肺血管磁共振成像：比较二维TOF、三维TOF及Gd-DTPA增强
作者：李刚 王润文 曾纪珍 王小宜 曹觉
单位：湖南医科大学附属湘雅医院放射科(长沙410008)
关键词：肺动脉TOF法；二维成像；三维成像；Gd-DTPA
中国现代医学杂志990405 目的：探讨2种常用的MR血管成像方法对正常肺动脉图像质量的影响及Gd-DTPA在其中的作用。材料和方法：用1.0Tesla超导MRI系统，体线圈技术，随机选择无心肺疾患志愿者46例，行2D turbo FLASH和/或3D FISP肺部MRA检查共113次，行Gd-DTPA增强后2D turbo FLASH和/或3D FISP扫描共47次。计算机测量肺动脉和背景噪声的信号强度，计算出肺动脉的信噪比(SNR)，并对肺动脉分支数量进行计数定量分析。结果：3D-TOF MR血管成像的图像质量优于2D-TOF，Gd-DTPA增强后可明显改善2D和3D-TOF MRA的图像质量，Gd-DTPA增强后3D比2D-TORF MRA的肺外周动脉分支数量有明显差异(P<0.01)。结论：3D-TOF MR血管成像对肺动脉的显示较好，Gd-DTPA增强后可显著提高肺动脉的SNR和肺段支以下的动脉分支数，改善图像质量。
, 百拇医药
分类号 R445.2
MRA技术已广泛应用于头、颈部血管疾病的诊断。胸、腹部及四肢大血管疾病的诊断也有报告[1，2]。由于呼吸运动及心脏搏动等生理运动的影响，肺部血管MRA的国内文献报告极少。有关肺血管MRA对比研究，尤其肺血管Gd-DTPA增强前、后的2D、3D-TOF法对比研究国外文献报告不多[3，4]，而国内尚未见到。我们在这方面做了一些初步探索，以期在1.0 Tesla MR系统获得较好的肺血管成像，为临床肺血管病变的诊断提供帮助。
1 材料和方法
1.1 一般资料
随机选择46例无心、肺疾患的患者，其中男性26例，女性20例；年龄8～72岁，平均40岁。行2D和/或3D肺部MRA检查共113次，其中2D 53次，3D 60次(左肺动脉29次，右肺动脉31次)。在2D的53次中，做Gd-DTPA增强22例次；3D的60例次中，增强25例次。7例同时做Gd-DTPA增强前、后2D、3D MRA对比扫描。
, 百拇医药
1.2 造影剂
采用北陆医药化工公司生产的磁显葡胺(Gd-DTPA3.7g/10ml)，剂量0.1mmol/kg。
1.3 检查技术
用1.0 Tesla超导MRI系统(Magnetom Impact,Siemens)，体线圈技术。2D TOF选用2D turbo FLASH序列，TR/TE(ms)6.3/8，翻转角15°，层厚10mm，层间距0mm。FOV360～400mm，矩阵128×128，2次激励。用心电门控，扫描时嘱被检查者屏气，扫描时间依心率而定，一般约18～25s。冠状面成像，共10～12幅图像。原始图像后处理用最大强度投影(maximum intensity projection,MIP)技术重建。
3D TOF选用带有TONE技术的3D FISP(流动补偿稳态进动快速成像)序列。TR/TE(ms)35/10，扫描块中心倾斜角18°，扫描块厚50～64mm。FOV360mm，矩阵160×256，3次激励。不用心电门控，带宽108Hz，32partitions。在扫描容积块外侧加一条宽50mm预饱和带，扫描时间9min。矢状面成像，原始图像经MIP法重建。
, 百拇医药
2 结果
2.1 图像质量的分析
图像分析分两部分，一为血管SNR的测量；二为肺血管分支数量的计量分析，同时分析血管的边缘形态以及信号均匀度。
2.1.1 血管SNR测量 46例次肺血管2D和3D-TOF MRA成像，原始图像经MIP重建处理后，用机器内自动测量系统测量背景噪声及血管信号强度，求得肺动脉的信噪比(SNR)。结果见表1。
表1 各序列中肺动脉SNR平均值 (
±SD) 序 列
对比剂
例次
SNR
, 百拇医药
P值
2D-TOF MRA
(1)C-
24
36.23±11.11
<0.01
(2)C+
22
66.27±14.95
>0.05
3D-TOF MRA
(3)C-
, 百拇医药
24
59.04±26.41
<0.01
(4)C+
25
79.48±15.51
<0.01
注：C-为未使用对比剂，C+为使用对比剂
为保证测量准确，我们采取了以下措施：ROI(region of interest)选择部位大小尽量保持相同；测量范围尽量大，面积≥1mm2以减少误差；测量时尽量选择信号较均匀区域，避开运动伪影；背景噪声及血管的测量均在2幅以上不同观察角度的图像上进行，然后取平均值。
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2.1.2 肺血管分支数计量分析 由两位从事MRI 工作的医师对肺动脉分支计数，然后取其平均值进行统计学处理。动脉分支计数，以段支为基础，通过肉眼视力评价。对46例113次肺血管2D/或3D图像进行计数量化处理。结果见表2。
表2 Gd-DTPA增强前、后2D、3D-TOF MRA的肺动脉分支数(±SD)
右肺动脉
左肺动脉
上叶
中叶
下叶
顶段
, 百拇医药 舌段
下叶
(1) 2D-
2.38±1.71
0.85±0.57
2.05±0.66
1.79±0.58
1.11±0.67
1.89±0.67
(2) 3D-
5.33±2.93
1.78±0.84
, 百拇医药
4.89±2.84
3.71±2.62
2.00±1.15
5.14±2.26
(3) 2D+
5.09±2.09
1.84±0.85
4.27±1.58
4.14±1.52
1.77±0.97
3.86±1.24
(4) 3D+
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10.36±5.83
3.54±1.63
8.82±3.52
9.14±2.14
3.14±0.86
8.50±3.03
(1)与(2)
0.036
0.040
0.003
0.045
0.184
, 百拇医药
0.030
P值
(3)与(4)
0.000
0.000
0.000
0.000
0.001
0.000
2.2 统计学处理
统计学分析采用SPSS软件处理(版本SPSS for windows)。对每两个组的均值进行多重比较和差异性显著性检验(scheffe检验)。
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操作者每次测量血管信号强度的差异及两名观察者评价肺动脉数量的差异，用线性回归分析法进行统计学处理。
同一观察者在前、后两次测量肺动脉SNR的差异无显著性。经线性回归分析法统计学分析，前、后两次测量的正确性很高(r＝0.75；SD＝0.04)；两位观察者间评价肺动脉血管数量的重复性也较好(r＝0.76；SD＝0.05)。3 讨论
2D-TOF和3D-TOF MRA，都是利用流入增强效应(Wash-in Enhancement)。Isoda等[4]在肺血管MRA成像中研究比较了6种不同技术条件下2D-TOF和3D-TOF序列，认为效果最好的是3D-TOF MRA(3D FISP)，其次是2D turbo FLASH。这主要是在梯度磁场相同情况下三维法获得的体素较小，减少了流动相关失相，从而减少信号丢失。而二维TOF技术中垂直于采集层面的血流信号高，平行于采集层面的血流信号低。由于体素较大，空间分辨力往往差些。
, 百拇医药
对于3D-TOF技术来说，接受多次激励的血流，随着向成像容积内继续深入，其信号强度不断减弱，结果会使远端小血管、慢血流的信号强度下降。为了尽可能克服这方面的缺点，我们在3D-TOF序列结合应用了TONE(tilted optimized nonsat urating excitation)技术和流动补偿技术，增加了血流的信号强度，使远端小血管也有较好的对比度和显示率，从而使肺动脉MRA图像质量得到一定改善[5]。见图1，2。
图1 正常肺动脉之2D turbo FLASH MR血管成像(未增强)
图2 与图1同一侧之左肺动脉3D FISP MR血管成像(未增强)
本研究中选用的turbo FLASH 2D序列，因序列中参数限制，所用层厚为10mm(序列中的最小层厚)，相比3D FISP序列则空间分辨力下降，部分容积效应伪影增多。由于肺血管树分叉多，方向多，血流较复杂，肺部2D-TOF MRA不如3D-TOF敏感。
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本组资料显示，增强后3D FISP与 2D turbo FLASH的肺动脉SNR无统计学差异(P>0.05)，主要是Gd-DTPA缩短血流氢质子的T1驰豫时间(增加了纵向驰豫率)，与血液的流动效应无关，而主要与血液中对比剂的浓度相关[6]。但在显示肺动脉分支数上，增强后3D-FISP的肺动脉分支数量明显多于增强后2D turbo FLASH。这是因为3D容积采集信号，层厚较薄(1.6～2mm)，有利于重建。空间分辨力高，部分容积效应伪影少；而2D为层面采集，层厚较厚(10mm，为序列中最薄层厚)，空间分辨力较差(见图3，4)。但2D turbo FLASH成像时间短(约18～25s)，受运动干扰小，而且原始图像比MIP重建后的图像的空间分辨力较强，只不过不是完整的肺血管树形态。在图像分析时，我们主张MIP重建后图像和原始图像结合考虑，以增加信息量。Rubin[7]等研究证明，团注对比剂后5～45min肺血管的信号增强无明显差异。因此，可以认为本组研究中2D-TOF(18s)和3D-TOF(9min)时间上的差异不影响血管内SNR的差异。MRA图像质量的评价指标较多，我们选择了关键性指标SNR和血管数量进行比较，可以在很大程度上说明问题，且便于观察和评价。
, 百拇医药
图3 Gd-DTPA增强后之2D-TOF肺动脉血管图像
图4 与图3同一侧之Gd-DTPA增强后3D-TOF在肺动脉MRA图像
本组研究发现，3D FISP和2D turbo FLASH都有其自身的限制。2D turbo FLASH的缺点之一是成像时间依赖于心跳频率，且扫描中需要屏气，这个问题在3D FISP中没有。但3D FISP的缺点是心跳和呼吸运动干扰不能被完全消除，尤其在膈肌附近，甚至经几次激励多次平均这些资料，这些部位的小血管也难以清楚显示。且3D FISP因成像时间较长，危重病人不能得到良好监护。因此，对于燥动不安或不能耐受长时间检查的病人，选用增强2D turbo FLASH序列；对于有条件的，我们建议选用增强3D FISP序列做为补充。
本组随机、前瞻性的定量对比研究，评价了1.0Tesla MRI系统中2D和3D-TOF MRA及Gd-DTPA增强后的影响。我们相信随着技术条件的改进及经验的积累，肺部血管MRA无创性检查方法将在临床逐步得到应用。
, http://www.100md.com
参考文献
1 Edelman RR.MR angiography.AJR,1993；161:1～11
2 Kauczor HU.Layer G,Schad LR,et al.Clinical applications of MR angiography in intrathoracic masses.J Comput Assist Tomory，1991；15(3):409-417
3 Isoda H,Vshimi T,Masui T,et al.Clinial evaluation of pulmonary 3D time-of-flight MRA with breath holding using contrast media.J.Comput Assist Tomogr，1995；19(6):911～919
, 百拇医药 4 Isoda H,Masui T,Hasegawa S,et al.Pulmonary MR angiography:a comparison of 2D and 3D time-of-fliht.J Comput Assist Tomogr，1994；18(3):402～407
5 Laissy JP,Assayag P,Feugeas MCH,et al.Pulmonary time-of-flight MR angiography at 1.0T:comparison between 2D and 3D TONE acquisitions.J Magn Reson Imaging，1995；13(7):949～957
6 Prince MR.Gadolinium-enhanced MR aortography.Radiology,1994；191:155～164
7 Rubin GD,Herfkens RJ,PelcscpNJ,et al.Sigle breath-hold pulmonary magnetic resonance angiography.Invest Radiol,1994；29(8):766～772
1998-12-05收稿, http://www.100md.com
单位：湖南医科大学附属湘雅医院放射科(长沙410008)
关键词：肺动脉TOF法；二维成像；三维成像；Gd-DTPA
中国现代医学杂志990405 目的：探讨2种常用的MR血管成像方法对正常肺动脉图像质量的影响及Gd-DTPA在其中的作用。材料和方法：用1.0Tesla超导MRI系统，体线圈技术，随机选择无心肺疾患志愿者46例，行2D turbo FLASH和/或3D FISP肺部MRA检查共113次，行Gd-DTPA增强后2D turbo FLASH和/或3D FISP扫描共47次。计算机测量肺动脉和背景噪声的信号强度，计算出肺动脉的信噪比(SNR)，并对肺动脉分支数量进行计数定量分析。结果：3D-TOF MR血管成像的图像质量优于2D-TOF，Gd-DTPA增强后可明显改善2D和3D-TOF MRA的图像质量，Gd-DTPA增强后3D比2D-TORF MRA的肺外周动脉分支数量有明显差异(P<0.01)。结论：3D-TOF MR血管成像对肺动脉的显示较好，Gd-DTPA增强后可显著提高肺动脉的SNR和肺段支以下的动脉分支数，改善图像质量。
, 百拇医药
分类号 R445.2
MRA技术已广泛应用于头、颈部血管疾病的诊断。胸、腹部及四肢大血管疾病的诊断也有报告[1，2]。由于呼吸运动及心脏搏动等生理运动的影响，肺部血管MRA的国内文献报告极少。有关肺血管MRA对比研究，尤其肺血管Gd-DTPA增强前、后的2D、3D-TOF法对比研究国外文献报告不多[3，4]，而国内尚未见到。我们在这方面做了一些初步探索，以期在1.0 Tesla MR系统获得较好的肺血管成像，为临床肺血管病变的诊断提供帮助。
1 材料和方法
1.1 一般资料
随机选择46例无心、肺疾患的患者，其中男性26例，女性20例；年龄8～72岁，平均40岁。行2D和/或3D肺部MRA检查共113次，其中2D 53次，3D 60次(左肺动脉29次，右肺动脉31次)。在2D的53次中，做Gd-DTPA增强22例次；3D的60例次中，增强25例次。7例同时做Gd-DTPA增强前、后2D、3D MRA对比扫描。
, 百拇医药
1.2 造影剂
采用北陆医药化工公司生产的磁显葡胺(Gd-DTPA3.7g/10ml)，剂量0.1mmol/kg。
1.3 检查技术
用1.0 Tesla超导MRI系统(Magnetom Impact,Siemens)，体线圈技术。2D TOF选用2D turbo FLASH序列，TR/TE(ms)6.3/8，翻转角15°，层厚10mm，层间距0mm。FOV360～400mm，矩阵128×128，2次激励。用心电门控，扫描时嘱被检查者屏气，扫描时间依心率而定，一般约18～25s。冠状面成像，共10～12幅图像。原始图像后处理用最大强度投影(maximum intensity projection,MIP)技术重建。
3D TOF选用带有TONE技术的3D FISP(流动补偿稳态进动快速成像)序列。TR/TE(ms)35/10，扫描块中心倾斜角18°，扫描块厚50～64mm。FOV360mm，矩阵160×256，3次激励。不用心电门控，带宽108Hz，32partitions。在扫描容积块外侧加一条宽50mm预饱和带，扫描时间9min。矢状面成像，原始图像经MIP法重建。
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2 结果
2.1 图像质量的分析
图像分析分两部分，一为血管SNR的测量；二为肺血管分支数量的计量分析，同时分析血管的边缘形态以及信号均匀度。
2.1.1 血管SNR测量 46例次肺血管2D和3D-TOF MRA成像，原始图像经MIP重建处理后，用机器内自动测量系统测量背景噪声及血管信号强度，求得肺动脉的信噪比(SNR)。结果见表1。
表1 各序列中肺动脉SNR平均值 (
±SD) 序 列对比剂
例次
SNR
, 百拇医药
P值
2D-TOF MRA
(1)C-
24
36.23±11.11
<0.01
(2)C+
22
66.27±14.95
>0.05
3D-TOF MRA
(3)C-
, 百拇医药
24
59.04±26.41
<0.01
(4)C+
25
79.48±15.51
<0.01
注：C-为未使用对比剂，C+为使用对比剂
为保证测量准确，我们采取了以下措施：ROI(region of interest)选择部位大小尽量保持相同；测量范围尽量大，面积≥1mm2以减少误差；测量时尽量选择信号较均匀区域，避开运动伪影；背景噪声及血管的测量均在2幅以上不同观察角度的图像上进行，然后取平均值。
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2.1.2 肺血管分支数计量分析 由两位从事MRI 工作的医师对肺动脉分支计数，然后取其平均值进行统计学处理。动脉分支计数，以段支为基础，通过肉眼视力评价。对46例113次肺血管2D/或3D图像进行计数量化处理。结果见表2。
表2 Gd-DTPA增强前、后2D、3D-TOF MRA的肺动脉分支数(
±SD)右肺动脉
左肺动脉
上叶
中叶
下叶
顶段
, 百拇医药 舌段
下叶
(1) 2D-
2.38±1.71
0.85±0.57
2.05±0.66
1.79±0.58
1.11±0.67
1.89±0.67
(2) 3D-
5.33±2.93
1.78±0.84
, 百拇医药
4.89±2.84
3.71±2.62
2.00±1.15
5.14±2.26
(3) 2D+
5.09±2.09
1.84±0.85
4.27±1.58
4.14±1.52
1.77±0.97
3.86±1.24
(4) 3D+
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10.36±5.83
3.54±1.63
8.82±3.52
9.14±2.14
3.14±0.86
8.50±3.03
(1)与(2)
0.036
0.040
0.003
0.045
0.184
, 百拇医药
0.030
P值
(3)与(4)
0.000
0.000
0.000
0.000
0.001
0.000
2.2 统计学处理
统计学分析采用SPSS软件处理(版本SPSS for windows)。对每两个组的均值进行多重比较和差异性显著性检验(scheffe检验)。
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操作者每次测量血管信号强度的差异及两名观察者评价肺动脉数量的差异，用线性回归分析法进行统计学处理。
同一观察者在前、后两次测量肺动脉SNR的差异无显著性。经线性回归分析法统计学分析，前、后两次测量的正确性很高(r＝0.75；SD＝0.04)；两位观察者间评价肺动脉血管数量的重复性也较好(r＝0.76；SD＝0.05)。3 讨论
2D-TOF和3D-TOF MRA，都是利用流入增强效应(Wash-in Enhancement)。Isoda等[4]在肺血管MRA成像中研究比较了6种不同技术条件下2D-TOF和3D-TOF序列，认为效果最好的是3D-TOF MRA(3D FISP)，其次是2D turbo FLASH。这主要是在梯度磁场相同情况下三维法获得的体素较小，减少了流动相关失相，从而减少信号丢失。而二维TOF技术中垂直于采集层面的血流信号高，平行于采集层面的血流信号低。由于体素较大，空间分辨力往往差些。
, 百拇医药
对于3D-TOF技术来说，接受多次激励的血流，随着向成像容积内继续深入，其信号强度不断减弱，结果会使远端小血管、慢血流的信号强度下降。为了尽可能克服这方面的缺点，我们在3D-TOF序列结合应用了TONE(tilted optimized nonsat urating excitation)技术和流动补偿技术，增加了血流的信号强度，使远端小血管也有较好的对比度和显示率，从而使肺动脉MRA图像质量得到一定改善[5]。见图1，2。
图1 正常肺动脉之2D turbo FLASH MR血管成像(未增强)
图2 与图1同一侧之左肺动脉3D FISP MR血管成像(未增强)
本研究中选用的turbo FLASH 2D序列，因序列中参数限制，所用层厚为10mm(序列中的最小层厚)，相比3D FISP序列则空间分辨力下降，部分容积效应伪影增多。由于肺血管树分叉多，方向多，血流较复杂，肺部2D-TOF MRA不如3D-TOF敏感。
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本组资料显示，增强后3D FISP与 2D turbo FLASH的肺动脉SNR无统计学差异(P>0.05)，主要是Gd-DTPA缩短血流氢质子的T1驰豫时间(增加了纵向驰豫率)，与血液的流动效应无关，而主要与血液中对比剂的浓度相关[6]。但在显示肺动脉分支数上，增强后3D-FISP的肺动脉分支数量明显多于增强后2D turbo FLASH。这是因为3D容积采集信号，层厚较薄(1.6～2mm)，有利于重建。空间分辨力高，部分容积效应伪影少；而2D为层面采集，层厚较厚(10mm，为序列中最薄层厚)，空间分辨力较差(见图3，4)。但2D turbo FLASH成像时间短(约18～25s)，受运动干扰小，而且原始图像比MIP重建后的图像的空间分辨力较强，只不过不是完整的肺血管树形态。在图像分析时，我们主张MIP重建后图像和原始图像结合考虑，以增加信息量。Rubin[7]等研究证明，团注对比剂后5～45min肺血管的信号增强无明显差异。因此，可以认为本组研究中2D-TOF(18s)和3D-TOF(9min)时间上的差异不影响血管内SNR的差异。MRA图像质量的评价指标较多，我们选择了关键性指标SNR和血管数量进行比较，可以在很大程度上说明问题，且便于观察和评价。
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图3 Gd-DTPA增强后之2D-TOF肺动脉血管图像
图4 与图3同一侧之Gd-DTPA增强后3D-TOF在肺动脉MRA图像
本组研究发现，3D FISP和2D turbo FLASH都有其自身的限制。2D turbo FLASH的缺点之一是成像时间依赖于心跳频率，且扫描中需要屏气，这个问题在3D FISP中没有。但3D FISP的缺点是心跳和呼吸运动干扰不能被完全消除，尤其在膈肌附近，甚至经几次激励多次平均这些资料，这些部位的小血管也难以清楚显示。且3D FISP因成像时间较长，危重病人不能得到良好监护。因此，对于燥动不安或不能耐受长时间检查的病人，选用增强2D turbo FLASH序列；对于有条件的，我们建议选用增强3D FISP序列做为补充。
本组随机、前瞻性的定量对比研究，评价了1.0Tesla MRI系统中2D和3D-TOF MRA及Gd-DTPA增强后的影响。我们相信随着技术条件的改进及经验的积累，肺部血管MRA无创性检查方法将在临床逐步得到应用。
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参考文献
1 Edelman RR.MR angiography.AJR,1993；161:1～11
2 Kauczor HU.Layer G,Schad LR,et al.Clinical applications of MR angiography in intrathoracic masses.J Comput Assist Tomory，1991；15(3):409-417
3 Isoda H,Vshimi T,Masui T,et al.Clinial evaluation of pulmonary 3D time-of-flight MRA with breath holding using contrast media.J.Comput Assist Tomogr，1995；19(6):911～919
, 百拇医药 4 Isoda H,Masui T,Hasegawa S,et al.Pulmonary MR angiography:a comparison of 2D and 3D time-of-fliht.J Comput Assist Tomogr，1994；18(3):402～407
5 Laissy JP,Assayag P,Feugeas MCH,et al.Pulmonary time-of-flight MR angiography at 1.0T:comparison between 2D and 3D TONE acquisitions.J Magn Reson Imaging，1995；13(7):949～957
6 Prince MR.Gadolinium-enhanced MR aortography.Radiology,1994；191:155～164
7 Rubin GD,Herfkens RJ,PelcscpNJ,et al.Sigle breath-hold pulmonary magnetic resonance angiography.Invest Radiol,1994；29(8):766～772
1998-12-05收稿, http://www.100md.com