正常成人前列腺3.0T磁共振3種b值擴(kuò)散加權(quán)成像研究

王猛，姚申思，鄧剛，劉建新，金光暐煤炭總醫(yī)院 影像科， 北京 100028

正常成人前列腺3.0T磁共振3種b值擴(kuò)散加權(quán)成像研究

王猛，姚申思，鄧剛，劉建新，金光暐
煤炭總醫(yī)院 影像科， 北京 100028

0 前言

擴(kuò)散加權(quán)成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）是目前檢測活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的唯一無創(chuàng)方法，可從細(xì)胞及分子水平研究生物體的組織結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)[1-5]。DWI對(duì)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的敏感程度通常用擴(kuò)散敏感系數(shù)（b值）表示，b值不僅影響擴(kuò)散加權(quán)程度，也影響圖像的信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）、對(duì)比噪聲比（Noise Ratio，CNR）以及表觀彌散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）等影像質(zhì)量指標(biāo)。3.0T磁共振因其具有較高的信噪比，使高b值的應(yīng)用成為可能，但伴隨高場強(qiáng)而來的磁敏感偽影又對(duì)高b值的應(yīng)用產(chǎn)生制約。至今有關(guān)前列腺DWI成像中b值的研究多限于1.5T磁共振成像系統(tǒng)[6-9]，3.0T磁共振DWI成像中b值的研究并不多見，其b值的選擇多是沿用1.5T時(shí)的經(jīng)驗(yàn)。本研究對(duì)正常成人進(jìn)行3.0T磁共振掃描，比較3種b值DWI圖像中前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度和ADC值及圖像的信噪比和對(duì)比噪聲比的變化特點(diǎn)，為合理選擇b值提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

選擇2013年3～5月本院20名健康男性志愿者，年齡23歲～35歲，平均（30.08±2.64）歲。所有志愿者均無既往心血管系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)以及泌尿系統(tǒng)疾病史，檢查前一周內(nèi)無身體不適。預(yù)先被告知試驗(yàn)?zāi)康牟⒑炇鹬橥鈺?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

選擇飛利浦Achieva 3.0T磁共振設(shè)備，Torso相控陣表面線圈。采用單次激發(fā)自旋平面回波序列（Echo Planar Imaging，EPI）進(jìn)行DWI檢查，層厚3 mm，層間隔1 mm，F(xiàn)OV為 250 mm×250 mm，NSA=4，SENSE Preduction=2, EPI-factor=87。每名志愿者進(jìn)行3次掃描，b值分別設(shè)定為600、800、1000 s/mm2，TR均為4615 ms，TE分別為57、60、63 ms（采用shortest模式），相應(yīng)的序列采集時(shí)間分別為103、105、150 s。

1.3 各項(xiàng)指標(biāo)的測定

分別測量3種b值DWI圖像中前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度（Signal Intensity，SI），以及相同層面圖像外信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation，SD），在MRI設(shè)備自帶軟件上測量前列腺中央帶和外周帶的ADC值。沿前列腺長軸選擇上、中、下3個(gè)層面測量，取其平均值，感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）設(shè)置為圓形，面積約為100 mm2，不同病例測量位置盡量一致。計(jì)算公式：SNR=SI/SD，CNR=（SI外周帶-SI中央帶）/SD。

1.4 圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

由兩名具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的MRI技師共同對(duì)DWI圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分。采用4分制評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：① 4分：前列腺輪廓清晰，周圍帶和中央帶境界清晰可辨，圖像無偽影、無畸變；② 3分：前列腺輪廓清晰，周圍帶和中央帶境界可辨，有少量偽影或輕度畸變；③ 2分：前列腺輪廓可見，周圍帶和中央帶境界顯示不完整，有偽影和畸變，但圖像質(zhì)量尚可滿足診斷要求；④ 1分：前列腺輪廓不清，周圍帶和中央帶境界難以辨認(rèn)，偽影或畸變嚴(yán)重，圖像質(zhì)量差，不能用于診斷。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，使用單因素方差分析（One-Way ANOVA）對(duì)不同b值DWI圖像的SNR和CNR，前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度和ADC值，及圖像的主觀評(píng)分結(jié)果進(jìn)行組間比較，若差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義再采用LSD檢驗(yàn)進(jìn)行兩兩比較，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。相同b值DWI掃描中前列腺中央帶和外周帶的ADC值的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩名評(píng)價(jià)者對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)分結(jié)果的一致性采用Kappa檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

20名志愿者均成功完成DWI掃描，前列腺均未見異常改變。

2.1 前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度及圖像SNR和CNR比較

3種b值DWI圖像中前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度及圖像SNR和CNR比較結(jié)果，見表1。隨著b值增大，前列腺外周帶和中央帶的信號(hào)強(qiáng)度均減?。▓D1～3），3組間比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。b值相同時(shí)，前列腺中央帶的信號(hào)強(qiáng)度低于外周帶，二者間的差異在b值為600 s/mm2時(shí)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），在b值為800 s/mm2和1000 s/mm2時(shí)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。隨著b值增大，SNR和CNR均減小，3組間比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

圖1～3 正常前列腺的DWI圖像

表1 3種b值DWI圖像中前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度及圖像SNR和CNR比較（±s）

表1 3種b值DWI圖像中前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度及圖像SNR和CNR比較（±s）

注：t值★和P值★分別為相同b值時(shí)前列腺外周帶和中央帶信號(hào)強(qiáng)度比較結(jié)果。

b值（s/mm2） 信號(hào)強(qiáng)度 SNR CNR t值★P值★外周帶 中央帶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 前列腺中央帶和外周帶的ADC值比較

3種b值時(shí)前列腺中央帶和外周帶的ADC值比較結(jié)果，見表2。隨著b值增大，前列腺中央帶和外周帶的ADC值均減?。▓D4～6），3組間比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。前列腺外周帶和中央帶的ADC值的差異在b值為600 s/mm2時(shí)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），在b值為800 s/mm2和1000 s/mm2時(shí)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

圖4～6 正常前列腺ADC圖像

兩名評(píng)價(jià)者對(duì)b值為600、800、1000 s/mm2時(shí)的DWI圖像的主觀評(píng)分結(jié)果一致性良好，K值分別為0.87、0.82 和0.78，主觀評(píng)分值分別為（3.4±0.68）、（3.05±0.69）、（2.75±0.91）。隨著b值增大，主觀評(píng)分值逐漸下降。LSD檢驗(yàn)結(jié)果表明，就主觀評(píng)分值而言，b=600 s/mm2與b=800 s/mm2組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），b=800 s/mm2與b=1000 s/mm2組間差異也無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但b=600 s/mm2和b=1000 s/mm2組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表2 3種b值時(shí)前列腺中央帶和外周帶的ADC值比較（±s）

表2 3種b值時(shí)前列腺中央帶和外周帶的ADC值比較（±s）

b值（s/mm2）ADC值（10-3mm2/s） t值 P值外周帶 中央帶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 討論

在進(jìn)行DWI掃描時(shí)，b值大小對(duì)DWI的信號(hào)強(qiáng)度有直接影響。b值越小，DWI擴(kuò)散權(quán)重越小，圖像信號(hào)特點(diǎn)越偏重于T2加權(quán)像，即產(chǎn)生T2透射效應(yīng)。通過ADC圖可消除透射效應(yīng)對(duì)DWI信號(hào)強(qiáng)度的影響，從而反映組織真正的彌散程度。通常b值越大，測得的ADC值越準(zhǔn)確，因此要真正反映病灶的DWI應(yīng)取相對(duì)高的b值[10]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[11]，在1.5T磁共振前列腺DWI掃描中，b值為800 s/mm2時(shí)前列腺周圍結(jié)構(gòu)辨識(shí)困難，b值為1000 s/mm2時(shí)信號(hào)衰減明顯，不能分辨前列腺外周帶和中央帶的解剖結(jié)構(gòu)。本研究選擇3.0T磁共振對(duì)正常成人進(jìn)行掃描，比較3種b值DWI圖像中前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度和ADC值以及圖像的SNR和CNR變化特點(diǎn)，為合理選擇b值提供依據(jù)。

本研究顯示，b值相同時(shí)，前列腺外周帶的信號(hào)強(qiáng)度略高于中央帶，這與正常細(xì)胞構(gòu)造中水分子布朗運(yùn)動(dòng)有近似同等自由性有關(guān)。隨著b值增高，組織中快速運(yùn)動(dòng)的自由擴(kuò)散水分子在擴(kuò)散梯度被施加的方向上進(jìn)行相位移動(dòng)，信號(hào)強(qiáng)度降低，但外周帶和中央帶的信號(hào)強(qiáng)度降低程度不同。b值為600 s/mm2時(shí)，外周帶和中央帶信號(hào)強(qiáng)度的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而當(dāng)b值增大到800 s/mm2和1000 s/mm2時(shí)，其差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明相對(duì)高的b值可以擴(kuò)大不同組織間的對(duì)比度。但b值越大，產(chǎn)生的梯度場強(qiáng)越強(qiáng)，在對(duì)擴(kuò)散更加敏感的同時(shí)也增加了信號(hào)衰減，使圖像容易出現(xiàn)變形、模糊。本研究結(jié)果顯示，圖像的SNR和CNR均隨b值增高而下降，且3組間比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示單純?yōu)樘岣邎D像對(duì)比度而盲目增高b值的做法并不可取。圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果表明，盡管高b值時(shí)外周帶和中央帶的信號(hào)強(qiáng)度具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但受噪聲和圖像畸變的影響，不同組織邊界的可辨別程度并非與物理評(píng)價(jià)結(jié)果完全一致。

隨著b值升高，前列腺外周帶和中央帶的ACD值均下降，3組間比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），與文獻(xiàn)報(bào)道[7]一致。b值為600 s/mm2時(shí)，前列腺外周帶和中央帶ADC值的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明低b值下獲得的ADC值無法區(qū)分前列腺中不同的組織結(jié)構(gòu)。而當(dāng)b值為800s/mm2和1000 s/mm2時(shí)，前列腺外周帶和中央帶的ADC值具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，提示高b值時(shí)系統(tǒng)誤差小，能更精確地反映彌散狀況及測量的ADC值[12-13]。但b值為1000 s/mm2時(shí)，序列采集時(shí)間相對(duì)較長，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度下降和偽影增加，因此實(shí)際應(yīng)用中b值并不能隨意增大。

綜上所述，在進(jìn)行前列腺DWI掃描時(shí)，b值的選擇應(yīng)綜合考慮不同組織的信號(hào)特點(diǎn)、圖像質(zhì)量以及序列采集時(shí)間。本研究結(jié)果顯示，3.0T磁共振前列腺DWI掃描中，b值選擇為800 s/mm2較為適當(dāng)。本研究受病例納入標(biāo)準(zhǔn)限制，并未對(duì)非正常前列腺進(jìn)行DWI掃描，有待進(jìn)一步探討。另外，本研究中b值為1000 s/mm2時(shí)序列采集時(shí)間相對(duì)較長，序列優(yōu)化后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響也有待探討。

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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 探討正常前列腺3.0T磁共振擴(kuò)散加成像（DWI）的影像表現(xiàn)，為合理選擇擴(kuò)散敏感系數(shù)（b值）提供依據(jù)。方法 選取20名健康志愿者，每名志愿者行3次前列腺DWI掃描，b值分別取600、800、1000 s/mm2，其他參數(shù)均一樣。測量3種b值DWI圖像中前列腺中央帶和外周帶的信號(hào)強(qiáng)度、背景信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差、表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC），計(jì)算圖像信噪比（SNR）和對(duì)比噪聲比（CNR），并對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)分。結(jié)果 b值為600、800、1000 s/mm2時(shí)，SNR分別為（18.36±1.75）、（14.63±2.32）、（11.83±1.65），CNR分別為（0.55±0.14）、（0.47±0.11）、（0.39±0.90），3組間比較SNR和CNR的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。b值為600 s/mm2時(shí)，前列腺外周帶和中央帶的ADC值分別為(2.07±0.26)×10-3mm2/s和（2.01±0.15）×10-3mm2/s，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；b值為800 s/mm2時(shí)，外周帶和中央帶的ADC值分別為（1.80±0.22）×10-3mm2/s和（1.65±0.24）×10-3mm2/s，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；b值為1000 s/mm2時(shí)，外周帶和中央帶的ADC值分別（1.54±0.14）×10-3mm2/s和（1.31±0.19）×10-3 mm2/s，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。3種b值的圖像質(zhì)量評(píng)分分別為（3.4±0.68）、（3.05±0.69）和（2.75±0.91），3組間比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論 利用3.0T磁共振對(duì)前列腺進(jìn)行DWI掃描時(shí)，選擇b值為800 s/mm2較為適當(dāng)，可在保證圖像質(zhì)量的前提下更好地反映水分子的擴(kuò)散特征。

磁共振成像；彌散加權(quán)成像；前列腺；擴(kuò)散敏感系數(shù)

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

作者郵箱：wangmeng0328@163．com