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MAGiC@PET/MR 解锁神经系统定量应用

2019-09-18  zskyteach...

MAGiCMAGnetic resonance imaging Compilation,是一种全新的MR定量成像技术,它有别于传统的MR weighted images 权重成像的方式,而是通过多回波实现弛豫率成像,通过智能后处理,自动重建十种对比图,五种弛豫率定量图谱,并且能够通过后参数设定,重建出任意所需TR,TE,TI参数的组织对比图像。

MAGiC技术的出现,让MR的应用得到极大的拓展。在2019年6月发布的全新一代全息定量TOF PET/MR中,MAGiC成为PET+MR Quant双定量方案的重要组成部分,让我们从MAGiC的技术优势分析其在PET/MR中的巨大应用潜力。

一. 量化分析组织特征

众所周知,传统MR在软组织对比上,特别是颅脑各组织对比显示上要优于CT,但只是表现为视觉差异,并不能借助类似于Hu值的量化数据进行更深入的特征分析,因为即使是相同的MR参数,对用一病灶的不同次检查之间的MR unit值也不同。而MAGiC技术可以直接获得组织的弛豫率数据,绝对量化的弛豫率数据不仅可以用于同一患者的随访,还可以用于大数据分析。

如上图所示,当我们测量白质部分(左图),散点图显示了白质组织的R1,R2弛豫特征,当我们测量范围同时包括灰白质时,散点图不但显示了白质的组织特征(黄箭),同时还显示了灰质的组织特征(绿箭)。

在大量研究中,许多学者已经通过实验证实,正常人群的灰白质以及核团,T1,T2的弛豫率具有一致性,当脑组织发生损伤或者蜕变时,组织成份就会发生变化,这种变化可以通过MAGiC弛豫率图谱准确的显示。

例如下图文献中多发性硬化(MS)病例所示,与正常组织相比,MS病灶有显著的R1、R2特征差异。类似的研究还被广泛应用于多种退行性病变中。PET特异性检查同时结合MAGiC技术的双定量分析,将成为退行性变研究的新热点。

(MRI Journal, 2015 June, 33#; Wolfgang Krauss)

二. 量化区分不同组织成分

在神经系统病变的诊断中,如何准确区分正常组织、病变组织、病变累及范围、病变与正常组织的移行部分也是重要的诊断信息,对疾病的治疗方案决策有着重要意义。

A:T1WI            B:T1WI (+C)        D:T1 mapping  
E:R1 Mapping(+C)   F:R1 Mapping(subtraction)
G:R2 mapping     H:R2 Mapping(+C)  I:R1变化曲线

如上图病例所示,通过弛豫率图,可以清晰的区分病变组织,水肿组织和正常组织,通过对比强化之后,病变组织因为对比剂滞留,造成明显的T1弛豫率的变化。除此之外更重要的是,通过量化测量,我们发现在距离病灶实体边界6mm范围内,强化后的弛豫率仍然明显区别于正常组织,我们由此可知这部分组织已经发生了肿瘤浸润,需要在下一步的治疗中予以关注处理,否则可能发生治疗不足导致的转移或复发。而这一部分是由权重图的视觉观察所看不到的信息,通过精准定量数据的显示得以准确判断。

三. 更好的图像质量

我们知道,磁共振的参数设计,关系到图像质量和组织对比,一套参数在不同患者和不同病种中的效果也不同,MAGiC与传统采集技术最大区别,是后参数重建,也就是允许我们在扫描之后,通过TR,TE,TI参数的调整,获得组织对比最好的图像。另外,因为MAGiC技术特殊的多回波采集方式,信噪比和分辨率也较传统序列有很大提升,伪影也更少。

在下图病例中,对箭头所示的皮层内小病灶的位置和轮廓的显示,明显优于常规序列。对于此类小病灶,如显示不明确很容易被误认为血管而造成诊断上的误判。

同时,我们可以看到MAGiC序列有效消除了血管搏动造成的伪影,避免了静脉窦附近的小病灶因伪影遮盖造成的漏诊。

(SAGE Journals, Akifumi Hagiwara, 2016)

四. 更快的扫描速度

MAGiC技术功能强大的同时,也具有极高的扫描效率。

在实际应用中,MAGiC序列可以最快2min30s完成320x224矩阵的图像采集,满足急诊等对时间要求较高的应用情况,而常规序列要想完成全部MAGiC提供的图像,则需要30min以上的时间。这对PET/MR扫描来说是一个极大的利好:

一方面,SIGNA PET/MR本身具有卓越性能,可以在实现精准定量的前提下极短的时间内完成PET高灵敏度数据采集,MR扫描时间往往决定了检查时间,MR扫描速度的提高可以有效提高PET/MR的检查效率和患者通量;

另一方面,快速的量化扫描技术,应用于临床扫描时不会增加检查时间,不会造成患者额外的痛苦,在应用时更容易被接受,如此不仅促进了MAGiC技术的临床应用,也让MAGiC技术相关的科研项目,能够顺利的实施。

从上述四点技术优势,我们分析了MAGiC技术在PET/MR神经系统应用中的巨大前景。篇幅有限,MAGiC技术还有很多技术优势尚未在本文展开充分的探讨,MAGiC技术也不仅仅局限在神经系统的应用,许多专家对其在骨关节和前列腺等部位的疾病中的应用也在不断的探索。

在新一代全息定量 TOF PET/MR中,MAGiC技术定会促进多模诊断的发展,更多的临床和科研应用成果也将不断涌现出来。

供稿 :郑志超 

审核 :熊   伟   贾   楠

编辑 :孟昭廷

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