小视野扩散加权成像对胰腺炎和胰腺癌的临床价值初探

谭方琴，李震，王秋霞，余浩，吴思思，胡道予，张杰

磁共振扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)是通过水分子扩散水平差异引起的信号改变形成组织之间的对比，并可后处理生成定量参数表观系数扩散图，目前已成为临床上常规运用的技术。DWI在胰腺疾病的诊断中也得到较多运用，但是，常规的DWI技术具有空间分辨率低，部分容积效应明显，以及邻近器官导致的磁敏感伪影等不足，从而影响了DWI的临床价值[1]。基于相位编码方向的小视野DWI (reduced field-of-view DWI，rFOV DWI)这一技术可以减少相位方向的编码线，从而减小相位上视野和读出时间，去除卷折及磁敏感等伪影，可以获得较高质量和分辨力的图像，这一序列最初应用于脊髓成像，这种新序列可以应用于单个感兴趣的器官，而不是整个上腹部空间内其他不必要部位的成像。研究表明，rFOV DWI可以通过减少伪影显著改善图像质量(image quality，IQ)[2-3]，但是rFOV DWI对胰腺病灶的定性定量评估报道较少，本研究的目的是定性比较胰腺癌和胰腺炎rFOV和全视野扩散加权成像(full field-of-view DWI，fFOV DWI)序列之间的图像质量和定量分析其ADC值，评估rFOV DWI序列在临床胰腺疾病中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究获得华中科技大学同济医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。2016年10月至2018年1月间在同济医院行胰腺MRI检查的102例患者进行fFOV和rFOV DWI序列检查，运用GE Discovery 750 HD 3.0 T MR扫描仪及32通道体线圈进行检查。纳入标准：(1)28例胰腺癌患者均经组织病理学证实；(2)胰腺癌病变直径大于2 cm；(3) MRI检查前未行放疗、化疗或其他干预治疗；(4) 6例患者经手术后病理证实为胰腺炎；15例胰腺炎患者经生化常规检查胰淀粉酶和胰脂肪酶以及后期治疗好转并随访后证实。纳入的28例胰腺癌病变的平均大小为(37.5±14.4) mm。

1.2 MR检查

所有患者行常规MR平扫及轴位fFOV和rFOV DWI序列扫描。常规MR序列：(1)冠状位SSFSE T2WI (辅助定位)参数：TR 3000 ms，TE 66.7 ms，层厚5 mm，层间距1 mm，矩阵288×288；(2)轴位LAVA-FLEX参数：TR 3.7 ms，TE 1.7 ms，层厚4 mm，矩阵256×256，以上序列采用屏气扫描；(3)常规T2WI参数：TR 3300～5000 ms (与呼吸有关)，TE 67.3 ms，层厚4 mm，层间距1 mm，矩阵320×320，采用呼吸触发扫描，常规MR平扫序列视野视患者体型而定。

DWI采集轴位的二维(two-dimension，2D)，脂肪抑制，呼吸触发，回波平面弥散成像，弥散梯度b值大小为600 s/mm2，rFOV DWI与fFOV DWI序列采用相同平面的定位线。具体参数如表1。

1.2 图像分析

1.2.1 图像质量的客观评价

SNR (signal noise ratio)表示图像的信号强度与背景噪声信号值的标准差强度(standard deviation，SD)之比，重叠在图像上的噪声使像素的信号强度值以平均值为中心而震荡，噪声越大，震荡越明显，SNR越低，图像越模糊。

CNR (contrast signal noise ratio)，即对比噪声比，是指图像中相邻组织、结构间SNR的差异性。

1.2.2 主观评价的定性分析

由2名有经验的放射科医师采用盲法各自完成定性的图像分析。所有图像分析均采用影像存储与传输系统(picture archiving and communication system，PACS)，所有的DWI序列使用一个4分法量表进行图像分析。(1)清晰度：①解剖结构不清晰，不能诊断；②胰腺边缘模糊；③胰周边缘较清晰；④胰腺清晰可见或胰腺导管清晰可见。(2)变形程度：①图像变形严重；②图像中度变形；③轻度变形；④无变形。(3)伪影：①存在严重伪影；②中度；③轻度；④不存在。(4)胰腺病变的显示：①病变无法检测；②与背景对比，仅可识别的病变；③与背景对比的中间型病变，或者边缘模糊的高对比度病变；④显示优良的病灶，背景对比度好而且病变边缘清晰。(5)总IQ分数为上述4个参数得分之和。阅片者首先评估fFOV DWI序列图像，然后使用相同的标准评估rFOV DWI序列图像。

1.2.3 主观评价的定量分析

由1名有经验的放射科医师独立完成胰腺癌和胰腺炎病灶ADC值的定量测量。在rFOV DWI和fFOV DWI序列获得的ADC图上，通过手动将圆形的感兴趣区(region of interest，ROI)放置在胰腺病灶测量其ADC值。在两个序列几乎相同的位置放置ROI，小心避开血管、胆管和胰腺导管。在病灶区各放置3个ROI，取平均值。rFOV图像上ROI的平均大小为(61.5± 30.6) mm2，fFOV图像上ROI的平均大小为(50.5±20.9) mm2。同时记录rFOV和fFOV DWI序列胰腺病灶与同侧竖脊肌的信号值及其信号值标准差值(standard deviation，SD)，并通过上述公式计算胰腺病灶的SNR及相对于竖脊肌的CNR值。

1.2.4 统计分析

使用加权Kappa分析评估阅片者之间定性评估的一致性。K=0.00～0.20，说明阅片者间的一致性差，K=0.21～0.40表示一致性一般，K=0.41～0.60表示一致性中等，K=0.61～0.80表示一致性好，K=0.81～1.00，表示一致性非常好。使用Wilcoxon符号秩和检验来比较rFOV和fFOV DWI序列之间的图像定性分析评分。使用2名阅片者之间的平均分数进行比较。采用独立样本t检验来评估rFOV和fFOV DWI序列的胰腺癌及胰腺炎的定量参数ADC及图像客观参数SNR与CNR。所有数据用SPSS 19.0进行统计学分析，P值＜0.05被认为具有统计学意义。

2 结果

2.1 图像客观评价结果

如表2，两种序列对胰腺癌(rFOV：11.56±3.16，fFOV：8.71±2.48，P＜0.001)、胰腺炎(rFOV：13.48±4.26，fFOV：9.67±3.48，P＜0.001)图像SNR之间差异均具有明显统计学意义。

两种序列对胰腺癌(rFOV：5.18±2.19，fFOV：3.74±1.60，P＜0.001)、胰腺炎(rFOV：5.36±2.76，fFOV：3.63±2.37，P＜0.001)图像CNR之间差异同样具有统计学意义。

2.2 定性的图像质量分析

2名医师之间的总体一致性是从一般到非常可靠。阅片者之间的一致性κ系数分别为0.443～0.747 (fFOV DWI)和0.627～0.824 (rFOV DWI)。与fFOV DWI相比，rFOV DWI的评分明显更好。rFOV DWI的清晰度、变形、伪影、病灶显示、总图像质量IQ评分优于fFOV DWI (所有P＜0.05)(表3；图1，2)。

2.3 胰腺病变和实质的定量ADC值测量

在各种胰腺病变和胰腺实质中，rFOV和fFOV DWI测得的胰腺癌和胰腺炎ADC值差异不具有统计学意义(P＞0.05)，测得胰腺癌的ADC值rFOV是(1.445±0.292)×10-3mm2/s，fFOV是(1.334±0.235)×10-3mm2/s，P=0.079，胰腺炎rFOV是(1.448±0.309)×10-3mm2/s，fFOV是(1.441±0.268) mm2/s，P=0.910 (表4)。

表1 rFOV和fFOV DWI参数Tab. 1 Parameters of rFOV and fFOV DWI

表2 两种序列SNR与CNR比较Tab. 2 Comparison between two sequences of SNR and CNR

表3 两种序列图像质量评分的差异Tab. 3 Comparison between two sequences of image qualities(IQ)

表4 rFOV和fFOV DWI两种序列ADC (×10-3 mm2/s)之间的差异Tab. 4 Differences between rFOV and fFOV DWI sequence ADC (×10-3 mm2/s)

图1 62岁男性患者，上腹部疼痛1个月余，图A、B示胰头部占位，图B、C为fFOV DWI及ADC图像；图D、E为rFOV DWI及ADC图像，图像清晰度较fFOV DWI图像高；图F为术后病理，示胰腺癌 图2 25岁男性患者，腹痛腹胀半年，黄疸20 d，图A、B示胰头部占位，图B、C为fFOV DWI及ADC图像；图D、E为rFOV DWI及ADC图像，图像变形程度较fFOV DWI图像好；图F为术后病理，示胰腺炎Fig. 1 62-year old male patient with upper abdominal pain for more than 1 month. A and B showed pancreatic head lesion. B and C were fFOV DWI and ADC images. D and E were rFOV DWI and ADC images, the image resolution was higher than fFOV DWI image. F: Postoperative pathology revealed pancreatic cancer. Fig. 2 Male patient of 25 years old with abdominal pain and distension for half a year, jaundice for 20 days. A and B showed pancreatic head lesion. B and C showed fFOV DWI and ADC images. D and E were rFOV DWI and ADC images, the image deformation was better than fFOV DWI. F:Postoperative pathology showed pancreatitis.

3 讨论

DWI能够在细胞分子水平上反映机体组织内水分子的扩散受限程度，是临床上重要的常规的诊断手段。但是，由于胰腺容易受到胃肠道的蠕动、呼吸运动以及胰腺周围组织磁化率不同引起磁场不均匀的影响，导致常规fFOV DWI图像存在着空间分辨力低，胰腺组织变形较重。前人研究表明，rFOV DWI通过二维射频激励脉冲选择性激发感兴趣扫描区域的组织信号，减少相位方向的填充编码线，减少图像变形，同时可以提高图像的分辨率，利于病灶内部微细结构的显示。

本研究首先对胰腺癌和胰腺炎rFOV与fFOV DWI两种序列的图像质量进行主观评价。结果显示rFOV DWI图像具有较高清晰度、较小图像变形程度和伪影，病灶显示更加清晰，小视野弥散成像总体图像质量明显较优。在本研究中，定性分析表明rFOV DWI对解剖细节的显示具有显著优势，2名阅片者评分明显较高，特别是4分的评价(胰腺边界锐利或胰管清晰可见)；然而在fFOV DWI序列上阅片者的图像主观评分明显较低，并存在着明显的统计学差异(P＜0.001)。在rFOV与fFOV DWI两种序列的图像质量的定量分析，发现rFOV DWI图像SNR，CNR值明显高于fFOV DWI，两者之间具有显著的统计学差异(P＜0.001)。这与之前的rFOV DWI的研究结果相类似[1，4-5]，如Peng等[6]研究发现，rFOV DWI在直肠癌的应用中主观评分及客观评分与fFOV DWI相比均具有较明显的优势，并且对坏死、囊变、出血等特征的显示更清楚。

rFOV具有较好的图像质量，可能的原因是rFOV图像的空间分辨率是fFOV DWI的2.2倍，这有助于解剖结构细节的更好显示。而且rFOV DWI的病灶显示评分显著高于fFOV DWI。这个意义在于，对于较小的病变，rFOV DWI用于病变检测的优势可能更大。rFOV DWI序列成像伪影的平均分优于fFOV DWI。rFOV DWI可以通过减少回波平面成像(echo planar imaging，EPI)回波链的数量，从而在不增加扫描时间的基础上减少空间选择性RF脉冲来减小图像的变形伪影可减少弥散图像失真[7-8]。另外，通过2个独立的发射通道，将B1场信息结合到RF脉冲计算中，可以优化RF脉冲以获得更均匀的反转角分布。此外，在相位编码方向上减少所需的k空间行的数量可以得到更高分辨率的成像。在扫描过程中由于胰腺影像常常受到胃部相邻空气，以及腹部器官和主动脉的运动干扰，与传统的单次EPI相比，rFOV DWI减少运动伪影的潜力较大[9]。由此可见，胰腺是一个非常适合应用rFOV DWI的器官，rFOV DWI技术可能能够作为常规技术在临床上展开较为广泛的应用。

同时，研究结果发现，在胰腺癌与胰腺炎中，两种序列DWI所测得的ADC值差异均无统计学意义。这表明rFOV DWI技术可能不会影响到ADC值定量分析，不会对胰腺病变的鉴别诊断带来影响。这与前人在比如视神经，乳腺，脊髓、肾上腺和前列腺等的器官研究中较为类似[10-13]。因此，这表明rFOV DWI 尽管缩小了视野，但是对ADC值的影响不足以对诊断造成影响。这可能是因为小视野并不是影响ADC值的重要因素，rFOV DWI可能可以替代fFOV DWI，达到诊断目的。

本研究存在的不足包括：首先，本研究中病例数相对较少，可能存在一定的选择性偏倚。其次，定性分析的2名阅片者之间的一致性只是从一般到非常可靠。由于2名医师是独立进行定性分析，并没有达成共识，因此少数情况下的差异是不可避免的。Zaharchuk等[2]采用rFOV DWI在脊髓中的研究结果表明，2名阅片者评价其敏感性，分辨率，SNR，CNR，解剖细节的一致性K值范围为0.45～0.59，这与本研究类似。在今后的研究中，需要在调查之前对阅片者进行可靠性的培训；其次，本实验为单中心研究，胰腺小视野DWI应用的多中心研究有利于该技术的临床推广。

总之，与fFOV DWI相比，胰腺的rFOV DWI可以提供更好的整体图像质量，以及更好的解剖结构显示。rFOV DWI将有助于放射科医师更好地通过细节来评估胰腺疾病。