腹部(肝)磁共振成像的技术进展

张利军 姚秀忠

(复旦大学附属中山医院放射科，上海 200032)

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)因其特异的软组织对比度、多参数多平面成像特性以及部分快速成像序列而被用于CT及超声难以诊断时的腹部检查。近年来，随着计算机软硬件技术的发展，特别是主磁体场强的提升、多通道多单元表面线圈的应用以及扫描序列的改进，MRI的空间及时间分辨率进一步提高，功能成像也更易实现。另外，细胞外造影剂用于常规诊断和评价肝脏疾病，肝脏特异性造影剂的应用则可以提供更多的信息。目前，MRI不仅可作为常规腹部检查手段，而且可作为术前肿瘤评估、术后随访及放化疗效果早期评价的一站式临床检查工具。

1 MRI软硬件技术的最新进展

近年来，MRI软硬件技术的最大突破就是3.0T主磁场强度、高性能梯度系统、多通道高密度单元表面线圈及并行采集技术的应用。3.0T主磁场强度的图像信噪比理论上较1.5T提升了2倍[1]，从而提高了空间分辨率、缩短了腹部成像时间。然而，主磁场强度的增加延长了组织T1时间，使得二维T1加权像(T1 weighted image，T1WI)图像对比度发生了变化，因此必需延长重复时间(repetition time，TR)才能达到与1.5T同样组织对比度的效果。梯度线圈的提高对MRI腹部超快速成像至关重要，高梯度场强及高切换率可以加快信号采集速率，并有利于提高图像的信噪比[2]。无缝隙高密度单元相控阵表面线圈在腹部的应用有助于超快速多期及薄层扫描，同时可以提高图像的质量和空间分辨率[3]。并行采集技术(SENSE或GRAPPA技术)是基于多单元相控阵表面线圈校正扫描所获得的空间信息，通过减少K空间相位方向编码线而以缩短2～3倍的扫描时间来实现腹部超快速高空间分辨率图像的技术[4-5]。尽管并行采集技术导致图像信噪比的丧失，但主磁场强度的提高可以弥补这一缺点。同时该技术可以降低超高磁场如3T所带来的能量沉积、T2模糊效应以及磁敏感伪影[6]，所以尤其适用于超高场强3T的临床应用。SENSE技术与GRAPPA技术的不同之处在于：前者需要校正扫描来获得常规序列扫描额外的空间信息，可能会有憋气错位所导致的相位伪影；后者在序列扫描的同时获得空间信息，所以后者扫描时间相对较长，但无相位伪影，图像信噪比相对较低。

2 上腹部MRI扫描序列及技术的最新进展

2.1 容积成像 常规上腹部快速成像通过层面激发产生二维图像，多次憋气经常导致图像匹配不一致，容易使肝脏的小病灶漏诊或病变定性困难。三维T1WI容积成像如肝脏容积加速成像(liver acquisition with volume acceleration，LAVA)或容积式插入法屏气检查(volumetric interpolated breath-hold examination，VIBE)在基于高场强、高性能梯度线圈、多单元相控阵表面线圈及并行采集技术的基础之上实现动态增强三维容积各向同性高分辨率成像，不仅解决了二维图像所固有的多次憋气错位问题，而且能够产生大范围、超薄层高分辨率图像，对原始图像进行多种技术重建之后可对上腹部动脉、门脉、静脉血管进行评价[7-9]。另外，MRI三维LAVA序列的单次憋气动脉早、中、晚期和门脉期多时相成像有助于对肝内结节性病变的定性诊断。

二维厚层单次激发快速自旋回波(single shot fast spin echo，SSFSE)序列的磁共振胰胆管成像(magnetic resonance cholangiopancreatography，MRCP)在临床上常用来评价胆道系统疾病。近年来，基于呼吸门控快速恢复快速回波脉冲序列(fast recovery fast spin echo，FRFSE)或稳态自由进动成像(steady-state free-precession，SSFP)序列的三维MRCP能够实现各向同性容积信号采集，提高空间分辨率并降低由于憋气不良带来的图像伪影，实现用胆道仿真内窥镜来观察腔内细节[10-12]。另外，通过应用阳性MRI特异性造影剂，如锰福地匹三钠(Mn-DPDP)、钆贝葡胺(Gadobenate Dimeglumine)或钆塞酸二钠(Gd-EOB-DTPA)，三维LAVA或VIBE胆道成像可以提供水成像所不能提供的胆道病变信息，如胆道手术或肝移植所致的胆汁漏[13-14]。

2.2 功能成像 自旋回波单次激发平面回波序列(single shot echo-planar，SS-EPI)具有快速及高信噪比的优点，故被广泛应用于上腹部弥散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)。为了突出病灶对比度，通常要结合一定的脂肪抑制技术，如频率选择或反转回复，而结合并行采集技术可以抑制由于高速梯度切换所带来的图像扭曲伪影[15]并缩短扫描时间。目前，为了增加DWI的稳定性和提高其对肝内病灶定量及定性诊断的正确率，三维DWI、呼吸门控DWI、呼吸门控背景抑制DWI、自由呼吸背景抑制DWI成为研究热点[16-17]。此外，DWI由过去的定性及定量诊断逐渐扩展到术后随访及肿瘤放化疗疗效的早期评价，并有望参与指导治疗[18-19]。

血流量、血容量及平均通过时间等MRI灌注加权成像(perfusion weighted imaging，PWI)参数应用于有血脑屏障的神经系统时相对准确，而不适用于肿瘤系统或有动脉及门脉双重血供系统的肝脏。目前，采用双输入两室模型算法提供肝脏的灌注参数[20]。基于计算T1 MAP的动态增强三维LAVA或VIBE序列所产生的绝对定量参数——肿瘤血管渗透速度Ktrans成为用来描述肿瘤血管通透性的MRI PWI研究热点[21]。此外，MRI小分子造影剂(钆剂)与T1值的非线型复杂关系使得单室模型不能真实地反映肿瘤血管通透性的特征。双输入两室模型算法可能提供一种研究肝脏MRI PWI的灌注参数计算模式[22]。

临床上在1.5T上所实现的肝脏MRI氢质子波谱成像(proton magnetic resonance spectroscopy，H1-MRS)扫描时间长，波谱分辨率容易受呼吸运动、周围脂肪干扰及低信噪比的影响，需要多次信号采集及大体素来提高。3.0T MRI不仅极大地提高了组织的信噪比、波谱分辨率，并加快了腹部成像速率，可以在连续几次憋气后完成上腹部脏器H1-MRS[23-24]。

3 肝胆特异性造影剂的最新进展

目前，用于肝脏MRI检查的造影剂包括5类：非特异性细胞外液对比剂钆喷酸葡胺(如GD-DTPA)、肝细胞选择性的对比剂(如Mn-DPDP)、兼有细胞外液特性及肿瘤晚期肝细胞选择性对比剂钆贝葡胺(如GD-BOPTA和 Gd-EOB-DTPA)、网状内皮细胞选择特异性对比剂超顺磁性氧化铁(如SPIO)和兼有早期血池效应和晚期网状内皮细胞选择特异性的对比剂超小型超顺磁性氧化铁(如USPIO)。GD-DTPA动态增强成像有助于评价肝脏病灶强化情况，其中对晚期肝动脉观察最为重要。Mn-DPDP、GD-BOPTA及Gd-EOB-DTPA可由肝细胞摄取，经胆道系统排泄，结合三维高分辨LAVA或VIBE延迟期(45 min～2 h)成像有助于判别肿瘤是否为肝细胞起源，更加清晰地显示胆道系统，并进行胆道重建，能够提供MRCP水成像不能获得的胆道疾病信息。GD-BOPTA及Gd-EOB-DTPA能进行动态增强成像，对肝内病变的的强化情况进行动态评价。以SPIO为代表的网状内皮细胞选择特异性对比剂主要为T2增强弛豫对比剂，除局灶性结节增生外，大多数肝脏良恶性肿瘤不含有网状内皮细胞，因此，在肝脏实质暗背景下的肿瘤表现为高信号。钆剂结合SPIO的双对比造影在T1WI动态增强后使得肝脏内病变的对比噪声比明显增加，病灶检出率提高[25]。USPIO的较长的血池效应适用于平衡期对比磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)增强检查，同时期晚期网状内皮细胞的吸收效应有助于肝内病变的检出。

总之，MRI软硬件技术的飞速发展及并行采集技术的应用使得三维高分辨动态增强成为腹部扫描常规检查序列。三维高分辨水成像MRCP及造影剂胆道系统成像可以更为详尽地评价胆道系统疾病及其功能。功能成像有助于肝脏病变的筛查、诊断、治疗及疗效评价；肝胆特异性造影剂结合最新MRI技术已成为不可缺少的检查手段。然而，许多问题也随之而来：如高场强所固有的兴趣野射频不均匀性、磁敏感伪影、运动伪影及能量沉积，并行采集技术导致的相位错位伪影及信噪比的丧失等。因此，在临床工作中要注意权衡利弊，灵活应用。

[1]Merkle EM,Dale BM.Abdominal MRI at 3.0T:the basics revisited [J].AJR Am J Roentgenol,2006,186(6):1524-1532.

[2]杨正汉,冯逢,王霄英.磁共振成像技术指南[M].第2版.北京:人民军医出版社,2010:256-340.

[3]Keogan MT,Edelman RR.Technologic advances in abdominal MR imaging[J].Radiology, 2001,220(2):310-320.

[4]Heidemann RM,Griswold MA,Müller M,et al.Feasibilities and limitations of high field parallel MRI[J].Radiologe,2004,44(1):49-55.

[5]Zech CJ,Schoenberg SO,Herrmann KA,et al.Modern visualization of the liver with MRT. Current trends and future perspectives[J].Radiologe,2004,44(12):1160-1169.

[6]Hussain SM,Wielopolski PA,Martin DR.Abdominal magnetic resonance imaging at 3.0 T: problem or a promise for the future?[J].Top Magn Reson Imaging,2005,16(4):325-335.

[7]Heilmaier C,Sutter R,Lutz AM,et al.Mapping of hepatic vascular anatomy:dynamic contrast-enhanced parallel MR imaging compared with 64-detector row CT[J]. Radiology,2007,245(3):872-880.

[8]Kramer U,Wiskirchen J,Fenchel MC,et al.Isotropic high-spatial-resolution contrast-enhanced 3.0-T MR angiography in patients suspected of having renal artery stenosis[J].Radiology,2007,247(1):228-240.

[9]Schima W,Ba-Ssalamah A,Kölblinger C,et al.Pancreatic adenocarcinoma[J].Eur Radiol, 2007,17(3): 638-649.

[10]Morita S,Saito N,Suzuki K,et al.Biliary anatomy on 3D MRCP:Comparison of volume-rendering and maximum-intensity-projection algorithms[J].J Magn Reson Imaging,2009,29(3):601-606.

[11]Nandalur KR,Hussain HK,Weadock WJ,et al.Possible biliary disease:diagnostic performance of high-spatial-resolution isotropic 3D T2-weighted MRCP[J]. Radiology,2008,249(3):883-890.

[12]Azuma T,Yamaguchi K,Iida T,et al.MR virtual endoscopy for biliary tract and pancreatic duct[J].Magn Reson Med Sci,2007,6(4):249-257.

[13]Bley TA,Pache G,Saueressig U,et al.State of the art 3D MR-cholangiopancreatography for tumor detection[J].In Vivo,2007,21(5):885-889.

[14]Bridges MD,May GR,Harnois DM.Diagnosing biliary complications of orthotopic liver transplantation with mangafodipir trisodium-enhanced MR cholangiography:comparison with conventional MR cholangiography[J].AJR Am J Roentgenol, 2004,182(5):1497-1504.

[15]Naganawa S,Kawai H,Fukatsu H,et al.Diffusion-weighted imaging of the liver:technical challenges and prospects for the future[J].Magn Reson Med Sci,2005,4(4):175-186.

[16]Kandpal H,Sharma R,Madhusudhan KS,et al.Respiratory-triggered versus breath-hold diffusion-weighted MRI of liver lesions:comparison of image quality and apparent diffusion coefficient values[J].AJR Am J Roentgenol, 2009,192(4):915-922.

[17]Kwee TC,Takahara T,Koh DM,et al.Comparison and reproducibility of ADC measurements in breathhold,respiratory triggered,and free-breathing diffusion-weighted MR imaging of the liver[J].J Magn Reson Imaging,2008, 28(5):1141-1148.

[18]Fan WJ,Zhang L,Ouyang YS.Evaluation of the effect of transcatheter arterial chemoembolization in treatment of primary hepatocellular carcinoma with magnetic resonance diffusion-weighted imaging:4-6-week follow-up of 25 cases[J].Zhonghua Yi Xue Za Zhi,2008,88(35):2474-2477.

[19]Cui Y,Zhang XP,Sun YS，et al.Apparent diffusion coefficient:potential imaging biomarker for prediction and early detection of response to chemotherapy in hepatic metastases[J].Radiology,2008,248(3):894-900.

[20]Parndharipande PV,krinsky GA,Rusinek H,et al.Perfusion imaging of the liver:current challenges and future goals[J].Radiology,2005,234(3):661-673.

[21]Barrett T,Brechbiel M,Bernardo M,et al.MRI of tumor angiogenesis[J].J Magn Reson Imaging,2007,26(2):235-249.

[22]koh TS,Thng CH,Lee PS,et al.Hepatic metastases:in vivo assessment of perfusion parameters at dynamic contrast-enhanced MR imaging with dual-input two-compartment tracer kinetics model[J].Radiology,2008,249(1)：307-320.

[23]Katz-Brull R,Rofsky NM,Lenkinski RE.Breathhold abdominal and thoracic proton MR spectroscopyat 3T[J].Magn Reson Med,2003,50(3):461-467.

[24]Katz-Brull R,Rofsky NM,Morrin MM,et al.Decreases in free cholesterol and fatty acid unsaturation in renal cell carcinoma demonstrated by breath-hold magnetic resonance spectroscopy[J].Am J Physiol Renal Physiol,2005,288(4):F637-F641.

[25]Bhartia B,Ward J,Guthrie JA,et al.Hepatocellular carcinoma in cirrhotic livers:double-contrast thin-section MR imaging with pathologic correlation of explanted tissue[J].AJR Am J Roentgenol,2003,180(3):577-584.