拥有巨大潜力的T1弛豫增强稳态序列介绍(一)

我们知道增强磁共振成像(CEMR)对脑转移灶的敏感性优于计算机断层扫描(CT)和正电子发射断层/计算机断层融合扫描(PET/CT)。

我们通常使用三维可变翻转角的快速自旋回波3D-VFA-FSE序列,或者三维扰相位梯度回波序列3D-SPGR,已经有很多文章和日常使用体验证明3D-VFA-FSE(如T1_SPACE)序列在小病灶探测方面要优于3D-SPGR(如MPRAGE)序列,但小病灶(<5毫米)仍可能被遗漏。这对立体定向放疗的预后和治疗计划有很大影响。

三剂量造影剂可提高敏感性,但很少会使用,因为担心造成受检者的肾源性疾病。

最近科学家们开发了一种新的MRI脉冲序列,称为T1弛豫增强稳态(T1RESS)T1 relaxation enhanced steady state,它通过不同程度地抑制非强化的背景组织的信号强度,同时保持对比度增强的病变的信号强度,从而提高肿瘤的可见度。

这个序列有两个变体,一个版本,我们称之为 '平衡 'balanced-T1RESS (bT1RESS),使用的是完全平衡的读出梯度,使血管呈高信号“亮血”。第二个 '非平衡 'unbalanced-T1RESS(uT1RESS)版本通过使用不平衡的读出梯度,使血管变暗“黑血”。

从名字来看,这与我们日常使用到的稳态自由进动SSFP有着很密切的关系,意味着这个序列的扫描速度会很快。我们通常在头颅增强中使用的两种3D序列(如SPACE,MPRAGE),如果用1mm的各向同性扫描,大约需要4-7分钟,而我们用T1RESS序列,1mm各向同性扫描时间则不到1分钟。

此外,对于对于远端血管细节的显示,bT1RESS序列也显示出了很大的潜力。

临床案例

轴位(上)和冠状位(下)的10mm最大密度投影图

左图:uT1RESS序列。右图:3D_SPGR序列。

小的转移病灶在uT1RESS的可见度要比3D_SPGR好得多。uT1RESS的对比度提高了一倍,并抑制了血管的信号,这有助于明确地识别小的转移灶。

乳腺癌脑转移患者1mm各项同性MPR重建轴位(上)和冠状位(下)

左图:bT1RESS序列。中图:uT1RESS序列。右图:3D_SPGR序列。

在bT1RESS和3D_SPGR中,一个微小的转移灶(红色箭头)很难与贯穿切面的增强血管(绿色虚线箭头)区分开来,病灶和血管都显示高信号。然而,使用uT1RESS序列,病灶可以明确地识别,因为血管和背景组织的信号被很好地抑制了。左侧颞下的强化(蓝箭头)与最近的肿瘤切除术有关。

颅内多发转移的患者

左图:3D_IR_SPGR序列。中图:3D_SPGR序列。右图:uT1RESS序列。

尽管所有的序列都是在相同的空间分辨率下获得的,两个病变(红色箭头)在uT1RESS序列上的显示更加明显,多个额外的微小病灶(蓝色箭头)仅在uT1RESS中可见。

食管癌患者多发脑转移

左图:3D_VFA_FSE(T1_SPACE)  右图:uT1RESS序列。

我们使用目前最推荐的三维可变翻转角快速自旋回波序列(左)与uT1RESS序列(右)进行比较,虽然这两个序列都能有效地抑制血管内信号,但3D-VFA-FSE的对比度和CNR值明显低于uT1RESS (对比度分别为0.37和1.59;CNR分别为51.0和331.3)。

患有脑膜瘤的患者(红色箭头)

左图:bSSFP,显示脑脊液的明亮信号,组织对比度差,无法对肿瘤或血管进行诊断性评估。中图,使用bT1RESS,脑脊液和健康的脑组织显得相对较暗,强化的脑膜瘤、鼻粘膜、静脉窦及其支流都有很好的显示。右图,使用3D_SPGR(MPRAGE),肿瘤的可见度和血管的细节不如bT1RESS。

一个脑部MRI无异常的病人的轴向最大密度投影图(24mm厚)

左图:bT1RESS。中图:uT1RESS。右图:3D_SPGR。bT1RESS比3D_SPGR显示更多的血管细节,而uT1RESS则显示血管内信号的广泛抑制。 由于血管和非强化的背景组织的信号被抑制,眼外肌(蓝色箭头)、硬膜和脉络丛的对比增强效果(绿色虚线箭头)比其他成像技术更好。

到这里,大家应该已经感受到T1RESS序列所蕴含的巨大潜力,在头颅增强扫描中,小的血管常常会影响我们对小病灶的判断,对比度不够也会影响小病灶的检出,uT1RESS序列对增强血管的抑制以及非强化的背景组织抑制,很好地解决了以上两个问题。这对立体定向放疗的预后和治疗计划将有很大帮助。在扫描时间方面也有很大优势。

尽管有报道说uT1RESS相较于bSSFP,3D_SPGR对运动更加敏感,但实际扫描中发现,由于血池信号被抑制,所以搏动伪影和运动伪影都非常小或者没有。(也有部分原因是使用了一个很弱的散相梯度以及大量的序列重复,确保了相位分散在每个序列中都是渐进和一致的。)

该团队还准备把双回波DIXON融入进来,得到水像与脂相。还可以推广到乳腺、肝脏、胰腺等肿瘤领域、三维的心肌形态及LGE、提高血管壁成像对于斑块的显示。

对于bT1RESS这个亮血序列来说,它可以在头颈部的CEMRA中,显著提高图像质量和血管的清晰度。

下期,我会对该序列的技术细节进行介绍(如果我看得懂的话:D)。

Reference:

MAGNETOM Flash (79) 2/2021

T1 Relaxation-Enhanced Steady-State (T1RESS): An Improved Three-Dimensional Method for Contrast-Enhanced Imaging of Brain Tumors

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