運動敏化驅動平衡技術的應用及其研究現(xiàn)狀

蒙卓妮，朱西琪

1 運動敏化驅動平衡技術介紹

運動敏化驅動平衡(motion-sensitized driven-equilibrium，MSDE)技術是磁共振黑血成像技術的一種，與亮血成像顯示血液信號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，因此可凸顯血管壁的情況，該技術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。MSDE技術的核心在于3 個方向上的擴散梯度場，即運動敏感梯度場。它在標準快速自旋回波(turbo spin-echo，TSE)序列前增加90x-180y-180y-90x的4個預備脈沖，利用了移動物體的散相原理進行血流抑制。在預備脈沖磁場下，靜止物體的相位無變化，而移動的物體相位發(fā)生變化，且幅度與移動的速度有關[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，當這個相差足夠大的時候，它們之間互相抵消，從而抑制了MR 信號的產(chǎn)生，最后達成對隨機運動的血液或水分子的信號抑制。由此可以看出，MSDE 序列的血液抑制效果既源于血液的流動，還源于水分子的擴散運動。因此，無論血液流速較慢或較快，都能夠獲得比較理想的血液信號抑制效果。甚至血液流動模式越復雜、流動速度越快，則越容易通過該技術達到抑制效果。該技術自2007 年被首次提出以來，進行了多次改進，2010年通過增加一個額外的聚焦脈沖和兩個額外的梯度來提高信噪比，優(yōu)化后的技術稱為改進的運動敏化驅動平衡(improved motion-sensitized driven-equilibrium，iMSDE)技術，對血流的抑制作用更強。其結合散相梯度回波(spoiled gradient echo，SPGR)采集方式后被稱為三維運動敏化驅動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，可得到三維各向同性分辨率血管壁圖像，真正實現(xiàn)快速、大范圍掃描，后又有研究者通過增加雙極性梯度波形進一步優(yōu)化渦流響應。MSDE 及iMSDE 技術幾乎均可以與所有常規(guī)序列相結合，在多個臨床及研究領域展現(xiàn)出豐富的應用價值。

2 MSDE技術的臨床應用

2.1 用于頸動脈斑塊的評估

頸動脈粥樣硬化是頸動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估頸動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脈壁成像，該技術在充分抑制血流的同時可以清晰顯示管壁形態(tài)和粥樣斑塊特征，也能檢測粥樣硬化斑塊內(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)，并有助于患者風險分層。Yuan等[3]首次比較了頸動脈血管壁不同的黑血T2標測序列的準確性，發(fā)現(xiàn)iMSDE 制備的3D 序列在體模中顯示出準確的T2 測量值，其成像有更大的縱向覆蓋范圍，更精確的斑塊形態(tài)學測量以及更高的信噪比。Zhu 等[4]的實驗證明與傳統(tǒng)的雙反轉恢復(double inversion recovery，DIR)序列相比，小mL值(487 mt×ms2/m)的iMSDE可實現(xiàn)更好的血液抑制。近年來，3D-MERGE 序列已經(jīng)發(fā)展起來，其同樣具備以上優(yōu)勢，能評價及識別血管壁的特征[5]，也被認為具有鑒別血管壁水腫的能力[6]，并且成像時間更短，因此在篩選和監(jiān)測頸動脈粥樣硬化的日常臨床實踐中具有實用價值[7]。除了對顱外頸動脈進行更徹底的評估，3D-MERGE 能夠對斑塊的縱向范圍和分布進行更完整的定位，其多平面重建可以在任何方向進行，而不會造成組織變形，這會得到更準確的頸動脈斑塊測量[8]，也為頸動脈支架植入或內(nèi)膜切除術前的外科規(guī)劃提供了關鍵信息。

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)序列結合預置的脂肪抑制脈沖和iMSDE 脈沖，三者一起構成運動敏化驅動平衡制備的磁共振神經(jīng)成像術(improved motion-sensitized driven-equilibrium magnetic resonance neurography，iMSDE-MRN)，結果表明其對腮腺內(nèi)面神經(jīng)及其一級分支、腮腺導管都有較高的空間分辨率及信號強度比，能夠清晰顯示腮腺腫瘤與其位置關系。后有多個研究者[13-16]分別將該序列應用于臂叢成像、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以及與神經(jīng)伴行的血管信號，從而清晰地顯示細小神經(jīng)。定量分析結果顯示iMSDE-MRN 序列在神經(jīng)與血管結構接近的部分的成像效果較好。iMSDE預脈沖能帶來更好的整體圖像質量、更高的神經(jīng)信號對比度、更少的總體偽影、更少的血管信號偽影以及更好的動脈和靜脈信號抑制。Cervantes 等[17]在改進的運動和擴散敏感驅動平衡法的基礎上，結合特定的梯度設計和定向，提出了正交組合的運動和擴散敏感驅動平衡(orthogonally combined motion-and diffusion sensitized driven equilibrium，OC-MDSDE)序列。OC-MDSDE中的流敏和擴散增敏相結合可以有效地減少具有快流和慢流的血管中的信號，而不會顯著影響神經(jīng)信號。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)動脈瘤的評估

顱內(nèi)動脈管徑細、管壁薄、走行迂曲，動脈瘤的形態(tài)多樣，瘤壁與周圍腦實質之間缺乏良好的組織對比，對成像技術要求較高。破裂狀態(tài)的動脈瘤不能僅僅根據(jù)出血模式來判別。動脈瘤的大小和形態(tài)可以幫助決策，但還需要額外的特征來提高破裂動脈瘤的識別率[18]。Nagahata 等[19]研究注射釓對比劑后三維渦輪自旋回波序列運動敏化驅動平衡成像增強動脈瘤壁的發(fā)生率，發(fā)現(xiàn)動脈瘤壁強化可能是破裂狀態(tài)的一個指標。另有研究提示釓增強黑血三維T1 加權成像(gadolinium-enhanced，black-blood three-dimensional T1-weighted imaging，Gd-3DBB)上動脈壁強化可能與血管增生和(或)血管壁局部炎癥有關[20]。一些橫斷面研究結果表明，血管壁強化不僅與急性期腦梗死有關，而且與慢性期腦缺血有關。而動脈壁強化的結果是否可以用來預測新的腦梗死的發(fā)展還需要進一步縱向研究來評估[20]。然而，釓可縮短血液的T1 弛豫時間，未經(jīng)抑制的血液產(chǎn)生的高信號可能會被誤認為是動脈瘤壁，也有研究[21]強調(diào)慢血流偽影也可能導致對周圍動脈血管壁強化的誤解。這是血管壁成像(vessel wall imaging，VWI)的一個缺陷。Bart 等[18]開發(fā)了一種動脈瘤磁共振成像模型，用于評估慢流對3D-TSE-VWI 中血管壁樣強化的影響，發(fā)現(xiàn)MSDE 技術可改善慢流的信號抑制。顱內(nèi)動脈夾層是顱內(nèi)動脈瘤的一種類型，早期可靠地診斷顱內(nèi)動脈夾層對降低神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的風險具有重要意義，內(nèi)膜瓣可能是夾層診斷中最有價值的影像學表現(xiàn)，因為它是在無創(chuàng)影像學模式下明確診斷夾層的唯一影像學表現(xiàn)[22]。作為高分辨率血管壁成像的一種重要技術，3D T1-iMSDE 技術可以有效地抑制血流信號，顯示內(nèi)膜瓣，從而診斷顱內(nèi)動脈夾層。Choi等[23]研究表明對比增強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)椎基底動脈夾層的一種有效、無創(chuàng)的診斷方式。但當使用CE-iMSDE-3DMRI 進行顱內(nèi)動脈瘤評估時，區(qū)分造影增強和壁血腫依舊有難度。日前，Wang 等[24]利用三維切片機的時間飛躍(time-of-flight，TOF)和MSDE 序列重建了巨大顱內(nèi)動脈瘤的循環(huán)和非循環(huán)部分，驗證了其可應用于術前計劃。多種類型顱內(nèi)動脈瘤生物學行為的差異取決于血管壁病理的差異，在現(xiàn)有知識的基礎上，還應該發(fā)掘動脈瘤壁影像學特征對醫(yī)學或介入治療的作用的潛力[25]。

2.4 腦脊液運動可視化

腦脊液運動可視化是MSDE 技術最新的應用領域。2020年，Horie等[26]首次評價了三維動態(tài)改進運動敏化驅動平衡穩(wěn)態(tài)自由進動(3D dynamic improved motion-sensitized driven-equilibrium steady-state free precession，3D-dynamic-iMSDE-SSFP)顯示腦脊液運動的可行性，并確定了合適的參數(shù)。表明這項技術可以提供粗略的腦脊液動力學信息。該團隊的另一研究及報道表明該技術還可觀察開窗手術后開窗部位的湍流運動以及穿過硬腦膜缺損區(qū)的腦脊液運動[27-28]。

2.5 其他

許多研究已經(jīng)證明，MSDE 或iMSDE-TSE 可以有效地檢測到小的腦轉移瘤，將其從類似的血管信號中區(qū)分出來，并且能夠顯示更準確的腫瘤侵犯范圍，特別是其對于血管的侵犯[29]，而對iMSDE-TSE 圖像進行最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)重建更能提高診斷效能[30]。我國有研究者將該技術用于下肢血管壁成像，楊水清等[31]的研究證明，基于非對比增強磁共振血管成像(non contrast enhanced magnetic resonance angiography，NCE-MRA)技術的iMSDE預備的平衡穩(wěn)態(tài)自由進動(balanced steady-state free precession，bSSFP)序列可有效地顯示糖尿病患者下肢動脈病變，具備較好的診斷價值的同時不使用對比劑且掃描時間短。也有研究者選擇從股總動脈到腘動脈獲取3D-MERGE 序列以測量股動脈形態(tài)特征[32]。此外，Mori 等[33]研究認為MSDE制備的優(yōu)化平衡渦輪場回波(balanced turbo field echo，BTFE)序列有可能取代增強CT，用于血管內(nèi)動脈瘤修補術后，尤其是腎損害患者的隨訪。Nakayama 等[34-35]提出了運動敏化驅動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)增強研究中，發(fā)現(xiàn)MSDE 準備的磁共振胰膽管水成像(magnetic resonance cholangiopancreatography，MRCP)比T2 加權MRCP 能更清楚地顯示膽管結構，對肝腫瘤患者術前膽道系統(tǒng)的定位具有足夠的潛力。由于除了結構改變外，動脈動力學(如擴張和順應性)的變化也是心血管疾病的重要指標。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確的管腔動力學測量，對于心血管系統(tǒng)的定量研究具有臨床價值。

3 缺陷與局限性

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

4 總結與展望

MSDE 技術作為一種新型的黑血成像及血管壁成像技術，能有效抑制血流信號，無創(chuàng)評估頸動脈斑塊、顱內(nèi)動脈瘤、下肢血管壁情況，也可清晰顯示一些結構復雜部位的細小神經(jīng)形態(tài)，并且鑒別微小腦轉移瘤。但其應用價值遠不止于此，由于其成像過程中同時能抑制擴散運動的水分子信號，所以在對慢速流體及湍流的顯示上具有獨特的優(yōu)勢，可應用于胰膽管成像及腦脊液運動的可視化等領域。MSDE技術結合對比增強掃描及多種圖像重建技術，在判斷顱內(nèi)動脈瘤的穩(wěn)定性方面有較高的應用價值，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特征具有差異，MSDE技術將在血管炎性病變中展現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)摿?。雖然該技術仍存在一些不足，但相信隨著技術的不斷改進和研究的深入，該技術將有更加廣闊的應用前景和研究價值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。