Star-VIBE 序列聯(lián)合不同脂肪抑制技術在頸段食管掃描中的對照研究

謝曉亮，王 葦，王 敏，王建偉

自由呼吸Star 容積內插體部檢查(star volume interpolated body examination，Star-VIBE)序列是在容積內插快速擾相梯度回波序列(volume interpolated body examination，VIBE)基礎上新研發(fā)的T1WI 序列。它使用放射狀K 空間加權圖像對比（K-space weighted image contrast，KWIC）來采集圖像，替代了VIBE 序列的笛卡爾KWIC，有效地抑制了運動偽影[1~8]。據文獻報道，Star-VIBE 在食管、肺部、腹部等受運動偽影較大的體部MRI 中有明顯的優(yōu)勢[9]。 在食管MRI 中，脂肪抑制技術可以減少脂肪的高信號對于病灶的掩蓋，在食管疾病的診療中有較高的應用價值[10~12]。 頻率選擇脂肪抑制技術（frequency-selective fat saturation，FS）、頻率選擇水激勵 （frequency-selective water excitation，WE） 是利用了水-脂質子化學位移效應的抑脂技術，精準頻率反轉恢復 （spectrally adiabatic inversion recovery，SPAIR）脂肪抑制技術是融合利用了水-脂質子化學位移效應和脂肪短T1特性的抑脂技術， 三者都能應用于Star-VIBE 序列。但是當3 種抑脂技術分別與Star-VIBE 序列結合，應用在頸段食管時，由于頸-胸交界處組織結構的復雜多變帶來的磁場不均勻， 圖像表現出不同程度的磁敏感偽影和抑脂不均勻，影響對食管的顯示，目前文獻對于該問題的研究還鮮有報道。因此，筆者研究使用Star-VIBE 序列，結合FS、SPAIR 和WE 3 種不同的脂肪抑制技術，對21例健康志愿者進行頸段食管掃描，分析和比較3 組圖像質量，探討Star-VIBE 序列應用在頸段食管掃描時最佳的脂肪抑制技術。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選擇2019 年7 月至2020 年5 月在南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院健康志愿者21 例， 其中男性10 例，女性11 例；年齡27 ～71 歲，平均年齡55.2 歲（標準差16.4 歲）。 此次研究經過醫(yī)院倫理委員會審核批準。

選擇標準：①既往無消化道疾病史，無可能累及所測量食管的疾病病史的志愿者；②無MRI 檢查禁忌證。

排除標準：①頭面和/或者頸胸有異物植入；②配合欠佳，圖像有運動偽影。

1.2 方法

1.2.1 MRI 檢查

MRI 掃描采用德國西門子公司的3.0 T skyra MRI系統(tǒng)，線圈為頭頸聯(lián)合線圈。 注射MRI 對比劑馬根維顯（規(guī)格469.01 mg×15 mL；注射流速為4.0 mL/s；用量為0.1 mmol/kg； 總量不超過15 mL）（德國Bayer AG）之后，采用結合3 種不同抑脂方法的Star-VIBE序列對患者進行頸段食管掃描。保持3 次掃描的主要序列參數一致，僅改變抑脂方式，具體參數如下：重復時間（time repetition，TR）3.63 ms，回波 時間（time echo，TE）1.81 ms，翻轉角13°，層厚3 mm，掃描野（field of view，FOV）258 mm×258 mm，矩陣320 ×320，3 次掃描的抑脂技術分別選擇FS、SPAIR 和WE。

1.2.2 圖像分析

1.2.2.1 定性評價 在skyra MRI 系統(tǒng)自帶工作站上以鎖骨與胸骨柄交界層面為感興趣層面，由2 名工作經驗10 年以上的放射科醫(yī)師各自獨立對3 組圖像的偽影嚴重程度和食管顯示能力指標進行定性評分。

圖像偽影嚴重程度評估標準：1 分，偽影嚴重，不能診斷；2 分，偽影中等，影響診斷；3 分，偽影輕度，輕度影響診斷；4 分，無偽影。

食管顯示能力評估標準：1 分， 食管顯示不清；2分，可辨認食管結構；3 分,可辨認強化的食管黏膜層和肌層；4 分，可辨認食管壁2 層以上結構。

1.2.2.2 定量評估 手繪測量感興趣層面的食管壁的信號強度為食管信號強度（signal intensity of esophagus，SI食管），同層面相位編碼方向空氣信號強度的標準差（standard deviation of background signal intensity，SD背景）定義為噪聲，同層面椎旁肌肉的信號強度為肌肉信號強度（signal intensity of muscle，SI肌肉）。 測量時感興趣區(qū)面積大小保持在2 mm2左右（圖1），以公式SNR=SI食管/SD背景計算信噪比。 采用食管壁和脊椎旁肌肉組織的對比噪聲比 （contrast-to-noise ratio 1，CNR1）衡量圖像的軟組織之間的對比度，計算公式為CNR1=|SI食管－SI肌肉|/SD背景； 食管壁和增強后鎖骨下動脈的對比噪聲比 （contrast-to-noise ratio 2，CNR2）衡量圖像的增強對比度，計算公式為CNR2=|SI食管-SI鎖骨下動脈|/SD背景。所有數據均測量3 次，并將3 次測量的平均值納入統(tǒng)計學方法分析。

圖1 測量感興趣區(qū)示例圖Fig.1 Sample image of measuring region of interest

1.3 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 23.0 軟件進行統(tǒng)計學分析。 定量資料采用均數±標準差描述，比較采用方差分析。 等級資料的比較采用Kruskal-Wallis 檢驗，2 名醫(yī)師定性和定量結果的一致性分析采用Kappa 分析和組內相關系數 （intra-class correlation coefficient，ICC） 評價，Kappa 值和ICC 值＜0.4 為一致性差，0.4 ～0.6 為一致性中等，0.6 ～0.8 為一致性好，＞0.8 為一致性優(yōu)。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 3 種脂肪抑制技術的圖像定性比較

Star-VIBE 序列結合3 種不同的脂肪抑制技術的圖像定性評分結果見表1。 兩名醫(yī)師定性分析的結果一致性好（Kappa ≥0.653）。經Kruskal-Wallis 檢驗表明，Star-VIBE+WE 所得圖像對食管的顯示能力較Star-VIBE+FS 和Star-VIBE+SPAIR 高（WE-SPAIR：t=4.447，P= 0.000；WE-FS：t = 5.014，P = 0.000；FSSPAIR：t=0.346，P=0.731），磁敏感偽影嚴重程度的評分也優(yōu)于其余兩組（WE-SPAIR：t=6.459，P=0.000；WE-FS：t = 5.692，P = 0.000；FS-SPAIR：t = - 1.008，P=0.319）j。 見圖2、3。

圖2 1 例43 歲女性下頸段食管Star-VIBE 序列圖Fig.2 Star-VIBE sequence images of lower cervical esophagus in 43-year-old female

表1 Star-VIBE 序列結合FS、SPAIR、WE 3 組圖像定性比較結果Tab.1 Qualitative comparison in Star-VIBE + FS, SPAIR and WE images

2.2 3 種脂肪抑制技術的圖像定量比較

Star-VIBE 序列結合3 種不同的脂肪抑制技術的圖像定量評分結果見表2。兩名醫(yī)師定量數據測量的一致性好 （ICC ≥0.703）。 經方差分析，Star-VIBE 序列結合3 種不同的脂肪抑制技術分別得到的圖像的食管壁的SNR、軟組織對比度CNR1、增強對比度CNR2 之間差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。

表2 Star-VIBE 序列結合FS、SPAIR、WE 3 組圖像定量比較結果Tab.2 Quantitative comparison in Star-VIBE+FS,SPAIR and WE Images

圖3 1 例57 歲男性下頸段食管Star-VIBE 序列圖Fig.3 Star-VIBE sequence images of lower cervical esophagus in 57-year-old male

3 討論

3.1 Star-VIBE 序列應用在食管掃描優(yōu)勢

MRI 已越來越多地應用于食管的非侵入性檢查[9~11]。 但是食管的位置比較特殊，尤其是頸部食管，患者的吞咽和呼吸及血液的搏動均可以造成圖像的偽影，影響頸段食管的圖像質量。 常規(guī)體部掃描序列VIBE 雖然保證了圖像的SNR，但是由于該序列對運動偽影敏感，得到的圖像效果不佳[11]。Star-VIBE 序列是在VIBE 序列結構的基礎上，使用特殊的KWIC 的新序列。 該序列的特點是沿旋轉的讀出梯度方向，采用放射狀K 空間數據采樣模式進行采樣， 這就巧妙的避免了運動所導致的相位編碼方向的偏移，因此該序列可以有效消除食管部位各種生理性運動偽影，在自由呼吸狀態(tài)下采集食管的高分辨率圖像[12~17]，已有多位學者成功地將該序列應用于臨床食管MRI 診斷[9~11]。但是筆者在將該序列應用于食管掃描時，發(fā)現頸段食管的圖像存在抑脂不均勻和嚴重的磁敏感偽影，為解決這一問題，筆者研究比較了頸段食管病例Star-VIBE 序列結合WE、SPAIR 和FS 3 種抑脂方法的圖像，擬得出應用于頸段食管掃描的最佳抑脂技術。

3.2 Star-VIBE 序列分別結合WE、SPAIR 和FS所得圖像質量分析

FS 法抑脂技術采用與脂質子進動頻率一致的預飽和脈沖提前激發(fā)和飽和掉脂質子的信號，來達到抑脂目的[18，19]。當磁場不均勻的時候，脂質子的進動頻率與預飽和脈沖的頻率不完全一致，從而導致抑脂不均勻和嚴重的磁敏感偽影。筆者研究的定性評估結果與上述FS 法的抑脂機制相符合，頸段食管周圍組織成分的復雜，人體頸胸交界處的倒T 型結構，均帶來了局部磁場的不均勻。因此，FS 組的圖像抑脂效果不理想，并有較重的磁敏感偽影，嚴重影響對食管的顯示。

SPAIR 抑脂技術是采用一個進動頻率與脂質子運動頻率一致的180°翻轉脈沖翻轉脂質子的縱向弛豫，再在脂質子縱向弛豫為零時施加正式的成像脈沖[20，21]。SPAIR 法同時利用了水-脂質子的化學位移效應和脂肪短T1的特點來達到抑脂目的，克服了FS 法對射頻場不均勻敏感的弱點， 但180°脈沖仍然是一個頻率選擇脈沖，因此主磁場不均勻造成的脂質子運動頻率的偏移仍然對圖像質量有影響。 筆者研究結果也表明，SPAIR 組圖像的磁敏感偽影較重， 定性評估得分甚至較FS 法更低。 筆者嘗試通過調整帶寬和調整水質子運動頻率峰的中心位置，使得磁敏感偽影得到了一定的改善，但是不能完全消除。

WE 法同樣是利用水-脂質子化學位移效應，將單一的激勵脈沖拆分為多個特殊的二項式脈沖，選擇性地只激發(fā)水質子而不激發(fā)脂質子來達到抑脂目的。筆者研究表明，WE 組圖像的磁敏感偽影最輕。 這可能是得益于WE 法主要是通過選擇性激發(fā)而不是選擇性地抑制來抑脂的機制，場不均勻帶來的水-脂質子運動頻率的相互混疊，會導致WE 法不僅激發(fā)了水質子，也可能會誤激發(fā)一部分脂質子成像，從而會帶來抑脂的不均勻，但是不會像FS 法那樣過多抑制水質子的信號形成磁敏感偽影。

在定量分析中，筆者研究3 種不同的脂肪抑制技術圖像的食管壁的SNR、軟組織對比度CNR1、增強對比度CNR2 差異均無統(tǒng)計學意義，這可能是由于磁敏感偽影和Star-VIBE 重建算法帶來測量部位，特別是食管和鎖骨下動脈處的信號強度減低所致。

3.3 研究的局限性

首先，由于Star-VIBE 序列掃描時間較長，患者就會出現不可控制的運動；其次，注入造影劑后3 組圖像掃描的食管強化時相并不能保持一致，這也可能對圖像產生一定的影響；最后，樣本量較少，在今后進一步的研究中，擬加大樣本量，并擬納入食管癌病例做進一步研究。

綜上所述，Star-VIBE 序列在頸段食管掃描中采用WE 法抑脂技術，較SPAIR 法和FS 法所得圖像的磁敏感偽影最小，對食管的顯示最佳。