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第三节 钆塞酸二钠增强MRI的伪影与防范
MRI图像的运动伪影往往是指由于受检者的宏观运动引起的伪影。这些运动可以是自主运动如肢体运动、吞咽等,也可以是非自主运动如心跳、血管搏动。运动可以是随机的如胃肠道蠕动、吞咽等,也可以是周期性运动如心跳和血管搏动等。
运动伪影出现的原因主要是由于在MRI信号采集的过程中,运动器官在每一次激发、编码及信号采集时所处的位置或形态发生了变化,因此将出现相位的错误,在傅里叶转换时其信号的位置即发生错误,从而出现伪影(图3-3-1~图3-3-4)。
图3-3-1 没有呼吸伪影
图3-3-2 轻度呼吸伪影
图3-3-3 中度呼吸伪影
图3-3-4 重度呼吸伪影
上面四张图是动脉期图像,分别是没有呼吸伪影,有轻度呼吸伪影,有中度呼吸伪影,和有重度呼吸伪影。呼吸伪影越严重,可提供诊断信息越少。
运动伪影具有以下共同特点:①主要出现在相位编码方向上;②伪影的强度取决于运动结构的信号强度,后者信号强度越高,相应的伪影越亮。③伪影复制的数目、位置受基本正弦运动的相对强度、重复时间(TR)、激励次数(NEX)和视野(FOV)等的因素影像。
下面将介绍上腹部检查时常见运动伪影的特点及其对策。
(一)随机自主运动伪影
随机自主运动伪影是指不具有周期性且受检者能够自主控制的运动造成的伪影,如腹壁运动、肢体运动等造成的伪影。
1.随机自主运动伪影的特点
(1)主要造成图像模糊;
(2)伪影出现在相位编码方向;
(3)受检者可以控制。
2.自主运动伪影主要对策
(1)检查前争取患者的配合,保证扫描期间保持不动;
(2)尽量缩短图像采集时间;
(3)吞咽运动伪影可以在喉部施加预饱和带。
(二)呼吸运动伪影
呼吸运动伪影主要出现在胸腹部MRI图像上,呼吸运动具有一定的节律性和可控制性。
1.呼吸运动伪影的特点
(1)主要造成图像模糊;
(2)伪影出现在相位编码方向上;
(3)受检者可以在一定程度控制。
2.呼吸运动伪影主要对策
(1)施加各种门控触发技术或呼吸补偿技术;
(2)采用快速成像序列屏气扫描;
(3)施加脂肪抑制技术,因为MRI图像上脂肪信号很高,造成伪影也很明显,脂肪信号抑制后伪影将明显减轻;
(4)在前腹壁施加预饱和带抑制腹壁皮下脂肪的信号;
(5)施加腹带等减小呼吸运动的幅度;
(6)增加NEX;
(7)采用可自由呼吸的序列扫描,如西门子的StarVIBE和飞利浦的3D VANE XD。
(三)心脏搏动伪影
心脏搏动伪影不仅可以造成心脏MRI图像的模糊,而且伪影将重叠于周围结构上。
1.心脏搏动伪影的特点
(1)具有很强的周期性;
(2)受检者不能自主控制;
(3)沿相位编码方向分布。
2.心脏搏动伪影主要的对策
(1)施加心电门控或心电触发技术,主要用于心脏大血管MRI检查;
(2)在心脏区域施加预饱和带,主要用于心脏周围结构如脊柱的检查;
(3)切换相位编码方向,如脊柱矢状面或横断面成像时,如果相位编码为前后方向,心脏搏动伪影将重叠在脊柱上,如果把相位编码方向改成左右(横断面)或上下(矢状面),伪影将不再重叠于脊柱上。
(四)大血管搏动伪影
1.大血管搏动伪影常见于以下几种情况:
(1)腹部MRI成像,特别是梯度回波快速成像序列。
(2)增强扫描时由于血液信号增加,容易出现搏动伪影,梯度回波序列容易出现,SET 1WI也可出现来自静脉的搏动伪影。
(3)其他邻近大血管的部位,利用梯度回波成像或增强扫描均易出现搏动伪影。
2.大血管搏动伪影的特点
(1)具有很强的周期性。
(2)沿相位编码方向分布。
(3)常表现为一串等间距的血管影。
(4)血管信号越高,搏动伪影越明显。
(5)在成像区域靠血流上游的层面搏动伪影较明显,如腹部横断面图像中主动脉搏动伪影以上方层面较明显,而腔静脉搏动伪影则以下方层面较明显。
3.大血管搏动伪影的对策
(1)在成像区域血流的上游施加预饱和带。
(2)使用流动补偿技术,对较慢的血流造成的伪影有较好的效果,如颅脑SET 1WI增强扫描施加该技术后来自于静脉窦的搏动伪影可明显减少。
(3)施加心电门控。
(4)切换相位编码方向,这并不能消除搏动伪影,但可使搏动伪影的方向发生改变,如肝脏横断面检查时,如果相位编码方向为前后方向,则主动脉搏动伪影将重叠于左肝外叶,如果把相位编码方向改为左右方向,则主动脉搏动伪影可避开左肝外叶。
除了上面所说的运动伪影之外,钆塞酸二钠(Gd-EOB-DTPA)增强检查时,也会经常出现两个伪影,那就是Gibbs伪影和部分容积效应。
1.Gibbs伪影 又叫截断伪影或者叫环形伪影,与图像的空间分辨率有关。Gibbs伪影在空间分辨力较低的图像比较明显,表现为多条同中心的弧线状低信号影。MRI图像是由多个像素构成的,数字图像要想真实展示实际解剖结构,其像素应该无限小,但实际上像素的大小是有限的,因此图像与实际解剖存在差别,这种差别实际上就是截断差别,当像素较大时其失真将更为明显,就可能出现肉眼可见的明暗相间的条带,这就是Gibbs伪影。截断伪影容易出现在两种情况下:
(1)图像的空间分辨力较低(即像素较大)。
(2)在两种信号强度差别很大的组织间,如对比剂快速进入血管内时。
截断伪影的特点有:
(1)常出现在空间分辨力较低的图像上。
(2)相位编码方向往往更为明显,因为为了缩短采集时间相位编码方向的空间分辨力往往更低。
(3)一般出现在图像高对比度界面的周围,表现为多条明暗相间的弧线或条带。
截断伪影的对策主要是:
(1)增加图像空间分辨力,但同时往往需要增加采集时间。
(2)对比剂进入血管时和成像时K填充时间相一致。
在Gd-EOB-DTPA动态增强中的动脉期可能出现Gibbs伪影,因为在填充k-space中心时,由于具有高弛豫的对比剂快速进入体内,使血管内浓度变化迅速。这类环状伪影可以表现为平行的高、低信号的带状伪影,和呼吸伪影相似。但是,环状伪影相当于强化血管(典型的肝动脉)的复制,这些“血管影”集中在血管上,并从血管中进一步减弱,通过这个特定表现,可以将Gibbs伪影与呼吸运动区分开来。运动伪影具有更复杂的表现,因为它是所有运动结构的复制品,其中最明显的起源于腹壁并以腹壁为中心。严重时,运动伪影更为广泛,可能会掩盖大部分或全部腹部内容物。此外,运动伪影一般在腹壁外向前延伸,也在腹壁后延伸,而Gibbs伪影由于动脉的中心位置,一般局限于腹部。
2.部分容积效应 与其他任何断层图像一样,MRI图像同样存在部分容积效应,造成病灶的信号强度不能得以客观表达,同时将影响病灶与正常组织的对比。解决的办法主要是减薄层厚。
任何磁共振图像,都存在Gibbs伪影和部分容积效应,这两种情况只能用方法时降低,但并不能消除,只是伪影的程度能不能被接受。
随着Gd-EOB-DTPA应用越来越广泛,在静脉团注Gd-EOB-DTPA后做MRI动态增强时,有10%~20%患者于动脉期图像出现严重运动伪影,使动脉期图像质量下降,在其他时相上的图像没有严重呼吸运动伪影,这就意味着是动脉期的急性短暂性呼吸困难(acute transient dyspnea),也有学者称之为短暂激烈运动(transient severe motion,TSM),这令受检查者在动态增强的动脉期中一过性地难以保持屏气,从而导致严重的呼吸性运动伪影,严重影响动脉期图像质量(图3-3-5~图3-3-8)。国外有学者曾对注射Gd-EOB-DTPA和注射其他对比剂后的动脉期出现运动伪影的情况相比较,发现注射Gd-EOB-DTPA后动脉期出现急性短暂性呼吸困难的发生率明显要高于其他的对比剂,一般发于在注射对比剂后20~30秒这个时间段里,造成这种现象的原因尚不能解释清楚。由于动脉期成像对于肝脏局灶性病变的诊断非常重要,因此弄清楚产生这种现象的原因和机制是非常重要,必须采取相关的措施和办法来减少或避免急性短暂性呼吸困难的发生。
图3-3-5 平扫期
图3-3-6 动脉期
图3-3-7 门脉期
图3-3-8 过渡期
一患者在Gd-EOB-DTPA增强检查过程中,在平扫、门脉期和过渡期都是呼吸配合理想,动脉期图像并没有呼吸运动伪影,但是动脉期不能很好呼吸配合,动脉期图像出现严重的呼吸伪影,影响图像质量
为了减少动脉期的呼吸运动伪影,首先要识别可能与呼吸运动伪影相关的危险因素,国内外的许多学者对于探讨急性短暂性呼吸困难产生的原因及其可能有关的因素作了大量的研究。有学者对于受检查者的相关情况都做过对比分析,包括:年龄,性别,体重,心率,血氧饱和度,身体质量指数(body mass index,BMI),过敏体质,EOB接触史,Gd-DTPA接触史,Gd-DTPA过敏史,碘剂接触史,碘剂过敏史,急性短暂性呼吸困难发作史,慢性肺部疾病,高血压,心血管疾病,HCC的干预治疗,肾小球滤过率(GFR),肝功能,Child-Pugh分级,磁共振检查不良反应,MRI场强影响,磁共振检查的间隔,肝硬化,肝细胞癌,腹水及程度,胸腔积液及程度,对比剂的注射剂量,注射速度,注射方式等。部分因素在急性短暂性呼吸困难的出现概率会大,但没有统计学意义,并不能预测到患者在检查中是否会发生急性短暂性呼吸困难。
其中,COPD患者,既往MRI检查中急性短暂性呼吸困难史或CT对比剂过敏与给定MRI检查中短暂剧烈运动的可能性较高之间存在关联,但这些关联在多变量分析中没有得到证实。
对碘对比剂过敏也可能是短暂剧烈运动的危险因素,尽管这种与短暂剧烈运动的关系也仅通过单变量分析确定,鉴于碘对比剂和基于钆的对比剂之间的化学和结构差异,因果关系并不直观。尽管如此,预测基于钆的MRI对比剂急性不良反应的危险因素包括以往对碘化对比剂或一般过敏反应的类过敏反应,而且它们可能表明对这两种对比剂的反应之间存在联系。
Gd-EOB-DTPA增强检查过程中发生急性短暂性呼吸困难的受检查者,在下一次Gd-EOB-DTPA增强检查中再次发生急性短暂性呼吸困难的风险显著高于在初次使用Gd-EOB-DTPA给药期间没有发生急性短暂性呼吸困难的患者。TSM的存在可能有助于确定随后发作的可能性,对于肝动脉期处于关键时期的患者(如正在进行肝细胞癌评估的患者),TSM的早期发作可能提示在随后的检查中使用替代对比剂。
急性短暂性呼吸困难的发病率与Gd-EOB-DTPA给药剂量之间的关系在以前已经被证明,这表明它不是一个典型的过敏性反应,当注射Gd-EOB-DTPA 20ml时,出现急性短暂性呼吸困难的概率是注射10ml的两倍,但实际上目前我们国内大多数医院也不会使用20ml的剂量。然而,即使减少对比剂用量也不可能完全消除动脉期的呼吸运动伪影,更何况Gd-EOB-DTPA与传统细胞外钆对比剂相比,Gd-EOB-DTPA对比剂药量和钆含量本身就较小,如果再减少用量的话,只产生更弱的动脉增强效果。
也有研究报道:对志愿者注射Gd-EOB-DTPA、生理盐水和钆特酸葡胺后,测量志愿者的最大屏气时间,然后来比较,发现注射Gd-EOB-DTPA后最大屏气时间明显减少,屏气时间小于20s。
注射Gd-EOB-DTPA动脉期平均SpO 2明显低于其他3期,但动脉期动脉血氧饱和度较其他期下降< 1%,也是没有统计学意义。对心率来说,平均心率在门脉期时最高的,但是急性短暂性呼吸困难只出现在动脉期,也说明和心率无关。
我们总结出多种方法来减少或避免急性短暂性呼吸困难动脉期图像的影响:
1.优化扫描技术
(1)解决方案原则:采用一次屏气扫描多个动脉期的方式,选取图像最优质的一期或多期作为诊断用图。一次屏气扫描多个动脉期可最大限度地降低Gd-EOB-DTPA对肝脏MRI增强的动脉期产生的影响,这使在大多数急性短暂性呼吸困难的受检查者的动脉阶段中,都可以获取至少一期优质的没有或较少呼吸运动伪影的动脉期数据,无论是短暂性呼吸困难发生在动脉期扫描前、扫描时或扫描后,以满足诊断需要(图3-3-9~图3-3-13)。如果我们采用一次呼吸,只采集一个动脉期的话,受检查者出现急性短暂性呼吸困难,就会导致动脉期图像呼吸运动伪影严重,不能提供肝脏或病变的诊断信息,影响整个检查的诊断。这种一次屏气扫描多个动脉期的办法是降低动脉期呼吸运动伪影影响的最常用并且最有效的方法,还能提供有助于诊断图像的额外信息,能够显示某些病变动脉早期的增强情况。现在几个常见的MRI设备制造商开发了几个动态对比度增强技术获得更好的图像,如西门子的VIBE、GE公司的LAVA和飞利浦的THRIVE序列都能够一次屏气获得全肝的多组动脉期的图像。
(2)解决方案之二的原则是缩短患者动脉期屏气的时长。我们上腹部MRI动态增强一般用3D容积梯度回波扫描,例如西门子的VIBE、GE公司的LAVA和飞利浦的THRIVE序列。常规的序列一般要十几二十秒扫描完一个全肝的检查,在原扫描序列基础上增快扫描速度(降低矩阵,采用并行采集,增加层厚减少层数,K空间填充,回波共享等)等技术,可以能够7~10秒完成上腹部扫描,虽然增加了检查的时间分辨率,但是会降低图像的信噪比和图像分辨率。随着二维并行加速技术和图像插值技术的出现,可以以较小的时间占用获得高空间分辨率的数据集,虽然由于采集时间短,该方法中每个相位的信噪比相对较低,但图像质量仍可用于临床,可以提供足够诊断信息。回波共享或非笛卡尔k空间填充方案,也可能具有运动阻力和更高的信噪比,简单地缩短单个获取的时间足迹就足以降低急性短暂性呼吸困难在动脉期的影响。磁共振发展越来越快,MRI厂家不停发展一些新的扫描技术和序列,既能够缩短扫描时间,又不会降低图像质量。推荐使用一系列磁共振新技术来进行动脉期的扫描,例如:鸡尾酒并行采集技术可以在保证一定信噪比的情况下进一步加快成像速;K空间视野共享技术则可以进一步实现快速扫描。应用这些新技术后,一些新的扫描序列2~3秒就可以扫描完一个全肝的期相,一次屏气就可以扫描4~6期的动态增强期相。例如西门子公司的TWIST-VIBE、GE公司的DISCO和飞利浦公司的4D-eTHRIVE和CS-eTHRIVE序列。
(3)随着磁共振技术的发展,一些可以抑制呼吸伪影的技术也随之出现,比如K空间放射填充技术以及压缩感知重建技术等,如西门子公司的StarVIBE,飞利浦公司的3D VANE XD序列。这些序列即使是在自由呼吸的状态下,图像上也不会有呼吸运动伪影。
2.呼吸方面
(1)检查前和患者充分沟通,告知受检查者在检查过程可能出现的情况,反复耐心训练患者呼吸配合情况。检查过程中持续和受检查者交流,并用鼓励性的语气指示受检查者的配合情况。
图3-3-9 动脉期第1期
图3-3-10 动脉期第2期
图3-3-11 动脉期第3期
图3-3-12 动脉期第4期
图3-3-13 动脉期第5期
动态增强动脉期,一次屏气20秒内扫描5个期,第1~3动脉期未见运动伪影,第4动脉期出现轻度呼吸运动伪影,第5动脉期出现重度呼吸运动伪影,尽管第5动脉期有重度运动伪影,不能提供诊断数据信息,但前面第1~4动脉期的图像能够提供足够的诊断信息
(2)从注射Gd-EOB-DTPA之前至对比剂开始注射,持续对患者施加呼吸指令,目的是使患者在动脉期扫描前期保持持续均匀性地呼吸,从而有助于提高患者屏气的耐受性,从而减少呼吸伪影出现的概率。也有学者的经验传授在动脉期屏气前进行多次深呼吸动作,可让患者屏气时间增加。
(3)检查前吸氧:有学者曾作比较,在进行Gd-EOB-DTPA增强MRI检查前,所有受检查者均通过鼻插管吸入氧气(2L/min),吸氧后动脉期的检查图像质量明显高于不吸氧的图像。氧吸入改善了先前动脉期急性短暂性呼吸困难发作患者的图像质量,尤其是在一些慢性阻塞性肺疾病(COPD)的受检查者。
3.对比剂注射方案 本文第三章第一节已经详细介绍对比剂注射的各种方案,我们建议:在对比原液注射速率作动态增强时,即是0.25mmol/ml(1ml/s)的注射速率作检查图像质量最佳,也就是相当于Gd-EOB-DTPA以0.25mmol/s的速率进入体内,如果1∶1稀释后进入体内的对比剂的浓度0.125mmol/ml,注射速率是2ml/s,可以简化为0.25mmol/s,而且对比剂稀释后给药的动态增强中,动脉期出现Gibbs伪影的影响会更少。注射的剂量是:0.025mmol/kg(0.1ml/kg)(图3-3-14、图3-3-15)。
图3-3-14 对比剂稀释高速法注射方法(1∶1稀释后进入体内的对比剂的浓度是0.125mmol/ml,注射速率是2ml/s)
图3-3-15 对比剂原液低速注射方案动脉期图像
对比原液注射速率作动态增强,即是0.25mmol/ml,注射速率是1ml/s
同一患者在两次Gd-EOB-DTPA增强检查的动脉期图像对比,在使用稀释高速法注射方案时动脉期呼吸配合理想,动脉期图像没有呼吸运动伪影;而使用原液对比注射法,动脉期呼吸配合不理想,动脉期图像出现呼吸运动伪影
4.既往有急性短暂性呼吸困难发作的受检查者,在随后加EOB磁共振成像检查中再次发生急性短暂性呼吸困难概率会增高;如果肝动脉期非常重要,可以考虑使用替代对比剂进行后续检查。