DISCO成像技術(shù)臨床應(yīng)用進(jìn)展

胡然,曾國(guó)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(dòng)態(tài)成像技術(shù)(differential sub-sampling with cartesian ordering,DISCO)是一種三維擾相梯度回波序列,具有高時(shí)間和空間分辨率,不僅能夠很好的顯示組織形態(tài)學(xué)改變,還能反映組織的微循環(huán)及血流灌注的情況,從而對(duì)病變組織的血管內(nèi)皮通透性、血流量進(jìn)行定性及定量評(píng)價(jià)[1]。目前,該技術(shù)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(yīng)用進(jìn)展作一簡(jiǎn)要綜述。

1 DISCO的基本原理

DISCO序列是一種能夠提供高時(shí)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(shù)、偽隨機(jī)變量K空間分割技術(shù)及K空間共享重建的技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。DISCO序列K空間點(diǎn)的偽隨機(jī)分布是通過(guò)一種可變信號(hào)K空間欠采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)[1]。DISCO序列每個(gè)時(shí)相K空間數(shù)據(jù)被分為兩個(gè)區(qū)域,即中心區(qū)域A和外周區(qū)域B,在每個(gè)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(jī)模式獲得[1]。此外,DISCO序列采用了2點(diǎn)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(gè)重復(fù)時(shí)間中采集反相和同相回波,再經(jīng)過(guò)鄰近視圖共享、自校準(zhǔn)混合空間并行成像技術(shù)及Dixon相位校正重建技術(shù),實(shí)現(xiàn)在每個(gè)重建階段產(chǎn)生僅脂肪和水的圖像,大大減少了掃描時(shí)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(shù)在磁共振血管成像中的應(yīng)用

DISCO序列不僅能夠縮短掃描時(shí)間,還能動(dòng)態(tài)的顯示血管與病灶的血流動(dòng)力學(xué)變化,通過(guò)對(duì)多動(dòng)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(jìn)行多動(dòng)脈期采集,提供多個(gè)血管顯影時(shí)相,準(zhǔn)確顯示肝血管解剖,還能獲取最佳動(dòng)脈成像來(lái)顯示肝臟局灶性病灶。袁元等[9]則對(duì)DISCO序列與CTA肝血管解剖成像進(jìn)行了比較,研究發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)肝動(dòng)脈及其主要分支的顯示效果無(wú)明顯差異,且MRI沒(méi)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(dòng)脈分支,同時(shí)能很好的評(píng)估肌肉、肌腱等軟組織受累情況,目前該技術(shù)已用于診斷和評(píng)價(jià)手部多發(fā)海綿狀血管瘤、多指畸形、動(dòng)靜脈畸形、動(dòng)脈粥樣硬化及舟骨骨折術(shù)后情況。此外,在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤形態(tài)學(xué)特征顯示方面,DISCO技術(shù)比臨床常規(guī)使用的時(shí)間飛躍法能更好的顯示動(dòng)脈瘤內(nèi)血栓及動(dòng)脈瘤囊的形態(tài),而且DISCO序列覆蓋范圍更廣,掃描時(shí)間更短,有利于患者的配合并最大限度地減少運(yùn)動(dòng)偽影[11]。因此,DISCO序列是一種準(zhǔn)確無(wú)創(chuàng)的血管成像技術(shù),結(jié)合后處理重建,有助于全面評(píng)價(jià)血管病變的性質(zhì)、部位及范圍。

3 DISCO在磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)中的應(yīng)用

3.1 磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)藥代動(dòng)力學(xué)模型、參數(shù)及意義

目前動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像常用的藥代動(dòng)力學(xué)模型是房室模型,由于房室模型涉及的參數(shù)數(shù)量少、簡(jiǎn)單,且能夠反映組織的生理學(xué)狀況,所以近年來(lái)應(yīng)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(rèn)為血管內(nèi)和血管外間隙是一個(gè)組織空間,對(duì)比劑將進(jìn)入到一個(gè)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(xì)胞外間隙(extravascular extracellular space,EES)兩個(gè)獨(dú)立的空間。三室模型則將組織分為血管內(nèi)、血管內(nèi)細(xì)胞外及細(xì)胞內(nèi)三個(gè)獨(dú)立的空間。然而,在實(shí)際應(yīng)用中,雙室模型由于其參數(shù)簡(jiǎn)單且能夠反映組織生理學(xué)狀況,所以應(yīng)用最為廣泛[13-14]。

DISCO動(dòng)態(tài)增強(qiáng)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(duì)對(duì)比劑廓清的速度和幅度進(jìn)行量化,常用的有增強(qiáng)曲線下初始面積(initial area under the gadolinium curve,IAUGC)、最大增強(qiáng)斜率(maximum slope of increase,MaxSlope)、對(duì)比增強(qiáng)比率(contrast enhancement rate,CER)等[15-17]。半定量參數(shù)具有簡(jiǎn)單直接的優(yōu)點(diǎn),可完整分析整個(gè)循環(huán)周期的時(shí)間-信號(hào)曲線,無(wú)需將MR信號(hào)強(qiáng)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(xué)狀態(tài),且半定量參數(shù)易受多種因素影響,如MR掃描設(shè)備及參數(shù)、信號(hào)強(qiáng)度等,因此其使用的重復(fù)性會(huì)受到一定的影響[18]。

定量參數(shù)是經(jīng)過(guò)合適的藥代動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)態(tài)獲取組織濃度曲線,從而推算與血管分布相關(guān)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(lái)。主要參數(shù)有:(1)容積轉(zhuǎn)移常數(shù)(Ktrans),表示單位時(shí)間內(nèi)對(duì)比劑由血液滲透到EES的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù),其生理意義取決于感興趣組織血流灌注量和毛細(xì)血管滲透性的平衡,在組織高滲透性情況下,Ktrans值可評(píng)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(shí)間內(nèi)對(duì)比劑從EES流回血管內(nèi)的速率,Kep很大程度受毛細(xì)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(xì)胞外間隙容積(Ve),其表示在EES內(nèi)分布參與循環(huán)的對(duì)比劑的量,可反映EES的大小[19-20]。

3.2 DISCO對(duì)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)時(shí)間分辨率的提升

傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI序列,大多數(shù)空間分辨率較高而時(shí)間分辨率不足,而DISCO技術(shù)通過(guò)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(shí)間,同時(shí)采用并行成像技術(shù),以保證在相對(duì)較高空間分辨率的情況下同時(shí)提高時(shí)間分辨率。Clarke等[21]對(duì)26例慢性肝病患者進(jìn)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(shí)間分辨率為4 s/期,實(shí)現(xiàn)了肝臟增強(qiáng)MRI多動(dòng)脈期采集,從而有助于評(píng)估肝臟富血供病灶的強(qiáng)化特征。唐鶴菡等[22]對(duì)56例肝臟惡性病變患者進(jìn)行DISCO成像,將時(shí)間分辨率進(jìn)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(dòng)作,而且提高了肝臟動(dòng)脈晚期采集效率,提供了更多機(jī)會(huì)觀察腫瘤動(dòng)態(tài)增強(qiáng)模式。Ichikawa等[23]則比較了肝臟多動(dòng)脈期DISCO成像與單動(dòng)脈期成像診斷環(huán)形強(qiáng)化肝細(xì)胞肝癌的可靠性,其DISCO序列的時(shí)間分辨率為3～4 s/期,1次屏氣22～26 s獲取6期圖像,單動(dòng)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(dòng)脈期DISCO成像增加了環(huán)狀強(qiáng)化的肝細(xì)胞肝癌的檢出率,提高了診斷肝細(xì)胞肝癌的可信度。

Morrison等[24]對(duì)乳腺DISCO序列與臨床常規(guī)的乳腺M(fèi)RI掃描序列進(jìn)行了比較,DISCO序列能提供較常規(guī)序列快6倍的有效時(shí)間分辨率,生成更精確的時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)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(shí)間分辨率而圖像質(zhì)量欠佳的問(wèn)題,其在對(duì)乳腺癌動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI研究中,將DISCO采樣模式與鎖孔方法相結(jié)合來(lái)提高序列的空間分辨率,并采用“一鍵式”技術(shù),消除了采集之間切換的延遲、患者移動(dòng)偽影及不同預(yù)掃描參數(shù)的量化錯(cuò)誤,最終所得的動(dòng)態(tài)圖像明顯比傳統(tǒng)低空間分辨率動(dòng)態(tài)圖像更清晰,能更好的顯示腫瘤的細(xì)節(jié)。因此,DISCO動(dòng)態(tài)增強(qiáng)序列能夠在保證空間分辨率的前提下,提高時(shí)間分辨率,從而提供更多的機(jī)會(huì)觀察腫瘤動(dòng)態(tài)增強(qiáng)模式,提高疾病診斷的準(zhǔn)確率。

3.3 采用DISCO的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)在良惡性腫瘤鑒別診斷中的應(yīng)用

DISCO動(dòng)態(tài)增強(qiáng)序列與傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)序列一樣,可以通過(guò)后處理得到反映病變血流動(dòng)力學(xué)的定量及半定量參數(shù),但是既往研究中動(dòng)態(tài)增強(qiáng)序列的時(shí)間分辨率較低,處理后的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)可能存在一定的失真。目前DISCO動(dòng)態(tài)增強(qiáng)技術(shù)已應(yīng)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(duì)乳腺的良惡性病變進(jìn)行了定量及半定量分析,并將病理結(jié)果作為對(duì)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(shí)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(dá)82.9%,而CER、IAUGC診斷乳腺良惡性病灶的敏感度提高達(dá)94.6%、89.2%[25,27]。

Donati等[28]用動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)DISCO序列來(lái)定量分析胰腺疾病,研究發(fā)現(xiàn)雖然正常胰腺、胰腺導(dǎo)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(xiàn)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)管腺癌,這對(duì)疾病的鑒別診斷非常重要。因此,通過(guò)動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)DISCO成像和圖像后處理能夠得到反映組織生理學(xué)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(shù)克服了傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)序列時(shí)間分辨率不足的缺點(diǎn),能夠同時(shí)保證高時(shí)間分辨率和空間分辨率,得到的定量參數(shù)能夠更準(zhǔn)確地反映病變的生理信息。掃描時(shí)間較長(zhǎng)是DISCO臨床應(yīng)用的主要不足,特別是對(duì)于腹部檢查的患者,無(wú)法通過(guò)一次屏氣就完成掃描,呼吸運(yùn)動(dòng)偽影較重[34-36]?；陔跫?dǎo)航的DISCO技術(shù),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(yùn)動(dòng)相關(guān)的偽影[37]?？傊?DISCO序列不僅可以捕捉快速?gòu)?qiáng)化腫瘤的血流動(dòng)力學(xué)特征,提高病灶檢出率及診斷準(zhǔn)確率,而且還能反映病變組織病理、生理學(xué)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(shù)的不斷完善,DISCO技術(shù)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(yīng)用前景。