【临床应用】磁共振全新多对比度成像解决方案

红星影像 2016-12-29

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磁共振成像两大信号来源一个是水，一个是脂类物质。脂类物质根据在人体内存在方式又可以区分为成熟脂肪和不成熟脂质。在磁共振临床应用过程中，成像序列有时要抑制脂类物质信号，这样可以提高病变与背景组织之间的对比度，从而更有利于发现病变；而另一方面又需要鉴别脂类物质的性质是成熟脂肪还是不成熟脂质？这是诊断和鉴别诊断的重要依据。

在脂肪抑制方面，尽管传统脂肪抑制技术已经很完善，但这些技术要么对磁场均匀度具有很高的要求，如化学饱和法脂肪抑制；要么存在信噪比低，如短时翻转脂肪抑制(STIR)技术。早在1984年Thomas Dixon教授便提出了Dixon两点法水脂分离技术，这一技术的提出结束了低场强磁共振脂肪抑制只能用SITR的这一局面。但Dixon技术存在很大的局限性，正如Dixon本人在他的文章所说：“The worst problem with this method comes from magnetic field inhomogeneities, which over a whole image, are many times as large as the chemical shift difference between water and fat.”(Simple Proton spectroscopic imaging, Radiology 1984;153:189-194)。事实上，如果能克服Dixon技术对磁场均匀度高度依赖的局限性，这种水脂分离成像技术势必会提供更多的诊断和鉴别诊断信息，甚至改变我们一些传统的诊断思维模式。

正是在这一理念推动之下，几大MR厂商纷纷推出了各自的多对比度成像技术。如GE公司的IDEAL技术、LAVA-Flex技术。其他厂商尽管也有类似的或者接近的成像技术，但受篇幅所限，本文暂不予以讨论。

多序列兼容的多对比度成像解决方案IDEAL

IDEAL（Iterative Decomposition of Water and Fat With Echo Asymmetry and Least-Squares Estimation）是GE公司推出的专利的三点不对称回波法水脂分离技术。该技术具有几个突出优势：

三点回波法

克服传统Dixon两点法对磁场均匀度的高度依赖性，用三个不同回波相位，来修正主磁场不均匀对水脂分离准确性的影响；

采用不对称回波法

事实上早在1991年便有学者提出三点回波法水脂分离技术，但其主要问题是当体素内水和脂比例相当时便无法分离水和脂肪；而采用不对称回波技术时水脂分离技术，不受体素内水脂比例影响；

多序列多对比度兼容

IDEAL既能与快速自旋回波（FSE）也能与梯度回波（GRE）组合，也能用于产生T1、T2等多种对比度，因而在临床上可用于不同部位不同目的；

一次成像获得四种对比度，不仅优化了扫描流程也提供了更丰富的诊断和鉴别诊断信息。

图片说明：图1-4为舌癌病例，由于该区域邻近上颌窦等含气结构，因此化学脂肪抑制不能清晰显示病变图1、图3，但同一病变在IDEAL水相图2、图4（相当于脂肪抑制但脂肪信号被完全剔除）能清晰显示。

图片说明：图5-10为乳腺内结节病变，图5、6、7、8为IDEAL水相、脂相、水脂同相、水脂反相；图9为Vibrant动态增强扫描图像，图10为动态增强信号变化曲线。由于病变内水分含量增加不明显因此在其水相上病变显示不明确，但在脂像上在脂肪信号的衬托下病变清晰显示；图9、10的动态增强扫描及曲线表明病变为癌性病变。病理证实为乳腺癌。

讨论

在IDEAL成像水相图像中脂肪信号能被充分剔除，从而提高病变与邻近结构之间的对比，从而提高病变检出的敏感性；而IDEAL一次成像四种对比度也益于病变诊断的特异性，同时IDEAL脂像在富含脂肪的器官如乳腺也提高了病变的敏感性。

LAVA Flex 多对比度容积动态增强扫描解决方案

衡量一台磁共振临床性能的重要标准是能否拥有高质量的腹部应用，而衡量腹部应用的标准是能否有更完善的腹部动态增强扫描方案。GE公司在磁共振腹部动态增强解决方案方面一直引领业界的标准，从最早的2D FSGPR(快速扰相梯度回波)到首创容积动态增强扫描的FAME(Fast Acquisition Multiphase Efgre)，再到根本上改变磁共振腹部动态增强扫描理念的LAVA(Liver Acquisition with Volume Acceleration)，这中间的每一步都不能不说是一次飞跃。特别是LAVA技术兼具更高的时间分辨率、均匀的脂肪抑制和更高的空间分辨率，不仅能实现多动脉期肝脏动态增强扫描，也能完美解决细微病变如胆管类病变的临床应用。

图片说明：图11-13为肝内占位病变，LAVA多动脉期扫描提示病变在动脉早期、晚期明显强化，静脉期强化消退。

图片说明：图17-20为一梗阻性黄疸病人，在图17,MRCP提示胆总管下端梗阻改变，图18～20 LAVA动态增强扫描提示胆总管下端强化病变，病理证实为胆总管下端癌。

讨论

LAVA兼具更高的时间分辨率和更高的空间分辨率，这取决于LAVA的独特K空间填充技术。多动脉期动态增强扫描能明确肝内病变的血供类型，这对于明确病变性质至关重要。LAVA的高空间分辨率能发现胆管内细微病变，从而与MRCP结合，不仅能明确的胆管有无梗阻、梗阻部位，更能进一步明确梗阻的原因。

尽管LAVA动态增强扫描能非常完美的解决腹部动态增强扫描方案，但仍存在一些临床上有待解决的问题。如对不同成分的脂类物质的鉴别，这涉及到病变的定性；偏中心部位脂肪抑制以及在3T上能否实现理想的同反相位成像等等。在GE最新推出的磁共振平台上推出了全新的LAVA-Flex容积动态增强扫描方案，其临床优势如下：

实现了理想的双回波成像，更准确的判断有无脂肪变性

依托于GE磁共振平台更优异的梯度临床性能，在LAVA Flex实现了理想的同反相位时间，能更准确判断病变内或肝内有无脂肪变性（不成熟脂肪）。

图片说明：图21-22为LAVA Flex双回波图像，同相位时间2.5ms,反相位时间1.2ms。

讨论

在3T磁共振因为拉莫尔频率增加而使得水、脂类之间化学位移增加从而使第一个反相位时间缩短到1.1ms。在2D双回波扫描因为要施加选层梯度，所以很难获取第一个反相位时间。如果反相位时间长于同相位，就会影响判断有无脂质浸润的准确性。在LAVA-Flex依托于高性能的梯度平台加之不再使用选层梯度，所以实现了理想的同反相位时间。

多序列多对比度兼容LAVA Flex的水相、脂相能敏感检测成熟脂肪成分

LAVA-Flex技术能在一次成像过程中同时获取水相、脂相、水脂同相和水脂反相，因此LAVA-Flex同时兼备发现并鉴别成熟脂肪和不成熟脂肪的能力。这在病变的定性中至关重要。

图片说明：图25-27为右肾上极占位病变，图25、26同反相位表明在反相位病变信号衰减，提示病变内有脂肪变性；图27为LAVA-Flex动态增强扫描图像，病变在动脉期明显强化。病理证实为右肾癌（透明细胞型）；图28-34，年轻女性，在LAVA Flex同相位隐约可见稍高信号病变，在反相位上可见数个大小不等类圆形病变，边界清，病灶边缘呈钩边征。在水相上病变呈明显低信号，而在脂像上病变呈明显亮信号；结合四种对比度图像明确肝内多发病变为成熟的脂肪组织。图68-70为同一病例头部CT图像，于双侧大脑半球可见多个钙化病灶。该病例临床证实为结节硬化病。

讨论

明确不同性质的脂肪即成熟脂肪或不成熟脂肪（脂肪变性）对于鉴别诊断具有重要意义。对于肝内占位病变而言，发现病变内脂肪浸润是鉴别肝癌病变的重要依据。尽管肝癌、肝腺瘤都可以出现脂肪变性，但从发病率角度而言后者发病率更低。如果发现成熟的脂肪对血管平滑肌脂肪瘤或错构瘤诊断有决定意义。综上，LAVA-Flex因为能同时发现和鉴别成熟和不成熟脂肪，因此在病变定性诊断中更有意义。

尽管采集两个回波，但仍具有足够高的时间分辨率

虽然LAVA-Flex成像过程中采集两个回波信号，但依托于GE磁共振更优异的梯度平台仍具有非常短的TR，因此仍能实现多动脉期扫描。在某公司所谓类似技术中，因为无法采集第一个反相位时间，故其TR要在5.5ms以上，因而无法完成一次屏气多动脉期采集。根据参数设置界面我们发现能否采集到第一个反相位时间取决梯度的临床性能。在GE公司的LAVA Flex所能使用的最大梯度场强为44.8mT，而某公司在类似技术上所能使用的最大梯度场强为23mT。最大梯度场强决定所使用的信号接收带宽，而信号接收带宽会影响频率编码矩阵每个采样点的读取时间（Dwelling time）。该采样时间与接收带宽呈倒数关系，因此能用的接收带宽越大，采样所须的时间就越短。可以参考下面的公式理解：

其中n_x,f就是频率编码矩阵，2Δν就是接收总带宽。同时我们还知道接收总带宽与频率方向FOV（Lx）存在如下关系：

2Δν=（γ/2π）*Gx*Lx，

因此知道成像参数的某一接收总带宽所对应的最小Lx,我们便能计算出该成像系统所能使用的最大读出梯度场强了。

图片说明：图35-37为GE LAVA Flex,分别为水相、脂相、水脂反相，水脂反相TE时间为1.3 ms；图38-40为某公司类似技术，分别为水相、脂相、水脂反相，水脂反相TE时间为3.7ms；图41-44为LAVA-Flex临床应用实例，图79、图80为双动脉期成像提示病变动脉期明显强化

讨论

尽管有些技术和LAVA-Flex相似，但当我们对比上下两组图像便容易发现两种技术之间存在本质差别：在GE LAVA-Flex水相位于两侧偏中心的上臂的脂肪信号也被充分剔除，观察皮下脂肪和骨髓腔信号，同样在脂相上所有脂肪成分呈高信号；而在某些类似技术上的水相上，偏中心的双上臂皮下脂肪却是亮的，而其脂相上皮下脂肪却是黑的。这就说明这些类似技术仍是采用传统Dixon技术的老版本，因此其水脂分离受磁场均匀度的限制，所以在磁场均匀度本已很差的某公司磁共振平台上出现这样的结果是必然的结果。另外，在 LAVA-Flex的水脂反相上TE时间是1.3ms,接近第一个反相位时间；而在类似技术的水脂反相位上TE时间却3.7ms,这是第二个反相位时间。图41-44是LAVA-Flex临床应用实例，在这里多动脉期增强扫描能明确肝内占位病变的动脉期增强，这对于明确诊断至关重要。

LAVA-Flex除上述临床优势外还具有很多临床优势，如更高的信噪比、更大的层面内和层面间有效诊断范围等，因篇幅所限，在此不再讨论。

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