扩散磁共振成像和纤维束示踪成像在脊髓成像中的临床应用

扩散磁共振成像和纤维束示踪成像在脊髓成像中的临床应

用

李小圳 综述,金征宇*审校

【摘 要】[摘 要]磁共振弥散张量成像和纤维束示踪成像能够显示白质纤维的结构,在脊髓的应用也越来越广泛,对检出病变和判断病变性质的敏感性较常规M RI高,能够提供更多诊断及鉴别诊断依据,同时能更好地进行术前疗效评估及判断预后。

【期刊名称】中国医学影像技术 【年(卷),期】2010(026)001 【总页数】3

【关键词】[关键词]磁共振成像;扩散磁共振成像;纤维束示踪成像;脊髓

在脊髓成像中,MR检查的主要目的是检出病变并明确其性质,评估外科手术的可行性,确定有无复发及并发症。弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是显示脑白质纤维束和病变对正常组织影响的一种非常重要的技术。DTI通过测量表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)和各向异性分数(fractional anisotropy,FA)提供中枢神经系统结构上和方向上的[1]独特矢量信息,显示其微结构的改变以及白质通路和神经元的连接性;通过纤维束示踪成像(fiber tractography,FT)可重建出白质纤维束的三维图像[1-2]。脊髓的横断面积相对较小,加上复杂的周围结构(如脑脊液、脂肪、骨组织[3])和脊髓本身、尤其是上段胸髓前后方向的运动[4],以及DTI的信噪比较低,对各类运动、磁敏感伪影较敏感等,使脊髓DTI及其临床应用受限。近年已有研究评估了脊髓DTI的可能性。本文就DTI和FT在脊髓成像的采集方法和临床应用方面进行综述。

1 DTI图像采集方法

1.1 采集条件 DTI的采集依赖于高场磁共振[5],需要强的梯度场(≥30 mT/m)。有学者[6-7]报道,3.0T脊髓DTI较1.5T信噪比平均增加95.7%±4.6%,脊髓蝴蝶形的解剖结构在轴位FA图上显示更清晰。但是,场强增高时,磁场均匀度的操控能力降低,各组织 T2*弛豫时间缩短,易导致信号衰减速度加快,图像模糊,需要应用小矩阵如64×32和缩短回波链来降低信号衰减速度,减轻图像模糊和变形程度。由于脊髓本身所处的部位和其固有的形态特征,目前脊髓DTI多在1.5T MR上进行采集[8];但也有学者在0.2T MR上成功地应用线性扫描DTI(line scan diffusion tensor imaging,LSDTI)技术研究早期脊髓退行性改变[9]。 DTI最常采用的是单次激发基于自旋回波的面回波成像(spin-echo echo-planar imaging,SE-EPI)序列[5],也有选用LSDTI技术[9-10]和局部放大斜位多层面(zonally magnified oblique multi-slice,ZOOM)EPI技术[2]进行成像者。尽管二者较常规SE-EPI序列磁敏感伪影小,但信噪比较差,同时ZOOM-EPI技术受特异性吸收率的限制,扫描时间明显延长[5]。LSDTI技术对梯度场依赖性小,可用于高场 MR[10],也适用于低场MR[9]。

由于脊髓结构的特殊性和DTI技术的局限性,选择合适的参数获得最佳的图像质量非常重要。脊髓的最大径仅为12 mm,有研究者[8]认为脊髓矢状位的DTI对水分子的扩散比轴位更敏感,层厚为4 mm的FA图的质量最好,信噪比最高;但也有学者[3]认为由于脊髓横断面积较小,最好选择3 mm层厚。使用心脏门控技术[11]可减少脑脊液的部分流动伪影和脊髓本身的运动伪影,尤其是胸髓成像时。近年有研究者[12]提出一种全新的K空间填充方式,即螺旋桨技术(propeller)来减少运动伪影。选择最短的TE时间[8]可减少由磁体引起的EPI

序列的磁敏感伪影。

DTI两个重要的成像参数b值和梯度场方向也会明显影响图像质量。脊髓的细胞外水远少于脑组织,相对用于脑组织的b值,较小的b值可减少脊髓弥散成像时的信号衰减,但比较后发现b值为900 s/mm2时图像质量最佳[8]。另有学者[13]认为最佳b值为500 s/mm2,信号较均匀,同时扫描时间较短。有关梯度场方向,理论上方向越多可获得越好的弥散椭圆体,信噪比也越高。有研究者[8]发现 6方向的图像质量较差,15方向与32方向的无显著差异,而15方向采集时间较短,认为是最佳选择。还有研究[5]认为在兼顾采集时间和图像质量的情况下,25方向是最佳选择。

综合分析和比较DTI采集技术及参数后,推荐1.5T MR脊髓DTI的最佳成像参数为:矢状位成像,单次激发,SE-EPI序列,25梯度场方向,2个b值(b=0和500 s/mm2),FOV 180 mm ×180 mm,矩阵 128×128,层厚 3 mm,TR/TE=4600 ms/83 ms。检查时要求患者平静呼吸,同时尽量避免做吞咽动作[8]。

1.2 FT图的三维重建 FT图是基于弥散椭圆体中邻近像素形状和方向的相似性重建出来的[1]。白质中许多因素会影响表面弥散张量的状态,包括纤维密度、脱髓鞘的程度、纤维的平均直径以及同一体素内纤维方向的一致性。因此,FT图可以评估纤维的连接程度[5]。脊髓中白质纤维束结构与脑组织不同,应用软件处理后有望获得更高质量的FT图[5]。

1.3 ADC值和FA值的测量 ADC值和FA值可提供病变进展过程中的数值变化。有研究者[10]测量正常志愿者脊髓白质和灰质的FA值,分别为0.63±0.09和0.27±0.04。但多数研究者[13]选择在不同平面测量20 mm2(10个体素)的感兴趣区(region of interest,ROI),同时包含灰质和白质的ADC值和FA值。有研