CDT-VIBE在乳腺动态增强MRI中的临床适用性及时间参数对定量分析的影响

发布时间：2018-05-13 15:54

本文选题：乳腺肿瘤 + 磁共振成像　；参考：《山东大学》2014年博士论文

【摘要】：第一部分CDT-VIBE序列在乳腺动态增强MRI中的临床适用性研究目的评价结合卷褶控制更快加速并行成像(controlled aliasing in parallel imaging results in higher acceleration, CAIPIRINHA)、水脂分离(Dixon)及时间分辨交叉随机轨迹成像(time-resolved imaging with interleaved stochastic trajectories, TWIST)三种技术的容积内插体部检查(volume-interpolated body examination, VIBE)(CDT-VIBE)序列在应用于乳腺病变动态增强MRI时的图像质量及病灶形态学特点描述能力。材料与方法 1、体模成像：使用3.0TMR扫描仪(MAGNETOM Skyra, Siemens Healthcare Sector, Erlangen, Germany),4通道乳腺线圈,对两个球形体模(内部填充二甲基硅树脂)进行16期CDT-VIBE序列和15期GRE序列(无脂肪抑制)扫描,CDT-VIBE序列并行采集加速因子(acceleration factor, FA)为CAIPIRINHA4,TWISTA、B值均为20%,时间分辨率12s。GRE序列基本扫描参数与CDT-VIBE序列一致,使用一般性自动校准部分并行采集技术(generalized auto-calibrated partially parallel acquisitions, GRAPPA), FA设为2,时间分辨率68s。 2、乳腺动态增强MRI：58名乳腺疾病患者应用CDT-VIBE序列进行乳腺动态增强MRI。采用3.0TMR扫描仪(MAGNETOM Skyra, Siemens Healthcare Sector, Erlangen, Germany),4通道乳腺专用线圈,平扫序列包括横轴位快速自旋回波(fastspin echo, FSE) T1WI、脂肪抑制T2WI和矢状位脂肪抑制FSE T2WI。动态增强使用与体模成像相同的CDT-VIBE序列,共扫描40期,结束后立即扫描单期常规GRE序列,除带有脂肪抑制之外,其余扫描参数均与体模成像序列一致。扫描野均完整覆盖双侧乳腺。 3、数据处理与测量：所有测量均直接在工作站完成,不使用额外后处理软件。在近中心10层体模图像上分别测量15期CDT-VIBE旨像(从第2期开始)和常规GRE图像左、右两侧体模信号强度及其标准差(standard deviation, SD),计算图像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)在患者图像上测量病灶的信号强度(SIlesion)和正常组织的信号强度(SIparenchyma),计算病灶/正常组织信号强度比。由两名经系统培训的低年资磁共振诊断医师使用5分法对最后1期CDT-VIBE水像和常规GRE图像的并行采集技术(parallel acquisition technique,PAT)伪影、边缘锐利度、病灶显著程度、内部结构清晰度和总体图像质量进行评分。由另外两位工作5年以上MR医师以美国放射学会乳腺影像报告数据系统(Breast Imaging Reporting and Data System,BI-RADS)词典为标准,独立对最后1期CDT-VIBE水像中病灶的形态学特点进行描述。1个月之后,两位观察者再次独立地对GRE图像中的病灶进行形态学描述。 4、统计分析采用单样本K-S拟合优度检验对SNR和病灶/正常组织信号比进行正态性检验,若符合正态分布,则使用独立样本t检验比较SNR在CDT-VIBE与常规GRE图像之间的差异是否具有统计学意义,使用配对样本t检验比较病灶/正常组织信号强度比在两组图像之间的差异是否具有统计学意义。若资料不满足正态分布则使用非参数检验。使用Wilcoxon符号秩和检验分析两组图像质量评分是否存在显著性差异。计算观察者内对病灶形态学描述的一致性百分比,对观察者之间在CDT-VIBE图像上进行的病灶形态学描述进行Kappa值一致性评价(二次加权)。数据处理分析使用Medcalc (12.5.7)软件完成。P0.05作为差异具有统计学意义的标准。结果 1、SNR.左侧体模CDT-VIBE图像和常规GRE图像的SNR的平均值±SD为74.00±0.901和76.02±0.689,右侧体模各值分别为55.71±±0.891和55.79±±0.603,两组图像上SNR的差异无统计学显著性(左：P=0.229；右：P=0.653)。同序列左右两侧SNR差异考虑并非来自于扫描序列,因此不对其进行比较。 2、病灶/正常组织信号强度比：CDT-VIBE图像与常规GRE图像的病灶/正常组织信号强度比的平均值±SD分别为2.222±0.607、2.248±0.540,两组图像之间的差异无统计学意义(P=0.548)。 3、图像质量评分：CDT-VIBE图像所显示的病灶边缘锐利度、病灶显著程度的评分与传统GRE序列之间无显著差别(P=0.782,0.491),但存在较明显的PAT伪影(P0.001)和内部结构模糊(P0.001), CDT-VIBE总体图像质量评分低于传统GRE图像(P=0.046)。 4、形态学描述能力评价：两位观察者描述病灶类型和NMLE分布类型的观察者内一致性百分比均达100%,对NMLE内部强化方式的描述一致性最低,但百分比仍为80%,其它各项均在90%以上。在CDT-VIBE图像上,观察者之间一致性的加权Kappa值以病灶类型、肿块形态和NMLE分布类型为最高(Kappa=1.000),虽然NMLE内部强化形式一致性最低,但Kappa值为0.745,观察者之间仍达到了较高的一致性。结论尽管存在较明显的PAT伪影及结构模糊问题, CDT-VIBE序列确实能够在显著缩短采集时间的同时保留足够的形态学信息,使观察者在CDT-VIBE图像和常规GRE图像上进行的病灶形态学描述取得了较高一致性。因此,CDT-VIBE序列是一种适用于临床乳腺动态增强MRI的高时间分辨率序列,尤其在对扫描时间参数有较高要求的药代动力学定量分析方面具有一定应用前景。第二部分时间分辨率对乳腺良恶性病变药代动力学定量分析结果的影响目的探讨时间分辨率对乳腺良恶性病变药代动力学定量分析结果及其诊断能力的影响。材料与方法 1、研究对象：53名乳腺疾病患者进行CDT-VIBE乳腺动态增强MRI,所有病灶均经穿刺活检或手术病理证实。 2、乳腺动态增强MRI：同第一部分。 3、不同时间分辨率模拟方法：以心脏及大动脉首次出现对比剂充填的某期图像作为增强后第1期,选择所有原始序列(包括增强前序列)组成时间分辨率12s的动态序列,选择增强前序列及增强后第1、3、5、7、9……期序列组成时间分辨率近似24s的动态序列,选择增强前序列及增强后第1、4、7、10、13……期序列组成时间分辨率近似36s的动态序列,选择增强前序列及增强后第1、5、9、13、17……期序列组成时间分辨率近似48s的动态序列,选择增强前序列及增强后第1、6、11、16、21……期序列组成时间分辨率近似60s的动态序列。 4、药代动力学定量分析：T1map及不同时间分辨率的动态序列上传至工作站,使用定量分析专用后处理软件Tissue4D,参照Tofts二室模型及软件提供的中速人群平均动脉输入函数进行定量分析,得到相应的定量参数,包括Ktrans (对比剂从血管内到血管外细胞外间隙[extravascular-extracellular space, EES]的转移速率,即容量转移常数,min-1), kep (对比剂重新回到EES的速率常数,min-1),ve(EES容积分数),iAUC(注射对比剂后60秒内对比剂浓度-时间曲线下面积)。 5、统计分析：所有病灶按病理结果归入良性组和恶性组。采用单样本K-S检验对变量进行正态性检验,若符合正态分布,则对不同时间分辨率条件下的定量参数进行配对t检验。若资料不满足正态分布则使用非参数检验。以病理结果良恶性为金标准进行ROC分析,比较不同时间分辨率定量参数的曲线下面积(area under curve, AUC)是否存在显著差异,判断时间分辨率对定量参数诊断能力的影响。多次两两比较的P值进行Bonferroni校正。数据处理使用Medcalc(12.5.7)软件包进行。P0.05作为差异具有统计学意义标准。结果 1、病理结果：53例患者共55个病灶,其中良性组25例26个病灶,包括纤维腺瘤14个、纤维囊性变7个、导管内乳头状瘤4个,浆细胞性乳腺炎1个。恶性组28例29个病灶,包括浸润性导管癌18个、导管内癌(伴或不伴微浸润)11个。 2、时间分辨率对良恶性病变定量参数的影响： 2.1Ktrans:良性病变：12s、24s及36s动态序列计算得到Ktrans平均值较稳定(0.147min-1、0.147min-1、0.148min-1),在48s及60s动态序列明显升高(0.164min-1、0.170min-1)；各时间分辨率Ktrans之间的差异无统计学意义(校正P0.05)。恶性病变：12s与24s动态序列计算得到的Ktrans平均值比较相近(0.373min-1、0.364min-1),在36s、48s及60s动态序列时明显降低(0.315min-1、0.295min-1、0.259min-1); Ktrans值在12s、24s与36s、48s、60s之间的差异均具有统计学意义(校正P均0.01),在36s与60s之间的差异具有统计学意义(校正P=0.024)。 2.2kep:良性病变：由12s、24s及36s动态序列计算得到kep平均值相对稳定(0.321min-1、0.328min-1、0.336min-1),在48s及60s动态序列明显升高(0.382min-1、0.433min-1); kep在12s、24s、36s与60s之间和12s、36s与48s之间的差异具有统计学意义(校正P0.05)。恶性病变：12s动态序列的kep平均值为0.929min-1,从24s开始呈现明显的下降趋势(0.811min-1,0.769min-1、0.651min-1、0.581min"1)；各时间分辨率kep之间均具有显著差异(校正P0.05)。 2.3ve:良恶性病变ve平均值的变化趋势非常相似,且变化幅度较小。ve平均值在12s与24s之间小幅上升(良性：0.452、0.468,恶性：0.436、0.468),其后三个值略低(良性：0.435、0.415、0.427,恶性：0.418、0.421、0.424)。良性病变各ve值之间的差别均无统计学意义(校正P0.05),恶性病变12s与24s以及24s与36s、48s、60s之间的差别具有统计学意义(校正P0.05)。 2.4iAUC:12s与24s动态序列的iAUC值较为接近(良性：9.192、9.254,恶性：20.221、19.832),从36s至60s iAUC值出现了明显、持续的降低(良性8.709、8.402、7.388,恶性：16.258、14.329、12.850)。良性病变,12s、24s、36s、48s与60s iAUC值之间的差异具有统计学意义(校正P0.05),恶性病变,除12s与24s iAUC值之间无明显差异之外(校正P=0.394),其余时间分辨率iAUC之间的差异均具有统计学意义(校正P0.001)。 3、ROC分析：随时间分辨率降低,Ktrans的AUC值从0.887(12s)降低至0.754(60s),12s与60s的AUC值之间的差异具有统计学意义(校正P=0.048)。12s、24s、36s kep的AUC值分别为0.939、0.924、0.915,随时间分辨率的下降,AUC值在48s时降低至0.847,60s时降低至0.749,kep12s、24s、36s与60s的AUC值之间的差异具有统计学意义(校正P0.05)。iAUC在12s和24s的AUC值较为接近,分别为0.860和0.877,其后三个值略低,分别为0.838、0.836、0.839。ve的AUC值范围在0.511与0.598之间,明显低于其它三个定量参数。iAUC和ve各时间分辨率的AUC值之间的差异无统计学意义(P均0.05)。结论动态增强序列时间分辨率是影响定量分析结果的重要因素之一,高时间分辨率动态序列能更好地反映定量参数Ktrans、kep及iAUC在乳腺良恶性病变之间的差异,而随时间分辨率降低,这种差异逐渐缩小,定量参数诊断能力也随之下降。时间分辨率在24s以上时获得的定量分析结果及其诊断能力可能不会存在明显差异,因此可将其作为定量分析乳腺动态增强时间分辨率的最低标准。第三部分动态增强扫描时长对乳腺良恶性病变药代动力学定量分析结果的影响目的探讨动态增强扫描时长对乳腺良恶性病变药代动力学定量分析结果及其诊断能力的影响。材料与方法 1、研究对象：同第二部分。 2、乳腺动态增强MRI:同第一部分。 3、数据预处理：增强前序列包含1个35s的全K空间填充序列和3--4个12s动态序列,扫描时间长度1min11s～1min23s。注射对比剂之后,以心脏及大动脉首次出现对比剂充填的某期图像作为增强后第1期,将增强前所有序列分别与增强后第1-5期、1-10期、1-15期、1-20期、1-25期、1-30期、1-35期组成增强后扫描时长为1min-7min的7组动态序列。 4、定量分析：T1map及不同扫描时长的动态序列上传至工作站,使用定量分析专用后处理软件Tissue4D进行分析。数据处理方法和定量参数与第二部分相同,最终得到7组扫描时长不同的定量参数。 5、统计分析：所有病灶按病理结果归入良性组和恶性组。采用单样本K-S拟合优度检验对各定量参数进行正态性检验,若符合正态分布,则对不同扫描时长的各定量参数进行配对t检验。若资料不满足正态分布则使用非参数检验。以病理结果良恶性为金标准进行ROC分析,比较各扫描时长定量参数曲线下面积(area under curve, AUC)是否存在显著差异,判断动态扫描时长对定量参数诊断能力的影响。多次两两比较的P值进行Bonferroni校正。数据处理使用Medcalc(12.5.7)软件包进行。P0.05作为差异具有统计学意义标准。结果 1、病理结果：同第二部分。 2、动态增强扫描时长对良恶性病变定量参数的影响： 2.1Ktrans：良恶性病变Ktrans平均值随不同扫描时长的变化表现为：1minKtrans值(良性：0.149min-1,恶性0.383min-1)明显高于2min Ktrans值(0.126min·1,0.276min-1),而2-7min呈平缓的上升趋势(7min:0.147min-1,0.313min-1)。良性病变1min与2min、3min Ktrans值之间的差异具有统计学显著性(校正P0.001、校正P=0.020),而恶性病变只有2min与3min、4min的Ktrans值之间和5min、6min、7min的Ktrans值之间的差异无统计学显著性(P0.05),其余扫描时长Ktrans值之间的差异均具有统计学意义(校正P0.05)。 2.2kep：良恶性病变kep平均值的变化趋势与Ktrans类似,1min kep值(良性：0.769、恶性1.255)明显高于2min(0.399min-1,0.699min-1)和3min(0.328min"1,0.644min-1),3-7min呈平缓的上升趋势(7min:0.363min-1,0.747min-1)良性病变,1min kep与其它各扫描时长的kep之间的差异均具有统计学意义(校正P0.001),2min与3min kep之间的差异具有统计学意义(校正P=0.03)；恶性病变,除了2min与4min～7min各扫描时长、3min与4min和6min与7mmin的kep之间的差异无统计学显著性(校正P0.05),其余扫描时长kep值之间的差异均具有统计学意义(校正P0.05)。 2.3ve：良恶性病变ve平均值的变化趋势与前两者相反,从1min(良性：0.226,恶性0.352)至4min(0.466,0.480),良恶性病变的ve值明显升高,而随扫描时间的继续延长逐渐降低(7min:0.459,0.445),且良恶性病变之间的差异也减小至消失。良性病变lmin与其它各扫描时长ve值之间的差异具有统计学意义(校正P0.001),2min与4min、5min、7min ve值差异具有统计学意义(校正P0.05)；恶性病变,1min与其它各扫描时长,2min和3min、4min,4min、5min与6min、7min ve值之间的差异均具有统计学意义(校正P0.001)。 2.4iAUC：良恶性病变的iAUC平均值均具有良好的稳定性。各iAUC值之间的差异均无统计学意义(P0.05)。 3、ROC分析：1min扫描时长条件下得到的Ktrans具有最高的AUC值(0.932),继续延长扫描时长使AUC值呈下降趋势,7min时降至0.885。延长扫描时间有助于提高kep的AUC值,从1min到5mmin,kep的AUC值从0.824增加至0.913,但6min和7min的AUC值也出现了下降(0.893、0.888)。ve最高的AUC值(0.703)同样出现在1min扫描时间,随后随着扫描时间的延长AUC值迅速下降至0.6以下。iAUC的1min-5min的AUC值在0.88左右,6min和7mminAUC值略低,分别为0.868、0.865。Ktrans、kep、ve和iAUC各扫描时长的AUC值之间的差异无统计学意义(P0.054、P0.109、P0.054、P0.102)。结论动态增强扫描时长是定量分析结果的重要影响因素之一,对比剂注射后2min内采集的动态数据对乳腺良性病变定量参数计算起决定性作用,而在恶性病变,除了对比剂注射后1min～2min的流入数据之外,与返流相对应的3min～6min采集数据对各定量参数计算也会产生显著影响。但扫描时长对定量参数诊断能力影响并不显著,因此在临床应用中不需要使用过长的扫描时间。为保证足够的采集数据和参数稳定性,动态增强扫描时长5min可能为较合理的选择,进一步延长扫描时间并未对参数计算产生积极的影响。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R655.8;R445.2

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