科研进展2015年GE科研合作项目成

GE拥有中国最优秀最广阔的磁共振用户群,通用电气医疗集团磁共振科研团队与中国客户始终保持着紧密的科研合作,不断取得科研上的新成就。自初年至今，我们和高端客户发表了超过60篇SCI期刊论文，这里简单节选一些高影响力的研究跟大家分享。

一、扩散加权磁共振成像

磁共振DWI技术能够检测组织微结构内的水分子运动水平，是一项无辐射、无需造影剂的检查手段，能提供良好的解剖信息和功能图像，非常适合对射线敏感的人群及肾功能不足患者。DWI被认为是探测早期病理改变最敏感的一种技术，多被应用与疾病的诊断、分期、分级及疗效评估等多方面的研究。多个研究团队在扩散加权磁共振成像及其不同数学模型的分析应用方面取得了出色的成绩。

医院的印弘教授带领的团队[1]对全身DWI在骨肿瘤鉴别诊断的评价效能进行了Meta分析，研究成果近日被Medicine（IF5.7）录用。研究小组检索了截止到年5月的Medline和Embase数据库中关于使用DWI技术检测骨肿瘤的所有文献32篇，涉及病人例——这是目前最大型最全面的荟萃分析。结果表明以病人为分析基础的敏感性、特异性和曲线下面积分别为0.95(95%CI,0.90-0.97)，0.92(95%CI,0.88-0.95)，0.98；以病灶为分析基础的敏感性、特异性和曲线下面积为0.91(95%CI,0.87-0.94)，0.94(95%CI,0.90-0.96)和0.97。在亚组分析中，单用DWI和DWI联合其他形态学或功能影像进行研究的敏感性和特异性没有统计学差异。B值~s/mm2能够获得更大的曲线下面积和DOR（p0.01）。该结果支持无辐射的DWI是一项能有效鉴别骨肿瘤良恶性的方法，够为骨肿瘤的诊断提供非常有价值的信息。

胶质瘤是大脑最常见的恶性肿瘤，胶质瘤分级对于预测肿瘤生物学行为，为肿瘤活检、手术、放化疗方案的制定有重要指导意义。由于高低级别胶质瘤影像学表现存在交叉，传统的磁共振方法难以有效鉴别。DWI和DTI都是活体研究水分子弥散的重要方法。由于受血流灌注影响，单指数模型不能准确反映活体水分子的弥散情况；FA和MD值计算前提是自由水分子弥散运动呈高斯分布，实际上受细胞内细胞器等微结构的影响，水分子弥散是非高斯分布的，FA和MD值也不能完全反映真实的水分子运动。所以研究者们提出了双指数模型、拉伸指数模型和弥散峰度成像DKI来描述水分子弥散运动。

医院的崔光彬教授团队[2]对单指数ADC值，基于IVIM双指数模型获得的D值，D*值和f值与胶质瘤级别进行了对比研究，探讨了高低级别胶质瘤鉴别诊断的临界值，有关成果以及发表在年12月的SCIENTIFICREPORTS（IF5.6）上。实验在GEDiscoveryMR上进行，结果发现，低级别胶质瘤的ADC值，D值和f值要比高级别胶质瘤更大。ADC值可以反映胶质瘤细胞密度差异和核异型性程度。理论上，高级别胶质瘤的细胞密度更大，水分子弥散更受限制，所以ADC值降低；而D值则与细胞密度负相关。新生血管的多少也是评价肿瘤级别和恶性程度的标准之一。D*值受肿瘤微血管密度MVD的影响，实验结果发现高级别胶质瘤的D*值更大与MVD理论完全相符。

医院朱文珍教授团队[3]研究了非高斯模型弥散峰度成像DKI和常规单指数DWI在高低级别胶质瘤及II,III和IV级胶质瘤区分中的应用价值，以及DKI相关参数与Ki-67蛋白标记指数的相关性，有关成果发表在年11月的Oncotarget（IF6.）上。该研究组选取肿瘤实性区域作为感兴趣区，其与对侧正常白质的归一化结果作为分析对象，发现DKI相关参数在高低级别胶质瘤和II,III和IV级胶质瘤区分中均优于常规单指数DWI及DTI参数，与Ki-67也有较高的相关性，更利于无创的预测细胞增殖。

为了对比前面提到的弥散相关模型在胶质瘤分级中的作用，医院的王梅云教授和史大鹏教授团队[4]也进行了相关研究，成果发表在年7月的Radiology（IF6.）上。该研究中，入组了年~年手术病理证实的胶质瘤患者69例，在GEDiscoveryMR上分别采集了DWI（从0到共16个b值）和DKI（从0到共6个b值），在GEAW工作站上通过单指数模型，双指数模型、拉伸指数模型和弥散峰度成像模型得到ADC，ADCfast，ADCslow，f值，α，DDC，FA，MD，MK等参数，并对高低级别胶质瘤进行了统计分析。发现高级别胶质瘤的ADC,ADCslow，f，α，DDC和MD低于低级别胶质瘤，而ADCfast，MK则更高，FA值则没有统计学差异。ROC曲线以α（AUC=0.）和MK（AUC=0.）远远高于ADC，MD和FA值的曲线下面积。α和MK在鉴别高低级别胶质瘤方面比传统的弥散参数如ADC，MD和FA值更有意义。（图1,2展示了高低级别胶质瘤多模型参数结果）

IVIM分析基于一个体素内包含反映真正水分子弥散的慢弥散成分和反映血流灌注的快弥散成分的双指数模型。但该模型并未考虑快慢弥散池之间的交换及细胞膜通透性的影响。有文献表明ADC可能与细胞膜上水通道蛋白AQP4的表达相关，这些水通道蛋白常见于星形细胞足突，特别在脑实质与脑室交界。使用超高b值进行弥散扫描，可建立弥散的三室模型：血流灌注、水分子弥散和细胞膜AQP4表达。医院黄力教授带领的团队[5]对此进行了研究，相关成果发表在年5月的EuropeanRadiology（IF4.）上。实验入组18例PD患者和18例正常对照，进行头颅常规标准弥散扫描（b=0，s/mm2），得到标准的ADC值和超高b值扫描（15个b值，0~s/mm2），对bs/mm2使用双指数模型得到D，D*，而对bs/mm2使用单指数模型拟合ADCuh（如图3）。结果表明，在苍白球、壳核、黑质区域，ADCuh值PD比正常对照显著降低，而标准ADC、D、D*无显著差异。

图3A箭头，bs/mm2使用双指数模型得到D，D*。B箭头，bs/mm2使用单指数模型拟合ADCuh。

除了多种扩散加权模型的研究，关于科研操作方法的研究同样引人瞩目影响深远。在实际科研工作中，我们都有这样的经验：ROI的放置方法对ADC值测量存在一定影响。ADC值测量的可重复性在临床和科研工作中有着非常重要的意义。在肿瘤病变的研究中，常见的ROI放置方法有如下三种：全容积测量wholevolume、单层测量singleslice和肿瘤内小ROI取样smallsampleROIoftumor。在胰腺肿瘤中，不同的ROI选择方法对ADC值测量结果有何影响？医院放射科的陆建平教授及其团队[6]对此开展了研究，有关成果发表在年7月的JMRI(IF3.21)上。研究结果表明，三种方法测量的ADC均值和最小值存在显著差异。其中，肿瘤内小ROI取样测量方法的平均ADC值要小于另外两种方法，而全容积测量和单层测量方法之间没有差别。对ADC最小值而言，任何两种方法之间都存在统计学差异。该研究也提示各位研究工作者，在与已有研究对比的过程中，不能忽视感兴趣区选择方法带来的影响。

二、3DpCASL容积灌注成像

近年来磁共振成像技术的发展,包括更高的场强、多通道接收线圈、准连续式动脉自旋标记方式pCASL和三维快速成像技术，使得三维全脑动脉自旋标记得以应用于临床。3DpCASL作为一种全新的无创评价脑血流灌注的影像学手段，在临床随访和科研方面具有很大优势。

一项新的技术需要有高度的可靠性和稳定的可重复性，才能被广大临床医生所接受。为了评价同一台设备多次进行3DASL序列扫描及不同磁共振设备对同一被试进行3DASL扫描的可靠性和可重复性，医院的娄昕医院的吴冰医生[7]对两院两台GE3.0T磁共振在多个标记延迟时间PLD条件下进行实验，实验结果用组内相关系数ICC和组内变异系数wsCV分别比较。其成果发表在年2月的JMRI上。研究发现，在不同的PLD时间下，8个志愿者的全脑平均CBF无论在同一台磁共振两次测量，或者两台不同的磁共振测量结果一致性非常高，同时PLD=2.5s时，测试和复测的相关性更好，即可重复性更高。该研究为3DASL相关的纵向研究及多中心研究打下了坚实的基础。

在高血压的早期阶段，大多数脑白质区域在常规影像上表现正常，而实际上脑灌注水平已经下降。为了研究高血压早期表现正常的脑区潜在的血流动力学改变，医院娄昕教授的研究团队[8]利用GEDiscoveryMR开展了相关研究，成果发表在JMRI年8月刊。实验入组了41例无其他合并症的高血压患者及32例正常对照，分别进行常规影像学检查及3DpCASL扫描。常规影像学检查用于定义NAWM区域。研究者对实验对象的灰白质区域分别进行测量,发现高血压患者除胼胝体膝部、扣带回、杏仁核、苍白球、壳核和丘脑以外全脑灰质和NAWM区域的CBF均低于正常对照。此外，轻度高血压患者除了灰质，侧脑室右前角周围白质，胼胝体膝部外其他区域CBF均低于正常对照。而中度高血压患者所有区域CBF均低于正常对照。在轻度和中度高血压患者之间除胼胝体膝部以外，CBF没有统计学差异。研究者认为由于长期慢性高血压的影响，小血管发生粥样硬化及内膜增厚等病理过程，导致血管管径变细，血流阻力增加，毛细血管灌注减少，最终导致脑缺血、腔梗等改变。高血压患者CBF降低提示脑白质疏松症与血流相关，而非血脑屏障破坏。

DSC-PWI可以评价肿瘤新生血管情况，并提供与胶质瘤级别相关的相对脑血流量rCBF和相对脑血容量rCBV半定量参数，因而被广泛用于胶质瘤分级。由于需要使用造影剂，该方法存在一定的并发症，如肾源性系统性纤维化等。而3DpCASL作为一种非增强的脑灌注成像方法，具有非常大的潜力。医院的马林教授团队[9]对3DpCASL，DSC-PWI和DWI在胶质瘤分级中的作用进行了对比研究，其成果发表于年5月的EuropeanRadiology上。该研究指出，pCASL与传统的DSC-PWI结果相比，有良好的相关性，可以作为胶质瘤分级的依据。联合弥散ADC值与脑血流量可以显著提高肿瘤分级的准确性。

三、LAVA-FLEX及IDEALIQ技术

脂肪抑制技术是磁共振上腹部成像中最常用的一项技术，它对于鉴别短T1的组织——出血和含脂肪的病变非常重要。常见脂肪抑制技术包括短时翻转恢复法STIR，化学频率饱和法，化学频率选择翻转法，水激发及以Dixon技术为代表的多点水脂分离法。其中LAVA-Flex是近几年出现的新技术，通过区域生长和相位校正等计算方法，可获得水像、脂像、同相位和反相位图像。该方法作为全新一代的腹部T1脂肪抑制序列，能否取代传统化学饱和脂肪抑制的FSPGR序列？

为解答这个问题，医院张小明教授团队[10]在GEDiscoveryMR上开展了相关研究，其成果发表于年7月的JMRI上。该课题入组了69例上腹部检查病例，同时进行化学饱和脂肪抑制的FSPGR和LAVA-Flex序列扫描。研究者对比了两组图像质量、脂肪抑制的均匀性、肌肉与脂肪的对比度、正常肝脏与病灶的对比度、脂像上脂肪肝与脾脏的对比度、磁敏感伪影、运动伪影等各方面，LAVA-Flex均优于传统脂肪抑制的FSPGR序列。

IDEALIQ是GE最新推出的精准脂肪定量成像解决方案，它采用多回波水脂分离技术，根据多回波信号变化曲线在进行脂肪定量时能够去除组织T2*干扰，从而精确量化脂肪百分比，一次扫描可以给出同、反、水、脂、脂肪百分比（FF）和R2*六种参数，成为了脂肪及铁沉积改变相关临床疾病诊断、疗效评估的一大利器。然而，IDEALIQ扫描是否受增强扫描的影像一直未有定论。医院吴新淮教授团队[11]在GEDiscoveryMR上对于增强前后肝脏、脾脏和脊髓脂肪百分比和R2*值进行了定量分析，文章在线发表在年9月的EuropeanRadiology上。研究结果显示，采用IDEALIQ技术测得的FF值不受打药增强的影像，然而，肝脏和脾脏的R2*值在增强后有显著升高。由此可见，采用IDEALIQ技术进行脂肪定量研究时，由于技术本身考虑了T2*校正，因此FF值不受钆造影剂影像，但是R2*值的改变也提醒广大研究者，如果使用其他未考虑T2*校正的方法进行脂肪定量研究时，需考虑增强造影引入的误差。

四、定量磁化率成像QSM技术

帕金森氏病PD是一种常见的神经退行性疾病，最主要的病理改变是中脑黑质（SN）多巴胺神经元的变性死亡，由此而引起纹状体DA含量显著性减少而致病，同时相关脑区铁沉积增多。铁含量增加导致其价态从亚铁（Fe2+）转变为正铁（Fe3+）伴随的氧化应激反应引起细胞死亡，目前被认为是帕金森病可能的病因之一。目前，诊断PD的标准主要依赖于运动障碍的临床症状、体征和临床量表评分。这时往往处于疾病的晚期，药物疗效较差。所以PD的早期诊断和疗效评价都非常重要，需要一种无创的活体标记物，能够发现早期PD。

医院严福华教授带领的团队[12]与美国杜克大学刘春雷教授合作首次将QSM技术应用于早期PD患者铁沉积的定量研究，其成果发表在年11月的HumanBrainMapping（IF5.）上。实验共入组44例PD患者（HoenYahrstageI/II）和35例正常对照，在GE3T磁共振上进行扫描，包括T1W，T2W-Flair及3D多回波GRE序列，获得了QSM图和R2*图。在QSM图上，像素强度直接代表了组织磁化率，可以对脑组织铁浓度进行绝对定量。研究者发现在QSM图上双侧SN和对侧RN磁化率显著升高，而在传统R2*图上，仅仅对侧SN的R2*值升高。而且对H-YstageI期患者双侧SN磁化率也比正常对照升高，但R2*值却没有显著差异，这更说明QSM在对早期PD的检出是一种高效、敏感、准确、无创、绝对定量的方法。

五、非增强肾动脉成像（IFIR）技术

肾移植是终末期肾衰患者的可选治疗方案，相比于价格昂贵的透析，它还能提高患者长期生存率，改善生活质量。虽然肾移植也存在泌尿系统和淋巴系统的并发症，但不会导致移植失败。而移植后血管并发症虽然发生率只有5%-15%，却可能导致移植物肾功能不全，甚至移植失败。所以，安全、准确、无创评价肾移植后血管解剖和并发症的成像方法可以帮助选择正确的治疗手段。碘剂增强的CTA和钆剂增强的MRA，虽然可以很好地显示血管，但是造影剂对移植肾功能的存在一定损害。

近年来发展起来的非增强磁共振血管造影技术，通过反转脉冲标记某一血管内的氢质子，利用流入增强效应对其供血区域的血管进行显示。该技术无需造影剂，避免钆剂对肾脏的损害。医院放射科胡道予教授[13]使用非增强肾动脉成像技术在肾移植患者术后移植肾血管解剖和血管并发症方面进行评价，并与传统的成像方法多普勒彩超、DSA、手术探查进行比较，其成果作为封面文章刊登在年6月的Radiology上。

研究者入组了年-年间进行肾移植后怀疑有移植相关肾血管并发症的75名患者。所有入组患者在进行多普勒彩超检查后进行磁共振不打药肾动脉扫描。结果显示磁共振对肾动脉分支的显示显著优于彩超，超声空间分辨率有限，难以观察到直径在2mm以下的血管（图4）。对移植相关肾血管并发症评价方面，有23例病人进行了手术或DSA检查（图5）。磁共振不打药肾动脉成像在病变的检出、狭窄程度的分级方面与手术完全一致，优于彩超。

图岁女性，肾移植术后8年，A-C为磁共振不打药肾动脉成像最大密度投影，可以发现副肾动脉，而D多普勒彩超则未能显示。

图岁女性，彩超怀疑移植肾动脉狭窄。A，B为磁共振不打药肾动脉成像最大密度投影，可以发现在肾动脉与髂外动脉吻合处轻度狭窄（grade1）。C，DSA确认轻度狭窄。D，彩超显示重度狭窄。

六、血管通透性（Ktrans）定量研究

动态增强磁共振扫描DCE-MRI可以对感兴趣区域进半定量的分析，从而获得相关的血流动力学参数。这些血液动力学模型建立于造影剂在肿瘤血管床通过时，图像信号强度的改变，反映肿瘤灌注、血管容积和新生血管的参数包括从血浆到细胞外血管外间隙EES容积转运常数（Ktrans），从EES到血浆的回流速率常数（Kep），细胞外血管外间隙分数（Ve），血浆容积分数（Vp）。该参数可以用于良恶性肿瘤的鉴别和恶性肿瘤分级；靶向分子药物和化疗的疗效评价。例如，在肾脏肿瘤方面，DCE-MRI在鉴别肾癌类型和疗效评价方面非常重要，它可以非常方便、准确地随访监测肾癌患者进行靶向药物治疗后血流动力学的改变，而避免了反复的穿刺损伤。

然而，就肾癌方面，DEC-MRI进行血流动力学参数评价的可重复性尚未有研究报道。来自解放军医院放射科的王海屹教授团队[14]对此进行了相关研究，文章发表在年9月份的Medicine杂志上。实验入组21例透明细胞癌患者，在DiscoveryMR上，相隔48到72小时之间分别进行两次DCE-MRI扫描，同时他们采用不同于传统连续自由呼吸高时间分辨率的扫描方式，而使用非连续自由呼吸高空间分辨率扫描方式，平面内分辨率达到1.3x2mm2，然后由3名放射科医生对两次扫描分别进行参数测量，并对同一观察者测量，不同观察者测量，重复检查测量三个方面进行可重复性评价。

研究结果发现，所有的血液动力学参数在同一观察者、不同观察者和重复检查测量中均无显著统计学差异。所有参数的组内相关系数ICC在同一观察者、不同观察者中都大于0.75。在变异度分析中，除Vp以外所有参数wCoV值在同一观察者和不同观察者均比较低。在同一观察者测量中，Ktran和Ve稍低于Kep，而在不同观察者之间三者wCoV相似。在重复检查中，Ktran和Kep高于Ve。基于以上实验结果，Ktran、Kep和Ve是非连续自由呼吸DCE-MRI最具有可重复性的参数。

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