儿童肺部磁共振成像新技术的应用进展

张倩云，张楠，王莎莎，边传振

南京医科大学附属儿童医院 放射科，江苏 南京 210000

引言

由于肺部含气量大，质子密度低，肺泡-空气界面易引起局部磁场不均匀，同时还受到心跳和呼吸等不自主运动的限制，因此肺部磁共振成像一直未引起临床重视[1]。CT虽然会有一定的辐射，但由于其成像速度快、空间分辨率高、密度分辨率高，且目前大部分儿童患儿均采用低剂量的扫描方案，镇静要求不高甚至无需镇静，已成为肺部及心脏病变常用的检查手段[2]。但近年来，辐射损伤引起了公众越来越广泛的重视[3]，特别是青少年、儿童由于其处于快速生长发育期，对辐射损伤更加敏感[4]，因此探寻一种能替代CT的儿童肺部成像手段具有重要临床意义[5]。近年来，随着磁共振技术的飞速发展，肺部磁共振图像的分辨率和信噪比得到了显著提高，同时成像时间也明显缩短，目前磁共振成像技术已经成为一种可行的儿童肺部成像方法，且在一定程度上能够替代CT[6]。有研究认为，磁共振成像技术对肺部形态学的显示并不弱于CT，而且肺部磁共振成像可在不使用造影剂的情况下提供关于肺功能和灌注功能的评估信息[7]。由于肺部磁共振成像密度分辨率高，且可以进行多序列多参数成像，无须行增强扫描就可对疾病进行鉴别诊断，因此儿童肺部磁共振成像技术已逐渐运用于临床[8-9]。本文针对儿童肺部磁共振成像的应用现状及研究进展作一综述。

1 儿童肺部磁共振检查的适应证

磁共振检查的适应证是指病变在磁共振图像上显示清晰，这主要是一些能够引起氢质子增多的病变，因为目前磁共振成像主要是对氢质子进行激发来产生信号，一旦病变引起局部氢质子增多，磁共振信号会变强，病变显示会更清晰，包括炎症引起的肺泡腔积液以及肺泡间隙浸润、组织增生和肿瘤肺转移等，这类病变建议以磁共振检查优先[10]。而有些病变磁共振图像的显示不如CT，主要指的是某些引起氢质子减少的病变，如肺气肿、小囊肿和早期纤维化等，这类病变建议以CT检查优先[11]。因此磁共振检查前对磁共振检查的最佳适应证加以了解及辨别是非常关键的步骤，此外需要临床根据疾病的病理、生理性质及临床表现谨慎选择肺部疾病的影像学检查方法，以免造成医疗资源的浪费和延误患者病情。

2 儿童肺部磁共振成像的质量标准

高质量的磁共振图像能够为临床儿童肺部磁共振成像提供更多的参考信息，良好的肺部磁共振图像必须满足以下标准：① 肺部血管的第四级分支要能清晰显示；② 支气管壁至少要能显示到二级分支；③ 像素最大不超过1 mm×1 mm，在1.5 T磁共振上层厚不超过4 mm，3.0 T磁共振上层厚不超过 3 mm；④ 心脏及纵隔的运动伪影应尽量少，不能影响诊断[12]。鉴于以上标准，放射医师应首先对所得图像质量进行评价，若图像没有伪影或有伪影但可以接受则认为检查成功，图像具有诊断价值；若图像伪影较重，对组织结构的显示影响较大，图像无诊断价值则认为检查失败，此时患儿需要进行CT检查。

3 儿童肺部磁共振成像技术的最佳序列

肺部磁共振成像的最佳序列一直没有定论，这也是导致肺部磁共振检查频率较低的原因之一，有学者提出，虽然肺部磁共振检查没有最佳序列，但对某些疾病有最适合的序列[13]。Biederer等[14]经过大量的临床队列研究认为，梯度回波序列、快速自旋回波序列、短时反转回复序列、弥散加权成像序列等均能用于肺部磁共振成像，然而这些序列和参数是否能提供最佳的诊断效能还需要进一步验证。呼吸运动是制约儿童肺部磁共振检查的重要因素，屏气序列并不适用于婴幼儿以及某些呼吸功能受损的儿童，只有呼吸触发序列或自门控序列才能完成检查。肺是人体进行气体交换的场所，因此肺组织内有很多的组织-气体界面，这就造成了局部磁场的不均匀性，不均匀的磁场会加快组织T2信号的失相位，从而造成T2图像的几何失真，在高场强磁共振上（如3.0 T）这种效应会更加明显，然而有研究认为，对于儿童肺部疾病的显示3.0 T更加清晰，分析原因可能是某些新技术如磁化传递技术及匀场技术等在3.0 T设备上进行运用和儿童病种的特殊性，减少了这类效应[15]。

目前，大多数儿童肺部磁共振检查都采用了三维快速场回波（Three-Dimensional Turbo Field Echo，3D-TFE）序列、T2加权快速自旋回波（T2-Weighted Turbo Spin Echo，T2-TSE）序列、超短时间回波（Ultrashort Time Echo，UTE）序列。

3.1 3D-TFE序列

3D-TFE序列主要以T1WI的显示为主，信号采集速度快，图像信噪比高，能够清晰显示气管支气管及其周围组织，再配以心电及呼吸门控后，可行心脏亮血成像，能清晰显示心脏的内部结构，还能在不使用对比剂的情况下对心功能进行初步分析，使用对比剂后还可以显示血管结构并进行肺实质灌注，尤其是对于先心病合并肺部发育不良的患儿，此序列不仅能减少CT检查带来的辐射危害，还能清晰展示肺及气管支气管病变[16]。王学玲等[17]对14例双侧气管性支气管患儿进行了CT成像及3D-TFE序列成像，发现CT成像及3D-TFE序列成像均可清晰显示双侧气管性支气管，两种成像方法对双侧气管性支气管均有良好诊断价值。

3.2 T2-TSE序列

磁共振图像上T2WI主要用于显示病变，传统SE序列的TE在10 ms左右，梯度回波序列TE可缩短至1 ms，而具有短和极短T2弛豫时间的组织在传统磁共振图像上为低信号或无信号，不能对其直接成像[18]。T2-TSE序列是传统用于肺部成像的序列，常用于观察肺泡及肺间质的炎症、肺增生占位及肺转移瘤，在磁共振图像上这些高信号的病变组织与低信号的肺组织形成良好的对比，因此能够突出显示病变组织，同时该序列需要配以呼吸门控，因此图像运动伪影较少，并能保持良好的锐利度，但该序列对气管、支气管及肺组织难以清晰显示[19]。Fraioli等[20]采用T2-TSE序列对患有中叶综合征的患儿进行随访发现其与X线检查具有相同的诊断效能。

3.3 UTE序列

UTE序列是另一种常用的肺成像序列，UTE序列进行肺部成像时能够大幅降低肺实质短T2信号的丢失，同时也能降低因大量气体-组织界面所造成的回波信号丢失[21]。由于肺的T2很短，而UTE序列能够激发短T2成分并在其衰减之前快速采集信号，因而能够直接显示短T2成分；且UTE序列采用非常短的重复时间采集信号，因此可不采用门控系统，UTE序列常用于观察肺气管及支气管发育状态和病变情况（肺部炎症、肺纤维化等）。早在1992年年Bergin等[22]就提出，UTE序列上引起氢质子增多的病变组织呈与纵隔软组织相等的信号，能够提供类似CT检查效应的高分辨率图像，由于受到当时硬件设备的限制，无法采集如此短时间内的回波信号而未被临床运用，直到近年来随着磁共振技术上的优化和硬件设备的更新，在微秒范围内采集回波信号才成为可能。Sodhi等[23]以75例肺炎患儿为研究对象，在短时间内对其进行肺部UTE序列成像和CT成像的对比研究发现，两种成像方式对肺炎的诊断具有高度的一致性。Yoder等[24]采用UTE序列对17例新生儿支气管发育不良的患儿进行图像采集，发现磁共振不仅能够精确显示发育不良的支气管，还能对其肺体积进行精准测量。随后Roach等[25]对11例正常人及肺纤维化患者肺部进行了UTE序列成像和CT成像，发现两种成像方法对肺纤维化的评分具有高度一致性。

3.4 零回波时间序列

零回波时间（Zero Echo Time，ZTE）成像序列是一种新兴的能显示短T2加权信号的成像技术，其采用微动梯度编码和超快速瞬切射频技术，并采用了三维放射状K空间填充，主要原理是在成像过程中先进行梯度场爬升，再施加射频脉冲，待射频脉冲结束后立即进行信号采集，实现了零回波时间磁共振信号采集，因此能够快速获取迅速衰减的肺组织信号，该序列由Weiger等[26]首次提出，并进行了动物实验获得成功；随后Gibiino等[27]首次将ZTE技术应用于健康人体肺结构的研究，结果表明，在不使用门控技术、不憋气的情况下，ZTE序列能够提供人体肺部高信噪比和高分辨率的图像。目前ZTE序列在肺结节、肺肿瘤、肺囊性纤维化的显示都得到了应用，但由于其成像时间较长，目前缺少儿童相关的研究报道[28]。

3.5 其他系列

由于厂家不同、机型不同，并不是所有的磁共振都能完成上述序列的检查，另外由于儿童肺部疾病较单一化的特性，因此在儿童常规肺部磁共振成像时除了T2加权和T1加权序列外，一般不需要增加其他扫描序列。因为磁共振检查时间长、噪音大，且在幽闭的环境中进行，易引起患儿不适，因而难以配合检查而导致数据采集失败，所以儿童肺部磁共振检查应选取现有的成像稳定的序列，快速完成数据采集[12]。在某些特殊病症如脓肿性肺炎的病例中，由于T2加权序列中脓肿与被浸润肺组织具有相同的信号强度，而弥散加权成像序列有助于区分浆液性和化脓性积液，因此弥散加权成像也是必要的，对于胸部血管磁共振成像，只有那些怀疑是血管畸形或肺隔离症的病例才需要进一步扫描[29]。因此对于进行肺部磁共振扫描的技师而言，了解病史及疾病的病理、生理变化，选择适合的采集序列是非常必要的。

还有一些磁共振序列目前尚未作为儿童肺部常规检查序列，尚处于开发研究阶段，如采用磁共振进行肺功能及肺灌注功能评价，目前该技术在成人慢性阻塞性肺疾病和肺纤维化的患者中的应用相对成熟。这项技术有望成为一种无创、温和的肺功能测定方法，并能提供新的疾病相关信息来指导临床治疗并对疗效进行评价，目前常用的方法主要有需静脉注射对比剂的二维灌注成像（Two-Dimension Perfusion Weighted Imaging，2D-PWI）、无须注射对比剂的三维动脉自旋标记（Three-Dimension Arterial Spin Labeling，3D-ASL）成像、超级化气体肺成像、傅立叶分解。2D-PWI主要是采用平面回波成像序列在注射后对肺组织进行快速连续动态扫描，通过数据后处理即可获得某兴趣区的血容量、血流量、达峰时间、平均通过时间等灌注参数，通过对灌注参数的分析来评价肺功能。Amaxopoulou等[30]对25例肺纤维化患儿和12名正常儿童进行了2D-PWI肺灌注扫描，发现有肺纤维化的患儿肺功能较差。但该方法属于有创检查，且需要注射对比剂，因而限制了其在儿童中的应用。3D-ASL成像主要是利用自身被标记的动脉血为信号源，待其流入兴趣组织后改变其自旋状态再进行信号采集，获取兴趣组织血流量、血容量及平均通过时间等灌注参数，但该序列对运动伪影十分敏感，限制了其在儿童方面的应用[31]。超级化气体肺成像目前主要是应用129Xe进行成像，具有无辐射、可重复、安全性高等特点，具有广阔的运用前景，但目前主要集中在研究探索阶段，尚未见应用在儿童方面的报道[32]。傅立叶分解肺灌注主要是利用二维稳态梯度回波序列进行肺部数据采集，同时利用非刚性图像配准算法对呼吸运动进行补偿，然后利用傅立叶变换对肺突质和心肺周期相关的信号强度变化进行分解，得到灌注信息，该方法主要依赖后处理算法，而不依赖于静脉对比剂或超级化气体对比剂，也不需要心电或呼吸门控即可获得肺通气图和灌注图，是目前具有较好应用前景的灌注成像方法，在成人的运用较多，但尚未见儿童应用的报道[33]。

4 存在的不足

目前儿童肺部磁共振检查的应用还存在诸多不足：① 各研究入组儿童的样本量相对较少，缺少多中心间的验证；② 儿童是一个特殊的群体，磁共振成像检查依从性差，这为肺部磁共振的检查带来了限制；③ 磁共振检查对运动伪影非常敏感，即使采用呼吸门控等技术有时也难以达到理想的效果；④ 对于某些引起氢质子减少的病变，磁共振成像效果不明显。

5 总结与展望

肺部磁共振检查因无电离辐射，可适用于儿童检查，也是人们致力于开发与运用肺部磁共振检查技术的动力，但目前儿童肺部磁共振检查仍属于研究阶段，磁共振显示肺的序列扫描时间较长和层厚较厚，因此显示肺细小病变尚有一定难度。儿童气道病变较多，在显示肺病变同时常需要显示气道病变，若显示正常气道时可采用以上分析的几种序列，但如果出现气道狭窄，则会增加显示难度；同时运动伪影多、检查时间长、病变的显示效果差等问题也亟待解决。但随着磁共振设备及技术的发展，可极大地推动肺部磁共振检查运用于临床，且随着磁共振技术与设备的发展与完善，有望为儿童肺部磁共振成像带来更广阔的前景。