动态对比增强磁共振成像
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三、动态对比增强序列的参数设置

由于动态数据的自身特点,在进行DCE-MRI扫描的时候,需要考虑以下几个方面的因素来选择合适的参数设置:

1.时间分辨力

是指在连续采集的两个相邻时间点的间隔时间长度,即每采集一帧图像所需要的时间,目前的设备能力通常以秒为单位。时间分辨力越高,采样的频率就越高,所获得的时间信号强度曲线就越平滑,对数据的还原也就越接近真实。

影响时间分辨力的最关键参数就是重复时间(TR),一般来说,在设置DCE序列时,为了获得较高的时间分辨力,TR通常选择最小值;同时,为了尽量减少T2∗权重的影响,也会选择设备上能允许的最小回波时间(TE)[2]。对于2D方式一般需要一定的层间距(10%~20%),空间分辨力会受到限制;而3D序列则更有利于进行薄层的无间隔扫描,但是它较2D序列的扫描时间更长。

此外,激励次数(number of excitation,NEX)或信号采集次数(number of acquistions,NA)也是影响时间分辨力的重要因素,增加采集次数虽然有利于减少伪影并提高图像信噪比,但也会延长了扫描时间,降低DCE的时间分辨力。这样,DCE序列的NEX往往是1。

时间分辨力对于DCE来说是至关重要的指标,不同的时间分辨力会影响Tofts模型定量参数结果的可靠性,如要保证定量参数的误差控制在10%以内,需要动脉输入函数(AIF)采样时间分辨力小于1s,而对于组织的增强信号的采样时间分辨力要小于4s。但是,不同的检查部位和研究目的,时间分辨力的要求也不尽相同。例如,Othman的研究显示仅需10s/帧的时间分辨力,DCE的药代动力学参数就可以区分前列腺的良恶性病变[3]。此外,不同模型对于动态数据时间分辨力的要求也不相同,例如,交换模型(exchange model)的时间分辨力要达到2s/帧,而参考模型(reference model)由于其不需要选择血管作为动脉输入函数,因此对时间分辨力的要求大大降低[4]

2.空间分辨力

是指图像对细微结构的分辨能力,它取决于所成像体素的大小,体素越小则空间分辨力越高。

体素的大小,其中一个影响因素是层面内即视野除以矩阵数目的比,视野的选择更多要考虑成像部位和病变的大小,在不产生卷褶伪影和完全包括病变的前提下,视野越小越有利于病变的显示和空间分辨力的提高。而在确定视野后,矩阵越大,成像体素越小,图像层面内的空间分辨力越高。但是由于频率编码和相位编码对于扫描时间的影响不同,相位编码的提高也同时会降低扫描时间,因此对于矩阵大小的选择,相位编码数通常都小于频率编码数。影响体素大小的另一个因素是层厚,层厚越薄,图像在层面方向的空间分辨力越高。层厚的选择更多要考虑病变大小的情况,小病灶则需要更薄的层厚,而薄层无间隔扫描则是3D序列的优势。

和其他磁共振序列一样,DCE序列的空间分辨力和时间分辨力在一定程度上也存在着矛盾,当空间分辨力提高时,时间分辨力必然下降。由于时间分辨力对于DCE更为重要,因此,大多数的DCE扫描会更多地考虑时间分辨力的要求,而空间分辨力只需能够清楚显示病变的强化程度即可。代表文献的空间分辨力和时间分辨力设置参见表2-1。

表2-1 代表文献中不同体部的动态扫描序列参数
3.图像的对比噪声比

它是指病变与背景组织信号差别和噪声之间的比值,相对于信噪比,它是评价显示病变能力的更直接指标。

绝大部分DCE-MRI所采用的扰相快速梯度回波序列,具有突出显示组织间的T1对比的优势。而翻转角的选择,不仅影响图像的权重,也与对比剂的显示有关。一般来说,小的翻转角(<5°)对较低浓度对比剂更敏感,但是相对信号变化的范围有限;当增大翻转角度后(10°~30°),翻转角有了更大的变化范围,可以观察更大范围的对比剂浓度变化。而2D序列与3D序列的翻转角选取策略也有所不同。对于2D序列,较大的翻转角会增加血液的流入效应,从而影响动脉输入函数(AIF)的准确性[12],因此翻转角一般选择小于15°;而对于3D序列,较大的翻转角可以抑制血流的流入效应,因此,3D序列一般选择30°~60°的翻转角[13]

4.总扫描时间

DCE动态扫描总的时间长度对定量参数也有很大影响,不同模型对于扫描时长的要求也不一样。例如,Patlak模型的假设条件为对比剂从血管流入细胞间隙的过程,不考虑对比剂的回流。因此,它的数据只需要包含对比剂的首过过程(first pass),60~90s就已足够[14,15]。而Tofts等双室模型,要考虑对比剂回流,此时间段的信号变化还没有达到稳态,则需更长的采集时间。Tofts模型要求扫描时间大于10分钟即对比剂流动达到稳态以后,才能保证所获得的ve值的准确性。但是,扫描时间过长也会造成病人的运动伪影增加,实际临床工作中也可能缩短扫描时间[16],少有研究会用到10分钟的扫描时间。