对比自由呼吸Star-VIBE序列与呼吸末屏气C-VIBE序列胸部MR图像质量

任占丽，贺太平，张喜荣，贾永军，段海峰，于 勇，于 楠

(1.陕西中医药大学附属医院医学影像科，陕西 咸阳 712000；2.陕西中医药大学第二附属医院医学影像科，陕西 咸阳 712000；3.陕西中医药大学医学技术学院，陕西 咸阳 712000)

CT具有较高的空间分辨率和良好的空气-肺组织对比度，已成为胸部疾病检查的首选方法[1]，但重复检查和随访带来的辐射相关性损伤逐渐受到关注[2]。MRI能通过一次扫描获取形态和功能数据，临床应用越来越广泛[3]，但肺组织质子密度低、对运动敏感等导致肺组织信号快速衰减，使其在胸部疾病中的应用面临挑战[4]。随着技术的快速发展，MRI用于胸部疾病的局限性已逐步被克服。常规容积内插式屏气检查(conventional volume interpolated breath-hold examination, C-VIBE)可在一次屏气期间获得具有高分辨率的连续MR图像，但通常需屏气15～20 s，其间呼吸运动会导致信号衰减而降低图像质量，特别是在自主呼吸配合欠佳的儿童或老年患者[5]。放射状星体叠加容积内插式屏气检查(radial stack-of-stars volume interpolated breath-hold examination, Star-VIBE)是在Z轴方向应用直线采样、X-Y平面应用径向采样的自由呼吸数据采集技术，对呼吸运动不敏感，可在自由呼吸状态下采集图像，有利于提高空间分辨率[6]。本研究旨在对比分析以自由呼吸Star-VIBE序列与呼吸末屏气C-VIBE序列采集的胸部MRI的图像质量。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2019年1—3月20例因胸部疾病需接受MR检查患者，男11例，女9例，年龄31～67岁，平均(58.1±9.6)岁。纳入标准：年龄≥18周岁，呼吸规律且屏气呼吸配合较好。排除MR检查禁忌证者。本研究经医院伦理委员会批准(SZFYIEC-PJ-2018年第[19]号)，所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T MR仪。检查前对患者进行呼吸训练。嘱患者仰卧，头先进，双上肢呈标准解剖体位置于躯体两侧，分别采集自由呼吸T1W Star-VIBE序列图像(Star-VIBE)和呼气末屏气T1W C-VIBE序列图像(C-VIBE)，扫描范围自肺尖上方1 cm至双侧肺底。Star-VIBE：TE 1.39 ms、TR 2.79 ms，层厚1.25 mm，FOV 380 mm×380 mm，矩阵320×320，扫描时间5 min 30 s。T1W C-VIBE：TE 1.29 ms、TR 3.97 ms，层厚3 mm，FOV 380 mm×380 mm，矩阵320×320，扫描时间16 s。

1.3 图像分析 于肺动脉主干最大横轴位层面及其上下层面共连续3层图像进行测量。在每个层面升主动脉、肺动脉主干及降主动脉管腔内放置ROI，记录其信号强度(signal intensty, SI)及标准差(standard deviation, SD)，取3个层面的均值为最后结果；之后分别计算信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和SI变异系数(coefficient of variation, CV)，SNR=SI/SD，CV=SD/SI。

由2名具有10年以上胸部疾病影像学诊断经验且从事胸部疾病MRI诊断工作5年以上的主治医师采用五分法在双盲情况下对图像质量进行主观评分。评分标准：5分，图像质量好，显示病变清晰，无伪影；4分，图像质量较好，显示病变清晰，存在轻度伪影；3分，图像质量中等，病变显示欠清晰，有中度伪影；2分，图像质量一般，病变显示不清，明显伪影；1分，图像质量很差，无法显示病变，伪影严重。分别记录2名医师对图像的主观评分，以3分及以上图像为可满足临床诊断要求，2分及以下图像为不符合临床诊断要求。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。以K-S检验及Levene’s检验分别分析计量资料是否符合正态分布及方差齐性，符合者采用±s表示，以配对样本t检验比较2个序列图像的客观数据差异。采用Kappa检验分析2名医师主观评分的一致性，0.7≤Kappa<1为一致性极好，0.4≤Kappa<0.7为一致性中等，Kappa<0.4为一致性差。以Wilcoxon检验比较2个序列图像主观评分的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

Star-VIBE图像中，升主动脉、肺动脉主干及降主动脉的SNR值均高于C-VIBE图像(P均<0.05)，而SI的CV值均低于C-VIBE图像(P均<0.05)，见表1。

表1 C-VIBE序列与Star-VIBE序列MR图像SNR值和CV值比较(±s)

表1 C-VIBE序列与Star-VIBE序列MR图像SNR值和CV值比较(±s)

MR序列SNR值升主动脉肺动脉干降主动脉CV值升主动脉肺动脉干降主动脉C-VIBE9.88±1.809.75±2.5014.30±2.360.10±0.020.11±0.020.07±0.01Star-VIBE 19.06±3.8322.61±4.6621.36±4.120.05±0.010.05±0.010.05±0.01t值-4.87-9.42-3.385.528.043.67P值<0.01<0.010.02<0.01<0.010.01

2名医师对Star-VIBE及C-VIBE图像主观评分的一致性均极好(Kappa=0.83、0.86，P均<0.05)。对其中1名医师的评分结果进行分析，Star-VIBE序列图像质量优于C-VIBE序列(Z=-3.74，P<0.05)，见图1～3。

图1 患者男，54岁，左肺下叶肺结节 A.C-VIBE图像示纵隔血管信号欠均匀，存在轻度动伪影，主观评分4分； B.Star-VIBE图像示纵隔血管信号尚均匀，存在轻度伪影，主观评分4分

图2 患者女，60岁，右肺中叶肺腺癌 A.C-VIBE图像示右肺中叶病灶信号欠均匀，边界欠清晰，主观评分3分； B.Star-VIBE图像示右肺中叶病灶信号均匀，边缘尚清晰，主观评分4分

3 讨论

MRI因具有多方位成像、较好软组织对比度和无电离辐射等优势，日渐增多地用于评估胸部疾病[7]。然而，由于对运动敏感、低质子含量等原因，肺组织MR信号快速衰减，且呼吸运动及心脏搏动等不自主生理运动均可降低胸部MR图像质量[8]，使得胸部MRI在获得足够信号强度和对比度方面仍存在挑战，尤其对于老年患者、术后患者及慢性肺疾病患者等屏气能力下降者[9]。

MRI是否出现运动伪影取决于K空间编码过程物体的运动方向，主要表现在图像的相位编码方向上。C-VIBE序列是在一次屏气扫描期间使用线性笛卡尔K空间采样方法采集图像，其在获取连续数据时对生理运动非常敏感，后者可显著降低图像质量[10]。Star-VIBE序列是基于C-VIBE序列的扫描技术，与传统笛卡尔逐行采样相比，基于三维星状叠加采集方法进行径向采样，通过放射状径向K空间采样进行容积采集，进而使运动伪影最小化，故受呼吸运动影响有限，对于屏气能力不佳的胸部疾病患者尤其具有重要意义[11]。DANG等[12]发现弥散加权成像联合放射状VIBE序列图像的特征可用于鉴别良恶性周围型肺实性肿块。任占丽等[13]比较研究C-VIBE序列与Star-VIBE序列图像对肺结节的显示能力，结果显示Star-VIBE序列图像可提供更多肺结节的形态特征，有利于提高肺结节的检出率。

HOPKINSON等[14]采用自由呼吸Star-VIBE序列与屏气呼吸C-VIBE序列观察肝脏肿瘤患者图像质量，发现自由呼吸Star-VIBE序列可提升图像质量和减少图像伪影。亦有学者[15]指出，以Star-VIBE序列采集的胎儿颅脑MR图像质量高于C-VIBE序列。SNR是描述MRI和评价图像质量的指标；SI的 CV为定量图像质量的替代指标，可用于评估采集信号的均匀性，从而描述序列之间的变异程度[16]。肺组织因质子密度低，MRI上表现为低信号，而纵隔大血管的信号相对稳定。本研究测量C-VIBE序列和Star-VIBE序列图像中升主动脉、肺动脉干及降主动脉的SI和SD，并计算图像SNR和SI的 CV，评价2个序列的图像质量，结果显示Star-VIBE序列图像的SNR值高于C-VIBE序列，而其CV值低于C-VIBE序列，与既往研究[14-15]结果一致，表明在胸部MR检查中，以Star-VIBE序列采集图像的信号更均匀，图像变形更轻微，呼吸运动及心脏自主搏动伪影更少，提示宜采用Star-VIBE序列对呼吸配合不佳或呼吸困难患者行胸部MR检查。图像SNR往往随层厚增加而逐渐升高，而Star-VIBE序列对呼吸运动不敏感。本研究以层厚1.25 mm采集Star-VIBE序列图像，而C-VIBE序列的层厚为3 mm，但前者的SNR值高于后者，进一步表明Star-VIBE序列能提供质量更佳的图像。

CHANDARANA等[17]应用Star-VIBE序列采集儿童腹盆部MRI，其图像质量的主观评分高于C-VIBE序列；而YEDURURI等[18]对比观察肝脏Star-VIBE序列与C-VIBE序列图像，结果显示C-VIBE序列图像质量的主观评分显著高于Star-VIBE序列。本研究中2名医师对2个序列图像的主观评分一致性极好，而Star-VIBE序列图像的主观评分显著高于C-VIBE序列(P<0.05)，表明采用Star-VIBE序列可在患者自由呼吸状态下获得质量更佳的图像，图像伪影小，病灶显示更清晰，可为临床提供满足胸部疾病诊断要求的胸部图像。本研究结果与CHANDARANA等[17]一致，而与YEDURURI等[18]的结果相反，推测可能由于K空间中心的数据包含大部分图像信号对比度，边缘则包含图像分辨率数据，Star-VIBE序列采用放射状星体叠加方式，沿切片编码方向进行平面内笛卡尔采样，因此，相比C-VIBE序列，Star-VIBE序列的运动敏感度更低，图像噪声更少，质量更高[19]。

胸部MR检查虽面临着多种挑战，但随着技术的快速发展采用Star-VIBE序列，已可初步克服呼吸运动和心脏大血管搏动的影响，提供质量较佳的图像。本研究存在的局限性：①样本量较小；②Star-VIBE序列图像采集时间较长，故仅对胸部MR平扫进行了观察；③纳入研究对象为呼吸规律且屏气配合较佳者，未对呼吸衰竭等屏气配合欠佳患者进行研究；④未对2个序列图像的病变诊断效能进行研究。

综上所述，采用自由呼吸Star-VIBE序列采集胸部MRI的图像质量优于呼气末屏气C-VIBE序列。