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低场磁共振在脑疾病诊断应用的若干问题探讨.pdf

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低场磁共振在脑疾病诊断应用的若干问题探讨.pdf

473L讲座ECTURESHTTP//WWWCJMRICN磁共振成像2010年第1卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2010,VOL1,NO6摘要神经系统检查一直占据磁共振扫描的多数,据东软远程会诊系统对148家二级甲等及以下级别医院的磁共振检查部位的统计,仅头部检查就占全部检查的330。然而,放射科对低场磁共振的使用尚存在许多问题,例如扫描序列应用不当或缺失;没有充分利用三维成像轴、矢、冠状位;对平扫已经发现病变的没有进行对比剂增强扫描;以及注射对比剂剂量不足等。本文对低场磁共振在神经系统的应用存在的问题做一归纳、探讨,以期提高对低声磁共振的应用能力。关键词磁共振成像;低场;脑;对比剂UTILIZATIONOFLOWFIELDMRSCANNERONCEREBRALDISEASESMAJUNIMAGINGCENTEROFNEURORADIOLOGY,TIANTANHOSPITAL,CAPITALMEDICALUNIVERSITY,BEIJING100050,CHINACORRESPONDENCETOMAJ,EMAILDR_MASINACOMRECEIVED12AUG2010;ACCEPTED10OCT2010ABSTRACTCENTRALNERVOUSSYSTEMEXAMINATIONTAKESTHEMAJORITYOFMRSCANINCLINICALPRACTICEASTATISTICDATABYNEUSOFTFROM148SECONDRANKHOSPITALSWHICHEQUIPPEDWITHLOWFIELDMRSCANNERSSHOWEDTHATBRAINMREXAMINATIONOCCUPIED330OFTHETOTALSTUDIESALTHOUGHITISEXPECTEDTHATTHELOWFIELDMRSCANNERCOULDFULFILLTHEREQUIREMENTOFBRAINEXAMINATIONINMOSTCASES,THEREARESTILLSOMEPROBLEMSREMAINEDDUETOTHEMAJORDRAWBACKOFLOWSIGNALTONOISERATIOOFLOWFIELDMRIMAGINGRECENTIMPROVEMENTSINLOWFIELDMRSCANNERSHAVEGENERATEDARENEWEDINTERESTINLOWFIELDMRIMAGINGWITHHIGHERIMAGEQUALITYANDSHORTERSCANTIMESINTHISARTICLE,WEREVIEWEDBRAINIMAGINGINLOWFIELDMR,FOCUSINGONTHEIMAGINGFEATUREOFINTRACRANIALHEMORRHAGE,APPLICATIONOFPULSESEQUENCESANDTHEUSAGEOFCONTRASTMEDIUMKEYWORDSMAGNETICRESONANCEIMAGING;LOWFIELD;BRAIN;CONTRASTMEDIUM作者单位首都医科大学附属北京天坛医院神经影像中心,100050第一作者简介马军1961-男,医学博士,教授。研究方向神经系统影像学。通讯作者马军,EMAILDR_MASINACOM收稿日期20100812接受日期20101010中图分类号R742;R4452文献标识码ADOI103969/JISSN16748034201006016马军低场磁共振在脑疾病诊断应用的若干问题探讨磁共振成像,2010,16473479低场磁共振在脑疾病诊断应用的若干问题探讨马军磁共振扫描仪通常按磁场强度不同可分为低场、中场、高场和超高场,然而有关这种分类的界限却有些模糊13,RINCK将场强介于01~05T之间定义为低场、介于05~10T之间的为中场、介于10~20T之间为高场、大于20T的为超高场磁共振4,据此,本文将低场界定为场强低于05T的磁共振。与中高场磁共振相比,低场磁共振具有价格、运行成本以及患者安全等方面的优势,一直受到众多医疗机构的青睐,随着技术的进一步发展,低场磁共振机向着更好的图像、更短的扫描时间发展。虽然低场磁共振的应用趋于普及,技术、诊断人员对低场磁共振的相关应用知识需求很大,然而,目前可供学习和参考的磁共振成像书籍和文献较少。神经系统的检查一直占据磁共振扫描的多数,据东软远程会诊系统对148家二级甲等及以下级别医院的磁共振检查部位的统计,仅头部的检查就占全部检查的330,如包括脊柱的检查此比例会更多。而在使用低场磁共振的过程中,尚存在许多问题,如扫描序列应用不当或缺失;没有充分利用三维成像轴、矢、冠状位;对平扫已经发现病变的没有注射对比剂或注射对比剂剂量不足等,这些都提示我们,应该就低场磁共振在神经系统的应用存在的问题做一归纳、探讨。低场磁共振在神经系统的应用可涉及的内容很多,难以面面俱到,本文将以脑疾病的低场磁共振成像存在的问题为切入点,针对低场磁共振对颅内血肿的诊断、如何用好反转恢复序列和扩散加权序列DIFFUSIONWEIGHTEDIMAGING,DWI、对比剂的应用等三方面问题做一叙述。474L讲座ECTURESHTTP//WWWCJMRICN磁共振成像2010年第1卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2010,VOL1,NO61低场MR观察颅内血肿在颅脑MRI影像诊断中,由于高血压、外伤等原因造成的颅内出血很常见,颅内血肿需要及时的诊断和治疗,神经影像可以在明确诊断、确定血肿类型等方面提供信息。CT曾是诊断颅内血肿的主要手段,现在更多的医生相信,MRI至少与CT一样可以诊断超急性期出血,对亚急性期和慢性期血肿MRI优于CT5。由于出血在不同时期的表现不一,医生应对MRI上的颅内血肿表现熟悉,对低场的颅内出血的需要经过新的理解,才能适应低场磁共振诊断。我们知道,颅内血肿从急性期到亚急性期到慢性期,各阶段的表现是不同的,其基础是血液成分在发生变化。即从急性期的氧合血红蛋白→脱氧血红蛋白,到亚急性期的高铁血红蛋白→含铁血黄素,并逐渐趋于液化,由于顺磁性物质发生了变化,故在T1WI和T2WI的表现有特点6。一些使用低场磁共振的作者发现,超急性脑出血主要表现为T1WI上为等或低信号,T2WI不均匀高信号、或等高信号,在DWI上表现为中心均匀或混杂稍高信号,周围见环状高信号,血肿在液体衰减反转恢复序列FLUIDATTENUATEDINVERSIONRECOVERY,FLAIR上为高信号、边界更为清晰7。在亚急性期T1WI从等低信号→外高内低信号,对应的是血肿周边向中心逐渐转化的正铁血红蛋白,进入慢性期血肿渐趋于液化,表现为T1低、T2高信号。上述作者应用的磁共振机场强有023T、035T和045T811,场强的不同可能是造成超急性血肿T1WI像信号不同的原因。简言之,低场磁共振示急性期颅内血肿以T1等低信号、T2等高信号为主图1,慢性期以T1低信号和T2高信号为主,而亚急性期的颅内血肿常伴有外周环状T1高信号、中间由T1等低信号向低信号演变的表现图2,DWI为稍高信号,FLAIR序列呈高信号。如表1所示。一旦磁共振波谱成像、扩散张量成像等技术在低场磁共振成为可能,将扩大我们对颅内血肿及其预后的了解12。2低场MR成像序列策略低、高磁场强度系统是互补的、而不是相互排斥的。在影像诊断上各有其作用。高场强磁共振可以得到高分辨率图像、高信噪比,可以进行功能成像,而先进的低场磁共振在全身各系统的诊断中也能满足临床需求13,根据已经发表的数据,低、高场的诊断差异并非放射医生和临床医生认为的那样大14,关键是在现有设备的基础上用好相应序列。有关神经系统磁共振成像检查的序列很多,除了应按照标准进行扫描规范15、避免人为因素如摆位不准、移动伪影所产生的影响外,掌握脉冲序列的适用范围是成功扫描的关键14,16。这一点不仅适用于中高场磁共振,对低场磁共振的应用尤为重要。掌握了这一点,可以使一台使用了两年的05T磁共振机优于一台五年期的15T磁共振机17。21充分利用反转恢复序列反转恢复序列是采用不同的反转时间INVERSIONTIME,TI用于不同诊断目的。最常用的两种反转恢复序列是FLAIR和STIRSHORTTIINVERSIONRECOVERY,表1低场磁共振上颅内血肿的信号演变规律9TAB1INTRACRANIALHEMORRHAGESIGNALINTENSITYEVOLUTIONPATTERNONLOWFIELDMRI9T1WIT2WIISOINTENSITYHYPOINTENSITYHYPERINTENSITYISOINTENSITYACUTESTAGE2DAYS7140286085701430SUBACUTESTAGE35DAYS54604581801820610DAYSPERIPHERALHYPERINTENSITY,CENTRALISOTOHYPOINTENSITY,1007780SLIGHTLYHYPERINTENSITY,22210DAYSTO3WEEKSPERIPHERALHYPERINTENSITY,CENTRALISOTOHYPOINTENSITY,714HOMOGENOUSHYPERINTENSITY,286100CHRONICSTAGE35WEEKSPERIPHERALHYPERINTENSITY,CENTRALISOTOHYPOINTENSITY,1001005WEEKSREMARKABLEHOMOGENOUSHYPOINTENSITYONT1WIANDHYPERINTENSITYONT2WI475L讲座ECTURESHTTP//WWWCJMRICN磁共振成像2010年第1卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2010,VOL1,NO6短TI反转恢复序列,前者抑制脑脊液信号、后者则是抑制脂肪信号。下面分别叙述之FLAIR是神经系统检查比较常用的序列,通过抑制脑脊液信号,对显示较小且靠近脑脊液室旁、皮质的病变有优势18,常用于脑梗死、脑肿瘤、脑白质病变、多发硬化、创伤等疾病的诊断。这一序列采用长反转时间抑制自由水如脑脊液的信号使其降低至零,消除了T2WI上脑脊液的部分容积效应,更清晰地显示颅脑的解剖结构;长重复时间REPETITIONTIME,TR和长回波时间ECHOTIME,TE产生重T2加权像,可以提高病变组织与正常脑组织的对比度。简言之,就是通过抑制自由水、显示结合水从而显示病变的一种序列,FLAIR序列既有常规T2WI对病变显示的敏感性,又避免了高信号病变与自由水信号重叠的不足图3~5。关于应用低场磁共振FLAIR序列可以提高神经系统病变检出率的报道很多7,1924,马得廷25等使用03T磁共振对247例脑内病变图像进行的统计表明,病变显示率FLAIR为9844,T2WI为8450见表2,并归纳FLAIR的应用价值在于①发现特定部位的病灶,提高病灶的检出率;②明确病变的边界与范围;③有助于鉴别诊断;④有助于显示病灶内部结构特点。尽管FLAIR可提高病灶检出率,但与增强T1WI相比,其在显示肿瘤检出率和显示肿瘤边界的敏感性上低于增强T1WI26。为解决这一问题,可通过调整反转时间TI的水肿反转恢复序列CEREBRALEDEMAATTENUATEDINVERSIONRECOVERY,EDAIR以抑制瘤周水肿,KOKKONEN等27使用023T的磁共振发现,EDAIR序列提高了对比剂显示脑肿瘤的效果,EDAIR使用TI400~800MS时,对脑肿瘤的显示最佳28。低场下FLAIR序列应与常规SE序列结合,以提高颅脑微小病灶的检出率。FLAIR应用存在的问题是扫描时间较长,需要患者的配合,但是,与明确诊断而言,付出时间的代价是值得的。STIR序列应用于其他系统多于神经系统29,不图2左侧枕叶脑出血半月复查。AT1WI上血肿呈NULL外高、内低NULL信号,T2WI呈稍高和高信号。可见图像伪影FIG2TWOWEEKSFOLLOWUPOFLEFTOCCIPITALLOBEHEMORRHAGE,WHICHSHOWSPERIPHERALHYPERINTENSITY,CENTRALISOINTENSITYONT1WEIGHTEDIMAGEAANDNONHOMOGENOUSHYPERINTENSITYONT2WEIGHTEDIMAGEBARTIFACTEXISTSONBOTHIMAGES2A2B1A1B1C图1脑外伤后2小时。AT1WI见右侧额叶团片状等、低信号影;BT2WI右侧额叶病灶呈高信号。注意右侧颞部骨板下线状高信号与脑脊液不可区分;CFLAIR像右侧额叶病灶亦呈高信号;右侧颞部可见少许硬膜下出血FIG1TWOHOURSAFTERHEADTRAUMAONRIGHTFRONTALLOBE,APATCHYISOTOHYPOINTENSITYONT1WEIGHTEDIMAGEA,HYPERINTENSITYONT2WEIGHTEDIMAGEBANDHYPERINTENSITYONFLAIRIMAGECAREOBSERVED476L讲座ECTURESHTTP//WWWCJMRICN磁共振成像2010年第1卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2010,VOL1,NO6表2FLAIR与FSET2WI序列显示颅内病灶情况25TAB2COMPARISONOFBRAINLESIONDETECTIONABILITYWITHFLAIRANDFSET2WION03TSCANNER25BRAINLESIONNUMBERDETECTIONOFLESIONONFLAIRUNDETECTABLEONFLAIRDETECTIONOFLESIONONFSET2WIUNDETECTABLEONFSET2WIVERYGOODGOODVERYGOODGOODINFARCTION801661408816856TUMOR602747010568HEMORRHAGE40182608279DEGENERATION1420807174VENTRICULARDISEASE3838000380INFECTION5240231OTHERS10930372TOTAL247280228812031680图3脑外伤后,AT1WI隐约可见左侧顶部骨板下线状稍高信号,不能肯定出血;BT2WI又因为脑脊液的高信号不能确认出血;CFLAIR像明确了左侧颞、顶部的薄层硬膜下出血,同时排除了右侧额部的硬膜下出血FIG3AFTERHEADTRAUMASLIGHTLYLINEARHYPERINTENSITYISOBSERVEDBENEATHLEFTPARIETALBONEONT1WEIGHTEDIMAGEA,NOTCONFIDENTFORHEMORRHAGEDIAGNOSISONT2WEIGHTEDIMAGEBLINEARHYPERINTENSITYISBENEATHRIGHTFRONTALANDTEMPORALBONE,ANDBENEATHLEFTTEMPORALANDPARIETALBONE,FURTHERCLUEISNEEDEDFORDIFFERENTIALDIAGNOSISBETWEENSUBDURALHEMORRHAGEANDSUBDURALEFFUSIONWITHFLAIRIMAGEC,THEDIAGNOSISOFSUBDURALHEMORRHAGEONLEFTTEMPORALANDPARIETALREGIONISMADEWITHCONFIDENCE3A3B3C图4左侧桥小脑角区的囊性信号病变常需要鉴别。根据A和B图上T1WI低信号和T2WI高信号,可以将鉴别诊断范围缩小至单纯的蛛网膜囊肿和表皮样囊肿;CFLAIR像上病变信号被抑制,即病变呈非游离水状态,可以诊断为表皮样囊肿FIG4AMASSISLOCATEDINTHELEFTCEREBELLOPONTINEANGLEBASEDONT1WEIGHTEDIMAGEAANDT2WEIGHTEDIMAGEB,DIAGNOSISISLIMITEDBETWEENARACHNOIDCYSTANDEPIDERMOIDCYSTTHEHYPERINTENSITYISDEPRESSEDONFLAIRIMAGEC,WHICHMIGHTINDICATENONFREEWATERCONDITIONTHEDIAGNOSISOFEPIDERMOIDCYSTISMADE4A4B4C477L讲座ECTURESHTTP//WWWCJMRICN磁共振成像2010年第1卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2010,VOL1,NO6受场强限制18,在神经系统的应用上,多用于显示神经并且需抑制脂肪的检查,如视神经病变的检查30,31。孙青32使用03T磁共振对58例成人脑白质病行STIR序列与T2WI序列比较,发现STIR降低脑白质信号,减轻对小病灶掩盖。此研究还有待进一步扩大病例样本。22应用低场MRDWI序列发现早期脑缺血高场磁共振应用DWI于中枢神经系统较广,如脑缺血性病变的诊断、脑脓肿与肿瘤囊变的鉴别、脑白质病、感染性病变等3341。近些年来,DWI与灌注成像PERFUSIONWEIGHTEDIMAGING,PWI共同应用于缺血性卒中的研究很多,基于这些研究,近日,美国神经病学学会AAN的治疗与技术评定小组发布了DWI和PWI对急性缺血性卒中的诊断指南42,指出在患者出现症状12小时内,DWI诊断急性缺血性卒中优于非增强CT,基线DWI病变体积有助于预测前循环卒中综合症的严重程度和最终梗死体积,基线DWI病变体积与NIHSS评分和BARTHEL指数一样有助于预测临床转归43。尽管DWI成像于高场磁共振的价值已被接受,但由于在低场上的应用存在技术难点,故应用不如高场的多,文献相对较少。DWI成像的基本原理是分子的随机热运动,组织水可以自由扩散,细胞膜屏障对水分子的扩散有影响作用。不同组织的扩散系数不同,在病理状态下,扩散系数也发生变化,扩散系数与T1和T2参数一样可以用来产生组织的影像对比。高扩散系数NULL信号衰减多NULL暗;低扩散系数NULL信号衰减少NULL亮。在脑缺血发生时,由于缺氧和细胞毒性水肿,局部区域的水分子的扩散受到限制,就产生了DWI像上的高信号,而在这种超急性脑缺血时T1WI和T2WI均不能显示,CT亦无能为力。DWI的优点在于对细胞水肿敏感,高时间分辨率,无需对比剂;缺点在于容易产生颅底伪影和运动伪影,可能会过高估计脑缺血范围。图5在T1WIA和T2WIB上可以明确右侧枕叶皮层脑梗死,但如果仔细观看FLAIR像C不仅能看到右侧枕叶病变,左侧枕叶和左侧额叶皮层下病变亦可见到FIG5RIGHTOCCIPITALLOBEISCHEMIAISNOTEDONBOTHT1WEIGHTEDIMAGEAANDT2WEIGHTEDIMAGEBFLAIRIMAGECSHOWSTHERIGHTOCCIPITALLOBEEXISTINGLESIONASWELLASTHELEFTOCCIPITALLOBECORTEXISCHEMIAANDTHEFRONTALDEEPWHITERMATTERLESION,WHICHMIGHTBEISCHEMICDEMYELINATION5A5B5C6A6B6C6D图638场强02T,A、B、C分别为T1WI、T2WI和FLAIR像,均未显示病灶,D为DWI,显示右侧丘脑局限高信号空箭,提示弥散受限FIG638IMAGINGON02TSCANNERT1WEIGHTEDIMAGEA,T2WEIGHTEDIMAGEBANDFLAIRIMAGECSHOWSNOOBVIOUSABNORMALITY,WHILEDIFFUSIONWEIGHTEDIMAGEDSHOWSRIGHTTHALAMUSHIGHINTENSITYINDICATINGDIFFUSIONRESTRICTIONISCHEMIAISTHEDIAGNOSIS478L讲座ECTURESHTTP//WWWCJMRICN磁共振成像2010年第1卷第6期CHINJMAGNRESONIMAGING,2010,VOL1,NO6在低场磁共振对超急性和急性脑缺血性卒中的研究20,35,37,38发现,缺血在DWI像上表现为高信号,张绍伟38等发现,DWI在超急性期6小时内对脑缺血的的显示率为百分之百,而T1WI和T2WI像均无显示图6;急性期6~24小时DWI与FLAIR可显示病变,二者显示病变大小有差异,DWI>FLAIR;亚急性期24小时至7天DWI与FALIR显示病灶大小无明显差异。对疑似缺血性脑卒中的患者,常规T1WI、T2WI、DWI的联合应用是必须采用的序列组合。磁共振血管成像MAGNETICRESONANCEANGIOGRAPHY,MRA作为无创性脑血管检查方法也应列入扫描序列中。DWI成像的技术关键点是B值的选取。一般认为,取高B值可提高图像分辨率和对比度,但也不是B值越高越好44,45。张绍伟38应用02T磁共振,单次激发选取的B值分别为500、700和900S/MM2;王铁志46应用02T磁共振选取的B值分别为100、500和900S/MM2;邹同恩47应用03T磁共振选取的B值为700S/MM2。3掌握对比剂的使用在东软远程会诊所接受的基层医院的低场磁共振会诊图像中,通常都是平扫图像,即便是发现占位性病变或需要增强扫描进行鉴别的病变,也常常没有增强这里可能存在着基层医院的患者经济原因,并非本文要讨论的内容。应该强调的是在如下情况都应使用对比剂平扫发现的脑内、脑外等信号病变,需要鉴别脑内及脑外占位性病变,需要显示肿瘤内部情况,鉴别肿瘤与非肿瘤病变,术后及放疗后随访、观察疗效等。最常用的磁共振对比剂是磁敏感性对比剂,可分为顺磁性对比剂、超顺磁性对比剂和铁磁性对比剂,其中,应用最多的是钆GD与二乙烯五乙酸盐DTPA的螯合物。GDDTPA对比剂的主要作用是提高病变发现率和显示病变特征。与碘对比剂的直接显影不同的是,钆螯合物的作用是间接的,即通过周围水质子的弛豫的增强而产生强化作用。虽然GDDTPA的强化原理于低场和高场磁共振是相同的,但增强程度依赖于场强强度,即不同场强产生的增强效果并不一致,BREKENFELD等研究认为,以高场使用对比剂为标准剂量的话,低场磁共振若产生同样增强效果的使用剂量要加倍48,这一观点提示,应用低场磁共振时,如需行增强扫描,应使用双倍剂量的对比剂。一项对低场磁共振在显示脑肿瘤的研究报告指出,如果使用EDAIR与对比剂同时使用,则可以在不加倍使用对比剂的同时达到清晰显示肿瘤的效果27。总之,低场磁共振在中枢神经系统的应用更多强调的是对现有序列的正确使用,用好现有序列、恰当使用对比剂、把握低场磁共振的成像特点和影像表现是提高诊断水平的关键。致谢文中图片除特殊注明外,均由东软远程会诊系统提供,特此致谢。参考文献1SEPPONENRE,SIPPONENJT,SIVULAALOWFIELD002TNUCLEARMAGNETICRESONANCEIMAGINGOFTHEBRAINJCOMPUTASSISTTOMOGR,1985,922372412DEGRAAFRA,BROWNPB,MCINTYRES,NIXONTW,BEHARKL,ROTHMANDLHIGHMAGNETICFIELDWATERANDMETABOLITEPROTONT1ANDT2RELAXATIONINRATBRAININVIVOMAGNRESONMED,2006,5623863943TRATTNIGS,MAMISCHTC,NOEBAUERIHIGHFIELDANDULTRAHIGHFIELDMAGNETICRESONANCEIMAGINGNEWPOSSIBILITIESFORIMAGINGJOINTSZRHEUMATOL,2006,6586816874RINCKPATHEFIELDSTRENGTHWARINRINCKPAEDMAGNETICRESONANCEINMEDICINEBLACKWELLPUBLISHING,INCOR

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