腹部(肝)磁共振成像的技術進展

張利軍 姚秀忠

(復旦大學附屬中山醫(yī)院放射科，上海 200032)

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)因其特異的軟組織對比度、多參數多平面成像特性以及部分快速成像序列而被用于CT及超聲難以診斷時的腹部檢查。近年來，隨著計算機軟硬件技術的發(fā)展，特別是主磁體場強的提升、多通道多單元表面線圈的應用以及掃描序列的改進，MRI的空間及時間分辨率進一步提高，功能成像也更易實現。另外，細胞外造影劑用于常規(guī)診斷和評價肝臟疾病，肝臟特異性造影劑的應用則可以提供更多的信息。目前，MRI不僅可作為常規(guī)腹部檢查手段，而且可作為術前腫瘤評估、術后隨訪及放化療效果早期評價的一站式臨床檢查工具。

1 MRI軟硬件技術的最新進展

近年來，MRI軟硬件技術的最大突破就是3.0T主磁場強度、高性能梯度系統(tǒng)、多通道高密度單元表面線圈及并行采集技術的應用。3.0T主磁場強度的圖像信噪比理論上較1.5T提升了2倍[1]，從而提高了空間分辨率、縮短了腹部成像時間。然而，主磁場強度的增加延長了組織T1時間，使得二維T1加權像(T1 weighted image，T1WI)圖像對比度發(fā)生了變化，因此必需延長重復時間(repetition time，TR)才能達到與1.5T同樣組織對比度的效果。梯度線圈的提高對MRI腹部超快速成像至關重要，高梯度場強及高切換率可以加快信號采集速率，并有利于提高圖像的信噪比[2]。無縫隙高密度單元相控陣表面線圈在腹部的應用有助于超快速多期及薄層掃描，同時可以提高圖像的質量和空間分辨率[3]。并行采集技術(SENSE或GRAPPA技術)是基于多單元相控陣表面線圈校正掃描所獲得的空間信息，通過減少K空間相位方向編碼線而以縮短2～3倍的掃描時間來實現腹部超快速高空間分辨率圖像的技術[4-5]。盡管并行采集技術導致圖像信噪比的喪失，但主磁場強度的提高可以彌補這一缺點。同時該技術可以降低超高磁場如3T所帶來的能量沉積、T2模糊效應以及磁敏感偽影[6]，所以尤其適用于超高場強3T的臨床應用。SENSE技術與GRAPPA技術的不同之處在于：前者需要校正掃描來獲得常規(guī)序列掃描額外的空間信息，可能會有憋氣錯位所導致的相位偽影；后者在序列掃描的同時獲得空間信息，所以后者掃描時間相對較長，但無相位偽影，圖像信噪比相對較低。

2 上腹部MRI掃描序列及技術的最新進展

2.1 容積成像 常規(guī)上腹部快速成像通過層面激發(fā)產生二維圖像，多次憋氣經常導致圖像匹配不一致，容易使肝臟的小病灶漏診或病變定性困難。三維T1WI容積成像如肝臟容積加速成像(liver acquisition with volume acceleration，LAVA)或容積式插入法屏氣檢查(volumetric interpolated breath-hold examination，VIBE)在基于高場強、高性能梯度線圈、多單元相控陣表面線圈及并行采集技術的基礎之上實現動態(tài)增強三維容積各向同性高分辨率成像，不僅解決了二維圖像所固有的多次憋氣錯位問題，而且能夠產生大范圍、超薄層高分辨率圖像，對原始圖像進行多種技術重建之后可對上腹部動脈、門脈、靜脈血管進行評價[7-9]。另外，MRI三維LAVA序列的單次憋氣動脈早、中、晚期和門脈期多時相成像有助于對肝內結節(jié)性病變的定性診斷。

二維厚層單次激發(fā)快速自旋回波(single shot fast spin echo，SSFSE)序列的磁共振胰膽管成像(magnetic resonance cholangiopancreatography，MRCP)在臨床上常用來評價膽道系統(tǒng)疾病。近年來，基于呼吸門控快速恢復快速回波脈沖序列(fast recovery fast spin echo，FRFSE)或穩(wěn)態(tài)自由進動成像(steady-state free-precession，SSFP)序列的三維MRCP能夠實現各向同性容積信號采集，提高空間分辨率并降低由于憋氣不良帶來的圖像偽影，實現用膽道仿真內窺鏡來觀察腔內細節(jié)[10-12]。另外，通過應用陽性MRI特異性造影劑，如錳福地匹三鈉(Mn-DPDP)、釓貝葡胺(Gadobenate Dimeglumine)或釓塞酸二鈉(Gd-EOB-DTPA)，三維LAVA或VIBE膽道成像可以提供水成像所不能提供的膽道病變信息，如膽道手術或肝移植所致的膽汁漏[13-14]。

2.2 功能成像 自旋回波單次激發(fā)平面回波序列(single shot echo-planar，SS-EPI)具有快速及高信噪比的優(yōu)點，故被廣泛應用于上腹部彌散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)。為了突出病灶對比度，通常要結合一定的脂肪抑制技術，如頻率選擇或反轉回復，而結合并行采集技術可以抑制由于高速梯度切換所帶來的圖像扭曲偽影[15]并縮短掃描時間。目前，為了增加DWI的穩(wěn)定性和提高其對肝內病灶定量及定性診斷的正確率，三維DWI、呼吸門控DWI、呼吸門控背景抑制DWI、自由呼吸背景抑制DWI成為研究熱點[16-17]。此外，DWI由過去的定性及定量診斷逐漸擴展到術后隨訪及腫瘤放化療療效的早期評價，并有望參與指導治療[18-19]。

血流量、血容量及平均通過時間等MRI灌注加權成像(perfusion weighted imaging，PWI)參數應用于有血腦屏障的神經系統(tǒng)時相對準確，而不適用于腫瘤系統(tǒng)或有動脈及門脈雙重血供系統(tǒng)的肝臟。目前，采用雙輸入兩室模型算法提供肝臟的灌注參數[20]。基于計算T1 MAP的動態(tài)增強三維LAVA或VIBE序列所產生的絕對定量參數——腫瘤血管滲透速度Ktrans成為用來描述腫瘤血管通透性的MRI PWI研究熱點[21]。此外，MRI小分子造影劑(釓劑)與T1值的非線型復雜關系使得單室模型不能真實地反映腫瘤血管通透性的特征。雙輸入兩室模型算法可能提供一種研究肝臟MRI PWI的灌注參數計算模式[22]。

臨床上在1.5T上所實現的肝臟MRI氫質子波譜成像(proton magnetic resonance spectroscopy，H1-MRS)掃描時間長，波譜分辨率容易受呼吸運動、周圍脂肪干擾及低信噪比的影響，需要多次信號采集及大體素來提高。3.0T MRI不僅極大地提高了組織的信噪比、波譜分辨率，并加快了腹部成像速率，可以在連續(xù)幾次憋氣后完成上腹部臟器H1-MRS[23-24]。

3 肝膽特異性造影劑的最新進展

目前，用于肝臟MRI檢查的造影劑包括5類：非特異性細胞外液對比劑釓噴酸葡胺(如GD-DTPA)、肝細胞選擇性的對比劑(如Mn-DPDP)、兼有細胞外液特性及腫瘤晚期肝細胞選擇性對比劑釓貝葡胺(如GD-BOPTA和 Gd-EOB-DTPA)、網狀內皮細胞選擇特異性對比劑超順磁性氧化鐵(如SPIO)和兼有早期血池效應和晚期網狀內皮細胞選擇特異性的對比劑超小型超順磁性氧化鐵(如USPIO)。GD-DTPA動態(tài)增強成像有助于評價肝臟病灶強化情況，其中對晚期肝動脈觀察最為重要。Mn-DPDP、GD-BOPTA及Gd-EOB-DTPA可由肝細胞攝取，經膽道系統(tǒng)排泄，結合三維高分辨LAVA或VIBE延遲期(45 min～2 h)成像有助于判別腫瘤是否為肝細胞起源，更加清晰地顯示膽道系統(tǒng)，并進行膽道重建，能夠提供MRCP水成像不能獲得的膽道疾病信息。GD-BOPTA及Gd-EOB-DTPA能進行動態(tài)增強成像，對肝內病變的的強化情況進行動態(tài)評價。以SPIO為代表的網狀內皮細胞選擇特異性對比劑主要為T2增強弛豫對比劑，除局灶性結節(jié)增生外，大多數肝臟良惡性腫瘤不含有網狀內皮細胞，因此，在肝臟實質暗背景下的腫瘤表現為高信號。釓劑結合SPIO的雙對比造影在T1WI動態(tài)增強后使得肝臟內病變的對比噪聲比明顯增加，病灶檢出率提高[25]。USPIO的較長的血池效應適用于平衡期對比磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)增強檢查，同時期晚期網狀內皮細胞的吸收效應有助于肝內病變的檢出。

總之，MRI軟硬件技術的飛速發(fā)展及并行采集技術的應用使得三維高分辨動態(tài)增強成為腹部掃描常規(guī)檢查序列。三維高分辨水成像MRCP及造影劑膽道系統(tǒng)成像可以更為詳盡地評價膽道系統(tǒng)疾病及其功能。功能成像有助于肝臟病變的篩查、診斷、治療及療效評價；肝膽特異性造影劑結合最新MRI技術已成為不可缺少的檢查手段。然而，許多問題也隨之而來：如高場強所固有的興趣野射頻不均勻性、磁敏感偽影、運動偽影及能量沉積，并行采集技術導致的相位錯位偽影及信噪比的喪失等。因此，在臨床工作中要注意權衡利弊，靈活應用。

[1]Merkle EM,Dale BM.Abdominal MRI at 3.0T:the basics revisited [J].AJR Am J Roentgenol,2006,186(6):1524-1532.

[2]楊正漢,馮逢,王霄英.磁共振成像技術指南[M].第2版.北京:人民軍醫(yī)出版社,2010:256-340.

[3]Keogan MT,Edelman RR.Technologic advances in abdominal MR imaging[J].Radiology, 2001,220(2):310-320.

[4]Heidemann RM,Griswold MA,Müller M,et al.Feasibilities and limitations of high field parallel MRI[J].Radiologe,2004,44(1):49-55.

[5]Zech CJ,Schoenberg SO,Herrmann KA,et al.Modern visualization of the liver with MRT. Current trends and future perspectives[J].Radiologe,2004,44(12):1160-1169.

[6]Hussain SM,Wielopolski PA,Martin DR.Abdominal magnetic resonance imaging at 3.0 T: problem or a promise for the future?[J].Top Magn Reson Imaging,2005,16(4):325-335.

[7]Heilmaier C,Sutter R,Lutz AM,et al.Mapping of hepatic vascular anatomy:dynamic contrast-enhanced parallel MR imaging compared with 64-detector row CT[J]. Radiology,2007,245(3):872-880.

[8]Kramer U,Wiskirchen J,Fenchel MC,et al.Isotropic high-spatial-resolution contrast-enhanced 3.0-T MR angiography in patients suspected of having renal artery stenosis[J].Radiology,2007,247(1):228-240.

[9]Schima W,Ba-Ssalamah A,K?lblinger C,et al.Pancreatic adenocarcinoma[J].Eur Radiol, 2007,17(3): 638-649.

[10]Morita S,Saito N,Suzuki K,et al.Biliary anatomy on 3D MRCP:Comparison of volume-rendering and maximum-intensity-projection algorithms[J].J Magn Reson Imaging,2009,29(3):601-606.

[11]Nandalur KR,Hussain HK,Weadock WJ,et al.Possible biliary disease:diagnostic performance of high-spatial-resolution isotropic 3D T2-weighted MRCP[J]. Radiology,2008,249(3):883-890.

[12]Azuma T,Yamaguchi K,Iida T,et al.MR virtual endoscopy for biliary tract and pancreatic duct[J].Magn Reson Med Sci,2007,6(4):249-257.

[13]Bley TA,Pache G,Saueressig U,et al.State of the art 3D MR-cholangiopancreatography for tumor detection[J].In Vivo,2007,21(5):885-889.

[14]Bridges MD,May GR,Harnois DM.Diagnosing biliary complications of orthotopic liver transplantation with mangafodipir trisodium-enhanced MR cholangiography:comparison with conventional MR cholangiography[J].AJR Am J Roentgenol, 2004,182(5):1497-1504.

[15]Naganawa S,Kawai H,Fukatsu H,et al.Diffusion-weighted imaging of the liver:technical challenges and prospects for the future[J].Magn Reson Med Sci,2005,4(4):175-186.

[16]Kandpal H,Sharma R,Madhusudhan KS,et al.Respiratory-triggered versus breath-hold diffusion-weighted MRI of liver lesions:comparison of image quality and apparent diffusion coefficient values[J].AJR Am J Roentgenol, 2009,192(4):915-922.

[17]Kwee TC,Takahara T,Koh DM,et al.Comparison and reproducibility of ADC measurements in breathhold,respiratory triggered,and free-breathing diffusion-weighted MR imaging of the liver[J].J Magn Reson Imaging,2008, 28(5):1141-1148.

[18]Fan WJ,Zhang L,Ouyang YS.Evaluation of the effect of transcatheter arterial chemoembolization in treatment of primary hepatocellular carcinoma with magnetic resonance diffusion-weighted imaging:4-6-week follow-up of 25 cases[J].Zhonghua Yi Xue Za Zhi,2008,88(35):2474-2477.

[19]Cui Y,Zhang XP,Sun YS，et al.Apparent diffusion coefficient:potential imaging biomarker for prediction and early detection of response to chemotherapy in hepatic metastases[J].Radiology,2008,248(3):894-900.

[20]Parndharipande PV,krinsky GA,Rusinek H,et al.Perfusion imaging of the liver:current challenges and future goals[J].Radiology,2005,234(3):661-673.

[21]Barrett T,Brechbiel M,Bernardo M,et al.MRI of tumor angiogenesis[J].J Magn Reson Imaging,2007,26(2):235-249.

[22]koh TS,Thng CH,Lee PS,et al.Hepatic metastases:in vivo assessment of perfusion parameters at dynamic contrast-enhanced MR imaging with dual-input two-compartment tracer kinetics model[J].Radiology,2008,249(1)：307-320.

[23]Katz-Brull R,Rofsky NM,Lenkinski RE.Breathhold abdominal and thoracic proton MR spectroscopyat 3T[J].Magn Reson Med,2003,50(3):461-467.

[24]Katz-Brull R,Rofsky NM,Morrin MM,et al.Decreases in free cholesterol and fatty acid unsaturation in renal cell carcinoma demonstrated by breath-hold magnetic resonance spectroscopy[J].Am J Physiol Renal Physiol,2005,288(4):F637-F641.

[25]Bhartia B,Ward J,Guthrie JA,et al.Hepatocellular carcinoma in cirrhotic livers:double-contrast thin-section MR imaging with pathologic correlation of explanted tissue[J].AJR Am J Roentgenol,2003,180(3):577-584.