超短回波时间序列在肺部磁共振成像中的研究进展.pdf
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1、REVIEW120综述超短回波时间序列在肺部磁共振成像中的研究进展李蕊2 崔磊?【摘要】磁共振成像具有无辐射、软组织分辨力高等特点,但不适用于质子密度低、T2信号衰减迅速的组织器官,因此临床上其在肺部中的应用较为局限。随着超短回波时间(UTE)序列在肺部MRI检查中的应用,MRI对肺部疾病的评估得以拓宽。本文就UTE序列成像技术原理、分类以及其在肺部的临床应用进行综述。【关键词】磁共振成像;超短回波时间序列;肺中图分类号:R445.2;R322.35文献标志码:A文章编号:10 0 6-57 41(2 0 2 4)0 1-0 12 0-0 4Research Progress of Ultra
2、short Echo Time Sequence in Pulmonary MR ImagingLI Ruil,CUI Lei?Abstract】M a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g,c h a r a c t e r i z e d b y n o r a d i a t i o n a n d h i g h s o f t t i s s u e r e s o l u t i o n,h a s b e e nalways affected by various factors in pulmonary examinations
3、,such as low proton density and rapid T2 signal decay.Therefore,its clinical application is restricted.With ultrashort echo time(UTE)sequence applied in pulmonaryexamination,the assessment of lung disease by MRI has been broadened.The technical principles,classification andclinical applications of U
4、TE sequence imaging techniques in pulmonary are reviewed in the paper.Key words Magnetic resonance imaging;Ultrashort echo time sequence;Lung肺部疾病在临床中较为常见,早期发现、及时治疗可大幅度提高患者治愈率、生存率,改善生活质量。目前,CT是最常用的影像学检查,可提供良好的图像细节,但存在辐射损伤,甚至诱发其他疾病的风险1。MRI是一种无电离辐射的检查技术,拥有良好的软组织分辨率、无骨性伪影、可任意体层成像,不仅能显示解剖信息,还能检测组织生理、生化特征
5、。2 0 世纪9 0 年代初期,MRI就逐步应用于肺部、纵隔或胸膜疾病的检查中,但由于正常肺组织质子密度极低、T2信号衰减迅速、有大量的气体-组织界面且在数据采集过程中容易受呼吸和心跳等运动伪影影中国医学计算机成像杂志,2 0 2 4,30:12 0-12 3作者单位:1南通大学医学院2南通大学第二附属医院放射科通信地址:南通市崇川区胜利路6 6 6 号,南通2 2 6 0 0 0通信作者:崔磊(电子邮箱:)基金项目:2 0 2 2 年南通市卫生健康委员会科研课题面上项目(M S2 0 2 2 0 34);2 0 2 2 年南通市科技局指导性项目-社会民生科技计划(MSZ2022046)响2
6、,其临床应用受到限制。然而,近年来出现了超短回波时间(ultrashort echo time,U T E)成像技术,它弥补了常规MRI不能对短T2组织成像的不足,在骨肌系统中的应用较为广泛3。目前,UTE在肺部的研究应用也逐渐增多,不仅可改善肺部MRI质量,还可进行通气、灌注等功能成像,在临床肺部疾病的诊疗中体现出极大的价值。本文现对UTE成像技术及其在肺部疾病中的初步临床研究进行综述。UTE技术及原理UTE最初被应用于MRI肺组织的投射重建图像ChinComputMedlmag,2024,30:120-1231Medical School of Nantong University2 De
7、partment of Radiology,The Second Affiliated Hospital of NantongUniversityAddress:666Shengli Road,Nantong226000,ChinaCorrespondence to:cUI Lei(E-mail:)Foundation items:2022 Nantong Health Commission Scientific ResearchProject(M S2 0 2 2 0 34);2 0 2 2 Na n t o n g Sc i e n c e a n d T e c h n o lo g y
8、 Bu r e a uGuiding Project-Social Livelihood Science and Technology Plan(MSZ2022046)ChinComputMedImag,2024,30(1)121中国医学计算机成像杂志2 0 2 4年第30 卷第1期之中,随着技术的不断迭代和完善,在动物和人体研究中,已经可以得到高质量的肺部影像。UTE技术可以缩短回波时间(echo time,T E),使其达到微秒级别,在质子信号衰减初期即进行信号采集,在质子含量低、磁场不均匀的器官组织的显示中颇具优势。UTE序列并不单纯属于临床常见的自旋回波(spinecho,SE)序列或
9、梯度回波(gradientecho,G RE)序列,而是一种基于GRE序列改进的MRI新技术。UTE序列采用硬脉冲激发后直接检测自由感应衰减,射频线圈发射和接收开关时间会对回波时间造成影响,但使用专用硬件设备可降低回波时间,获得更好的肺部MRI影像41.二维UTEE(two-dimensional UTE,2D UTE)2DUTE序列是通过2 个带有相反层面选择梯度的半sinc函数型射频脉冲(radiofrequency,RF),选择梯度激发其相反层面,避免对RF进行相位编码,之后立即采集自由衰减信号,两个半RF所得回波信号,可叠加填充k空间,为防止在信号衰减至0 前,k空间中心仍未得到填充,
10、数据直接由k空间中心开始采集,同时对k空间进行放射状填充5。虽然2 DUTE的扫描时间较长,但它是第一个应用于肺的UTE技术。2.三维UTEE(three-dimensional UTE,3D UTE)3DUTE序列是在2 DUTE的基础上,利用短硬脉冲进行激发,并结合由k空间中心向外、呈圆锥形填充的三维放射状数据采集技术实现【6 。目前,临床上常用的UTE序列多为3DUTE。3D U T E在肺部成像中可采用极短的TE采集肺实质信号来获得高信噪比和空间分辨率的肺形态和功能学图像。3DUTE的成像速度虽不利于对急诊患者筛查和反复检查,但对比2 DUTE在扫描速度和图像质量上仍有明显提升。2.1
11、径向UTE3DUTE已被证实可提高肺部MRI的图像质量。然而,UTE序列采用非笛卡尔成像,容易产生梯度延迟或涡流效应,导致图像失真。然而3d径向(k o o s h-b a l l)轨迹进行采集减少逐点编码时间已被证明可以克服这些技术问题。目前,径向UTE采集是广泛应用的UTE采集轨迹。径向中心向外k空间填充确保TE仅受在发射和接收状态之间切换所需时间的限制,并在正常呼吸运动的情况下表现出良好的克服运动伪影的能力7 。2.2螺旋UTE目前大多数3DUTE序列采用径向轨迹,只有少数研究将螺旋叠加轨迹应用于肺部。但研究表明螺旋轨迹UTE是径向轨迹UTE的一个有效替代方式,可以克服运动伪影,在肺成像
12、中同样具有潜力8 Willmering等9 发现3D螺旋UTE序列与径向UTE相比,拥有改变采集长度的能力,允许更快采集肺部的短T2成分以获得高诊断质量的肺影像,但不会对图像的信噪比、质量以及疾病的量化造成损害。因此,该序列扫描时间减少,采样效率提高,对k空间的采样更均匀,可以获得与径向UTE相似的图像质量,在自由呼吸的肺部MRI中同样具有临床和研究价值。3.零回波时间成像(zero echo time,ZTE)ZTE成像技术是以UTE为基础的新技术。它采用一种三维径向k空间填充、各向同性采集技术,首先进行梯度场攀升,后施加RF,RF结束后立即开始信号采集。对比常规脉冲序列,减少了梯度场的切换
13、,结合径向k空间填充,提高了采集组织信号的效率,对有超短T2的组织也可进行成像。ZTE技术在射频激励前就需要打开投影梯度,考虑到RF、硬件收发切换等有一定的持续时间,在RF结束需几微秒的死区时间才可对自由感应衰减信号进行采集【10 所以ZTE的实际TE不会完全为零,但可以趋近于0,能直接采集短T2信号并减小噪声,解决了短T2器官因TE长而导致的信号衰减问题。对比UTE,ZT E的噪声小,具有更快的扫描速度,在自由呼吸的肺部MRI扫描中效果更佳,因此在临床上可能更具优势。UTE在肺部成像中的应用MRI肺部成像在影像学中是一个较大的挑战,UTE技术的出现使肺部MRI在形态学和功能学检查中取得了重大
14、的突破,美国胸科学会和Fleischner学会认为UTE序列改善了对于肺实质的信号检测,可应用于肺部多种疾病的评估(。1.肺结节肺癌是死亡率最高的疾病之一。目前,临床上肺结节的检出增多,Fleischner学会认为结节类型和大小评估是结节管理的有效标志,可有效降低肺癌死亡率12 。临床上多采用常规或低剂量CT扫描进行肺癌以及其他常见慢性非传染性疾病的筛查和诊断3。但美国国家肺筛查试验(NationalLungScreeningTrial,NLST)证实CT筛查虽可降低死亡率,但假阳122ChinComputMedImag,22024,30(1)中国医学计算机成像杂志2 0 2 4年第30 卷第
15、1期性率高和有辐射损伤。MRI作为一种无辐射、可多序列多参数成像的技术可用于肺结节检测。随着UTE-MRI的研发,肺结节可以通过MRI得到良好的显示。Ohno等【14 使用东芝32 0 排CT和东芝3.0 TMRI,选取52 例怀疑肺结节的患者,比较UTE与标准剂量、低剂量CT在结节检测和类型评估方面的能力,结果表明,三种方法对结节检测的灵敏感度和假阳性率无显著差异,UTE与其他两种方法对不同结节类型鉴别都有较高的一致性,可作为标准剂量或低剂量CT检查的补充和替代。Periaswamy等【15】对50 例有肿瘤病史需进行肺结节检测的患者进行UTE和高分辨率CT(h i g h r e s o
16、l u t i o n CT,H RCT)扫描,发现MRI结节检出率为8 7.9 6%,其中大于5mm的结节检出率接近10 0%,4 5mm结节检出率为7 5%,小于4mm结节检出率为2 5%。根据Fleischner学会等推荐指南,小于5mm的结节变恶性的概率较低,所以对于需定期随访的肿瘤患者,使用UTE扫描可以代替CT,从而减少患者接受辐射。王福南等【16 、Olthof 17等的研究均证明,UTE对肺结节显示有较高的灵敏度,可提供接近于CT的影像学特征,成为无辐射损伤的CT替代方案,具有广阔的临床应用前景。2.阻塞性气道疾病阻塞性气道疾病同样是临床常见疾病,包括慢性阻塞性肺疾病(chro
17、nic obstructive pulmonary disease,COPD)、支气管哮喘、慢性支气管炎等。UTE扫描序列现已逐步被用于阻塞性气道疾病的成像中,可进行囊性纤维化(cystic fibrosis,CF)患者监测和COPD患者肺气肿量化等检测。Dournes等【18 使用西门子6 4排CT以及西门子1.5TMR,对30 例接受年度随访的CF患者进行CT、常规TIWI、T 2 W I 以及UTE检查,结果证明UTE与CT对CF肺形态变化方面的一致性要高于常规T1WI、T2WI,特别是在评估支气管改变,例如支气管周围增厚、支气管扩张等方面。Heidenreich等19 】的前瞻性研究中
18、对2 0 例CF患者和健康对照组使用UTE进行肺功能检测(pulmonary function testing,PFT)和功能性MRI检查,发现对于CF患者,MRI指标与标准肺清除指数和PFT相关,UTE定量图像分析在评估CF患者通气不均匀和过度充气方面具有可行性,并为临床提供了一个无创性和形态学相结合的成像方法。夏艺等【2 0】选择16 例COPD患者研究UTE对COPD不同CT表型及临床分级的评估能力,并与肺功能检查PFT及量化CT比较,结果显示UTE的T2*值与PFT的变化、CT容积参数存在明显负相关性,在COPD患者的临床分级和CT亚型中也存在差异,UTE的T2*值测量对COPD的具有
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