兒童肺部磁共振成像新技術的應用進展

張倩云，張楠，王莎莎，邊傳振

南京醫科大學附屬兒童醫院 放射科，江蘇 南京 210000

引言

由于肺部含氣量大，質子密度低，肺泡-空氣界面易引起局部磁場不均勻，同時還受到心跳和呼吸等不自主運動的限制，因此肺部磁共振成像一直未引起臨床重視[1]。CT雖然會有一定的輻射，但由于其成像速度快、空間分辨率高、密度分辨率高，且目前大部分兒童患兒均采用低劑量的掃描方案，鎮靜要求不高甚至無需鎮靜，已成為肺部及心臟病變常用的檢查手段[2]。但近年來，輻射損傷引起了公眾越來越廣泛的重視[3]，特別是青少年、兒童由于其處于快速生長發育期，對輻射損傷更加敏感[4]，因此探尋一種能替代CT的兒童肺部成像手段具有重要臨床意義[5]。近年來，隨著磁共振技術的飛速發展，肺部磁共振圖像的分辨率和信噪比得到了顯著提高，同時成像時間也明顯縮短，目前磁共振成像技術已經成為一種可行的兒童肺部成像方法，且在一定程度上能夠替代CT[6]。有研究認為，磁共振成像技術對肺部形態學的顯示并不弱于CT，而且肺部磁共振成像可在不使用造影劑的情況下提供關于肺功能和灌注功能的評估信息[7]。由于肺部磁共振成像密度分辨率高，且可以進行多序列多參數成像，無須行增強掃描就可對疾病進行鑒別診斷，因此兒童肺部磁共振成像技術已逐漸運用于臨床[8-9]。本文針對兒童肺部磁共振成像的應用現狀及研究進展作一綜述。

1 兒童肺部磁共振檢查的適應證

磁共振檢查的適應證是指病變在磁共振圖像上顯示清晰，這主要是一些能夠引起氫質子增多的病變，因為目前磁共振成像主要是對氫質子進行激發來產生信號，一旦病變引起局部氫質子增多，磁共振信號會變強，病變顯示會更清晰，包括炎癥引起的肺泡腔積液以及肺泡間隙浸潤、組織增生和腫瘤肺轉移等，這類病變建議以磁共振檢查優先[10]。而有些病變磁共振圖像的顯示不如CT，主要指的是某些引起氫質子減少的病變，如肺氣腫、小囊腫和早期纖維化等，這類病變建議以CT檢查優先[11]。因此磁共振檢查前對磁共振檢查的最佳適應證加以了解及辨別是非常關鍵的步驟，此外需要臨床根據疾病的病理、生理性質及臨床表現謹慎選擇肺部疾病的影像學檢查方法，以免造成醫療資源的浪費和延誤患者病情。

2 兒童肺部磁共振成像的質量標準

高質量的磁共振圖像能夠為臨床兒童肺部磁共振成像提供更多的參考信息，良好的肺部磁共振圖像必須滿足以下標準：① 肺部血管的第四級分支要能清晰顯示；② 支氣管壁至少要能顯示到二級分支；③ 像素最大不超過1 mm×1 mm，在1.5 T磁共振上層厚不超過4 mm，3.0 T磁共振上層厚不超過 3 mm；④ 心臟及縱隔的運動偽影應盡量少，不能影響診斷[12]。鑒于以上標準，放射醫師應首先對所得圖像質量進行評價，若圖像沒有偽影或有偽影但可以接受則認為檢查成功，圖像具有診斷價值；若圖像偽影較重，對組織結構的顯示影響較大，圖像無診斷價值則認為檢查失敗，此時患兒需要進行CT檢查。

3 兒童肺部磁共振成像技術的最佳序列

肺部磁共振成像的最佳序列一直沒有定論，這也是導致肺部磁共振檢查頻率較低的原因之一，有學者提出，雖然肺部磁共振檢查沒有最佳序列，但對某些疾病有最適合的序列[13]。Biederer等[14]經過大量的臨床隊列研究認為，梯度回波序列、快速自旋回波序列、短時反轉回復序列、彌散加權成像序列等均能用于肺部磁共振成像，然而這些序列和參數是否能提供最佳的診斷效能還需要進一步驗證。呼吸運動是制約兒童肺部磁共振檢查的重要因素，屏氣序列并不適用于嬰幼兒以及某些呼吸功能受損的兒童，只有呼吸觸發序列或自門控序列才能完成檢查。肺是人體進行氣體交換的場所，因此肺組織內有很多的組織-氣體界面，這就造成了局部磁場的不均勻性，不均勻的磁場會加快組織T2信號的失相位，從而造成T2圖像的幾何失真，在高場強磁共振上（如3.0 T）這種效應會更加明顯，然而有研究認為，對于兒童肺部疾病的顯示3.0 T更加清晰，分析原因可能是某些新技術如磁化傳遞技術及勻場技術等在3.0 T設備上進行運用和兒童病種的特殊性，減少了這類效應[15]。

目前，大多數兒童肺部磁共振檢查都采用了三維快速場回波（Three-Dimensional Turbo Field Echo，3D-TFE）序列、T2加權快速自旋回波（T2-Weighted Turbo Spin Echo，T2-TSE）序列、超短時間回波（Ultrashort Time Echo，UTE）序列。

3.1 3D-TFE序列

3D-TFE序列主要以T1WI的顯示為主，信號采集速度快，圖像信噪比高，能夠清晰顯示氣管支氣管及其周圍組織，再配以心電及呼吸門控后，可行心臟亮血成像，能清晰顯示心臟的內部結構，還能在不使用對比劑的情況下對心功能進行初步分析，使用對比劑后還可以顯示血管結構并進行肺實質灌注，尤其是對于先心病合并肺部發育不良的患兒，此序列不僅能減少CT檢查帶來的輻射危害，還能清晰展示肺及氣管支氣管病變[16]。王學玲等[17]對14例雙側氣管性支氣管患兒進行了CT成像及3D-TFE序列成像，發現CT成像及3D-TFE序列成像均可清晰顯示雙側氣管性支氣管，兩種成像方法對雙側氣管性支氣管均有良好診斷價值。

3.2 T2-TSE序列

磁共振圖像上T2WI主要用于顯示病變，傳統SE序列的TE在10 ms左右，梯度回波序列TE可縮短至1 ms，而具有短和極短T2弛豫時間的組織在傳統磁共振圖像上為低信號或無信號，不能對其直接成像[18]。T2-TSE序列是傳統用于肺部成像的序列，常用于觀察肺泡及肺間質的炎癥、肺增生占位及肺轉移瘤，在磁共振圖像上這些高信號的病變組織與低信號的肺組織形成良好的對比，因此能夠突出顯示病變組織，同時該序列需要配以呼吸門控，因此圖像運動偽影較少，并能保持良好的銳利度，但該序列對氣管、支氣管及肺組織難以清晰顯示[19]。Fraioli等[20]采用T2-TSE序列對患有中葉綜合征的患兒進行隨訪發現其與X線檢查具有相同的診斷效能。

3.3 UTE序列

UTE序列是另一種常用的肺成像序列，UTE序列進行肺部成像時能夠大幅降低肺實質短T2信號的丟失，同時也能降低因大量氣體-組織界面所造成的回波信號丟失[21]。由于肺的T2很短，而UTE序列能夠激發短T2成分并在其衰減之前快速采集信號，因而能夠直接顯示短T2成分；且UTE序列采用非常短的重復時間采集信號，因此可不采用門控系統，UTE序列常用于觀察肺氣管及支氣管發育狀態和病變情況（肺部炎癥、肺纖維化等）。早在1992年年Bergin等[22]就提出，UTE序列上引起氫質子增多的病變組織呈與縱隔軟組織相等的信號，能夠提供類似CT檢查效應的高分辨率圖像，由于受到當時硬件設備的限制，無法采集如此短時間內的回波信號而未被臨床運用，直到近年來隨著磁共振技術上的優化和硬件設備的更新，在微秒范圍內采集回波信號才成為可能。Sodhi等[23]以75例肺炎患兒為研究對象，在短時間內對其進行肺部UTE序列成像和CT成像的對比研究發現，兩種成像方式對肺炎的診斷具有高度的一致性。Yoder等[24]采用UTE序列對17例新生兒支氣管發育不良的患兒進行圖像采集，發現磁共振不僅能夠精確顯示發育不良的支氣管，還能對其肺體積進行精準測量。隨后Roach等[25]對11例正常人及肺纖維化患者肺部進行了UTE序列成像和CT成像，發現兩種成像方法對肺纖維化的評分具有高度一致性。

3.4 零回波時間序列

零回波時間（Zero Echo Time，ZTE）成像序列是一種新興的能顯示短T2加權信號的成像技術，其采用微動梯度編碼和超快速瞬切射頻技術，并采用了三維放射狀K空間填充，主要原理是在成像過程中先進行梯度場爬升，再施加射頻脈沖，待射頻脈沖結束后立即進行信號采集，實現了零回波時間磁共振信號采集，因此能夠快速獲取迅速衰減的肺組織信號，該序列由Weiger等[26]首次提出，并進行了動物實驗獲得成功；隨后Gibiino等[27]首次將ZTE技術應用于健康人體肺結構的研究，結果表明，在不使用門控技術、不憋氣的情況下，ZTE序列能夠提供人體肺部高信噪比和高分辨率的圖像。目前ZTE序列在肺結節、肺腫瘤、肺囊性纖維化的顯示都得到了應用，但由于其成像時間較長，目前缺少兒童相關的研究報道[28]。

3.5 其他系列

由于廠家不同、機型不同，并不是所有的磁共振都能完成上述序列的檢查，另外由于兒童肺部疾病較單一化的特性，因此在兒童常規肺部磁共振成像時除了T2加權和T1加權序列外，一般不需要增加其他掃描序列。因為磁共振檢查時間長、噪音大，且在幽閉的環境中進行，易引起患兒不適，因而難以配合檢查而導致數據采集失敗，所以兒童肺部磁共振檢查應選取現有的成像穩定的序列，快速完成數據采集[12]。在某些特殊病癥如膿腫性肺炎的病例中，由于T2加權序列中膿腫與被浸潤肺組織具有相同的信號強度，而彌散加權成像序列有助于區分漿液性和化膿性積液，因此彌散加權成像也是必要的，對于胸部血管磁共振成像，只有那些懷疑是血管畸形或肺隔離癥的病例才需要進一步掃描[29]。因此對于進行肺部磁共振掃描的技師而言，了解病史及疾病的病理、生理變化，選擇適合的采集序列是非常必要的。

還有一些磁共振序列目前尚未作為兒童肺部常規檢查序列，尚處于開發研究階段，如采用磁共振進行肺功能及肺灌注功能評價，目前該技術在成人慢性阻塞性肺疾病和肺纖維化的患者中的應用相對成熟。這項技術有望成為一種無創、溫和的肺功能測定方法，并能提供新的疾病相關信息來指導臨床治療并對療效進行評價，目前常用的方法主要有需靜脈注射對比劑的二維灌注成像（Two-Dimension Perfusion Weighted Imaging，2D-PWI）、無須注射對比劑的三維動脈自旋標記（Three-Dimension Arterial Spin Labeling，3D-ASL）成像、超級化氣體肺成像、傅立葉分解。2D-PWI主要是采用平面回波成像序列在注射后對肺組織進行快速連續動態掃描，通過數據后處理即可獲得某興趣區的血容量、血流量、達峰時間、平均通過時間等灌注參數，通過對灌注參數的分析來評價肺功能。Amaxopoulou等[30]對25例肺纖維化患兒和12名正常兒童進行了2D-PWI肺灌注掃描，發現有肺纖維化的患兒肺功能較差。但該方法屬于有創檢查，且需要注射對比劑，因而限制了其在兒童中的應用。3D-ASL成像主要是利用自身被標記的動脈血為信號源，待其流入興趣組織后改變其自旋狀態再進行信號采集，獲取興趣組織血流量、血容量及平均通過時間等灌注參數，但該序列對運動偽影十分敏感，限制了其在兒童方面的應用[31]。超級化氣體肺成像目前主要是應用129Xe進行成像，具有無輻射、可重復、安全性高等特點，具有廣闊的運用前景，但目前主要集中在研究探索階段，尚未見應用在兒童方面的報道[32]。傅立葉分解肺灌注主要是利用二維穩態梯度回波序列進行肺部數據采集，同時利用非剛性圖像配準算法對呼吸運動進行補償，然后利用傅立葉變換對肺突質和心肺周期相關的信號強度變化進行分解，得到灌注信息，該方法主要依賴后處理算法，而不依賴于靜脈對比劑或超級化氣體對比劑，也不需要心電或呼吸門控即可獲得肺通氣圖和灌注圖，是目前具有較好應用前景的灌注成像方法，在成人的運用較多，但尚未見兒童應用的報道[33]。

4 存在的不足

目前兒童肺部磁共振檢查的應用還存在諸多不足：① 各研究入組兒童的樣本量相對較少，缺少多中心間的驗證；② 兒童是一個特殊的群體，磁共振成像檢查依從性差，這為肺部磁共振的檢查帶來了限制；③ 磁共振檢查對運動偽影非常敏感，即使采用呼吸門控等技術有時也難以達到理想的效果；④ 對于某些引起氫質子減少的病變，磁共振成像效果不明顯。

5 總結與展望

肺部磁共振檢查因無電離輻射，可適用于兒童檢查，也是人們致力于開發與運用肺部磁共振檢查技術的動力，但目前兒童肺部磁共振檢查仍屬于研究階段，磁共振顯示肺的序列掃描時間較長和層厚較厚，因此顯示肺細小病變尚有一定難度。兒童氣道病變較多，在顯示肺病變同時常需要顯示氣道病變，若顯示正常氣道時可采用以上分析的幾種序列，但如果出現氣道狹窄，則會增加顯示難度；同時運動偽影多、檢查時間長、病變的顯示效果差等問題也亟待解決。但隨著磁共振設備及技術的發展，可極大地推動肺部磁共振檢查運用于臨床，且隨著磁共振技術與設備的發展與完善，有望為兒童肺部磁共振成像帶來更廣闊的前景。