2021年04月21日发布 | 1944阅读

脑血管病变管壁MRI应用原则(4):扫描方案设计—基本原则

陈红兵

中山大学附属第一医院

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导言:从“知道”到“做到”,除了“天才”,需要如切如磋,如琢如磨,经历漫长而艰辛的实践探索过程,终达“知行合一”。过程中,不断总结和完善,常还“无意中”探知前所未有的“秘境”。经坚持不懈的努力后,如能有幸“做到”,结果会远超当初的“知道”,进入新境界。

成功完成一项技术性的工作,在有了合适工具和原材料之后,还需要一个正确的工作流程,遵照这个流程可完成绝大部分的生产要求;同时,对于一些特殊情况,还要准备好相应的应对策略。

对于实施脑血管病变的管壁高分辨MRI而言,这个工作流程就是“扫描方案设计”,包括目标扫描血管的确定,扫描层面的选择和定位,扫描序列及其参数设置。这个扫描方案设计其实也不复杂,每一项需要设计的内容有其固定的原则和参数,只要遵循这些原则和参数,就能对大部分脑血管病变成功实施管壁高分辨MRI扫描。有经验的技师,稍加学习,即可掌握这些扫描原则和参数设置。

经过多年探索,在平衡图像质量、扫描效率和诊断需求的基础上,我们总结出了一套脑血管病变管壁高分辨MRI扫描设计原则。本文第一部分首先阐述扫描方案设计的基本原则;第二部分即从血管病变位置、管腔异常情况和血管病变性质着手,详细介绍脑血管病变壁高分辨MRI常用和特殊的扫描设计方案,并展示我们的实践病例,以方便学习者参照。


第一部分 基本原则

内容目录

1、扫描目标血管的选择

2、扫描层面选择

3、TOF-MRA_扫描定位的基础

4、扫描层面精准定位

5、扫描序列及参数


#1

扫描目标血管的选择


在行脑血管高分辨MRI扫描前,是必须先行脑血管MRA或CTA检查,以及颅脑MRI扫描,以明确脑血管病变和脑组织缺血情况,为下一步决定扫描目标血管提供依据。大多数情况下,根据MRA或CTA所示的脑血管狭窄-闭塞位置,再结合脑梗死部位或(和)临床表现,决定扫描目标血管不是难事。我们中心通常是由临床医生在申请单上注明扫描目标血管,少数特殊情况下由技师和临床医生共同商定。如果磁共振设备有大范围三维扫描能力,在难以确定目标血管的时(比如筛查非狭窄斑块,或隐匿性夹层),可行三维高分辨MRI扫描,根据三维扫描结果再决定是否进行下一步的二维高分辨序列扫描。



#2

扫描层面的选择

绝大部分情况下,选择扫描层面垂直于目标血管长轴,理由是:血管结构可近似看做三维圆管状,病变可发生于圆形管壁的任意位置,采用垂直于血管长轴扫描所得的血管断面图像可以“360°视角”对管壁异常病变进行观察。


特殊情况下,选择扫描层面平行于目标血管长轴,其优点是,所得图像可直观显示病变沿血管长轴分布特征;缺点是,当病变血管走行迂曲时,很难做到真正的平行于血管长轴扫描,导致显示的病变解读困难,但不妨碍其作为备选方案。


#3

TOF-MRA扫描定位的基础


要实施脑血管高分辨MRI,首先要预备完成好颅脑或颈部3D-TOF-MRA,这是下一步高分辨MR I扫描层面定位必不可少的参照。以下将对3D-TOF-MRA序列及后处理技术作简要介绍,这对理解本文以后的内容非常重要。


3D-TOF-MRA序列是一短TR、短TE、中等翻转角的梯度回波序列,主要特点有:第一,背景黑,血管亮,俗成“亮血”序列;第二,具有一定T1权重,短T1的组织在此序列上会表现为高信号。3D-TOF-MRA是高分辨血管壁扫描前提,先在此序列通过多种三维后处理技术加工目标血管,以此为基础进行管壁MRI的扫描定位设计。后处理技术包括:最大信号强度投射法(MIP)、多平面重建(MIP)和容积再现(VR)。

↑颅脑3D-TOF-MRA之总体MIP重建图像

MIP(Maximum Intensity Projection) 的基本原理是将TOF-MRA原始数据在某一个选定的方向进行“投影”处理。具体是,将位于此选定路径上的原始数据中的最大信号值投影到一个平面上,得到一组只包含最大信号值的二维图像。对投影的解释,通俗讲,好比一束光从某个方向照射一个物体而得到这个物体在一个二维平面的影子。MIP有几个特点:第一,任意方向投影,可360°方位成像;第二,大于等于原始数据最小层厚的任意厚度投影,根据选择厚度不同称为薄层MIP和厚层MIP;第三,MIP为二维图像,它只是真实三维投照物的“影子”,仅从一个平面无法真实反映被投照物的立体特征。


↑层厚10mm的MIP重建图像

MPR(Multiplanar Reformation) 的基本原理是将TOF-MRA原始数据在选定的层面进行“重新组合”,然后再将其显示为灰度图像。具体方法是,在原始三维数字化数据集中选择一定厚度的一组数据,再将这组数据进行灰度显示。MPR有几个特征:第一,任意方位重组,可360°重建;第二,大于等于原始数据层厚的任意厚度重组;第三,三维体素越小、越接近等体素,重建出的图像越“细腻”。

↑层厚0.6mm的MPR图像

VR(Volume Render) 的原理是,将每个像素的MR信号值赋予特别的颜色来进行显示。VR是真正的3D技术,因为它显示了每个像素的信息,包括像素值的大小和位置信息。

↑VR图像


#4

扫描层面精准定位


我们通常采用“双向定位”进行二维高分辨MRI扫描层面定位,即在两个成角近似90度的方向上对目标血管进行方位校准,使其MIP投影或MPR重组都和目标血管长轴位于同一平面,即平行于目标血管长轴。


具体做法有三种:

第一,利用3D-TOF-MRA原始图像分别在沿血管长轴方向的两个平面做MPR重建,然后在此重建平面定位。


第二,类似第一种方法,利用3D-TOF-MRA分别在沿着血管长轴方向的两个平面做薄层MIP重建,然后在此重建平面定位。


第三,利用3D-TOF-MRA全部数据做MIP重建(可先剪除目标血管之外其他干扰血管),然后分别在两个投影方位上转动MIP图像使其都和目标血管长轴方向保持一致,以此调整方位后的MIP图像作为定位平面。


此三种方法的目的是一致的,即通过投影/重组角度调整,尽量使目标血管长轴完整显示于同一平面内。

下面以左侧MCA M1为示例,介绍三种“双向定位”方法,其他目标血管均采用相同原理定位。

↑薄层MIP定位:将左侧MCA M1作为目标血管,分别沿M1长轴方向做薄层MIP重建,斜冠位20mm(红线),斜轴位10mm(黄线),在此重建图上分别垂直于M1(蓝线)进行扫描定位,即得到目标血管M1的短轴截面。

↑MPR定位:将左侧MCA M1作为目标血管,分别沿M1长轴方向做MPR重建,斜冠位(红线),斜轴位(黄线),在此重建图上分别垂直于M1(蓝线)进行定位,即得到目标血管M1的短轴截面。

↑厚层MIP定位:将左侧MCA M1作为目标血管,分别沿M1长轴方向做厚层MIP重建,斜冠位170mm(红线),斜轴位130mm(黄线),在此重建图上分别垂直于M1(蓝线)进行定位,即得到目标血管M1的短轴截面。

需要指出的是,仅仅使用3D-TOF-MRA机器自动重建的横、冠、矢状MIP图来定位是欠准确的,往往会出现在某个平面垂直了目标血管而在另一个平面却出现位置偏差。通过上述MIP原理介绍可知原因为目标血管与3D-TOF-MRA成像层面并非平行关系,导致其“投影”不能反映真实的血管走形。


#5

扫描序列及参数



表1和表2是我们中心常规的脑血管病变管壁MRI序列和参数设置。扫描序列选择原则是:(1)颅内动脉狭窄-闭塞病变,常规行垂直于病变血管长轴的二维管壁T2WI和T1WI平扫+增强扫描,最后行大范围的三维T1WI增强扫描,少数情况下加扫三维T2WI和非增强三维T1WI(如夹层病变);(2)颈内动脉起始部斑块,常规行二维管壁T2WI和T1WI平扫+增强扫描;(3)颈内动脉闭塞、颈部动脉大范围病变(夹层、放疗后狭窄或多发性大动脉炎)和脑静脉系统疾病,常规行大范围三维T2WI和T1WI平扫+增强扫描,根据需要加行二维高分辨MRI扫描。


↓表1:颅内动脉管壁MRI扫描序列和参数



↓表2:颈部动脉三维管壁MRI扫描序列和参数


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