三种自由呼吸门控技术在肝脏MRI中的临床应用对比

毕正宏，梁馨月，陈财忠，杨春，戴勇鸣，曾蒙苏

腹部磁共振检查有良好的软组织对比[1]，其中T2加权成像(T2-weighted imaging，T2WI)和扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)在肝脏疾病诊断和疗效评估方面具有重要的价值[2]。然而腹部MRI易受呼吸运动的影响而产生伪影，会降低图像质量，影响信号强度的正确呈现，以及造成ADC值测量的不准确[3-6]，并且有可能造成重复检查，从而降低检查效率或影响病灶检出等问题。

临床上用于去除呼吸运动伪影的方法一般为屏气扫描，但儿童、老年等不易屏气的患者很难做到较长时间的屏气，同时图像质量、分辨率及扫描范围会受到影响。而自由呼吸触发扫描的方法，如膈肌导航触发技术、呼吸门控触发技术等可以克服这些困难[7-8]。近年来出现了一种新型MRI兼容调频连续波(frequency-modulated continuous-wave，FMCW)雷达，以非接触方式跟踪患者在扫描孔径内的呼吸运动，实时呼吸触发采集。有研究者[9]在T2WI成像中比较了调频连续波(FMCW)雷达触发与呼吸门控触发技术的图像质量，但仅是健康志愿者的单一样本和单一序列的研究。

本研究旨在比较调频连续波雷达触发技术(frequency-modulated continuous-wave radar-trigger，FT)、传统的膈肌导航触发技术(navigator-trigger，NT)和呼吸门控触发技术(breath-gated trigger，BT)在自由呼吸肝脏磁共振T2WI和DWI中的临床应用。

材料与方法

1.临床资料

2022年1月-3月，经本院伦理委员会通过，临床收集23例在本院进行手术或确认肝脏疾病的患者，男19例，女4例，年龄34～76岁，平均53.5±12.8岁，病灶共有28个，纳入本研究。

2.扫描方案及参数

采用联影uMR 680 1.5T超导磁共振，患者检查前禁食6h，采用12通道体部线圈和32通道脊柱线圈，三平面定位后，常规T1WI后行三种自由呼吸门控方式 (FT、NT和BT)的T2WI 、DWI扫描(b=50，800 s/mm2)，扫描参数见表1。在扫描前将呼吸绑带固定在患者腹部，受检者仰卧，双臂下垂放于身体两侧，要求患者扫描过程中尽量保持呼吸幅度及呼吸频率均匀。

表1 三种自由呼吸门控技术的成像参数

3.图像分析

所有图像由2名诊断经验分别为5年、10年的腹部影像医师盲法记录、测量并评分。

图像质量分析：评分包括四项(总体图像质量、模糊、运动伪影和肝脏边缘清晰度)采用4级Likert量表评分：①总体图像质量(1分=不能诊断；2分=一般；3分=好；4分=优秀)；②模糊(1分=模糊，不能诊断；2分=明显模糊；3分=轻度模糊；4分=没有或少量模糊)；③运动伪影(1分=重度运动伪影，无法诊断；2分=中度运动伪影，能够诊断；3分=轻度运动伪影，不影响诊断；4分=无伪影)；④肝脏边缘清晰度(1分=边缘模糊，无法诊断；2分=边缘明显模糊；3分=边缘轻度模糊；4分=边缘锐利)。

定量分析：在肝脏右叶、病灶区域、背景区绘制感兴趣区(region of interest，ROI)，ROI尽量包括全部病灶，避开血管和伪影，测量并记录肝实质、病灶的信号强度(signal intensity，SI)，背景信号标准差(standard deviation，SD)，计算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和对比度噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)。在DWI ADC图中以上述同样方法绘制ROI，记录肝实质、病灶ADC值。公式如下：

(1)

(2)

(3)

4.统计分析

结 果

1.图像质量

在T2WI中，NT总体图像质量评分最高，为3.87±0.34，其次是FT、BT(P=0.013)。细节包括模糊、运动伪影和肝脏边缘清晰度三个方面，三者有一些微小的差异，NT总体表现好，伪影少(图1)；NT的扫描时间明显最长(N=23，P<0.001)，FT和BT间差异没有统计学意义。

图1 三种自由呼吸门控技术的T2WI图像，A、B患者都伴有不同程度的呼吸不规则和急促，NT表现稳定，总体质量最好。

在DWI中，三者的总体图像质量方面差异没有统计学意义(P>0.999)；在运动伪影方面，NT略优于FT(P=0.046)和BT(P=0.025)；三者扫描时间差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。

表2 三种自由呼吸门控技术的图像质量比较

内部观测者的一致性非常好， ICC>0.90。

2.定量分析

在T2WI中，三者的SNR肝差异无统计学意义；FT和NT有同样较高的SNR病灶(P>0.05)，而且NT的SNR病灶高于BT(P=0.02)。

在DWIb50中，FT的SNR肝稍高；值得注意的是FT的SNR病灶(705.13±434.80)高于BT(651.83±401.16，N=28，P=0.027)和NT(639.41±407.98，N=28，P=0.002)，差异有统计学意义(图2)；三者在DWIb800中，肝实质和病灶的SNR差异无统计学意义，见表3。

图2 肝恶性肿瘤术后患者，多发存活灶，三种自由呼吸门控技术的T2WI和DWI图像，FT在DWIb50中SNR病灶较高(箭)。

表3 三种自由呼吸门控技术的SNR比较

T2WI中，FT和NT的CNR相似，均高于BT(P<0.05)。在DWIb50中，FT的CNR高于BT(P=0.017)和NT(P=0.021)，差异有统计学意义(P<0.05)；三者在DWIb800中差异无统计学意义，见表4。三者的ADC值差异无统计学意义，见表5。

表4 三种自由呼吸门控技术的CNR比较

表5 三种自由呼吸门控技术的ADC值比较 (μm2/s)

讨 论

腹部磁共振检查应用广泛，但因生理构造难免会受到呼吸、胃肠蠕动甚至心跳等运动伪影的影响，膈肌导航触发技术(NT)和呼吸门控触发技术(BT)都是比较常用的减少伪影技术[6]。近年来随着电子工程向医学领域的不断拓展，出现了一种非接触式的监控装置——调频连续波(FMCW)雷达触发技术(FT)。不同的技术各有优缺点，对腹部磁共振来说，诊断精准和检查高效一直是我们追求的目标，本研究正是基于此目的而进行的。

在图像质量方面，本研究显示NT-T2WI最好，但扫描时间最长，FT与BT相近。Kim等[10]报道了临床上NT-T2WI的图像质量略优于BT-T2WI，Lee等[11]发现NT的图像锐利度显著高于BT，本研究结果也证实了这点。可能的原因是NT根据膈肌运动触发，而 BT是根据患者的胸壁运动触发，前者的精确性优于后者。近期已有研究报道[9]在健康志愿者中比较了FT-T2-FSE和BT-T2-FSE，两者的图像质量相同，本研究结果也印证了这一点。

从本研究的定量分析结果来看，无论是在T2WI还是DWI中，三者的SNR肝没有显著差异；在T2WI中，NT的SNR病灶略高于BT，这也可以部分解释了NT图像质量最高的原因。但也有这方面不一致的研究报告，Kim等[12]报告了SNR肝和SNR病灶在T2WI中，BT显著高于NT，而Lee等[11]发现了前者低于后者，同时两者的CNR无显著差异。众所周知，激励次数的增加会提高SNR，而回波链长度的增加会降低SNR，同时有可能降低CNR。在Kim等[12]研究中，BT的激励次数是NT的2倍，而Lee等[11]的激励次数尽管相同，但BT的回波链长度增加了44%，二者矛盾的结果可能是不同的扫描参数造成的。

DWI是一种常规检测肝占位病变及鉴别诊断的磁共振功能性成像技术，它能提供评价肿瘤有用的定量和定性信息[13-14]。本研究显示FT在DWIb50中，SNR病灶、CNR高于NT和BT。笔者分析认为是由于FT的SNR病灶在三者中显著最高的结果。另外本研究显示，在DWIb50和DWIb800中，NT和BT的SNR肝、SNR病灶、CNR没有差异。之前有报道称在相同的扫描参数下，BT-DWI和NT-DWI的CNR无差异，对病灶检测的敏感性无差异[15-16]，本研究结果证实了这点。更高的SNR、CNR有利于病灶的检出，关于这方面的诊断效能还有待于进一步的研究。

有报道认为呼吸方式的选择对ADC值有很大的影响，比如屏气扫描和自由呼吸扫描有很大的不同[3]，然而不同自由呼吸门控技术所获得的ADC值是相似的，本研究的结果也是如此，FT、NT和BT的ADC值没有显著差异。

磁共振检查时间比较长，因素包括很多，如检查前准备、匀场、序列扫描时间长、运动伪影造成重复扫描等。近期国家卫生健康委制定并印发了《医疗机构门诊质量管理暂行规定》十七条[17]指出，医疗机构应当提高医技科室工作效率，缩短检验、内镜、超声、CT、核磁等检查的预约等候时间。可见提高检查效率，又好又快地完成检查，是临床比较迫切的的需求。

BT需要将呼吸绑带固定在患者身上，通常会减慢工作流程并影响患者的舒适度，尤其是有手术伤口和呼吸系统疾病的患者。NT与BT相比，可以获得更精确的生理信息，不需要外加装置，但需要事先设置导航条的位置，其触发的精确性和时间依靠导航窗内数据在固定位置的获取，极少数的浅呼吸和肝脏的低信号会带来时间的延长，甚至失败的可能[18]。本研究中FT是调频连续波(FMCW)雷达与磁共振机相融合，不需要任何额外的准备和接触，即时监控患者的生理信息，通过实时反馈，还可以及时调整序列，是能够提高工作效率的。

本研究的不足：一是为单中心小样本研究，由同一操作者采集有可能带来统计上的偏倚；二是研究在1.5T上进行，没有在3.0T磁共振上进行；三是未进行病灶检出方面的研究及分层比较等，有待于进步一步的研究证实。

综上所述，在肝脏MR成像中，三种自由呼吸门控技术都可以降低运动伪影，提高图像质量。但从图像质量和检查效率相结合来看，笔者认为调频连续波雷达触发技术在DWIb50中有较高的SNR病灶和CNR，以及非接触式和实时观测患者的优点，可替代呼吸门控技术，具有更为广泛的临床应用前景；膈肌导航触发技术在T2WI中图像质量最好，但扫描时间最长，较适用于呼吸不稳定的患者。