b值为600 s/mm2时无统计学意义（P＞0.05），在b值为800 s/mm2和1000 s/mm2时有统计学意义（P＜0.05）。随着b值增大，SNR和CNR均减小，3组间比较差异均具有统计学意义（P＜0.05）。

图1～3 正常前列腺的DWI图像

表1 3种b值DWI图像中前列腺中央带和外周带的信号强度及图像SNR和CNR比较（±s）

表1 3种b值DWI图像中前列腺中央带和外周带的信号强度及图像SNR和CNR比较（±s）

注：t值★和P值★分别为相同b值时前列腺外周带和中央带信号强度比较结果。

b值（s/mm2） 信号强度 SNR CNR t值★P值★外周带 中央带600 73．89±3．85 71．68±5．64 18．36±1．75 0．55±0．14 1．55 0．14 800 66．71±2．09 64．51±1．96 14．63±2．32 0．47±0．11 5．38 ＜0．05 1000 61．87±3．28 59．72±3．48 11．83±1．65 0．39±0．90 5．16 ＜0．05 F值 73．19 45．46 57．57 9．24 P值 ＜0．05 ＜0．05 ＜0．05 ＜0．05

2.2 前列腺中央带和外周带的ADC值比较

3种b值时前列腺中央带和外周带的ADC值比较结果，见表2。随着b值增大，前列腺中央带和外周带的ADC值均减小（图4～6），3组间比较差异均具有统计学意义（P＜0.05）。前列腺外周带和中央带的ADC值的差异在b值为600 s/mm2时无统计学意义（P＞0.05），在b值为800 s/mm2和1000 s/mm2时有统计学意义（P＜0.05）。

图4～6 正常前列腺ADC图像

两名评价者对b值为600、800、1000 s/mm2时的DWI图像的主观评分结果一致性良好，K值分别为0.87、0.82 和0.78，主观评分值分别为（3.4±0.68）、（3.05±0.69）、（2.75±0.91）。随着b值增大，主观评分值逐渐下降。LSD检验结果表明，就主观评分值而言，b=600 s/mm2与b=800 s/mm2组间差异无统计学意义（P＞0.05），b=800 s/mm2与b=1000 s/mm2组间差异也无统计学意义，但b=600 s/mm2和b=1000 s/mm2组间差异有统计学意义（P＜0.05）。

表2 3种b值时前列腺中央带和外周带的ADC值比较（±s）

表2 3种b值时前列腺中央带和外周带的ADC值比较（±s）

b值（s/mm2）ADC值（10-3mm2/s） t值 P值外周带 中央带600 2．07±0．26 2．01±0．15 0．692 P＞0．05 800 1．80±0．22 1．65±0．24 2．834 P＜0．05 1000 1．54±0．14 1．31±0．19 4．244 P＜0．05 F值 32．33 66．86 P值 ＜0．05 ＜0．05

3 讨论

在进行DWI扫描时，b值大小对DWI的信号强度有直接影响。b值越小，DWI扩散权重越小，图像信号特点越偏重于T2加权像，即产生T2透射效应。通过ADC图可消除透射效应对DWI信号强度的影响，从而反映组织真正的弥散程度。通常b值越大，测得的ADC值越准确，因此要真正反映病灶的DWI应取相对高的b值[10]。据文献报道[11]，在1.5T磁共振前列腺DWI扫描中，b值为800 s/mm2时前列腺周围结构辨识困难，b值为1000 s/mm2时信号衰减明显，不能分辨前列腺外周带和中央带的解剖结构。本研究选择3.0T磁共振对正常成人进行扫描，比较3种b值DWI图像中前列腺中央带和外周带的信号强度和ADC值以及图像的SNR和CNR变化特点，为合理选择b值提供依据。

本研究显示，b值相同时，前列腺外周带的信号强度略高于中央带，这与正常细胞构造中水分子布朗运动有近似同等自由性有关。随着b值增高，组织中快速运动的自由扩散水分子在扩散梯度被施加的方向上进行相位移动，信号强度降低，但外周带和中央带的信号强度降低程度不同。b值为600 s/mm2时，外周带和中央带信号强度的差异不具有统计学意义，而当b值增大到800 s/mm2和1000 s/mm2时，其差异具有统计学意义，说明相对高的b值可以扩大不同组织间的对比度。但b值越大，产生的梯度场强越强，在对扩散更加敏感的同时也增加了信号衰减，使图像容易出现变形、模糊。本研究结果显示，图像的SNR和CNR均随b值增高而下降，且3组间比较差异具有统计学意义，提示单纯为提高图像对比度而盲目增高b值的做法并不可取。图像质量的主观评价结果表明，尽管高b值时外周带和中央带的信号强度具有统计学差异，但受噪声和图像畸变的影响，不同组织边界的可辨别程度并非与物理评价结果完全一致。

随着b值升高，前列腺外周带和中央带的ACD值均下降，3组间比较差异具有统计学意义（P＜0.05），与文献报道[7]一致。b值为600 s/mm2时，前列腺外周带和中央带ADC值的差异无统计学意义，表明低b值下获得的ADC值无法区分前列腺中不同的组织结构。而当b值为800s/mm2和1000 s/mm2时，前列腺外周带和中央带的ADC值具有统计学差异，提示高b值时系统误差小，能更精确地反映弥散状况及测量的ADC值[12-13]。但b值为1000 s/mm2时，序列采集时间相对较长，导致信号强度下降和伪影增加，因此实际应用中b值并不能随意增大。

综上所述，在进行前列腺DWI扫描时，b值的选择应综合考虑不同组织的信号特点、图像质量以及序列采集时间。本研究结果显示，3.0T磁共振前列腺DWI扫描中，b值选择为800 s/mm2较为适当。本研究受病例纳入标准限制，并未对非正常前列腺进行DWI扫描，有待进一步探讨。另外，本研究中b值为1000 s/mm2时序列采集时间相对较长，序列优化后对实验结果的影响也有待探讨。

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Study on Three b-Values in 3.0T DW MRI of Normal Prostates

WANG Meng, YAO Shen-si, DENG Gang, LIU Jian-xin, JIN Guang-wei
Department of Radiology, China Meitan General Hospital, Beijing 100028, China

目的 探讨正常前列腺3.0T磁共振扩散加成像（DWI）的影像表现，为合理选择扩散敏感系数（b值）提供依据。方法 选取20名健康志愿者，每名志愿者行3次前列腺DWI扫描，b值分别取600、800、1000 s/mm2，其他参数均一样。测量3种b值DWI图像中前列腺中央带和外周带的信号强度、背景信号强度标准差、表观扩散系数（ADC），计算图像信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR），并对图像质量进行主观评分。结果 b值为600、800、1000 s/mm2时，SNR分别为（18.36±1.75）、（14.63±2.32）、（11.83±1.65），CNR分别为（0.55±0.14）、（0.47±0.11）、（0.39±0.90），3组间比较SNR和CNR的差异均具有统计学意义（P＜0.05）。b值为600 s/mm2时，前列腺外周带和中央带的ADC值分别为(2.07±0.26)×10-3mm2/s和（2.01±0.15）×10-3mm2/s，差异不具有统计学意义（P＞0.05）；b值为800 s/mm2时，外周带和中央带的ADC值分别为（1.80±0.22）×10-3mm2/s和（1.65±0.24）×10-3mm2/s，差异具有统计学意义（P＜0.05）；b值为1000 s/mm2时，外周带和中央带的ADC值分别（1.54±0.14）×10-3mm2/s和（1.31±0.19）×10-3 mm2/s，差异具有统计学意义（P＜0.05）。3种b值的图像质量评分分别为（3.4±0.68）、（3.05±0.69）和（2.75±0.91），3组间比较差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论 利用3.0T磁共振对前列腺进行DWI扫描时，选择b值为800 s/mm2较为适当，可在保证图像质量的前提下更好地反映水分子的扩散特征。

磁共振成像；弥散加权成像；前列腺；扩散敏感系数

Objective To investigate the features of normal prostates in 3.0T DW MR (Diffusion-Weighted Magnetic Resonance) images so as to provide a basis for selection of the optimal b-value. Methods Three b-values (b=600, 800, 1000 s/mm2) were applied respectively in 3.0T DW MR imaging of twenty normal prostates. Then, the signal intensity, standard deviation of the background signal intensity and apparent diffusion coefficient (ADC) values were measured in DWI of the central zone and peripheral zone of prostates. The signal-noise ratio (SNR) and contrast-noise ratio (CNR) were computed. And the quality of MR images were evaluated. Results When b-value was 600, 800 and 1000s/mm2, the SNR was (18.36±1.75), (14.63±2.32) and (11.83±1.65) and the CNR was (0.55±0.14), (0.47±0.11) and (0.39±0.90) respectively. There were statistically significant difference in SNR and CNR between different b-values (P＜0.05). When b-value was 600 s/mm2, the ADC values acquired in MR imaging of the peripheral zone and central zone of prostates were (2.07±0.26)×10-3mm2/s and (2.01±0.15)×10-3mm2/s respectively without statistically significant differences (P＞0.05). When b-value was 800 and 1000 s/ mm2, the ADC values of the peripheral zone and central zone of prostates were (1.80±0.22)×10-3mm2/s and (1.65±0.24)×10-3mm2/s, (1.54±0.14)×10-3mm2/s and (1.31±0.19)×10-3mm2/s respectively with statistically significant differences (P＜0.05). The quality of MR images at three b-values (600, 800, 1000 s/mm2) were evaluated as (3.4±0.68), (3.05±0.69) and (2.75±0.91) respectively with statistically significant differences (P＜0.05). Conclusion The optimal b-value in 3.0T DW MRI of prostates was 800 s/mm2, which can display the diffusion of water molecules and meanwhile ensure the quality of images.

magnetic resonance imaging; diffusion-weighted imaging; prostates; b-value

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.02.015

1674-1633(2015)02-0059-04

2014-07-08

2015-01-18

作者邮箱：wangmeng0328@163．com