DISCO成像技术临床应用进展

胡然,曾国飞,方玉,杨华

(重庆市中医院放射科,重庆 400021)

基于笛卡尔采集的K空间共享三维容积快速动态成像技术(differential sub-sampling with cartesian ordering,DISCO)是一种三维扰相梯度回波序列,具有高时间和空间分辨率,不仅能够很好的显示组织形态学改变,还能反映组织的微循环及血流灌注的情况,从而对病变组织的血管内皮通透性、血流量进行定性及定量评价[1]。目前,该技术在血管成像、肿瘤良恶性鉴别等方面已取得良好的效果[2-4]。本文就DISCO的临床应用进展作一简要综述。

1 DISCO的基本原理

DISCO序列是一种能够提供高时间和空间分辨率的三维扰相梯度回波的序列,其采用了水脂分离技术、伪随机变量K空间分割技术及K空间共享重建的技术进行数据采集。DISCO序列K空间点的伪随机分布是通过一种可变信号K空间欠采样技术实现[1]。DISCO序列每个时相K空间数据被分为两个区域,即中心区域A和外周区域B,在每个期相中心区域A内的数据都被完全采样;为了能更好的降低由外部K空间欠采样引起的伪影,外周区域B内的数据则以伪随机模式获得[1]。此外,DISCO序列采用了2点Dixon脂肪水分离重建算法,并使用了高接收器带宽,能在三维扰相梯度回波序列的单个重复时间中采集反相和同相回波,再经过邻近视图共享、自校准混合空间并行成像技术及Dixon相位校正重建技术,实现在每个重建阶段产生仅脂肪和水的图像,大大减少了扫描时间,并获得了良好的脂肪抑制图像,有利于病灶的显示[5-7]。

2 DISCO技术在磁共振血管成像中的应用

DISCO序列不仅能够缩短扫描时间,还能动态的显示血管与病灶的血流动力学变化,通过对多动脉期图像的后处理重建,能够获得类似CTA检查效果。Hope等[8]研究发现,DISCO序列能在一次屏气期内进行多动脉期采集,提供多个血管显影时相,准确显示肝血管解剖,还能获取最佳动脉成像来显示肝脏局灶性病灶。袁元等[9]则对DISCO序列与CTA肝血管解剖成像进行了比较,研究发现两者对肝动脉及其主要分支的显示效果无明显差异,且MRI没有电离辐射,可为临床提供更全面的信息。研究[10]还发现,DISCO序列能够清晰的显示肢体末端小动脉分支,同时能很好的评估肌肉、肌腱等软组织受累情况,目前该技术已用于诊断和评价手部多发海绵状血管瘤、多指畸形、动静脉畸形、动脉粥样硬化及舟骨骨折术后情况。此外,在颅内动脉瘤形态学特征显示方面,DISCO技术比临床常规使用的时间飞跃法能更好的显示动脉瘤内血栓及动脉瘤囊的形态,而且DISCO序列覆盖范围更广,扫描时间更短,有利于患者的配合并最大限度地减少运动伪影[11]。因此,DISCO序列是一种准确无创的血管成像技术,结合后处理重建,有助于全面评价血管病变的性质、部位及范围。

3 DISCO在磁共振动态增强中的应用

3.1 磁共振动态增强药代动力学模型、参数及意义

目前动态增强磁共振成像常用的药代动力学模型是房室模型,由于房室模型涉及的参数数量少、简单,且能够反映组织的生理学状况,所以近年来应用广泛[12]。房室模型可分为单室、双室和三室模型。单室模型忽略了血管内容积,认为血管内和血管外间隙是一个组织空间,对比剂将进入到一个均匀混合的组织空间内。双室模型将组织分为血管内和血管外细胞外间隙(extravascular extracellular space,EES)两个独立的空间。三室模型则将组织分为血管内、血管内细胞外及细胞内三个独立的空间。然而,在实际应用中,双室模型由于其参数简单且能够反映组织生理学状况,所以应用最为广泛[13-14]。

DISCO动态增强数据分析常用的参数有半定量参数和定量参数。半定量参数主要是对对比剂廓清的速度和幅度进行量化,常用的有增强曲线下初始面积(initial area under the gadolinium curve,IAUGC)、最大增强斜率(maximum slope of increase,MaxSlope)、对比增强比率(contrast enhancement rate,CER)等[15-17]。半定量参数具有简单直接的优点,可完整分析整个循环周期的时间-信号曲线,无需将MR信号强度曲线转换为造影剂浓度曲线。但是半定量参数不能直接反映组织生理学状态,且半定量参数易受多种因素影响,如MR扫描设备及参数、信号强度等,因此其使用的重复性会受到一定的影响[18]。

定量参数是经过合适的药代动力学模型动态获取组织浓度曲线,从而推算与血管分布相关的参数,其能够反映组织微循环灌注和血管通透性,而且还将血管内和血管外组织间隙联系起来。主要参数有:(1)容积转移常数(Ktrans),表示单位时间内对比剂由血液渗透到EES的转运系数,其生理意义取决于感兴趣组织血流灌注量和毛细血管渗透性的平衡,在组织高渗透性情况下,Ktrans值可评估组织的血流灌注量,而在组织低渗透性情况下,Ktrans值主要代表EES与血浆之间的渗透表面积;(2)反向容积转移常数(Kep)表示单位时间内对比剂从EES流回血管内的速率,Kep很大程度受毛细血管渗透性影响,血管渗透性增加,Kep就增加;(3)每单位体积组织的血管外细胞外间隙容积(Ve),其表示在EES内分布参与循环的对比剂的量,可反映EES的大小[19-20]。

3.2 DISCO对动态增强时间分辨率的提升

传统的动态增强MRI序列,大多数空间分辨率较高而时间分辨率不足,而DISCO技术通过笛卡尔采集将椭圆排序的3D K空间分割成环形区域,并且交替采集中央区域和外周区域,减少采集时间,同时采用并行成像技术,以保证在相对较高空间分辨率的情况下同时提高时间分辨率。Clarke等[21]对26例慢性肝病患者进行DISCO成像,在保证空间分辨率的情况下,屏气28 s获取7期图像,时间分辨率为4 s/期,实现了肝脏增强MRI多动脉期采集,从而有助于评估肝脏富血供病灶的强化特征。唐鹤菡等[22]对56例肝脏恶性病变患者进行DISCO成像,将时间分辨率进一步提高到3 s/期,1次屏气18 s获取6期图像,不仅有助于患者完成屏气动作,而且提高了肝脏动脉晚期采集效率,提供了更多机会观察肿瘤动态增强模式。Ichikawa等[23]则比较了肝脏多动脉期DISCO成像与单动脉期成像诊断环形强化肝细胞肝癌的可靠性,其DISCO序列的时间分辨率为3～4 s/期,1次屏气22～26 s获取6期图像,单动脉期成像为1次屏气18 s获取1期图像,该研究发现多动脉期DISCO成像增加了环状强化的肝细胞肝癌的检出率,提高了诊断肝细胞肝癌的可信度。

Morrison等[24]对乳腺DISCO序列与临床常规的乳腺MRI扫描序列进行了比较,DISCO序列能提供较常规序列快6倍的有效时间分辨率,生成更精确的时间-信号强度曲线,有利于病灶的定性诊断,但是DISCO序列在显示图像质量方面要略低于临床常规序列。Saranathan等[7]为了解决DISCO序列因提高时间分辨率而图像质量欠佳的问题,其在对乳腺癌动态增强MRI研究中,将DISCO采样模式与锁孔方法相结合来提高序列的空间分辨率,并采用“一键式”技术,消除了采集之间切换的延迟、患者移动伪影及不同预扫描参数的量化错误,最终所得的动态图像明显比传统低空间分辨率动态图像更清晰,能更好的显示肿瘤的细节。因此,DISCO动态增强序列能够在保证空间分辨率的前提下,提高时间分辨率,从而提供更多的机会观察肿瘤动态增强模式,提高疾病诊断的准确率。

3.3 采用DISCO的动态增强在良恶性肿瘤鉴别诊断中的应用

DISCO动态增强序列与传统的动态增强序列一样,可以通过后处理得到反映病变血流动力学的定量及半定量参数,但是既往研究中动态增强序列的时间分辨率较低,处理后的血流动力学参数可能存在一定的失真。目前DISCO动态增强技术已应用于胰腺和乳腺良恶性病灶的诊断和鉴别诊断中。郭亚飞等[25]采用DISCO序列对乳腺的良恶性病变进行了定量及半定量分析,并将病理结果作为对照,发现乳腺良性病变的Ktrans、CER、IAUGC、Ve、MaxSlope值低于恶性病变,特别是定量参数Ktrans及Ve值,其诊断乳腺良恶性病变的敏感度及特异度均大于70%,此结果与Li等[26]的研究结果有相似之处。除此之外,郭亚飞等[25]的研究由于时间分辨率的提高,其半定量参数诊断乳腺良恶性病灶的特异度及敏感度较先前研究有明显的提高,其中半定量参数MaxSlope诊断乳腺良恶性病灶的特异度提高达82.9%,而CER、IAUGC诊断乳腺良恶性病灶的敏感度提高达94.6%、89.2%[25,27]。

Donati等[28]用动态对比增强DISCO序列来定量分析胰腺疾病,研究发现虽然正常胰腺、胰腺导管腺癌、胰腺神经内分泌肿瘤及慢性胰腺炎的平均灌注参数值与之前文献研究结果存在差异,但是正常胰腺和局限性慢性胰腺炎的Ktrans、Kep值要高于胰腺导管腺癌,神经内分泌肿瘤的Ktrans、Kep值高于其他局灶性病灶和正常胰腺,与先前研究[29-33]一致;进一步研究发现胰腺神经内分泌癌的IAUCG值要高于神经内分泌瘤,慢性胰腺炎的Ve值要明显高于胰腺导管腺癌,这对疾病的鉴别诊断非常重要。因此,通过动态对比增强DISCO成像和图像后处理能够得到反映组织生理学特征的参数,有利于疾病的诊断及鉴别诊断。

4 小结和展望

DISCO技术克服了传统的动态增强序列时间分辨率不足的缺点,能够同时保证高时间分辨率和空间分辨率,得到的定量参数能够更准确地反映病变的生理信息。扫描时间较长是DISCO临床应用的主要不足,特别是对于腹部检查的患者,无法通过一次屏气就完成扫描,呼吸运动伪影较重[34-36]。基于膈肌导航的DISCO技术,能在患者呼吸均匀的情况下不屏气扫描,能有效避免呼吸运动相关的伪影[37]。总之,DISCO序列不仅可以捕捉快速强化肿瘤的血流动力学特征,提高病灶检出率及诊断准确率,而且还能反映病变组织病理、生理学的微观变化,为临床早期诊断及治疗疾病提供更丰富、更精确的信息。相信,随着软硬件技术的不断完善,DISCO技术将血管成像、肿瘤的定性及定量诊断等方面展现出更广阔的应用前景。