運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡技術(shù)的應(yīng)用及其研究現(xiàn)狀

蒙卓妮，朱西琪

1 運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡技術(shù)介紹

運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡(motion-sensitized driven-equilibrium，MSDE)技術(shù)是磁共振黑血成像技術(shù)的一種，與亮血成像顯示血液信號(hào)以觀察血管通暢情況不同，黑血成像序列中，血流因被抑制表現(xiàn)為低信號(hào)，因此可凸顯血管壁的情況，該技術(shù)亦可用于某些特定組織的觀察，可消除血流引起的干擾信號(hào)。MSDE技術(shù)的核心在于3 個(gè)方向上的擴(kuò)散梯度場(chǎng)，即運(yùn)動(dòng)敏感梯度場(chǎng)。它在標(biāo)準(zhǔn)快速自旋回波(turbo spin-echo，TSE)序列前增加90x-180y-180y-90x的4個(gè)預(yù)備脈沖，利用了移動(dòng)物體的散相原理進(jìn)行血流抑制。在預(yù)備脈沖磁場(chǎng)下，靜止物體的相位無(wú)變化，而移動(dòng)的物體相位發(fā)生變化，且幅度與移動(dòng)的速度有關(guān)[1]。在血管內(nèi)不同的區(qū)域的血流速度均不相同，所以在不同位置之間產(chǎn)生了相差，當(dāng)這個(gè)相差足夠大的時(shí)候，它們之間互相抵消，從而抑制了MR 信號(hào)的產(chǎn)生，最后達(dá)成對(duì)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的血液或水分子的信號(hào)抑制。由此可以看出，MSDE 序列的血液抑制效果既源于血液的流動(dòng)，還源于水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。因此，無(wú)論血液流速較慢或較快，都能夠獲得比較理想的血液信號(hào)抑制效果。甚至血液流動(dòng)模式越復(fù)雜、流動(dòng)速度越快，則越容易通過(guò)該技術(shù)達(dá)到抑制效果。該技術(shù)自2007 年被首次提出以來(lái)，進(jìn)行了多次改進(jìn)，2010年通過(guò)增加一個(gè)額外的聚焦脈沖和兩個(gè)額外的梯度來(lái)提高信噪比，優(yōu)化后的技術(shù)稱為改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡(improved motion-sensitized driven-equilibrium，iMSDE)技術(shù)，對(duì)血流的抑制作用更強(qiáng)。其結(jié)合散相梯度回波(spoiled gradient echo，SPGR)采集方式后被稱為三維運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡制備的快速梯度回波(three-dimensional black-blood imaging using motionsensitized driven equilibrium prepared rapid gradient echo，3D-MERGE)技術(shù)，可得到三維各向同性分辨率血管壁圖像，真正實(shí)現(xiàn)快速、大范圍掃描，后又有研究者通過(guò)增加雙極性梯度波形進(jìn)一步優(yōu)化渦流響應(yīng)。MSDE 及iMSDE 技術(shù)幾乎均可以與所有常規(guī)序列相結(jié)合，在多個(gè)臨床及研究領(lǐng)域展現(xiàn)出豐富的應(yīng)用價(jià)值。

2 MSDE技術(shù)的臨床應(yīng)用

2.1 用于頸動(dòng)脈斑塊的評(píng)估

頸動(dòng)脈粥樣硬化是頸動(dòng)脈的一種彌漫性退行性疾病，可引起急性血栓栓塞性血管事件。磁共振黑血序列是非侵入性評(píng)估頸動(dòng)脈斑塊的有效手段之一。因此MSDE 序列發(fā)明之初即被用于頸動(dòng)脈壁成像，該技術(shù)在充分抑制血流的同時(shí)可以清晰顯示管壁形態(tài)和粥樣斑塊特征，也能檢測(cè)粥樣硬化斑塊內(nèi)的成分，如富脂壞死核[2]等。iMSDE比MSDE具有更好的信噪比，能可視化和量化斑塊成分和形態(tài)，并有助于患者風(fēng)險(xiǎn)分層。Yuan等[3]首次比較了頸動(dòng)脈血管壁不同的黑血T2標(biāo)測(cè)序列的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)iMSDE 制備的3D 序列在體模中顯示出準(zhǔn)確的T2 測(cè)量值，其成像有更大的縱向覆蓋范圍，更精確的斑塊形態(tài)學(xué)測(cè)量以及更高的信噪比。Zhu 等[4]的實(shí)驗(yàn)證明與傳統(tǒng)的雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)(double inversion recovery，DIR)序列相比，小mL值(487 mt×ms2/m)的iMSDE可實(shí)現(xiàn)更好的血液抑制。近年來(lái)，3D-MERGE 序列已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，其同樣具備以上優(yōu)勢(shì)，能評(píng)價(jià)及識(shí)別血管壁的特征[5]，也被認(rèn)為具有鑒別血管壁水腫的能力[6]，并且成像時(shí)間更短，因此在篩選和監(jiān)測(cè)頸動(dòng)脈粥樣硬化的日常臨床實(shí)踐中具有實(shí)用價(jià)值[7]。除了對(duì)顱外頸動(dòng)脈進(jìn)行更徹底的評(píng)估，3D-MERGE 能夠?qū)Π邏K的縱向范圍和分布進(jìn)行更完整的定位，其多平面重建可以在任何方向進(jìn)行，而不會(huì)造成組織變形，這會(huì)得到更準(zhǔn)確的頸動(dòng)脈斑塊測(cè)量[8]，也為頸動(dòng)脈支架植入或內(nèi)膜切除術(shù)前的外科規(guī)劃提供了關(guān)鍵信息。

2.2 用于多部位的神經(jīng)顯像

2012年，Kanoto等[9-10]首先將MSDE技術(shù)用于顱神經(jīng)的顯示，發(fā)現(xiàn)與其他MR成像序列相比，高分辨率MSDE能清晰地顯示滑車神經(jīng)的解剖走行，也可以清楚地判斷因鄰近血管壓迫導(dǎo)致的神經(jīng)受壓情況。蔣延偉等[11-12]利用三維快速自旋回波(3D turbo spin echo，3D-TSE)序列結(jié)合預(yù)置的脂肪抑制脈沖和iMSDE 脈沖，三者一起構(gòu)成運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡制備的磁共振神經(jīng)成像術(shù)(improved motion-sensitized driven-equilibrium magnetic resonance neurography，iMSDE-MRN)，結(jié)果表明其對(duì)腮腺內(nèi)面神經(jīng)及其一級(jí)分支、腮腺導(dǎo)管都有較高的空間分辨率及信號(hào)強(qiáng)度比，能夠清晰顯示腮腺腫瘤與其位置關(guān)系。后有多個(gè)研究者[13-16]分別將該序列應(yīng)用于臂叢成像、腰骶叢神經(jīng)及女性盆腔神經(jīng)的成像，均證明iMSDE-MRN 可以有效抑制脂肪信號(hào)以及與神經(jīng)伴行的血管信號(hào)，從而清晰地顯示細(xì)小神經(jīng)。定量分析結(jié)果顯示iMSDE-MRN 序列在神經(jīng)與血管結(jié)構(gòu)接近的部分的成像效果較好。iMSDE預(yù)脈沖能帶來(lái)更好的整體圖像質(zhì)量、更高的神經(jīng)信號(hào)對(duì)比度、更少的總體偽影、更少的血管信號(hào)偽影以及更好的動(dòng)脈和靜脈信號(hào)抑制。Cervantes 等[17]在改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散敏感驅(qū)動(dòng)平衡法的基礎(chǔ)上，結(jié)合特定的梯度設(shè)計(jì)和定向，提出了正交組合的運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散敏感驅(qū)動(dòng)平衡(orthogonally combined motion-and diffusion sensitized driven equilibrium，OC-MDSDE)序列。OC-MDSDE中的流敏和擴(kuò)散增敏相結(jié)合可以有效地減少具有快流和慢流的血管中的信號(hào)，而不會(huì)顯著影響神經(jīng)信號(hào)。此外，OC-MDSDE 已被證明與高分辨率讀數(shù)(如3D-TSE)兼容，因此在高分辨率成像(如四肢外周神經(jīng)成像)中非常有利。

2.3 用于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的評(píng)估

顱內(nèi)動(dòng)脈管徑細(xì)、管壁薄、走行迂曲，動(dòng)脈瘤的形態(tài)多樣，瘤壁與周圍腦實(shí)質(zhì)之間缺乏良好的組織對(duì)比，對(duì)成像技術(shù)要求較高。破裂狀態(tài)的動(dòng)脈瘤不能僅僅根據(jù)出血模式來(lái)判別。動(dòng)脈瘤的大小和形態(tài)可以幫助決策，但還需要額外的特征來(lái)提高破裂動(dòng)脈瘤的識(shí)別率[18]。Nagahata 等[19]研究注射釓對(duì)比劑后三維渦輪自旋回波序列運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡成像增強(qiáng)動(dòng)脈瘤壁的發(fā)生率，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈瘤壁強(qiáng)化可能是破裂狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。另有研究提示釓增強(qiáng)黑血三維T1 加權(quán)成像(gadolinium-enhanced，black-blood three-dimensional T1-weighted imaging，Gd-3DBB)上動(dòng)脈壁強(qiáng)化可能與血管增生和(或)血管壁局部炎癥有關(guān)[20]。一些橫斷面研究結(jié)果表明，血管壁強(qiáng)化不僅與急性期腦梗死有關(guān)，而且與慢性期腦缺血有關(guān)。而動(dòng)脈壁強(qiáng)化的結(jié)果是否可以用來(lái)預(yù)測(cè)新的腦梗死的發(fā)展還需要進(jìn)一步縱向研究來(lái)評(píng)估[20]。然而，釓可縮短血液的T1 弛豫時(shí)間，未經(jīng)抑制的血液產(chǎn)生的高信號(hào)可能會(huì)被誤認(rèn)為是動(dòng)脈瘤壁，也有研究[21]強(qiáng)調(diào)慢血流偽影也可能導(dǎo)致對(duì)周圍動(dòng)脈血管壁強(qiáng)化的誤解。這是血管壁成像(vessel wall imaging，VWI)的一個(gè)缺陷。Bart 等[18]開(kāi)發(fā)了一種動(dòng)脈瘤磁共振成像模型，用于評(píng)估慢流對(duì)3D-TSE-VWI 中血管壁樣強(qiáng)化的影響，發(fā)現(xiàn)MSDE 技術(shù)可改善慢流的信號(hào)抑制。顱內(nèi)動(dòng)脈夾層是顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的一種類型，早期可靠地診斷顱內(nèi)動(dòng)脈夾層對(duì)降低神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義，內(nèi)膜瓣可能是夾層診斷中最有價(jià)值的影像學(xué)表現(xiàn)，因?yàn)樗窃跓o(wú)創(chuàng)影像學(xué)模式下明確診斷夾層的唯一影像學(xué)表現(xiàn)[22]。作為高分辨率血管壁成像的一種重要技術(shù)，3D T1-iMSDE 技術(shù)可以有效地抑制血流信號(hào)，顯示內(nèi)膜瓣，從而診斷顱內(nèi)動(dòng)脈夾層。Choi等[23]研究表明對(duì)比增強(qiáng)iMSDE-3DMRI (contrast-enhanced iMSDE-3DMRI，CE-iMSDE-3DMRI)與2D 高分辨率MRI 聯(lián)合使用，是診斷顱內(nèi)椎基底動(dòng)脈夾層的一種有效、無(wú)創(chuàng)的診斷方式。但當(dāng)使用CE-iMSDE-3DMRI 進(jìn)行顱內(nèi)動(dòng)脈瘤評(píng)估時(shí)，區(qū)分造影增強(qiáng)和壁血腫依舊有難度。日前，Wang 等[24]利用三維切片機(jī)的時(shí)間飛躍(time-of-flight，TOF)和MSDE 序列重建了巨大顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的循環(huán)和非循環(huán)部分，驗(yàn)證了其可應(yīng)用于術(shù)前計(jì)劃。多種類型顱內(nèi)動(dòng)脈瘤生物學(xué)行為的差異取決于血管壁病理的差異，在現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該發(fā)掘動(dòng)脈瘤壁影像學(xué)特征對(duì)醫(yī)學(xué)或介入治療的作用的潛力[25]。

2.4 腦脊液運(yùn)動(dòng)可視化

腦脊液運(yùn)動(dòng)可視化是MSDE 技術(shù)最新的應(yīng)用領(lǐng)域。2020年，Horie等[26]首次評(píng)價(jià)了三維動(dòng)態(tài)改進(jìn)運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)(3D dynamic improved motion-sensitized driven-equilibrium steady-state free precession，3D-dynamic-iMSDE-SSFP)顯示腦脊液運(yùn)動(dòng)的可行性，并確定了合適的參數(shù)。表明這項(xiàng)技術(shù)可以提供粗略的腦脊液動(dòng)力學(xué)信息。該團(tuán)隊(duì)的另一研究及報(bào)道表明該技術(shù)還可觀察開(kāi)窗手術(shù)后開(kāi)窗部位的湍流運(yùn)動(dòng)以及穿過(guò)硬腦膜缺損區(qū)的腦脊液運(yùn)動(dòng)[27-28]。

2.5 其他

許多研究已經(jīng)證明，MSDE 或iMSDE-TSE 可以有效地檢測(cè)到小的腦轉(zhuǎn)移瘤，將其從類似的血管信號(hào)中區(qū)分出來(lái)，并且能夠顯示更準(zhǔn)確的腫瘤侵犯范圍，特別是其對(duì)于血管的侵犯[29]，而對(duì)iMSDE-TSE 圖像進(jìn)行最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)重建更能提高診斷效能[30]。我國(guó)有研究者將該技術(shù)用于下肢血管壁成像，楊水清等[31]的研究證明，基于非對(duì)比增強(qiáng)磁共振血管成像(non contrast enhanced magnetic resonance angiography，NCE-MRA)技術(shù)的iMSDE預(yù)備的平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)(balanced steady-state free precession，bSSFP)序列可有效地顯示糖尿病患者下肢動(dòng)脈病變，具備較好的診斷價(jià)值的同時(shí)不使用對(duì)比劑且掃描時(shí)間短。也有研究者選擇從股總動(dòng)脈到腘動(dòng)脈獲取3D-MERGE 序列以測(cè)量股動(dòng)脈形態(tài)特征[32]。此外，Mori 等[33]研究認(rèn)為MSDE制備的優(yōu)化平衡渦輪場(chǎng)回波(balanced turbo field echo，BTFE)序列有可能取代增強(qiáng)CT，用于血管內(nèi)動(dòng)脈瘤修補(bǔ)術(shù)后，尤其是腎損害患者的隨訪。Nakayama 等[34-35]提出了運(yùn)動(dòng)敏化驅(qū)動(dòng)平衡成像用于平衡磁共振胰膽管造影的可行性。在釓塞酸二鈉(gadolinium ethoxybenzyl diethylene triamine pentaacetic acid，Gd-EOB-DTPA)增強(qiáng)研究中，發(fā)現(xiàn)MSDE 準(zhǔn)備的磁共振胰膽管水成像(magnetic resonance cholangiopancreatography，MRCP)比T2 加權(quán)MRCP 能更清楚地顯示膽管結(jié)構(gòu)，對(duì)肝腫瘤患者術(shù)前膽道系統(tǒng)的定位具有足夠的潛力。由于除了結(jié)構(gòu)改變外，動(dòng)脈動(dòng)力學(xué)(如擴(kuò)張和順應(yīng)性)的變化也是心血管疾病的重要指標(biāo)。Dai 等[36]提出了一種基于MSDE 的黑血電影成像，并證明其能提供更準(zhǔn)確的管腔動(dòng)力學(xué)測(cè)量，對(duì)于心血管系統(tǒng)的定量研究具有臨床價(jià)值。

3 缺陷與局限性

MSDE技術(shù)在多方面均有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值并已得到驗(yàn)證，但其仍存在一些明顯的缺陷和局限性，一是由于iMSDE 序列在預(yù)脈沖中采用了T2 準(zhǔn)備脈沖和雙極梯度，導(dǎo)致圖像信噪比下降并使圖像的對(duì)比度帶有一定的T2 和擴(kuò)散加權(quán)。二是掃描時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，其圖像質(zhì)量容易受到患者運(yùn)動(dòng)的影響。在某些患者出現(xiàn)嚴(yán)重頭痛、腦梗死或蛛網(wǎng)膜下腔出血等情況下，運(yùn)動(dòng)偽影尤為明顯。三是雖然其可以顯示體內(nèi)某些體液的慢速運(yùn)動(dòng)，但暫不能用于量化或計(jì)算各種物理參數(shù)，如腦脊液的速度等。四是在某些部位應(yīng)用時(shí)，線圈的形態(tài)及范圍的局限性限制了該技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展。

4 總結(jié)與展望

MSDE 技術(shù)作為一種新型的黑血成像及血管壁成像技術(shù)，能有效抑制血流信號(hào)，無(wú)創(chuàng)評(píng)估頸動(dòng)脈斑塊、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤、下肢血管壁情況，也可清晰顯示一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的細(xì)小神經(jīng)形態(tài)，并且鑒別微小腦轉(zhuǎn)移瘤。但其應(yīng)用價(jià)值遠(yuǎn)不止于此，由于其成像過(guò)程中同時(shí)能抑制擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的水分子信號(hào)，所以在對(duì)慢速流體及湍流的顯示上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于胰膽管成像及腦脊液運(yùn)動(dòng)的可視化等領(lǐng)域。MSDE技術(shù)結(jié)合對(duì)比增強(qiáng)掃描及多種圖像重建技術(shù)，在判斷顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的穩(wěn)定性方面有較高的應(yīng)用價(jià)值，目前已有研究[37]證明在血管壁成像中，血管炎性病變與粥樣硬化沉積的管壁增強(qiáng)特征具有差異，MSDE技術(shù)將在血管炎性病變中展現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)摿?。雖然該技術(shù)仍存在一些不足，但相信隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和研究的深入，該技術(shù)將有更加廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。