MR骨皮質成像研究進展

張琪明，祁 良，顧曉清，李俊華，鄭 凱

(1.南京醫科大學附屬江蘇盛澤醫院放射科，江蘇 蘇州 215200;2.南京醫科大學第一附屬醫院放射科，江蘇 南京 210000)

MRI軟組織對比度好,無電離輻射損傷,可任意體層成像，不僅能反映解剖信息，還可用于檢測組織的生理、生化特征[1]。骨皮質包含骨基質、礦物質及少量水，T2極短，常規序列MR成像中，骨皮質信號尚未被采集到k空間中心時已大幅度衰減到幾乎為零而呈低信號[2]，使得僅憑常規MRI無法有效診斷骨皮質病變而易造成誤診。CT對于診斷骨皮質病變具有重要作用，但電離輻射較高，用于對電離輻射敏感人群如孕婦和兒童時需要非常謹慎。近年來，隨著MR硬件的提升、新序列的開發和新方法的應用，MRI顯示骨皮質的能力已接近或達到CT。本文就骨皮質MR成像研究進展進行綜述。

1 翻轉灰度圖像

MR翻轉灰度圖像是顯示骨皮質的最簡單的方法，在T1WI基礎上直接進行灰度翻轉[3]，可使骨皮質顯示為高信號、骨髓腔為低信號；對某些特殊群體可利用MR翻轉圖像形成類似CT的圖像，以大體顯示骨皮質。

GERSING等[3]通過翻轉3D-T1WI生成類似CT圖像，發現其可評估骨腫瘤骨皮質破壞方式及骨膜反應，區分侵襲性與非侵襲性腫瘤，診斷效果與X線平片相當。游婷婷等[4]觀察100例長骨病變的翻轉T1WI，發現其檢出長骨骨皮質異常的能力大致與常規X線平片相當而略低于CT，提示該方法可在一定程度上提高常規MR診斷骨皮質病變的能力。但另一方面，盡管對常規T1WI進行灰度翻轉可使骨皮質呈現高信號而更便于觀察，但同時也使得讓部分其他組織的信號翻轉而影響圖像質量，進而增加疾病誤診率；且常規序列MRI層厚遠大于CT，故其顯示細微病變的能力仍不及CT，目前僅用為常規MRI的補充。

2 超短回波時間

超短回波時間(ultra short echo time, UTE)是較新的MR成像技術，通過以硬脈沖激發并直接檢測自由感應衰減而成像[5]，其回波時間僅為臨床常規最短回波時間的0.5%～10%，可采集到骨皮質等短T2組織的信號。常規2D-UTE序列于以2個帶有相反層面選擇梯度的半辛格(Sinc)函數型射頻(radio frequency, RF)脈沖激發后立即采集信號，以獲得超短TE，避免對射頻脈沖進行相位編碼；同時利用k空間的徑向成像，在k空間中心開始采集并進行相位編碼，此類編碼屬初始編碼，無需梯度，可再次縮短TE；而自由感應衰減僅受RF發射和信號采集時間的限制，由此可進一步縮短TE；利用短硬激發脈沖，結合三維放射狀數據采集技術，以圓錐形自內向外填充k空間，可實現3D-UTE[6-7]。因此，UTE序列并不屬于傳統(spin echo, SE)或梯度回波(gradient echo, GRE)序列[8]。

REICHERT等[9]以UTE成像對比觀察10例骨病患者與7名健康志愿者的骨皮質信號，發現UTE序列能檢出正常及異常的骨皮質信號，且其信號差異具有診斷價值。UTE序列圖像中，骨皮質一般呈最高信號，與其他組織形成明顯對比，故可較好地診斷骨折、骨贅和腫瘤病變累及骨皮質等。近年來出現很多UTE成像衍生技術，包括脂肪抑制 UTE(fat suppressed UTE, fUTE)、短反轉時間 UTE (short inversion time UTE, stUTE)、雙 通 道 UTE (dual-echo UTE, dUTE)、長T2飽和 UTE(long-T2 saturation UTE, sUTE)、單絕熱反轉恢復 UTE(single adiabatic inversion recovery UTE, SIR-UTE)、雙絕熱反轉恢復UTE(dual adiabatic inversion recovery UTE, DIR-UTE)及UTE光譜成像(UTE spectroscopic imaging, UTESI)等[10]，使得圖像對比度進一步提高，并能定量評價骨皮質的T1、T2*，以及其中的自由水、結合水、質子密度、磷鈉含量、灌注參數及骨有機基質密度等，為UTE序列成像的臨床應用提供了廣闊前景。

但是，UTE序列對場強及掃描線圈的轉換速度有一定要求，且掃描時間過長、后處理技術較為繁瑣，對操作者的要求亦較高，故其目前仍處于臨床試驗階段。

3 零回波時間

零回波時間(zero echo time, ZTE)數據采集比UTE更為有效，具有快速、穩定和低噪聲等特點[11]。目前常規序列MR基于傅立葉變換法進行成像，其信號編碼和采集過程如下：先以RF脈沖激發自旋質子，再通過RF脈沖或切換梯度場而產生信號，這種先激發后編碼的信號采集模式使其回波時間(echo time, TE)大于骨皮質等短T2組織的信號衰減時間，導致其無法有效采集骨皮質等組織的信號[12]。與經典SE及GRE序列不同，ZTE序列基于投影重建法[13]，以先編碼后激發的采集模式，通過RF激勵自旋質子，并在預先開啟的梯度場中進行直接檢測，使其TE幾乎為零；以純頻率編碼的徑向k空間填充方式采集信號，實現了最大k空間填充速度，可減少信號采集時間延遲。因此，ZTE序列能在骨皮質組織信號完全衰減前采集其信號，以實現骨皮質成像。

WRIGHT等[13]探討將ZTE用于MRI觀察健康人群骨皮質的可行性，并實現了幾乎無噪聲成像。ARGENTIERI等[14]通過對比ZTE序列及CT掃描評估頸神經孔狹窄，發現二者測量結果一致，提示ZTE序列在某些情況下可代替CT掃描。SANDBERG等[15]以ZTE序列行兒童骨骼肌肉系統MR檢查，與CT圖像進行比較，評估其圖像質量及骨皮質厚度，認為ZTE序列圖像對骨皮質病變的診斷能力與CT相當，可將其作為兒童骨骼肌肉常規MR檢查的補充。

近年出現的ZTE相關序列包括傅立葉變換掃描成像序列[16]、逐點編碼時間減少及徑向采集序列[17]、水和脂肪抑制質子投影成像序列[18]等，進一步拓寬了ZTE的應用范圍。但ZTE對硬件要求很高，包括更快的收發切換速度、精確的RF波形傳輸、高梯度性能和校準。此外，通常不會影響常規序列的線圈等硬件產生的背景信號對ZTE序列影響較大，故需要使用專用線圈[19]來抑制背景信號。ZTE序列需要額外向開發商購買，也限制了其應用。

4 Dixon技術

Dixon技術也被證實可用于骨皮質成像。傳統Dixon技術是基于水和脂肪中質子的進動頻率不同，分別采集同相位和反相位兩種回波信號，通過相加及相減運算，各產生一幅水相及脂肪相圖像，從而達到脂肪抑制的目的。與標準T1或T2加權成像相比，Dixon成像有更好的骨對比度[20-21]。

LANSDOWN等[22]分析16例復發性肩關節不穩定患者的3D-CT及3D-Dixon MRI，后者通過算法自動生成水脂分離圖像，再通過后處理對水相圖進行減影，得到具有類似CT圖像的“減影圖像”，其中骨組織呈高信號，周圍肌肉組織呈低信號，并以重建3D MRI建立關節盂模型；結果顯示模型的肩關節盂表面骨皮質缺損測量值與關節鏡檢查對骨皮質缺損的估計值高度相關，其診斷效能類似于三維CT重建，并有可能替代后者。但Dixon技術受B0場不均勻影響較大，B0場不均勻可致圖像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)明顯降低，其臨床應用目前僅限于肩關節。

5 黑骨序列

黑骨(black bone)序列是利用優化后的低翻轉角度梯度回波及預先設定的TE和重復時間(repetition time, TR)，通過減少軟組織對比度在骨皮質及其周圍軟組織之間形成高對比的成像序列，并能同時抑制水和脂肪信號。黑骨序列圖像能清晰顯示特殊部位，如下頜區域等骨被軟組織包裹區域中的骨皮質及周圍組織，其最大優勢是可用于診斷顱面骨良性病變。

ELEY等[23]利用黑骨序列測量顱內各孔徑的寬度，發現其結果與CT測值及解剖獲得值的相關性良好。ROBINSON等[24]以黑骨序列評估36胎脊柱側彎及脊髓脊膜膨出胎兒骨異常，發現與常規序列相比，黑骨序列圖像中，骨對比度更高。DREMMEN等[25]對比黑骨序列成像與CT檢測兒童急性頭部創傷性顱骨骨折的價值，認為黑骨序列有望替代頭顱CT平掃用于兒童頭部創傷。ELEY等[26]采用黑骨序列3D打印顱面骨模型，KANAWATI等[27]以黑骨序列3D打印腰椎模型，所獲模型尺寸均與CT重建打印模型相近，提示通過骨皮質成像并重建，黑骨序列可媲美3D CT重建。但是，對骨皮質與空氣接觸部位(如鼻竇及口腔)進行成像時，空氣和骨骼均呈低信號，使得黑骨序列難以區分[18]；且黑骨序列的敏感度與磁場強度呈負相關，其在高場MR中的敏感度較低[20]。另外，黑骨序列為短TE、短TR的GRE序列，易出現偽影，運動偽影、牙套和植入物(如引流管等)均可能降低圖像質量，限制了其臨床應用。

6 FRACTURE序列

FRACTURE序列是JOHNSON等[28]提出的基于高分辨率3D GRE的MR技術，利用具有恒定回波間隔的多個回波和后處理減法獲得對比度類似CT的圖像；通過精確的回波間隔記錄多個回波，其間隔對應MR場強的同相TE(即3T時為2.3 ms，1.5T時為4.6 ms)；以同相時間分辨率獲取TE有助于形成更好的骨皮質和骨小梁對比度和輪廓，同相TE則能最大限度地減少化學位移偽影，更好地描繪和定位骨皮質信號，減少邊緣模糊，且可減少T2*衰變引起的額外失相位，進而減少骨組織界面處信號丟失。采集FARACTURE序列后，需執行2個額外的后處理步驟：第1步為所有3D GRE求和，第2步是從求和圖像中減去末次回波圖像，以反轉灰度并賦予骨皮質類似CT的對比度。骨皮質T2*衰減時間很快，末次回波的減影也會加劇骨骼信號衰減，通過以上步驟可在骨皮質、骨髓和周圍組織之間形成更高的對比度。之后可在MR設備中保存上述操作，并將其轉換為自動化后處理，通過改進工作流程使其與特定的圖像存儲與傳輸系統兼容。

FRACTURE序列可作為常規骨骼肌肉MR序列的補充，用于復雜骨折、肩關節不穩定、腰椎峽部裂和炎癥性關節病等相關病變時，其與CT具有良好的一致性。FRACTURE序列能在幾乎所有MR設備上獲得并操作，無需額外購買，并可在較短時間內產生類似CT的圖像，在MR骨皮質成像中具有很大潛力。

總之，近年來新技術的發展不僅彌補了傳統MR的不足而實現骨皮質成像，使之能在一定程度上代替CT，并簡化了檢查流程。但目前這些新技術缺乏統一的參數標準，且大多僅開展單一序列臨床研究；設定上述序列的標準化參數及其應用組合是未來的方向。