儿童肝脏动态增强MRI：GRASP-VIBE与CAIPIRINHA-VIBE图像质量比较

引言

肝脏MRI在儿童许多疾病的诊断和监测中发挥着越来越重要的作用。由于其优越的软组织对比度以及无需辐射暴露即可进行功能和灌注成像的能力，它是评估局灶性肝脏病变、血管畸形、先天性异常和肿瘤随访的首选影像学方法[1–3]。

诊断性肝脏MRI的关键要素是动态对比增强（DCE）成像，通常采集多个血管期相（动脉期、门静脉期和延迟静脉期）。这些动态序列能够准确检测和表征病变、评估血管结构以及评价实质灌注[4, 5]。然而，在儿科患者中，由于屏气能力不稳定、配合度不可预测以及相较于成人更快的循环周期，获取高质量动态图像具有挑战性[6]。

传统的屏气T1加权3D梯度回波序列，如CAIPIRINHA-VIBE（受控混叠并行成像高加速容积插值屏气检查），广泛应用于临床实践，在配合良好的成人和青少年中效果良好[7]。它们依赖于屏气期间的快速采集以尽量减少运动伪影并提高时间分辨率。然而，在幼儿中，实现充分的屏气很困难，常导致图像无法诊断[8, 9]。因此，儿童DCE肝脏MRI通常需要实施麻醉或镇静，尤其是当序列依赖屏气配合时。

为应对这些挑战，自由呼吸采集技术已被开发出来。其中一种方法是GRASP-VIBE（黄金角径向稀疏并行），它结合了径向k空间采样、压缩感知和并行成像，允许在自由呼吸期间连续采集动态数据[10]。GRASP-VIBE能够回顾性重建多个对比期相，具有内在的抗运动性和灵活的时间分辨率。这使其在儿科成像中特别有吸引力，因为儿童的自主屏气配合能力有限[6]。

尽管可行性研究表明GRASP-VIBE可在成人中提供具有诊断价值的动态肝脏成像[10–12]，但目前尚无与CAIPIRINHA-VIBE等标准序列的直接比较及儿童数据。因此，本研究的目的是评估和比较GRASP-VIBE与CAIPIRINHA-VIBE在儿童DCE肝脏MRI中的图像质量。

材料与方法

机构审查

本研究经机构审查委员会（柏林夏里特医学院）批准。

研究设计与人群

本回顾性研究纳入了一家三级医疗中心在2022年9月至2024年6月两年期间接受肝脏MRI检查的儿科患者。纳入标准包括：在动态对比增强各期均可获得完整的GRASP或CAIPIRINHA-VIBE序列，以及成像时患者年龄小于18岁。唯一的排除标准是成像数据集中缺少相应序列。GRASP-VIBE和CAIPIRINHA-VIBE序列的使用反映了机构成像方案的时间性调整，其中CAIPIRINHA-VIBE代表初始标准技术，GRASP-VIBE随后作为方案更新的一部分被引入。患者根据其检查实施的时间段接受相应序列。为确保组间可比性，从符合条件的可用检查池中选择病例，以使队列间年龄分布相似。对于每个GRASP-VIBE病例，从可用的CAIPIRINHA-VIBE数据集中选择年龄相当（±1岁）的患者。

MRI方案与采集

所有检查均在同一台3-T MRI系统（Magnetom Skyra，Siemens Healthineers）上使用标准儿童肝脏MRI方案和研究期间相同的软件完成。GRASP-VIBE序列在自由呼吸下采集。CAIPIRINHA-VIBE序列在屏气下获得。两种序列的参数总结于表1。对比剂（0.1 mmol/kg）以1 mL/s经静脉给药，随后以20 mL生理盐水冲管。CAIPIRINHA-VIBE成像包括四个期：增强前、动脉期（注射后约20–30 s）、门静脉期（60–70 s）、延迟静脉期（约180 s）。

由于GRASP-VIBE数据在自由呼吸期间连续采集，可重建连续采集的无限时间点。由一名阅片者从GRASP-VIBE数据集中手动选择对应于传统CAIPIRINHA-VIBE期相时间四个时间期的代表性图像，该阅片者选择最能代表各期相的图像。

图像评估

两名接受过儿童放射学专科培训的放射科医师（分别具有13年和7年经验）独立在临床PACS工作站上使用专用比较平台[13]审阅原始匿名DICOM图像文件。其中一名阅片者在评估前为每个解剖层面选择代表性图像。所有图像均可在平台内进行窗宽和窗位调整以优化显示。采用两选项强制选择范式评估主观图像质量[13–16]。向阅片者呈现来自同一对比期的GRASP-和CAIPIRINHA-VIBE采集的配对图像，并要求其根据运动伪影、图像锐利度、对比时机、血管和器官界定以及整体诊断信心指出哪幅图像提供更好的诊断质量。整体诊断信心由两名儿童放射科医师对每个图像对进行主观评估，阅片者指出哪种序列在建立可靠诊断方面提供更大信心。这一结构化评估反映了标准临床决策过程。

对于每个期相，使用血管标志物在四个代表性解剖层面匹配图像对，以评估解剖位置对阅片者偏好的影响：肝静脉与下腔静脉汇合处、肝静脉与下腔静脉汇合处与肝门之间的外周肝静脉、肝门及腹腔干起始处。鉴于每组40幅图像的样本量，每个解剖层面产生40对配对比较，每个期相共160次比较，每位阅片者在所有四个对比期相中共计640次比较。患者配对按年龄匹配，以减少图像质量评估中潜在的年龄相关偏倚。

进行了一项亚组分析以评估麻醉对阅片者偏好的影响。在640对图像中，366对来自未实施麻醉的检查，240对来自实施麻醉的检查，34次比较为混合来源，因此被排除在该亚组分析之外。

进行了另一项亚组分析以评估患者年龄对阅片者偏好的影响。年龄组根据典型临床实践定义：6岁以下儿童（该年龄段MRI扫描通常在麻醉下进行）、6-12岁儿童（通常无需麻醉进行扫描），以及12岁以上青少年作为独立的第三组进行分析。

一位阅片者进行了两次图像评估，间隔3个月，以测量评分者内一致性。

评估中使用的配对图像比较界面示例见图1。

统计分析

使用描述性统计总结患者人口学特征和成像参数。对于每个期相和（亚）组，使用混合效应模型分析阅片者偏好，并针对50%的零假设进行检验。阅片者内和阅片者间一致性使用Cohen's kappa评估，分类为无、轻微、一般、中等、显著和近乎完美一致性[17]，并计算一致率（两位阅片者选择相同成像方案作为首选序列的图像对百分比）。麻醉与未麻醉病例之间GRASP偏好的差异，以及患者年龄组之间GRASP偏好的差异，使用以阅片者和比较为随机效应的混合效应模型进行分析。p值<0.05被认为具有统计学意义。

结果

研究人群

共有70名儿童患者纳入研究。GRASP-VIBE队列（n = 40）平均年龄8.5岁（中位数8，范围0–17），其中女性19名；CAIPIRINHA-VIBE队列（n = 40）平均年龄8.4岁（中位数8，范围0–17），其中女性18名。10名患者在不同日期接受了两种成像检查作为其临床随访的一部分。1名CAIPIRINHA和2名GRASP-VIBE患者接受了钆塞酸二钠（Primovist®，Bayer）；所有其他患者接受了钆布醇（Gadovist®，Bayer），每次按临床标准剂量0.1 mL/kg给药。MRI的适应证分为五类：肿瘤随访、先天性肝病、感染/炎症、偶发病灶和血管异常。各适应证在各组间的分布均衡（表2）。

总体偏好

在所有评估的增强后期相中，GRASP-VIBE均优于CAIPIRINHA-VIBE。偏好最为明显的是门静脉期，GRASP-VIBE被选择的比例为83.1%（p < 0.001），紧随其后的是动脉期（82.2%，p < 0.001）。在延迟静脉期，GRASP-VIBE在71.3%的病例中更受青睐（p < 0.001）。在平扫期，GRASP-VIBE被选择的比例为59.4%（p = 0.45）。这一较低值主要是由经验更丰富的读者对CAIPIRINHA-VIBE的强烈偏好所驱动。图2展示了每位读者和每个期相的评分分布；结果的详细分解，包括所有亚组分析，见表3。

麻醉的影响

麻醉的使用显著影响了偏好模式：在无麻醉情况下，GRASP-VIBE的偏好在所有期相中均持续较高（动脉期86.4%，门静脉期85.6%，延迟静脉期78.8%，均p < 0.001），相比有麻醉情况（动脉期78.3%，p < 0.001；门静脉期81.7%，p < 0.001；延迟静脉期64.2%，p = 0.17）。

在平扫期，无麻醉时GRASP-VIBE的偏好达到65.8%（p = 0.32），而有麻醉时偏好降至52.5%（p = 0.83）。

在平扫期（p = 0.02）和静脉期（p = 0.02）以及总体（p < 0.001）中，无麻醉时对GRASP的偏好显著高于有麻醉时。

解剖层面的影响

图像比较的解剖层面对于增强期相中GRASP-VIBE偏好的主导趋势无显著影响。从动脉期开始，GRASP-VIBE在各解剖层面上均被一致评为更优。出现了一些变化：动脉期偏好在所有解剖层面均较高（78.2–85%，均p < 0.01）。

门静脉期偏好在所有解剖层面均保持较高（81.3–85.0%，均p < 0.05）。

所有解剖层面的平扫期对GRASP-VIBE的偏好明显较低（52.5–63.8%），且无统计学显著性。

年龄依赖性

对GRASP-VIBE的偏好随患者年龄增长而增加，在青少年中达到峰值。0–5岁（n = 120）：各期相中GRASP-VIBE偏好率最低（动脉期68.3%，p < 0.001，延迟静脉期57.5%，p = 0.43，无统计学意义）。平扫期偏好率为51.7%，p = 0.90——为各年龄组中最低。

6–12岁（n = 96）：偏好率明显更高（动脉期87.2%，p < 0.001，延迟静脉期78.1%，p < 0.001）。

> 12岁（n = 96）：偏好率最高，尤其是动脉期（92.9%，p < 0.0001）、延迟静脉期（80.2%，p < 0.001）和门静脉期（85.2%，p < 0.001）。

在延迟静脉期，年龄较大组的GRASP偏好率显著高于年龄较小 组。

阅片者间一致性

所有期相的总体阅片者间一致性为一般，κ = 0.34或一致率74%。一致性在各对比增强期相之间有所差异：Cohen's kappa显示动脉期（κ = 0.51，一致率86%）和延迟静脉期（κ = 0.48，一致率79%）为中等信度，门静脉期为一般一致性（κ = 0.21，一致率78%），而平扫期一致性较低（κ = 0.18，一致率55%）。各期相阅片者间一致性的详细结果总结于表3。

阅片者内一致性

所有期相的总体阅片者内一致性为中等，κ = 0.60或一致率80%。一致性在各期相之间有所差异：Cohen's kappa显示动脉期（κ = 0.71，一致率86%）、延迟静脉期（κ = 0.64，一致率82%）和门静脉期（κ = 0.67，一致率84%）为高度信度，而平扫期一致性为一般（κ = 0.38，一致率69%）。各期相阅片者内一致性的详细结果总结于表3。

讨论

两名阅片者在儿童肝脏MRI所有对比增强期相中均显著偏好GRASP-VIBE而非CAIPIRINHA-VIBE图像。结果在不同阅片者之间保持一致，尤其在动脉期和门静脉期对比增强期相中更为明显，GRASP-VIBE在高达83%的总体病例中被偏好。

回顾性重建的GRASP-VIBE在所有患者中均提供了稳定、高质量的动脉期图像。尽管已知儿童动脉期屏气成像中的短暂运动伪影较少见[8, 18]，但GRASP-VIBE的自由呼吸特性结合其回顾性重建能力，减少了对团注跟踪和屏气精确性的依赖。这对儿科成像具有价值，尤其是在依从性差的情况下，这一点在无全身麻醉操作中对GRASP-VIBE偏好增加中得到了强烈体现。在所有期相中，非麻醉亚组对GRASP-VIBE的偏好率始终较高（例如，动脉期86%，门静脉期86%），突显了该方法在常规、非镇静儿科实践中的稳健性。亚组分析进一步显示了年龄和镇静状态对序列偏好的影响。年幼儿童（0-5岁）和在麻醉下接受MRI检查者（两组人群 largely 重叠）对GRASP-VIBE的偏好最低，但仍为正向。相比之下，年龄较大的儿童和青少年主要在无麻醉下接受检查，其偏好率显著更高。这一模式可能反映了图像采集期间不同的呼吸条件。在全麻控制机械通气下，呼吸运动可得到有效管理，屏气指令可可靠执行。在此设置下，GRASP-VIBE与CAIPIRINHA-VIBE之间的图像质量差异较不明显。相反，在自由呼吸条件下接受检查的非镇静儿童中，临床常规中的屏气依从性可能多变。在这些情况下，GRASP-VIBE的运动稳健性变得更加相关，从而增加了其相对优势。在门静脉期和延迟期，阅片者在超过70%的病例中偏好GRASP-VIBE。这一优势在所有解剖区域均稳健，且在非镇静和年龄较大的儿科患者中尤为明显。

总体阅片者间一致性为中等（κ = 0.34），反映的是单个图像评分水平上的一致性。在某些期相中观察到的相对较低的阅片者间一致性可能反映了图像质量的细微差异以及二元强制选择设计，该设计即使在近乎等效的图像对中也要求做出偏好选择。这可能增加单个比较水平的变异性。重要的是，两位阅片者独立地在所有增强期相中均表现出一致的总体GRASP-VIBE偏好，表明观察到的效应是系统性的而非随机的。在评估的期相中，动脉期显示出数值上最高的一致性。平扫期和门静脉期较低的κ值可能反映了这些设置中存在的更细微图像差异或对伪影耐受的更主观阈值。

从临床角度来看，GRASP-VIBE可能使更大比例的儿科患者能够获得高质量的肝脏成像。通过减少对配合和屏气的需求，它可能减少对全身麻醉的需求、操作时间、患者风险和机构成本。虽然GRASP-VIBE能够灵活重建多个对比期相，但这可能导致数据量增加以及潜在更高的工作流程需求。然而，在临床实践中，重建可以限制在少数具有诊断相关性的期相，从而减轻这一影响。

研究局限性

本研究的局限性包括回顾性设计和图像评估的定性性质。图像质量评估仅依赖于经验丰富的儿科放射科医师的结构化主观评价，缺乏客观或半定量指标如信噪比或对比噪声比。虽然这反映了常规实践中的临床决策过程，但限制了序列之间的定量比较。队列规模虽然足以进行初步比较，但可能无法反映罕见病变或更广泛的年龄分布。由于儿科成像中的伦理和实践限制，GRASP与CAIPIRINHA-VIBE序列之间的个体内比较不可行。除了一名患者——因临床指征原因在短时间间隔内接受了两种序列检查——所有比较均在不同个体之间进行。对于另外九名同时接受两种成像方案的患者，检查之间的间隔时间过长，无法在保持适当年龄可比性的同时进行有意义的个体内比较。此外，仅有三名患者接受了钆塞酸二钠，限制了对比剂特异性亚组分析。运动伪影可能导致轴位层面之间出现“阶梯”状伪影，而这些在单个层面上无法识别。在本研究设计中，这可能导致了低估自由呼吸GRASP的整体获益。未进行与临床结局或病变检测准确性的相关性分析。对病变检测的可靠评估需要实质不同的研究设计，此类研究将很有价值，我们认为这是一个重要的未来研究方向。读者内一致性仅基于单一读者进行的两次重复评分计算。本研究的一个潜在局限性在于，GRASP-VIBE期相的代表性图像由其中一位读者手动选择以最佳代表每个标准对比期相，而CAIPIRINHA-VIBE中相应期相由采集方案自动提供。当然，对比剂 timing 并非成像序列的固有属性；然而，获得最佳定时期相的能力是临床图像质量的重要方面。虽然这种手动选择可能在主观图像质量评估中引入偏倚来源，但它也突出了GRASP-VIBE的一个关键临床优势，即即使在呼吸不规则或对比剂 timing 变化的患者中也能实现最佳期相识别。尽管存在这些局限性，本研究提供了支持GRASP-VIBE用于常规儿科肝脏成像的有力证据。进一步的前瞻性研究应评估诊断准确性、对比剂特异性效应和长期临床实用性。

结论

本研究表明，在小儿肝脏MRI的所有增强后分期中，就阅片者偏好而言，GRASP-VIBE显著优于CAIPIRINHA-VIBE。GRASP-VIBE的优越性在动脉期和门静脉期尤为明显。GRASP-VIBE的自由呼吸方式和灵活的回溯性重建使其成为一种稳健且对患者友好的替代方案，并可能减少全身麻醉的需求，因为它不需要屏气动作，从而提高了工作流程效率。随着运动稳健技术变得更广泛可用，它们很可能成为小儿腹部成像的标准诊疗方式。未来研究应探索更广泛的临床应用，包括病灶检测性能和定量灌注分析。

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