胡然,曾國飛,方玉,楊華

(重慶市中醫(yī)院放射科,重慶 400021)

基于笛卡爾采集的K空間共享三維容積快速動態(tài)成像技術(differential sub-sampling with cartesian ordering,DISCO)是一種三維擾相梯度回波序列,具有高時間和空間分辨率,不僅能夠很好的顯示組織形態(tài)學改變,還能反映組織的微循環(huán)及血流灌注的情況,從而對病變組織的血管內(nèi)皮通透性、血流量進行定性及定量評價[1]。目前,該技術在血管成像、腫瘤良惡性鑒別等方面已取得良好的效果[2-4]。本文就DISCO的臨床應用進展作一簡要綜述。

1 DISCO的基本原理

DISCO序列是一種能夠提供高時間和空間分辨率的三維擾相梯度回波的序列,其采用了水脂分離技術、偽隨機變量K空間分割技術及K空間共享重建的技術進行數(shù)據(jù)采集。DISCO序列K空間點的偽隨機分布是通過一種可變信號K空間欠采樣技術實現(xiàn)[1]。DISCO序列每個時相K空間數(shù)據(jù)被分為兩個區(qū)域,即中心區(qū)域A和外周區(qū)域B,在每個期相中心區(qū)域A內(nèi)的數(shù)據(jù)都被完全采樣;為了能更好的降低由外部K空間欠采樣引起的偽影,外周區(qū)域B內(nèi)的數(shù)據(jù)則以偽隨機模式獲得[1]。此外,DISCO序列采用了2點Dixon脂肪水分離重建算法,并使用了高接收器帶寬,能在三維擾相梯度回波序列的單個重復時間中采集反相和同相回波,再經(jīng)過鄰近視圖共享、自校準混合空間并行成像技術及Dixon相位校正重建技術,實現(xiàn)在每個重建階段產(chǎn)生僅脂肪和水的圖像,大大減少了掃描時間,并獲得了良好的脂肪抑制圖像,有利于病灶的顯示[5-7]。

2 DISCO技術在磁共振血管成像中的應用

DISCO序列不僅能夠縮短掃描時間,還能動態(tài)的顯示血管與病灶的血流動力學變化,通過對多動脈期圖像的后處理重建,能夠獲得類似CTA檢查效果。Hope等[8]研究發(fā)現(xiàn),DISCO序列能在一次屏氣期內(nèi)進行多動脈期采集,提供多個血管顯影時相,準確顯示肝血管解剖,還能獲取最佳動脈成像來顯示肝臟局灶性病灶。袁元等[9]則對DISCO序列與CTA肝血管解剖成像進行了比較,研究發(fā)現(xiàn)兩者對肝動脈及其主要分支的顯示效果無明顯差異,且MRI沒有電離輻射,可為臨床提供更全面的信息。研究[10]還發(fā)現(xiàn),DISCO序列能夠清晰的顯示肢體末端小動脈分支,同時能很好的評估肌肉、肌腱等軟組織受累情況,目前該技術已用于診斷和評價手部多發(fā)海綿狀血管瘤、多指畸形、動靜脈畸形、動脈粥樣硬化及舟骨骨折術后情況。此外,在顱內(nèi)動脈瘤形態(tài)學特征顯示方面,DISCO技術比臨床常規(guī)使用的時間飛躍法能更好的顯示動脈瘤內(nèi)血栓及動脈瘤囊的形態(tài),而且DISCO序列覆蓋范圍更廣,掃描時間更短,有利于患者的配合并最大限度地減少運動偽影[11]。因此,DISCO序列是一種準確無創(chuàng)的血管成像技術,結(jié)合后處理重建,有助于全面評價血管病變的性質(zhì)、部位及范圍。

3 DISCO在磁共振動態(tài)增強中的應用

3.1 磁共振動態(tài)增強藥代動力學模型、參數(shù)及意義

目前動態(tài)增強磁共振成像常用的藥代動力學模型是房室模型,由于房室模型涉及的參數(shù)數(shù)量少、簡單,且能夠反映組織的生理學狀況,所以近年來應用廣泛[12]。房室模型可分為單室、雙室和三室模型。單室模型忽略了血管內(nèi)容積,認為血管內(nèi)和血管外間隙是一個組織空間,對比劑將進入到一個均勻混合的組織空間內(nèi)。雙室模型將組織分為血管內(nèi)和血管外細胞外間隙(extravascular extracellular space,EES)兩個獨立的空間。三室模型則將組織分為血管內(nèi)、血管內(nèi)細胞外及細胞內(nèi)三個獨立的空間。然而,在實際應用中,雙室模型由于其參數(shù)簡單且能夠反映組織生理學狀況,所以應用最為廣泛[13-14]。

DISCO動態(tài)增強數(shù)據(jù)分析常用的參數(shù)有半定量參數(shù)和定量參數(shù)。半定量參數(shù)主要是對對比劑廓清的速度和幅度進行量化,常用的有增強曲線下初始面積(initial area under the gadolinium curve,IAUGC)、最大增強斜率(maximum slope of increase,MaxSlope)、對比增強比率(contrast enhancement rate,CER)等[15-17]。半定量參數(shù)具有簡單直接的優(yōu)點,可完整分析整個循環(huán)周期的時間-信號曲線,無需將MR信號強度曲線轉(zhuǎn)換為造影劑濃度曲線。但是半定量參數(shù)不能直接反映組織生理學狀態(tài),且半定量參數(shù)易受多種因素影響,如MR掃描設備及參數(shù)、信號強度等,因此其使用的重復性會受到一定的影響[18]。

定量參數(shù)是經(jīng)過合適的藥代動力學模型動態(tài)獲取組織濃度曲線,從而推算與血管分布相關的參數(shù),其能夠反映組織微循環(huán)灌注和血管通透性,而且還將血管內(nèi)和血管外組織間隙聯(lián)系起來。主要參數(shù)有:(1)容積轉(zhuǎn)移常數(shù)(Ktrans),表示單位時間內(nèi)對比劑由血液滲透到EES的轉(zhuǎn)運系數(shù),其生理意義取決于感興趣組織血流灌注量和毛細血管滲透性的平衡,在組織高滲透性情況下,Ktrans值可評估組織的血流灌注量,而在組織低滲透性情況下,Ktrans值主要代表EES與血漿之間的滲透表面積;(2)反向容積轉(zhuǎn)移常數(shù)(Kep)表示單位時間內(nèi)對比劑從EES流回血管內(nèi)的速率,Kep很大程度受毛細血管滲透性影響,血管滲透性增加,Kep就增加;(3)每單位體積組織的血管外細胞外間隙容積(Ve),其表示在EES內(nèi)分布參與循環(huán)的對比劑的量,可反映EES的大小[19-20]。

3.2 DISCO對動態(tài)增強時間分辨率的提升

傳統(tǒng)的動態(tài)增強MRI序列,大多數(shù)空間分辨率較高而時間分辨率不足,而DISCO技術通過笛卡爾采集將橢圓排序的3D K空間分割成環(huán)形區(qū)域,并且交替采集中央?yún)^(qū)域和外周區(qū)域,減少采集時間,同時采用并行成像技術,以保證在相對較高空間分辨率的情況下同時提高時間分辨率。Clarke等[21]對26例慢性肝病患者進行DISCO成像,在保證空間分辨率的情況下,屏氣28 s獲取7期圖像,時間分辨率為4 s/期,實現(xiàn)了肝臟增強MRI多動脈期采集,從而有助于評估肝臟富血供病灶的強化特征。唐鶴菡等[22]對56例肝臟惡性病變患者進行DISCO成像,將時間分辨率進一步提高到3 s/期,1次屏氣18 s獲取6期圖像,不僅有助于患者完成屏氣動作,而且提高了肝臟動脈晚期采集效率,提供了更多機會觀察腫瘤動態(tài)增強模式。Ichikawa等[23]則比較了肝臟多動脈期DISCO成像與單動脈期成像診斷環(huán)形強化肝細胞肝癌的可靠性,其DISCO序列的時間分辨率為3～4 s/期,1次屏氣22～26 s獲取6期圖像,單動脈期成像為1次屏氣18 s獲取1期圖像,該研究發(fā)現(xiàn)多動脈期DISCO成像增加了環(huán)狀強化的肝細胞肝癌的檢出率,提高了診斷肝細胞肝癌的可信度。

Morrison等[24]對乳腺DISCO序列與臨床常規(guī)的乳腺MRI掃描序列進行了比較,DISCO序列能提供較常規(guī)序列快6倍的有效時間分辨率,生成更精確的時間-信號強度曲線,有利于病灶的定性診斷,但是DISCO序列在顯示圖像質(zhì)量方面要略低于臨床常規(guī)序列。Saranathan等[7]為了解決DISCO序列因提高時間分辨率而圖像質(zhì)量欠佳的問題,其在對乳腺癌動態(tài)增強MRI研究中,將DISCO采樣模式與鎖孔方法相結(jié)合來提高序列的空間分辨率,并采用“一鍵式”技術,消除了采集之間切換的延遲、患者移動偽影及不同預掃描參數(shù)的量化錯誤,最終所得的動態(tài)圖像明顯比傳統(tǒng)低空間分辨率動態(tài)圖像更清晰,能更好的顯示腫瘤的細節(jié)。因此,DISCO動態(tài)增強序列能夠在保證空間分辨率的前提下,提高時間分辨率,從而提供更多的機會觀察腫瘤動態(tài)增強模式,提高疾病診斷的準確率。

3.3 采用DISCO的動態(tài)增強在良惡性腫瘤鑒別診斷中的應用

DISCO動態(tài)增強序列與傳統(tǒng)的動態(tài)增強序列一樣,可以通過后處理得到反映病變血流動力學的定量及半定量參數(shù),但是既往研究中動態(tài)增強序列的時間分辨率較低,處理后的血流動力學參數(shù)可能存在一定的失真。目前DISCO動態(tài)增強技術已應用于胰腺和乳腺良惡性病灶的診斷和鑒別診斷中。郭亞飛等[25]采用DISCO序列對乳腺的良惡性病變進行了定量及半定量分析,并將病理結(jié)果作為對照,發(fā)現(xiàn)乳腺良性病變的Ktrans、CER、IAUGC、Ve、MaxSlope值低于惡性病變,特別是定量參數(shù)Ktrans及Ve值,其診斷乳腺良惡性病變的敏感度及特異度均大于70%,此結(jié)果與Li等[26]的研究結(jié)果有相似之處。除此之外,郭亞飛等[25]的研究由于時間分辨率的提高,其半定量參數(shù)診斷乳腺良惡性病灶的特異度及敏感度較先前研究有明顯的提高,其中半定量參數(shù)MaxSlope診斷乳腺良惡性病灶的特異度提高達82.9%,而CER、IAUGC診斷乳腺良惡性病灶的敏感度提高達94.6%、89.2%[25,27]。

Donati等[28]用動態(tài)對比增強DISCO序列來定量分析胰腺疾病,研究發(fā)現(xiàn)雖然正常胰腺、胰腺導管腺癌、胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤及慢性胰腺炎的平均灌注參數(shù)值與之前文獻研究結(jié)果存在差異,但是正常胰腺和局限性慢性胰腺炎的Ktrans、Kep值要高于胰腺導管腺癌,神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的Ktrans、Kep值高于其他局灶性病灶和正常胰腺,與先前研究[29-33]一致;進一步研究發(fā)現(xiàn)胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌癌的IAUCG值要高于神經(jīng)內(nèi)分泌瘤,慢性胰腺炎的Ve值要明顯高于胰腺導管腺癌,這對疾病的鑒別診斷非常重要。因此,通過動態(tài)對比增強DISCO成像和圖像后處理能夠得到反映組織生理學特征的參數(shù),有利于疾病的診斷及鑒別診斷。

4 小結(jié)和展望

DISCO技術克服了傳統(tǒng)的動態(tài)增強序列時間分辨率不足的缺點,能夠同時保證高時間分辨率和空間分辨率,得到的定量參數(shù)能夠更準確地反映病變的生理信息。掃描時間較長是DISCO臨床應用的主要不足,特別是對于腹部檢查的患者,無法通過一次屏氣就完成掃描,呼吸運動偽影較重[34-36]?；陔跫Ш降腄ISCO技術,能在患者呼吸均勻的情況下不屏氣掃描,能有效避免呼吸運動相關的偽影[37]?？傊?DISCO序列不僅可以捕捉快速強化腫瘤的血流動力學特征,提高病灶檢出率及診斷準確率,而且還能反映病變組織病理、生理學的微觀變化,為臨床早期診斷及治療疾病提供更豐富、更精確的信息。相信,隨著軟硬件技術的不斷完善,DISCO技術將血管成像、腫瘤的定性及定量診斷等方面展現(xiàn)出更廣闊的應用前景。