关键词：弥散加权成像 磁共振成像
来源： CHKD期刊全文库《中国医学影像技术》2008年11期
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（本文作者：中南大学湘雅二医院 李华兵等）
MRI 因其优异的软组织分辨力和多平面成像在医疗活动中起着越来越重要的作用。MRI 的成像技术也越来越多,背景信号抑制弥散加权体部成像序列( diffusion weightedwhole body imaging with background body signal suppres－sion , DWIBS) 是MR 成像技术的一种新的方法。自应用临床以来,在颅脑、神经、胸部、肝脏及腹盆部等部位的病变诊断中发挥了重要的作用。本文对DWIBS 的发展、原理、临床应用等方面综述如下:
1 DWIBS 的概述
1.1 DWI 的原理、方法及不足 DWI 是近年来应用于临床的MR 成像新技术,是唯一能反映活体组织内水分子扩散运动的成像技术。它属于磁共振功能成像的一部分,简单、无创,它的物理基础是水分子在活体中自身特有的随机热运动(布朗运动) 。在磁场不均匀的情况下,弥散运动加速了局部自旋质子失相位的过程,如果水在体素内能自由移动(扩散) ,则该处会失相位,因此信号强度降低;反之,如果水的扩散受限制,很少失相位,该处局部信号强度较高。Hahn 在1950年首次注意到水弥散对MRI 信号的影响,Stejskal 和Tanner在1965 年最早描述了DWI 序列,在SE 序列中180°脉冲前后的两侧,对称加入梯度场(扩散梯度) 即可测得一段时间内、一个方向上的水分子位移状态的图像, 即弥散加权像(diffu-sion weighted imaging , DWI) 。1986 年DWI 开始用于临床,其弥散加权程度用b 值(弥散敏感系数) 表示:b = (δA) ( △-δP3) 。由于生理状态下在细胞外间隙内移动的水分子b 值受液压、浓度、渗透压、温度及细胞外间隙的空间几何形状等多种因素影响,其运动速率很难用DWI 精确测量,因此通常是计算其近似弥散系数也称表观弥散系数(apparent diffusioncoefficient , ADC) 来表示。近年来,DWI 开始较多的用于颅脑、淋巴结与全身肿瘤,取得了很好的临床效果。但是由于活体组织的弥散系数受到许多微循环因素如毛细血管灌注、体液的流动、细胞的渗透性等影响;同时又受宏观因素如呼吸、血管搏动、肠道蠕动等生理活动的影响。在DWI 体部成像过程中,需克服生理运动所带来的影响,又要保证对于微观运动的敏感性,屏气扫描能避免大幅度运动导致的伪影产生,但由于屏气所局限的扫描时间,使得薄层DWI 无法获得充分的信噪比,因此呼吸对胸部和腹部的扫描影响很大,导致不能对胸部和腹部进行大范围的扫描。
1.2 DWIBS 的发展与技术特点 DWIBS 是2004 年由日本学者开发的一种弥散加权成像技术, 最早应用于肿瘤和淋巴结的弥散成像研究。该序列将弥散加权成像与脂肪抑制和快速成像技术结合,而获得的不受呼吸,成像时间长限制的DWI 成像,使其不仅用于颅脑也可以用于胸部、腹部、盆腔甚至全身。DWIBS 是体部磁共振扩散加权成像一种新的技术,它可以在自由呼吸状态下完成大范围(包括胸部、腹部及盆腔) 薄层扫描,经3D MIP 重建得到高信噪比、高分辨率的图像;通过背景抑制及黑白翻转技术, 对病变的显示达到同PET 相媲美的效果:直观、立体地显示病变部位、形态、大小及范围,并可行ADC 值和体积的定量测量。DWIBS 的核心技术包括: 单次激发平面回波成像(echo planar imaging ,EPI) 、短T1 反转恢复时间成像( short T1 inversion recovery ,STIR) 和敏感编码技术( sensitivity encoding , SENSE) 。EPI是目前最快速的MR 扫描技术,可以基本去除体部的运动伪影,但是EPI 对磁敏感性伪影非常敏感,而且化学位移伪影较重,加以并行采集技术阵列射频线圈SENSE 的运用,加快了扫描速度,使扫描时间缩短到原来的1/ 3 左右,这样能基本去除运动伪影的影响,提高图像的空间分辨力,保证了体部弥散的图像质量。良好的梯度场线性使图像几何变形小,保证了均匀的b 值,使测得的组织内水分子的表观弥散系数(ADC) 值更接近于D(弥散系数) 值,从而更真实地反映水分子的弥散运动。STIR 技术有完全、均匀的脂肪抑制效果,可有效解决EPI 造成的化学位移伪影,并同时采用匀场来减少磁敏感伪影,使背景噪声降低,图像对比增加,提高全身成像3D 重建图像的质量,病变部位得以清晰显示,利用黑白翻转技术,使病变的显示达到类PET 效果。DWIBS 技术对全身的肿瘤转移灶非常敏感,对于发现较小的转移灶很有帮助。大量的病例和PET 对照实验表明DWIBS 诊断转移性病变的符合率已达到90 %以上。
2 DWIBS 的临床应用
2.1 DWIBS 在颅脑的临床应用 脑血管疾病是造成人类亡和致残的重要原因, 高居人口死亡原因第2 位。常规影像检查(包括CT 和MRI) 对于脑卒中,尤其是急性脑梗的诊断缺乏敏感性和特异性。近年来,功能磁共振成像进入临床,通过DWI 方法发现梗死组织,它们可以发现常规T2WI 不能发现的早期脑梗死病灶,特别是6 小时内的小病灶。DWI 是唯一能反映分子弥散特性的成像方法,对水分子的弥散运动的敏感性达48 %～94 % ,特异性达86 %～100 % ,其高信号反映梗死区水分子弥散运动受限。DWI 在脑部的应用对超急性期脑梗死的诊断价值以得到公认。由于脑组织成分均匀,伪影较少,所以DWI 技术最早在脑部得到应用,不仅可发现脑梗死,也可用于鉴别囊性和富含水分的脑肿瘤和实性肿瘤。但Sugahara 等的研究显示其对恶性脑肿瘤的诊断也很有价值,而DWIBS 对转移瘤,尤其是对恶性病变的鉴别具有重要意义。
2.2 DWIBS 在肝脏的临床应用 近年来随着MRI 硬件和软件技术的发展,图像质量的改善,弥散加权成像在体部的应用日益增多。在临床上对肝脏疾病的诊断有很高的应用价值。临床常用ADC 值来代替组织的弥散系数,对分子的弥散能力进行定量分析,从而从分子水平反映组织的病理学改变。有文献报道,ADC 值还与序列中采用的弥散加权系数b 值的大小有关,b 值愈大所测得的ADC 值稳定且愈接近于真实D 值;但是存在一些问题,随着b 值的提高,DWI 图像的信噪比下降,磁敏感伪影加重。有研究表明: b = 600 s/ mm*2时的DWI 图像质量与对比均较为满意,肝脏肿瘤的DWI 信号强度与ADC 值呈负相关,这与弥散成像原理是一致的;对于b = 600 s/ mm*2 的肝脏DWI 图像,可以通过病灶的信号强度间接推断肿瘤的弥散特征。水分子的弥散运动强,ADC值越大;活体组织内水分子的弥散与组织的空间结构有关,组织细胞成分越多,组织间隙越小,水分子的弥散运动越受限,ADC 值越小。这样就可以通过肝囊肿、肝血管瘤、肝癌的主要成分得出ADC 值和DWI 图像上的信号来分析出病变的性质。文献报道肝转移瘤ADC 值最低,肝囊肿最高;肝癌、肝转移瘤与肝囊肿、肝血管瘤的平均ADC 值之间存在显著差。Kim 等研究认为,肝脏良性病变的ADC 值多> 116 ×10*-3 mm*2 / s ,恶性病变的ADC 值多< 116 ×10*-3 mm*2 / s ,ADC值116 ×10*-3 mm*2 / s 作为鉴别肝脏良恶性肿瘤的分界点敏感性达98 % ,特异性为80%,DWIBS 技术在肝脏病变的临床应用还需要进一步的探索研究。
2.3 DWIBS 在胸部的临床应用 传统的扩散加权成像为了减轻呼吸运动相关的伪影,需要在屏气条件下完成扫描,由于屏气采集时间所限,不可避免地牺牲了一部分图像分辨率和信噪比;此外因屏气扫描层数所限,覆盖大范围的扫描难以实现。一个主要的限制就是扫描时间较短,导致成像质量较差。鉴于传统DWI 成像方法的局限性, Takahara 等开发了一种新的成像方法(DWIBS) 来获得薄层DWI ,使用自由呼吸,可以在一个稍长的时间内提供多层面激励和信号平均次数,利用短T1 翻转回复(STIR)-EPI 序列能够有效地抑制脂肪,这提高了全身成像3D 重建图像的质量。在高场强磁共振中,采用自由呼吸,层厚4 mm ,STIR 脂肪抑制技术以及TR 值6000 ms 以上可以获得高质量的DWI 图像, 从而保证了MPR 及3D MIP 图像的实现。背景信号抑制好,可以立体直观的显示病变及淋巴结,经过黑白翻转技术,达到与PET 类似的效果,而获得“仿PET”图像或“类PET”图像。有文献报道DWIBS 及动态增强扫描对乳腺癌也有较高的诊断价值,该方法将血管,肌肉,脂肪及邻近短T1 信号的组织器官很好的抑制,突出显示恶性病灶为低信号,可以很好地显示乳腺癌的原发,浸润及转移病灶。对乳腺癌的分期评价意义较大。DWIBS 技术在胸部的使用可以使我们延长时间和扩大扫描范围,这样就能为诊断提供更多的信息。
2.4 DWIBS 在周围神经的临床应用 近年来迅速发展的MR 神经成像(magnetic resonance neurography , MRN) 使MRI 对周围神经的成像进入一个新的里程,它使周围神经显示为高信号犹如数字减影血管造影( digital subt raction angi-ography , DSA) 显示血管一样, 用最大强度投影进行图像重建可获得只有神经的图像。以往文献报道获得周围神经MRN 图像主要有两种方法,一种是弥散的方法,但因为需要较高梯度场而难以应用于临床阶段;弥散加权MRN 成像需要更短的成像时间,而且体部器官的生理运动对弥散成像的影响较大,会造成较严重的伪影,并且需要较高梯度场因此难以应用于临床。另一种是用重T-TSE 的方法,可以在115 T 的MR 机上获得人体周围神经的MRN 图像,而最近见于报道的就是DWIBS ,将STIR 压脂技术和EPI 快速扫描相结合,能够获得背景信号抑制较完全的、不受呼吸伪影影响的体部弥散加权图像。高立等在臂丛神经的研究中采用DWIBS 序列得到的臂丛神经的图像,去除了运动伪影和复杂背景信号的影响,使臂丛神经与周围组织的对比噪声比提高,臂丛神经显示为高信号,神经节呈明显高信号,节前神经根亦能清晰辨认。在工作站中进行图像后处理,行最大强度投影(MIP) 图像重建,可获得任意角度的臂丛神经图像。应用DWIBS 序列可获得令人满意的神经弥散加权MRN 图像;与常规序列相比, DWIBS 序列可清晰显示神经病变,对于细微病变及征象的显示也令人满意,能够基本满足临床对神经病变的诊断要求,对于病变的定位尤具优势。该序列应是目前臂丛神经最新的且值得推广的弥散加权MRN ,有良好的临床应用前景。
2.5 DWIBS 在体部其他部位的临床应用 DWIBS 可以使用在体部的各个部位,如腹部和盆腔等部位也有很高的诊断价值。在腹部和盆腔的常规扫描无论平扫还是增强都难以确定是否存在转移灶,但DWIBS 扫描可以清楚显示,并不受呼吸影响,也不需要刻意进行肠道准备,增强后扫描也不受影响,但是还存在一些问题如组织分辨率较低,为了突出病变的显示周围背景被抑制,不利于定位诊断等。为了解决这些问题, 故在行DWIBS 序列时, 也行常规( T1WI , T2WI ,SPAIR) MR 扫描。相比常规扫描DWIBS 在部分患者进行增强扫描时由于患者是过敏体质或体质太差等原因而不能行增强扫描时,DWIBS 扫描在病灶的发现和范围的显示上作用就更明显。
综上所述,DWIBS 由于不受呼吸,成像时间和扫描范围的限制,在体部扫描比常规的扫描方法更有优越性和敏感性,且因为它的3D 重建技术可以作为PET 的替代工具。也可以用于检测和鉴别肿瘤的性质及全身转移灶的筛查,在对神经成像上的显示也取得了令人满意的效果,对病变的定位尤具优势。尽管这种方法在临床上的应用目前还只是处于开始研究阶段,但其在体部MR 成像方面的应用前景是不可估量的。当前DWIBS 还存在信噪比低,空间分辨力有限等问题需要解决,今后随高场磁共振的应用及技术设备的改良提高,成像参数的优化,应能广泛的应用于临床且能获得质量更好的、更合适于临床的全身DWIBS 图像。
