0 引言

       MRI检查因其图像拥有优异的软组织对比，可多种参数、多个平面成像等优势广泛应用于盆腔疾病的诊断^{[1, 2, 3]}。自20世纪90年代末以来，由T2WI涡轮自旋回波（turbo spin echo,TSE）成像取代T2WI自旋回波（spin echo, SE）成像，在女性和男性盆腔成像中可以产生更好的软组织对比，同时T2加权turbo SE成像通过添加脂肪抑制脉冲可以提供更多的诊断信息，成为评估盆腔疾病的有效方式^{[4, 5]}。盆腔是人体重要的组成部分，其内组织结构众多，形态不规则，因此高质量的T2WI对盆腔疾病的定位和诊断至关重要^{[6, 7]}。通常盆腔MRI均使用体部线圈搭配床板线圈来完成，线圈成像范围大，距离成像部位不够贴近，盆腔深部组织成像的信噪比低，高分辨、小视野成像图像质量不佳，难以达到诊断的需求。本研究评价的16通道高分辨盆腔专用线圈（16C），其线圈阵列单元紧贴包裹会阴部，成像范围完全贴合骨盆内器官。通过对比其与32通道的体部线圈（32C）在3.0 T MRI设备上T2WI图像质量的差异，评价16C线圈在盆腔成像中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性招募2022年10月至2022年12月来我院就诊，需进行盆腔MRI检查的患者。纳入标准：（1）年龄18至70周岁；（2）具有自主行为能力；（3）临床需进行盆腔MRI检查的患者。排除标准：（1）有电子植入物，如心脏起搏器、神经刺激器、胰岛素泵、耳蜗移植体等；（2）体内有金属异物，金属植入物或金属假体者；（3）危重病患者需要使用生命支持系统者；（4）严重幽闭恐惧症，不能配合MRI检查者；（5）重度高热者。

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，得到中国医学科学院北京协和医院伦理审查委员会批准（批准文号：1-22PJ324），所有受检者均在检查前了解了检查内容并签署了知情同意书。

1.2 线圈简介

       16C线圈为中国深圳一康云智慧科技有限责任公司的3.0 T 16通道非侵入式直肠前列腺线圈，如图1所示的马鞍形，上下片通过变窄的中部连接，平铺后整体物理尺寸：头足方向535 mm，上下片左右方向180 mm，线圈厚度20 mm。32C线圈为美国GE公司的3.0 T 32Ch Coil Anterior线圈，整体物理尺寸：头足方向330 mm，左右方向400 mm，线圈厚度20 mm。图2所示为同一受检者分别使用16C线圈（2A）和32C线圈（2B）。本研究16C线圈扫描方案实际使用线圈通道数是16通道，32C线圈扫描方案搭配床板线圈，实际使用线圈通道数是30通道（上片15通道，床板15通道）。

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图1  16通道线圈示意图。
图2  同一受检者分别使用16通道线圈（2A）和32通道线圈（2B）摆位示意图。
Fig. 1  The schematic diagram of the 16-channel coil.
Fig. 2  The same subject using the 16-channel coil (2A) and 32-channel coil (2B), respectively.

1.3 扫描方法及技术参数

       采用美国GE公司的GE 3.0 T Discovery 750w 磁共振扫描仪。患者仰卧于检查床，双臂抱于胸前，嘱患者于检查前排空尿液，使用开塞露清洁直肠。所有受试者均使用自16C线圈和32C体部线圈搭配GE床板线圈采集盆腔的相同序列：矢状位T2WI和小视野（field of view, FOV）直肠的轴位T2WI。所有非特异性扫描参数保持一致，线圈使用顺序随机，其余常规序列均使用单一线圈采集。相同采集序列参数见表1。

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表1  盆部MRI各序列扫描参数
Tab. 1  MRI acquisitionparameters for the sequences of pelvic MRI

1.4 图像分析和诊断方法

       由一位有16年工作经验的主管技师（不知情实验设计），在GE AW4.7后处理工作站对图像进行测量，相同序列图像放置感兴趣区（region of interest, ROI）于相同层面相同位置同时保证相等大小，记录测量信号值及其标准差，矢状位T2WI分别测量：直肠壁、臀大肌、第三骶椎、子宫壁（女性）、前列腺外周带（男性），轴位T2WI测量：直肠壁、闭孔内肌，所有ROI均测量三次取平均值。按照公式SNR=SI/SD，计算各组织的SNR。FOV内空气的标准差作为背景噪声，按照公式CNR=（SI-SI肌肉）/SD空气计算各组织的CNR，矢状位图像肌肉使用臀大肌的信号值，轴位图像肌肉使用闭孔内肌的信号值。

       采集的所有图像均传输至PACS工作站（AW, GE health care中国，北京），由一位具有7年经验的住院医师和一位具有22年经验的主治医师采用双盲法对所有相同序列的图像分别单独进行主观评价，使用五分法（1~5分），标准如下：5分，图像清晰，无明显噪声和伪影，可分辨各细小结构，各组织间显示边界锐利清晰，组织内结构显示清晰，诊断信心足；4分，图像比较清晰，噪声和/或伪影稍多，细小结构尚可分辨，各组织间边界尚清晰，组织内结构尚可分辨，可满足诊断；3分，图像清晰度一般，噪声和/或伪影明显但可以接受，细小解剖结构尚可分辨但边界不清，组织内和组织间的结构部分分辨不清，尚可以诊断；2分，图像模糊，噪声和伪影明显，细小结构分辨不清，组织内和组织间的结构分辨不清，不能做出诊断；1分，图像极其模糊，噪声和伪影极明显，各种结构完全无法识别，完全不能诊断。评分1、2分不能满足诊断需求。

       由以上两位医师采用双盲法对轴位T2WI上直肠壁（由外向内直肠系膜筋膜、直肠系膜、固有肌层、黏膜下层、黏膜层）分层结构的显示度进行评分，除去病变对图像的影响，评价标准如下：4分，直肠壁五层结构边界均锐利清晰，分层结构的显示度好；3分，直肠壁五层结构大部分边界清，分层结构的显示度尚可；2分，直肠壁五层结构部分分层不清，分层结构的显示度一般；1分，直肠壁五层结构分层不清，分层结构的显示度严重不足。

1.5 统计学方法

       所有数据采用SPSS 27.0统计学软件进行统计分析。客观图像质量评价指标（SNR、CNR）等连续计量资料采用Shapiro‐Wilk检验进行正态分布检验，符合正态分布的计量资料用平均值±标准差表示，不符合正态分布的计量资料用中位数（四分位数间距）表示；分类变量（主观评分）用频数表示。两组图像客观评价符合正态分布且方差齐采用配对样本t检验，否则采用相关样本Wilcoxon符号秩和检验；图像质量和直肠壁分层结构的主观评分采用相关样本Wilcoxon秩和检验。P<0.05为差异具有统计学意义。医师间的评分的一致性采用Cohen Kappa检验，κ<0.25为一致性差，0.25≤κ<0.50为一致性中等，0.50≤κ<0.75为一致性较好，κ≥0.75为一致性非常好。

2 结果

2.1 入组结果及患者一般资料

       入组受试者35名，其中男21例，年龄（58.80±18.67）岁，女14例，年龄（58.80±18.67）岁。

2.2 客观评价结果

       对矢状位T2WI客观评价结果显示：两组图像矢状位正中层面第三骶骨、子宫壁（女性）、前列腺外周带（男性）SNR差异具有统计学意义（P=0.009、0.023、0.006），直肠壁、臀大肌SNR差异无统计学意义（P=0.052、0.125），直肠壁、前列腺外周带对臀大肌的CNR差异无统计学意义（P=0.696、0.106），第三骶椎、子宫壁对臀大肌的CNR差异具有统计学意义（P<0.001、p=0.009）。

       对轴位T2WI客观评价结果显示：两组图像直肠壁SNR差异无统计学意义（P=0.179），闭孔内肌SNR差异具有统计学意义（P=0.024），直肠壁对闭孔内肌的CNR差异具有统计学意义（P=0.006），结果详见表2。

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表2  客观数据分析及统计结果
Tab. 2  Quantitative (SNR、CNR) analysis and the comparisons of images

2.3 主观评价结果

       图像质量的主观评价显示：两位医师分别在两组图像的矢状位和轴位T2WI上评分的差异有统计学意义（P均<0.05），16C组在矢状位和轴位T2WI质量评分均优于32C组（图3、图4）。两位医师主观评分在轴位T2WI的Kappa值为0.42，一致性中等；在矢状位T2WI的Kappa值为0.59，一致性较好，结果详见表3。

       两位医师对直肠壁分层结构的显示度差异具有统计学意义（P均<0.05），16C组信心均优于32C组。两位医师评分的Kappa值为0.65，一致性较好，结果详见表4。

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图3  女，52岁，直肠中分化腺癌，矢状位（3A）和轴位（3B）T2WI图像。
图4  男，50岁，直肠中分化腺癌，矢状位（4A）和轴位（4B）T2WI图像。
Fig. 3  Sagittal (3A) and axial (3B) T2WI images of a 52-year-old female patient with moderately differentiated carcinoma of the rectum using 32-channel coil and 16-channel coil, respectively.
Fig. 4  Sagittal (4A) and axial (4B) T2WI images of a 50-year-old male patient with moderately differentiated carcinoma of the rectum using 32-channel coil and 16-channel coil, respectively.

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表3  图像质量主观评分及统计结果
Tab. 3  Subjective score of image quality and the comparisons by two doctors

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表4  直肠壁分层结构的显示度评分及统计表
Tab. 4  Subjective score of performence about submucosa, muscularis propria, subserosa and perirectal tissue and the comparisons by two doctors

3 讨论

       3.0 T MRI在盆腔的应用越来越广泛，大量的研究表明，其对子宫卵巢等疾病的诊断和定位有着不可替代的临床价值^{[8, 9, 10]}，对盆底功能障碍的诊断有重要的作用^{[11, 12]}，对前列腺癌的诊断和预后评估具有重要的临床价值^{[13, 14, 15]}，对直肠癌诊断和预后评估同样具有重要的临床价值^{[16, 17, 18]}。本研究使用的3.0 T GE MRI设备无高分辨盆腔专用线圈，对盆腔深部组织的成像性能不佳，为了满足对盆腔疾病的精准诊断的需求，本研究引入全新自主研发国产盆腔专用线圈。通过比较使用国产专用线圈和进口普通线圈在盆腔MRI的图像质量，评价国产线圈在盆腔MRI的成像性能。结果显示16C线圈组图像质量的主观和客观评价均优于32C线圈组。同时为了更加有效的评价16C线圈成像的临床价值，本研究创新性地引入对直肠壁的分层结构显示度的评价，结果显示16C线圈组优于32C线圈组。

3.1 T2WI在盆腔MRI的重要价值

       T2WI不仅能够更明显地发现异常病变，还能提供受检部位及周围组织的解剖学信息，是描绘病变与邻近组织结构关系的最佳选择。由于水在T2WI呈高信号，结合脂肪抑制技术，T2WI较T1WI更容易发现含水量发生异常变化的病变，其对子宫内膜和宫颈^{[19, 20, 21]}、卵巢^[22]、前列腺^{[23, 24, 25]}、直肠肿瘤分期^{[26, 27, 28]}的帮助不亚于弥散加权成像和波谱分析成像等功能性成像序列，仍为MRI的基础成像方法，在临床的诊断中必不可少^{[9, 17, 23]}。因此本研究仅对两组线圈T2WI图像进行评价。

3.2 T2WI质量的客观、主观评价解读

       评价图像质量的重要客观标准是图像的SNR和CNR，SNR高则图像清晰，颗粒感不明显，图像边缘界限分明，CNR高的图像则不同成分组织易于区别，有利于解剖结构的显示和病变的定位及诊断^[29]。本研究结果16C线圈组在矢状位骶骨、子宫、前列腺和轴位闭孔内肌SNR优于32C线圈组。16C线圈组在矢状位第三骶椎、子宫壁和轴位直肠壁的CNR优于32C线圈组。直肠壁的矢状位和轴位的SNR、CNR两个线圈组图像差异无统计学意义。

       评价图像质量另一个重要方法是主观评分，两位医师对所有图像从清晰度、噪声、伪影、可分辨各细小结构、各组织间显示边界锐利清晰程度、组织内结构显示清晰度和诊断信心方面进行评价，结果与客观评价一致，16C线圈组T2WI在矢状位和轴位评分均优于32C线圈组。

       直肠壁的SNR和CNR在矢状位和轴位T2WI两组图像差异均无统计学意义，但主观评价上16C组明显优于32C组。分析原因主要是直肠壁很薄但分层结构复杂，测量ROI很小，所以测量结果容易受到干扰导致差异无统计学意义。

3.3 结果的必然性

       相控阵线圈是目前应用于MRI系统的主要线圈类型，由多个线圈组合排列而成，线圈阵列中的每个线圈均可以同时独立、互不干扰地采集磁共振信号并最终结合成像，成像敏感度高、视野大、信噪比高、均匀性好，且可以实现并行采集^[29]。本研究采用的两个线圈均为相控阵线圈，在其他成像参数均一致的情况下，线圈因素是决定图像质量差异的唯一变量。

       通常图像SNR与线圈通道数成正比，这里通道数是指图像采集时使用或者开放的线圈通道数目。本研究使用16C线圈扫描矢状位高分辨T2WI和轴位小视野T2WI实际启用的线圈通道数是16通道，使用32C线圈搭配床板线圈实际开启线圈通道数是30通道（体部线圈15通道，床板线圈15通道），结果却显示16C线圈在盆腔深部组织成像质量优于32C线圈。分析原因，其一是由于16C线圈的特殊设计使得线圈紧贴扫描部位，同时实现扫描容积的包裹，这会增加填充因子，有利于提高图像SNR^{[29, 30, 31]}；而32C线圈是硬线圈，贴敷性差，而后片在床板中，距离扫描结构远，无法实现扫描视野的容积包括，这些都会导致SNR的降低。其二是由于16C线圈的特殊设计，其表面环形线圈和马鞍形线圈的混合使得多通道线圈之间去耦合效果更好，更利于提高图像的SNR。其三是在一定的容积包裹范围内，虽然16C线圈前半部分与32C线圈相比尺寸稍小一些，但线圈通道数却比32C少近一半，说明32C线圈内单个通道线圈的物理尺寸远小于16C线圈，单通道线圈物理尺寸越小会导致辐射深度越浅，造成越靠近线圈的区域信号越高，而远离线圈的信号就越低。为了克服这种近线圈效应，GE设备提供了相控阵线圈表面强度校准技术（surface coil intensity correction, SCIC）。其作用是校正表面线圈所导致的图像信号不均匀性，使贴近线圈和远离线圈的不同区域组织的信号差异变小，保证获得的图像更加均匀^[32]。本研究中相同序列的图像均采用了SCIC技术，如图3B、4B所示，在轴位T2WI中32C线圈组的图像经校正后中心依旧偏暗，而16C线圈组图像经校正后显示信号均匀，从另一个角度证明16C组图像在盆腔深部组织的SNR更优，同客观主观评价一致。以上结论与先前研究结论一致^{[33, 34, 35]}。

3.4 临床应用价值的评价解读

       直肠是盆腔内重要的结构，直肠MRI在直肠癌治疗前和治疗后的评估中起着关键作用，是直肠癌局部分期的首选成像方式。高空间分辨率T2WI是直肠癌解剖结构评估中最重要的MRI序列^{[36, 37, 38]}。本研究创新性通过比较两个线圈在直肠小视野轴位T2WI上直肠壁分层结构的显示度，来评估两个线圈在直肠MRI的临床应用价值。结果显示16C线圈组优于32C线圈组。16C线圈在直肠MRI中更具有临床应用价值。

3.5 本研究的局限性

       本研究的不足之处为仅对使用两种线圈成像中最有诊断价值的T2WI图像质量进行对比，未针对某种疾病的成像及诊断进行分析研究，未来可以进行更多的研究探索。

4 结论

       在盆腔MRI检查中，应用自主研发16通道专用线圈能够更好地显示盆腔内器官和结构，利于对疾病的定位和诊断，具有明显的临床应用价值。