磁共振新技术在肺结节诊断中的研究进展.pdf

MRI由于具有较高的软组织分辨率、多序列、多参数和无辐射的特点，已广泛应用于全身各个系统，但胸部MRI的应用受到设备及胸部生理结构的限制，如氢质子含量低、信噪比低、磁化率不均匀、运动伪影大等问题。近年来，随着MRI技术和软件的不断发展，如并行采集技术、呼吸门控、放射状容积内插式屏气序列（star-VIBE）、超短回波时间（UTE）、零回波时间（ZTE）、压缩感知容积内插式屏气检查序列（CS-VIBE）等新序列研发以及人工智能的发展，肺部MRI成像技术逐渐完善。而且随着人们对辐射剂量和肺结节关注度的增加，肺部MRI的临床需求也逐渐增加。本文将从肺结节检出和鉴别两方面对肺部MRI新技术展开阐述。1 MRI新序列在肺结节检出的应用目前临床常用的肺部MRI序列多为传统VIBE序列，传统VIBE序列虽然采集时间短，但是对于结节形态学征象显示不佳。此外，传统的VIBE序列采用吸气末屏气扫描，不适合屏气不佳或呼吸状况差的患者。最新研发的自由呼吸序列不仅提高了患者的舒适度，且结节检出率和结节征象的显示均优于传统VIBE序列，扩大了肺部MRI 在肺部疾病诊疗中的应用范围。1.1 StarVIBE序列StarVIBE序列是采用径向k空间采集的自由呼吸梯度回波序列，该采集方式沿着各个径向辐条进行，中心辐条的重叠不仅减小了相位误差，还减少了呼吸及心Research progress of new magnetic resonance technology in pulmonary nodulesJIANG Yehai1,PU Doudou1,YU Nan1,21School of Medical Technology,Shaanxi University of Chinese Medicine,Xianyang 712046,China;2Department of Medical Imaging,Affiliated Hospital of Shaanxi University of Chinese Medicine,Xianyang 712000,China摘要：MRI具有无辐射、软组织分辨率高、多参数、多序列成像的优势，广泛应用于全身各系统。以往由于肺内氢质子含量低、呼吸运动伪影以及磁化率伪影等原因，MRI被认为不能用于肺部扫描。随着MRI技术的飞速发展，如并行采集技术、呼吸门控技术、新序列的研发以及人工智能的发展，肺部MRI成像逐渐完善。随着人们对辐射剂量和肺结节关注度的增加，肺部MRI的临床需求也逐渐增加。本文将从MRI新技术在结节检出和良恶性鉴别两方面展开综述，包括放射状容积内插式屏气序列、超短回波时间、零回波时间、压缩感知容积内插式屏气序列、纵向弛豫时间定量成像和化学交换饱和转移等MRI新技术。关键词：肺结节；磁共振成像；超短回波时间成像；零回波时间成像；T1 mappingAbstract:MRI has the advantages of radiation-free,high soft tissue resolution,multi-parameter and multi-sequence imaging,and is widely used in all systems of the whole body.In the past,due to the low content of hydrogen protons in the lung,respiratory motion artifacts and magnetic susceptibility artifacts,MRI was considered not to be used in lung scanning.Withthe rapid development of MRI technology,such as parallel acquisition technology,respiratory gating technology,anddevelopment of new sequences and artificial intelligence,lung MRI technology is gradually improved.With the increase ofpeoples attention to radiation dose and pulmonary nodules,the clinical demand of pulmonary MRI is also increasing.Thisarticle will review the new technology of MRI from two aspects:nodule detection and benign and malignant differentiation,including star volume interpolated breath-hold examination sequence,ultrashort echo time,zero echo time,compressionsensing volume interpolated breath-hold examination sequence,longitudinal relaxation time quantitative imaging,chemicalexchange saturation transfer and other new MRI techniques.Keywords:pulmonary nodules;magnetic resonance imaging;ultrashort echo time imaging;zero echo time imaging;T1mapping磁共振新技术在肺结节诊断中的研究进展磁共振新技术在肺结节诊断中的研究进展江叶海1，蒲豆豆1，于 楠1,21陕西中医药大学医学技术学院，陕西 咸阳 712046；2陕西中医药大学附属医院医学影像科，陕西 咸阳712000收稿日期：2023-02-20基金项目：陕西省科技厅重点产业创新链（2021ZDLSF04-10）；陕西科技厅基础研究项目（2022JM-453）；国家级大学生创新创业训练计划（202210716013）作者简介：江叶海，在读硕士研究生，E-mail:；蒲豆豆，在读硕士研究生，E-mail:通信作者：于 楠，博士，副教授，副主任医师，E-mail:。doi 10.12122/j.issn.1674-4500.2023.04.35分子影像学杂志,2023,46(4):774-778 774脏伪影 1,2。有研究发现，starVIBE序列显示结节形态特征的能力优于3D-VIBE序列 3-5，结节的总检出率为94%，其中6 mm的结节检出率为100%，Yu等 6 发现starVIBE序列在结节的分叶、棘突、血管集束征、空洞、空泡和纵隔淋巴结肿大显示良好，与CT具有良好的一致性。有研究发现starVIBE序列的图像质量和诊断准确率比传统VIBE序列高，其结节检出的特异性为95%7。但也有文献报道 starVIBE 序列对于位于邻近膈肌、心脏等运动幅度较大的病变容易漏诊，且 star-VIBE序列的磨玻璃结节检出和显示能力不佳 3-5。1.2 CS-VIBE序列CS-VIBE序列使用不相干欠采样的k空间数据采集方法，减少了采集时间，同时通过稀疏转化和不相干欠采样后，可以极大程度的减少图像噪声，从而获得高空间分辨率图像 8。目前CS-VIBE序列主要应用于腹部、乳腺、颅脑和心脏成像的临床实践中，较少有研究报道CS-VIBE序列在肺部的成像，目前CS-VIBE序列在肺部的应用有动态增强MRI、肺肿瘤评估以及肺结节检测 9。研究发现CS-VIBE序列的肺结节检出率不仅高于传统的VIBE序列且其图像质量还高于传统VIBE图像 9。有学者使用自由呼吸的CS-VIBE序列进行肺部肿瘤动态增强成像，发现CS-VIBE 序列能降低患者的肺部呼吸运动伪影 10。压缩感知技术虽然能够在短的采集时间内获得良好的图形质量，但是由于其重建算法的复杂性，仍需要大量临床试验去改进不同组织器官的序列参数，找到采集时间与图像质量间的平衡点。1.3 UTE序列UTE序列是基于自由呼吸的扰相梯度回波序列，在平面相位编码梯度完成后立即开始采集数据，从而实现短的回波时间，短的回波时间有利于采集短的横向弛豫时间组织信号，如空气、软骨、骨皮质、韧带等 2,11。近年来，UTE序列也开始应用于结节检测、肺癌筛查、慢性阻塞性肺疾病等肺部疾病检查中 12-17。既往文献报道UTE序列的肺结节检出率在79.2%90.8%，对4 mm肺结节检出和显示更佳 2,9,18-22。同时有学者指出UTE序列肺结节检出和显示结果与CT类似 23-24。有研究发现UTE序列对于10 mm的结节检测率可达100%20,25。还有研究指出UTE序列能够检出所有大于8 mm的肺结节 26。有学者发现UTE序列在胸膜下、心脏以及膈肌处病变显示较starVIBE清楚 18。UTE序列主要采用径向采集和螺旋采集，径向采集UTE图像的图像质量优于螺旋采集UTE图像，但螺旋采集的UTE图像在肺结节的的检出和显示上优于径向采集UTE图像 27。作为目前胸部MRI有潜力的新序列，未来将进一步优化UTE序列的采集时间、减少运动伪影和扩大其临床应用。1.4 ZTE序列ZTE序列是采用径向k空间采集的自由呼吸梯度回波序列，微幅梯度切换工作方式既实现了静音扫描的目的，也可对具有超短横向弛豫时间的组织进行成像，同时其信号采集紧跟在射频激发之后，对运动伪影和磁敏感伪影相对不敏感 28。Gibiino等 29 首次将ZTE序列应用于健康人体肺部气道可视化分析，随后学者们将ZTE序列应用于肺结节或肿块的研究中，验证了胸部ZTE序列在患者中的可行性 16,30-35。有研究发现三维ZTE的结节总检出率为70%33。ZTE的亚厘米结节诊断效能可达到0.946 16；随后该学者进一步研究了不同ZTE线圈的结节检测能力，发现使用高柔性自适应线圈可以提高图像质量和患者舒适度，且自适应线圈的结节检出准确率可达到96.6%35。也有学者发现ZTE序列的结节大小（体积和直径）与CT具有良好的一致性 30。ZTE序列对时序要求较高，且其应用受到自身回波时间及线圈等硬件性能要求的限制，虽然ZTE序列在临床的推广还需要进一步优化序列和临床试验验证，但其在肺部MRI的应用潜力巨大。SequenceStarVIBEStarVIBEStarVIBEStarVIBECS-VIBEUTEUTEUTEZTEZTEZTEEquipment3.0T Siemens3.0T Siemens3.0T SiemensPET-MRI Siemens1.5T Siemens1.5T Siemens1.5T Siemens3.0T Siemens3.0T GEPET-MRI GE3.0T GEBreath-holdNoNoNoNoYesNoNoNoNoNoNoAcquisition time(s)33033042022013210-300380200-310125-141330127-148Detection rate(%)*94.094.073.047.783.078.076.490.889.570.080.0AuthorRen Zhanli 4 Yu 3 Vermersch 7 Bruckmann 36 Huang 9 Huang 18 Renz 20 Cha 19 Bae 16 chang 33 Bae 35 StarVIBE:Star volume interpolated breath-hold examination:CS-VIBE:Compressed sensing volume interpolatedbreath-hold examination;UTE:Ultrashort time echo;ZTE:Zero time echo.*The detection rate of nodules is the totaldetection rate,including ground glass nodules,some solid nodules,and solid nodules.表1 MRI新序列肺结节检出率比较Tab.1 Comparison of detection rates of lung nodules by MRI new sequencehttp:/www.j-分子影像学杂志,2023,46(4):774-778 7752 MRI新序列在结节的良恶性鉴别的应用大多数肺结节可以通过形态学征象或者CT增强来鉴别良恶性，但是仍有部分结节不能通过CT增强来鉴别良恶性，或有少数患者由于过敏不能进行CT增强。而MRI成像可以在不使用对比剂的情况下提供组织或器官的解剖和功能信息，如病变的代谢、血流、灌注、水分子扩散运动、水含量等信息，为患者提供一种替代方法，提高诊断的信心和准确度。2.1 纵向弛豫时间定量成像（T1 mapping）T1 mapping是一种特异性定量MRI技术，通过量化组织T1值反映组织基本特性，反映出组织中水分子、蛋白多糖、胶原含量等的微小变化 37。目前，T1 mapping技术主要应用于心肌和肝脏领域，也可用于评估肺功能，如慢性阻塞性肺疾病、肺气肿和间质纤维化患者 38-41。有研究发现T1 mapping不仅能够清楚地显示肺结节的形态和大小，而且能够鉴别肺恶性肿瘤、肺结核和其他非结核良性病变 1。有学者对T1值与肺癌类型的相关性进行了研究，发现小细胞肺癌患者的T1值显著高于鳞癌与腺癌，而鳞癌与腺癌的T1值之间没有差异 42。也有学者对T1值与Ki-67表达的相关性进行了研究，发现T1值、ADC值与Ki-67指数之间具有良好相关性 37，且小细胞肺癌患者的T1值显著高于腺癌和腺癌，这与另一研究 42 结果一致，但是文献 37 发现鳞癌T1值显著高于腺癌。T1 mapping定量技术不仅采集时间短，且无需使用对比剂即可获得结节水分子含量、蛋白多糖等组织信息，但是其临床应用还需要进一步验证。2.2 化学交换饱和转移酰胺质子转移（APTw）成像是化学交换饱和转移成像的一个子集，专门应用于游离水中的质子与移动蛋白质和多肽之间的化学交换 43,可以实现肺结节良恶性鉴别及不同病理类型肺癌的鉴别 22。有学者发现APTw成像的鉴别良恶性结节能力与DWI和FDG-PET/CT类似 43，这与Fang等 44 的研究结果一致，该研究还发现APTw在鳞癌和腺癌诊断上具有良好的价值，其曲线下面积为0.917 44。有研究评估了APTw的肺腺癌病理分级能力，发现APTw参数的诊断效能比体素内不相干成像更加有优势 45。此外，APTw还具有良好的预测表皮生长因子受体突变能力，其曲线下面积为0.919 46。3 人工智能在结节良恶性鉴别的应用随着影像组学和深度学习的快速发展，肺结节良恶性诊断已经从传统复杂的影像形态学分析方法，发展到简化、无缝集成的深度学习技术，其目标都是为了提高良恶性的诊断正确率。有学者采用最大相关最小冗余算法和LASSO建立肺结节良恶性诊断模型，其模型在训练集和验证集的中都获得了良好的鉴别诊断能力（曲线下面积分别为0.82和0.71）47。也有研究发现基于多参数MRI的影像组学分析方法在区分肺癌和良性病变方面表现出良好的性能（曲线下面积为0.88）48。人工智能不仅能够鉴别结节良恶性，其在肺癌的分型 49、病理分级 50 以及EGFE突变 51 上也展示了其优势。4 总结与展望虽然肺部MRI新技术还需要进一步优化序列参数，减少其采集时间和运动伪影，但是肺部MRI具有巨大的发展潜力。肺部MRI 不仅可以应用于结节检出和鉴别，还可以应用于肿瘤TNM分期、辅助治疗、疗效评估以及预后评估。未来我们将进一步优化序列参数，探索新序列的临床应用。参考文献：1 Yang F,Pan X,Zhu K,et al.Accelerated 3D high-resolution T2-weighted 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