调频连续波雷达触发技术在老年患者腹部MRI检查中的价值

沈蕾蕾,叶晓丹,陈财忠,毕正宏

复旦大学附属中山医院放射科,上海市影像医学研究所,上海200032

我国已进入人口老龄化模式,老年患者磁共振检查的需求在临床工作中极速上升。随着MRI技术的进步,腹部MRI在肝脏疾病诊断和疗效评估方面发挥越来越重要的作用,其中T2加权成像(T2-weighted imaging, T2WI)是腹部MRI扫描的重要序列,软组织分辨率高,对组织器官和病灶显示具有重要价值[1]。但腹部MRI时间分辨率低,且由于其易受呼吸运动、心脏搏动、肠蠕动等运动伪影的影响,降低了图像质量[2]。临床上用于去除呼吸运动伪影的传统方法一般为屏气扫描[3](breath hold, BH),但老年人屏气困难、呼吸节律不齐、部分老年患者因语言、听力甚至意识丧失等问题,检查难度大、成功率低。目前,自由呼吸触发技术可以克服这些困难。最为常用的是膈肌导航触发技术(navigator-trigger, NT),但其精度取决于铅笔光束导航仪在横膈膜上的定位及其质量,而且固定接收数据的导航器窗口效率有限,对于极浅的呼吸或低肝脏信号效果欠佳[4]。近年来,研究中出现了一种新型MRI兼容调频连续波(frequency-modulated continuous-wave, FMCW)雷达触发技术[5]。它是通过雷达系统发射电磁波,接收其路径中所有物体的反射信号,通过比较发射信号和接收信号之间的频率或相位差来测量目标的距离、速度和角度,提供毫米级别的精度,以非接触方式跟踪患者的呼吸运动,实时呼吸触发采集图像[6]。有研究者[7]在T2WI成像中比较了FMCW雷达触发与呼吸门控触发技术(respiratory gating -trigger, BT)的图像质量,但仅是健康志愿者的单一样本的研究。

本研究旨在比较调频连续波雷达触发技术(FT)与膈肌导航触发技术(NT)和屏气扫描(BH)在老年人腹部肝脏磁共振T2WI成像中的临床应用。

1 资料与方法

1.1一般资料2022年1月—3月,在复旦大学附属中山医院临床收集确认肝脏病变的患者29例,年龄33～77岁,平均(54.9±12.2)岁,其中男性24例,女性5例。其中23例为肝恶性肿瘤或肝转移瘤, 6例为肝血管瘤或肝囊性病变。所有病例按年龄分组,分为中青年组(n=19),年龄33～59岁,平均(48.2±9.1)岁,其中男性15例,女性4例;老年组(n=10),年龄60～77岁,平均(67.8±4.7)岁,其中男性9例,女性1例。本研究经复旦大学附属中山医院医学伦理委员会通过。

1.2扫描方案及扫描参数使用联影uMR 680 1.5T 超导磁共振,患者检查前禁食6 h,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3种门控方式 (FT、 NT和BH)的T2WI扫描,成像参数见表1。受检者仰卧,双臂下垂放于身体两侧, FT和NT检查时自由呼吸要求患者扫描过程中尽量保持呼吸幅度及呼吸频率均匀, BH检查时要求患者屏4次呼吸,平均每次10.2 s。

表1 3种呼吸技术的成像参数

1.3图像分析

1.3.1 质量分析 所有图像由 2名腹部影像医师(诊断经验5年、 10年各1名)盲法记录、测量并评分。

图像质量分析：评分包括五项(总体图像质量、模糊、运动伪影、血管显示和肝脏边缘清晰度)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) 血管显示(1分=模糊,血管显示差; 2分=一般,血管显示欠佳; 3分=好,血管显示尚可; 4分=优秀,血管显示清晰);

(5) 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)。

1.3.2 定量分析 在联影影像工作站中,绘制感兴趣区(Region of interest, ROI)：

1.3.2.1 病灶区域 以病灶最大内径画圆形ROI,尽量包括全部病灶,避开血管和伪影,肝内多个病灶时,选取最大者;

1.3.2.2 肝脏区域 以病灶同层面肝左中右肝静脉分区画3个相同半径圆形ROI测值并取均值;

1.3.2.3 图像背景区域 在右前腹部区域画与肝内感兴趣相同半径画圆形ROI。

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)。公式如下：

2 结果

2.1图像质量在中青年组中, NT总体图像质量最高(3.74±0.42)分,P=0.010,其次是FT和BH。FT和NT在血管显示方面均优于BH(P<0.001)。见图1;NT的扫描时间最长(P=0.008), BH扫描时间最短。

在老年组中, FT总体图像质量最高(3.55±0.50)分,P=0.029,其次是NT和BH。FT和NT在血管显示方面均优于BH(P=0.023,P=0.009)。见图1;NT的扫描时间明最长(P=0.001), BH扫描时间最短。见表2。

内部观测者的一致性非常好,同类相关系数(ICC)>0.90。

2.2定量分析

2.2.1 SRN 在中青年组中,三者的SNR肝和SNR病灶差异无统计学意义;FT和NT有相似较高的SNR病灶(P>0.05)。在老年组中,三者的SNR肝和SNR病灶差异无统计学意义;FT和NT有相似较高的SNR病灶(P>0.05)。见表3。

2.2.2 CNR 在中青年和老年组中,三者的CNR差异无统计学意义。见表3。

3 讨论

我国人口老龄化问题日益显著,加上我国庞大的人口基数,我国已成为世界上老年人口最多的国家[8]。近年来,许多方便老年人的检查技术已经被开发出来。磁共振作为腹部的重要检查,在检查技术上也在不断进步,特别是在MRI检查流程简化和肝脏病变检测等方面。然而,没有一种技术可用于所有类型的成像情况,不同的技术各有优缺点[9]。一般来说屏气扫描最为便捷,但是在老年人腹部MRI检查中限制较多。NT是最常见的自由呼吸扫描时减少运动的触发技术,但需要较长时间。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——FT[10]。本研究中,分别对中青年和老年两种人群中腹部MRI不同扫描技术的T2WI进行了定性和定量比较评估。

从定性分析来看,中青年组中NT在T2WI上的图像质量更好,这与之前其他学者关于MRI自由呼吸扫描的研究结果一致。Kim等[11]、 Lee等[12]的研究均表明, NT-T2WI患者的图像质量较其他呼吸门控技术扫描图像更优。老年组中FT在T2WI上的图像质量更好。关于FT的研究较少, Wang等[7]在自由呼吸扫描序列中,比较了健康志愿者的FT与BT,发现其图像质量得分相当。本研究首次探索FT在老年人腹部MRI中的应用,在图像质量评价方面予以肯定,以期在后续多中心研究中验证。

在患者定量计算结果中看,中青年组和老年组在T2WI序列上, FT、 NT和BH技术的肝脏、病灶信噪比及对比度噪声比差异均无统计学意义。中青年组和老年组的FT、 NT病变的平均信噪比优于BH,但差异无统计学意义。关于FT的研究较少,但此前Lee等[12]发现NT-T2WI测得的肝脏信噪比高于屏气扫描。众所周知,采集次数越多,信噪比越高,而回波链长度(echo train length, ETL)越长,信噪比越低,可能会降低病变与肝脏的对比度噪声比CNR,因此不同的扫描参数也可能会造成影响。本研究样本量较小,且为单一T2WI序列的研究,希望后续研究中加入更多样本量及序列。

注： A：中青年组患者,男, 56岁,肝癌; B：中青年组患者,男, 50岁,肝癌; C：老年组患者,男, 77岁,肝癌。ABC 3组病例图像质量均尚可,患者无明显气促等,图像无明显较大伪影与偏差, BH也可以满足日常诊断要求; ABC三者, FT和NT血管显示均优于BH, FT总体表现稳定,图片质量良好,与NT相当。图1 3种呼吸技术的T2WI图像

在中青年组和老年组中, FT所需时间均短于NT。本研究中, FT是FMCW雷达与磁共振机相融合,不需要任何额外的准备和接触,从而不增加扫描前的准备时间,同时它可以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,能够提高工作效率[7]。MRI扫描时间合理分配可显著提高临床效率,提高经济效益。一些研究评估了MRI扫描流程与临床MRI效率的关系,例如过长的预扫描时间、患者和线圈定位时间,严重伪影的重复扫描时间等,这些让医院每年每台扫描仪的潜在收入损失约为11.5万美元[13]。因此,在肝脏成像中提高MRI检查效率具有重要价值。这也是屏气扫描一直在临床工作中仍在大量使用的原因,对于屏气良好的患者,因其方便快捷,且图像质量尚可,也可以满足临床阅片及诊断要求。针对自主屏气困难的人群,尤其是配合度较差的老年人群, FT可以较快的成像速度完成较好的图像质量。

本研究的不足：一是小样本,单中心,由同一操作者采集图像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,未对于肝脏病种进行分类研究等,有待于进一步的研究证实。值得注意的是,在年轻和老年人群中,肝脏信噪比、 CNR的定量测量值的不同,这可能与不同扫描技术评估的肝病变大小和类型不同相关[14]。

综上所述, FMCW雷达触发技术可能是一种高效的非接触式呼吸触发技术,图像质量良好,在腹部MRI检查中具有提高患者舒适度和优化工作流程的优势,特别是对难以屏气的老年人。