成像时间（精选三篇）
成像时间 篇1
1 资料与方法
对我院30例临床检查怀疑头部血管疾病的病人进行TRICKS检查。男19例, 女11例, 年龄18～65岁。所有病例均使用美国通用公司GE Signa HDxt 3.0T磁共振成像系统 (Magnetic Resonance Imaging, MRI) , GE AW4.4后处理工作站, MEORAO双针筒磁共振专用高压注射器。采用GE公司8通道NV Array头颈联合相控阵线圈, 病人取仰卧位头先进, 先行横轴位 (Axial) Ax T1WI FLAIR、Ax T2WI FSE、失状位 (Sagittal) Sag T1WI FSE扫描, 扫描范围包括全颅脑。扫描参数:Ax T1WI FLAIR:重复时间 (TR) 为1500ms, 回波时间 (TE) 为24ms, 反转时间 (TI) 为760ms, 回波链长度 (ETL) 为10, 带宽 (BW) 为50.00, 层厚 (ST) 为5mm, 层间距 (Gap) 为1mm;Ax T2WI FSE:TR为2320ms, TE为110ms, ETL为17, BW为41.67, ST为5mm, Gap为1mm;Sag T2WI FSE:TR为3120ms, TE为102ms, ETL为24, BW为41.67, ST为5mm, Gap为1mm。扫描完成后进行TRICKS扫描, 扫描范围包括从颈动脉分叉部及以上的两侧颈内动静脉、大脑前动脉、中动脉、后动脉及相应平面的椎—基底动脉。扫描时采用失状位扫描, 先行TRICKS蒙片扫描, 然后经肘静脉预埋的18～20G静脉留置针, 用MEORAO双针筒磁共振专用高压注射器, 以2～3mL/s团注对比剂轧双胺 (Gododiamide) 注射液, 总的剂量为0.1～0.2mmol/kg, 后再用20mL生理盐水冲刷 (Saline flush) , 在注射对比剂的同时进行Sag TRICKS不间断动态扫描, 得到原始图像。所谓生理盐水刷是指在按一定流率对比剂注射对比剂结束后, 立即按相同流率注射一定量的生理盐水, 其作用主要是为了保证对比剂按照原先的流率继续被推进, 从而延长时间-密度曲线中峰值的持续时间, 保证增强效果。扫描参数:TR、TE为最小值, 视野 (FOV) 为24, ST为2.2mm, 扫描层数 (Scan Locs) 为60, 反转角 (Flip Angle, FA) 为25°, BW为62.50, 频率编码方向为S/I, 激励次数 (Number of Excitation, NEX) 为0.75, 矩阵为288X192, 蒙片扫描时间18s, 动态扫描10个时相, 扫描时间53s。
将TRICKS扫描的原始数据传输到AW4.4后处理工作站, 应用Functool后处理软件进行处理, 通过自动减影得到三维最大密度投影 (MIP) 、多平面重建 (MPR) 、表面遮盖显示 (SSD) 及容积再现 (VR) 的不同时相的影像, 这样可以将不同时相的图像从任意方向和角度来观察、分析病变。其中MIP、MPR和VR更为常用。也可选用电影 (Cine) 方式播放得到脑部血管动静脉血管循环的全过程, 可得到与数字减影血管造影 (Digital Subtraction Angiography, DSA) 相媲美的图像。评价方法:所有重建出来的图像质量由2名经验丰富的诊断医生按优、良、差3级进行分析评价。
2 结果
把使用TRICKS技术扫描的30例病人的的扫描数据传到AW4.4后处理工作站上, 采用MIP、MPR, VR、Cine等多种后处理方法进行图像处理、评价、分析, 所有图像均能很好的显示的动脉流入期、动脉期和静脉期, 颈内动脉内段、大脑动脉环的组成血管及静脉窦均能良好的显示, 能够很好的动态显示脑部动静脉的结构和动静脉的充盈情况, 符合诊断要求, 所有脑部MRA成像均获得成功。特别是在显示动脉相时, 没有静脉污染, 这样对脑部血管的分析、疾病的诊断有重要的意义。
通过对图像评价分析, 在这30例病例中, 阴性病例2例, 脑动脉瘤7例, 脑动静脉畸形5例, 脑静脉血栓形成4例, 脑动脉狭窄和闭塞8例, 颅脑占位及其他颅脑疾病4例。在7例脑动脉瘤和5例脑动静脉畸形病例中, 8例行DSA或CTA血管造影检查, 所得诊断结果与TRICKS扫描诊断结果一致。将TRICKS扫描后的重建图像和DSA图像进行对比, 在血管形态和病变部位的显示上, 无明显差异。
3 讨论
CE-MRA是在静脉血管内快速注射 (团注) 顺磁性物质 (轧螫合物类对比剂, 如:轧双胺等) , 将血管中血液T1弛豫时间从1500ms左右, 缩短至100ms以下, 这样可以明显的提高血液的信号, 使血管与周围组织有强烈的对比, 产生高信号的血管影像。
TRICKS技术是CE-MRA技术之一, 是4D CE-MRA技术, 它是采用K空间椭圆中心填充、快速并行采集 (ASSET) 技术, 用最短的TR、最短的TE, 运用矩形FOV, 对扫描部位的血管进行连续扫描, 可以在较短的时间内完成较大范围的血管成像, 可获得动态的类似于DSA的4D CE-MRA的动、静脉图像。
TRICKS技术与CE-MRA比较具有操作简单方便, 无需判断对比剂峰值时间, 可自动减影, DSA式动态多时相观察扫描区血管的血流变化情况, 有非常高的检查成功率。并可获得更高的时间分辨率和更高的空间分辨率的4D CE-MRA血管图像。其有效时间分辨率可以达到2～4s。
TRICKS技术比其它的MRA技术更可靠, 一次静脉注射对比剂可以很好的完成多次采集, 可获得包括蒙片、动脉时像、静脉时像的全部脑动静脉血管4D影像, 可清晰的显示侧支循环和血液反流、显示血管狭窄程度, 浅斑块等, 能真实的反映血管的狭窄程度, 成像速度快, 动脉瘤不易遗漏, 可避免动静脉血管的相互重叠干扰。与DSA成像相比, TRICKS具有无离子辐射、可重复、可对不同年龄和不同位置的血管进行检查、无创、对比剂用量少、对比剂更为安全、价格更便宜等优点。
TRICKS技术不但能够清晰的显示脑正常血管系统的解剖结构, 而且对于各种原因导致的脑血管异常同样清晰显示, 可以很好的提高脑血管性疾病诊断的准确性。TRICKS技术可以单独扫描或与常规平扫和增强扫描同时使用, 可以很好了利用在脑部血管成像中。
综上所述, TRICKS技术是现有的诊断脑部血管动静脉病变最有效可靠的方法。TRICKS技术的发展和应用为临床诊断脑血管性疾病, 特别是动态观察脑血管病变提供了新的检查方法和途径, 比CT血管造影更为准确, 能基本代替常规DSA检查。TRICKS技术是一种具有高检出率、高成功率、可靠、便捷的, 具有强大临床应用潜力的新技术。
关键词：磁共振成像,脑部血管,时间分辨对比剂动态成像,血管造影术
参考文献
[1]杨正汉, 冯逢, 王霄英.磁共振成像技术指南-检查规范、临床策略及新技术应用[M].北京:人民军医出版社, 2007, 227-248
成像时间 篇2
超声相控阵扫描损伤成像方法具有高空间分辨率、良好的信噪比以及波束可操控性等优点,能够提高超声导波无损检测技术的灵敏度[3]。然而,无法获得损伤的大小及损伤的严重程度等信息。自聚焦技术[4]能够克服这一局限性。2008 年,Ihn和Chang[5]基于时间逆转成像方法,运用分布式的传感器网络实现了金属及复合结构中的裂缝以及脱粘度的检测。Purekar等人[6]利用压电传感器作为导波相控阵列滤波器来检测各向异性板上的损伤。该方法在检测前无需了解材料特性,符合实际检测的需要,特别是针对于各向异性材料。使用传感器阵列能利用多路径上的导波能量,有效地提高了成像的空间分辨率、降低导波散射和系统的信噪比[7]。
采用激光超声导波技术检测板状材料中的损伤时,能够实现非接触、快速激发超声导波、空间分辨率高的特征。此外,激光扫描激发超声导波能够降低粘贴于结构表面压电晶片的质量效应,和连接导线复杂性等优点[8]。
本文基于Mindlin板的损伤散射理论,基于时间逆转损伤成像算法对板中多缺陷的损伤评价进行了模拟实验,最后将所得的结果与超声相控阵损伤成像的结果进行了对比。
1 散射场理论
根据Mindlin板理论,得到包含有损伤的板的运动方程如下[9]
式中,h是板的厚度; I = h3/12 是转动惯量; ρ 表示板的密度; q表示侧向压力; ( Ψx,Ψy) 分别表示剪切力x和y弯曲矢量在和方向上的分量; w表示挠度; ( mx,my)表示弯曲力矩在x和y方向上的分布; D = 2Eh3/3[( 1 - v)2]表示抗弯刚度;表示根据Mindlin理论修正后的剪切模量。κ = 0. 925,泊松比v = 0. 3。其中,δq,δmx以及 δmy表示损伤的程度。
根据均匀板的格林函数理论,频域内的入射场和散射场可分别表示为
其中,格林函数g( x,xs,ω) 理解为在x处测量频率为ω 的单个脉冲源在板上xs处的脉冲响应;定义为散射场的变化函数。
在本研究中,只考虑板的法向挠度w,相关的格林函数为[10]
其中,D,γ1分别表示板的抗弯刚刚度度以以及及板板中中波波数数为为kk1的水平波动与垂直波动的比值。波数k1,k2分别对应板中传播的A0模式和A1模式。
2 散射波的时间逆转
2. 1 时间逆转算符
如图1 所示,假定激光扫描激发源所处的位置用xjs,j = 1,2,…,N表示。激励信号的光谱用f( xj,ω) 来表示。激光光源所产生的xs处的多重次级光源振幅为As( ω) ,其振幅的大小与散射强度成正比,反映了散射点引起的散射场的强度。任意位置x处总的散射场是入射场与其相对应各个散射点处散射场相互作用的合场。因此,式( 2) 和式( 3) 可改写为
入射场传播到散射点处引起的散射场在yl处被接收。根据格林函数理论,yl,l = 1,2,…,N处接收到总的散射场为
为运算方便,将方程( 7) 改写成矩阵形式
其中
在此,G表示传递矩阵,R( ω) 和S( ω) 分别表示接收到的信号和激励信号。对接收到的信号Rr进行时间逆转处理
进一步对上式取复共轭可得到
其中,G*G表示与传感器阵列Ts对应的时间逆转算符。
2. 2 损伤成像算法
对时逆算符G*G进行奇异值分解可得到
奇异值大小反映了散射强度,奇异向量vi与损伤个数相对应,当第i个散射体作为次波源时,信号的时间逆转形式。
根据特征向量的正交特性,可得
其中,i = 1,2,…,M; k1= M + 1,M + 2,…,N - M; k2=M + 1,M + 2,…,L - M。
根据式( 18) ,多重信号分类算法( MUSIC) 的运算公式可写为[11]
从式( 19) 可以看出,当发射的信号传播到达损伤处时,对应的格林函数向量就对应方程的某一个特征值,上式分母为零,该点处的信号强度PM取得一个峰值。相反,其余位置对应的格林函数并非特征值,将获得一个相应较小的PM值。
3 有限元模拟及损伤成像
应用有限元分析软件Comsol计算平台模拟研究板中激光激发的超声导波,有限元数值模型如图2 所示。铝板尺寸为300 mm × 300 mm × 3. 2 mm,散射点即板上的损伤用圆孔表示,圆孔直径远小于板的尺寸。模型中激发源采用激光扫描来代替压电晶片驱动器,信号的接收采用压电晶片传感器阵列。
采用等效力源形式,激光激励源表达式为[12]
式中,A表示曲面波的振幅; μ 表示峰值中心所在的位置; σ 表示脉宽; fc表示中心频率。模拟研究中取A =130,μ = 10- 5,σ = 3 × 10- 6,fc= 100 k Hz。图3 给出激励信号的时域波形和和相应的频谱。激励信号的中心波长为30 mm,采用自动选择合适的时间步长,每个波长至少包含10 个网格单元,选择有限元模拟的单位长度为3 mm[13]。激光激励源之间的扫描间距设定为中心波长的1 /2。
图4 给出了单个损伤情况下散射场的传播。激光激发的激励信号被损伤点散射,8 个压电晶体传感器接收散射信号。时间逆转损伤成像仅接收信号中的A0模式。由于散射点距离8 个接收器的相对位置和距离的不同,导致散射场传播至传感接收器所用的时间各不相同,且使得对应的格林函数有所不同。
时间逆转损伤成像算法具体过程如下: 激光扫描逐点激发产生激励信号,激励信号引起的散射波数据被记录下来,构成传递矩阵,并对传递矩阵进行奇异值分解,将奇异向量反向传播,聚焦于对应的散射点,从而实现对损伤图像进行重构。图5 给出了板上有单个损伤,两个损伤以及3 个损伤点情况下的时间逆转损伤成像的结果。图5 ( a) 和图5 ( b) 为相控阵成像;图5( c) 和图5( d) 为时逆法成像。从图中可看出,基于时间逆转实现损伤检测具有空间分辨率高,能准确定位损伤的位置、反映损伤程度等优点。
为进一步说明时间逆转法无损检测技术的优势,对3 个损伤点情况下的相控阵成像和时间逆转损伤成像结果进行了对比,结果如图6 所示。基于相控阵成像进行损伤图像重构计算速度快,且相控阵排列的传感器能够使得损伤引起的特定方向上的散射信号增强,明显的提高了损伤处的能量。然而,损伤处成像的精度相对较低,无法精确判断出损伤点所处的位置及大小等信息。时间逆转成像具有更高的精度,能够提供损伤位置、大小以及严重程度等定量的信息,能更好地识别板上的损伤点。
4 结束语
成像时间 篇3
1 ZCC的结构、功能及RA的ZCC发病机制、修复现状
关节软骨从表层到最深层分为表面区、过渡区、辐射区和ZCC共4个区[1],其中ZCC占关节软骨总厚度的3%~8%,其内水含量约占65%,其作用是为软骨提供一定的坚硬度,有利于软骨细胞和滑液内的气体、营养和废物之间的交换[2]。通常情况下,少部分水是以自由水的形式存在,大部分水与基质蛋白聚糖(proteoglycan,PG)富含负电荷的硫酸酯及羧基结合形成结合水,以阻止水从负重软骨表面孔隙中流失[3]。影响水含量的因素较复杂,包括胶原和PG的含量及结构变化等[4]。ZCC是连接骨-软骨功能单位的重要枢纽,具有传导分散应力、抵抗剪切力、紧密连接骨软骨及限制组织液在骨和软骨之间自由交换等作用[5]。
RA发病时,PG大分子结构破坏,结合水减少;同时胶原纤维肿胀,胶原纤维的张力降低,使关节软骨内交换的自由水增加,导致自由水容易流失[6],出现肥大的软骨细胞表型,引起潮线前移、ZCC重塑、矿化程度、硬度增加、通透性改变,破坏了ZCC缓解骨-软骨界面应力梯度的作用,最终将附着于骨组织的ZCC剥离,使软骨完全损毁[7]。因此,关节软骨ZCC的组织结构及生物功能的修复对RA的功能修复至关重要,重建关节软骨ZCC已成为近年兴起的界面组织工程领域研究热点。
目前治疗RA的方法主要有非甾体抗炎药、抗风湿药、生物制剂,或通过软骨下钻孔、软骨骨膜移植等方法治疗[8],但是上述治疗方法对于病程较长、疾病活动性顽固的RA患者疗效不理想,对于RA所致的软骨破坏无效,因此迫切需要一种新的具有修复受损关节的治疗方法。
骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,MSCs)是一种基质干细胞,具有修复软骨的功能[9]。同时,MSCs还能够抑制T细胞为主的免疫调节作用和炎症因子的分泌,改善血管生成和防止纤维化,利用MSCs治疗RA是一项新的有效的治疗方法[10]。
近年来,界面组织工程正蓬勃发展,如何构建既具备生物学效应,又能执行特殊生理、生化功能的精细ZCC界面结构,是目前的一个难题[11]。既往研究采用MSCs及不同材料、方法构建成具有ZCC界面的骨-软骨复合支架植入体内,较单纯骨-软骨双支架具有更好的分散应力和抗剪切力作用,优于自体骨软骨移植修复[12,13,14,15,16]。有关RA关节软骨ZCC的生化、结构和生物学变化,MSCs修复RA关节ZCC时如何构建具备生物学效应、执行特殊生理和生化功能的精细界面结构的机制有待研究。
2 活体观察RA的ZCC的方法
目前多数研究通过显微技术观察ZCC的形成、生长、退变等,主要探讨了ZCC表面粗糙度、厚度、胶原、羟基磷灰石的含量及所占比例[17,18,19],显示骨关节炎的ZCC增厚、细胞间质被水解酶消化、I型胶原显著增加、III型胶原保持不变、软骨细胞基质金属蛋白酶-1和基质金属蛋白酶-3的表达显著增加、通透性增加等病理改变[20]。然而,目前有关RA关节软骨ZCC的研究较少,仅Zschäbitz[21]报道1例RA关节软骨ZCC被选择性地破坏,非钙化软骨保持完好。既往活体观察ZCC的方法不仅操作复杂,而且浪费了大量的实验资源。
MRI可以显示组织、细胞和亚细胞水平的特定分子,反映活体状态下分子水平变化[22],采用非侵入性的影像参数对生理和病理过程中的分子进行定性或定量的可视化观察,帮助阐明治疗过程中的生物学机制。然而,由于关节软骨ZCC氢质子的T2弛豫时间仅为200~500μs,ZCC短T2成分的MRI信号在激发后迅速衰减,目前采用的梯度回波、快速自旋回波及反转恢复序列等常规MRI在ZCC表现为无信号或极低信号,不能观察其代谢和生化信息[18]。近年来发展的阳性及阴性对比剂进行干细胞移植后MRI示踪监测技术,仅观察移植干细胞在体内的生长及发育情况,不能准确显示RA的发生及发展过程中关节软骨ZCC的生理及生化演变过程[23,24,25,26]。
3 用于关节软骨ZCC的UTE-MRI应用及存在的问题
随着MRI技术的飞速发展,UTE-MRI使ZCC成像成为可能[27],可以采集到如CCZ等短T2组织的信号[28],再结合长T2组织(如肌肉、脂肪)的抑制[29],可清晰显示关节软骨层面信息,使ZCC的线状高信号界线清晰(图1),有利于评价RA关节软骨ZCC对MSCs修复RA的反应。Brossmann等[30]报道,UTE(TE=150μs)可显示早期骨关节炎ZCC信号改变,其敏感度及特异度均为100%。ZCC内结合水、自由水及总水含量是UTE-MRI用于检测MSCs修复RA关节软骨的生理学基础。
图1双梯度回波(上排)及双自旋回波(下排)得到的健康志愿者关节图像。发现自旋回波可以得到更好的关节软骨ZCC的图像(箭)
Du等[31]最早采用双回波差UTE法(图2A、B)研究骨关节及肌骨成像,显示ZCC为明亮色,但其缺点是第2个回波的TE信号较弱,结果容易受到涡流、磁化率差异的影响。绝热反转恢复UTE方法(图2C、D)仅剩下大量未受影响的短T2组织信号,此方法的缺点是不能同时反转长T2水和脂肪或导致显著的短T2信号衰减。双绝热反转恢复(DIR)UTE脉冲序列(图2E、F)对短T2的磁化影响较小,其缺陷是需要2个隔热反转脉冲,可能导致吸收率增加。
二维DIR UTE成像(图3A)应用半射频脉冲结合层面选择梯度实现层面激发、放射状或螺旋状轨迹填充k空间,但对组织细微结构成像时(层厚0.7 mm对厚度<0.1 mm成像时)易受部分容积效应影响,应用短硬脉冲激发及三维放射状采集实现三维UTE成像(图3B),可消除容积效应的影响。
图2双回波UTE(A)、单绝热反转恢复(C)及双绝热反转恢复(E)脉冲序列。B、D、F分别是3种脉冲序列对应的短T2对比度形成机制
图3 UTE脉冲序列。A.二维半射频脉冲结合极性相反的优化选层梯度激发一层,采用二维放射状轨迹填充k空间;B.短矩形硬脉冲激发后三维放射状轨迹填充k空间
UTE多回波脉冲序列对组织含水及生化结构非常敏感。Pauli等[32]采用UTE-MRI序列观察到的短T2*水成分与组织病理学分级(Mankin分级)和偏振光显微镜测试法(Vaudey分级)有明显的相关性。光谱成像UTE显示ZCC的T2*值为1~2 ms[33,34,35]。Eliav等[36]研究认为UTE-T2*mapping能定量评价ZCC内自由水含量、结合水含量、总水含量及有机基质含量,可间接反映PG的含量、胶原纤维的各向异性等结构。磁化转移UTE可用于定量评估短T2组织结合水与自由水的T1、T2及比例等[36]。DIR-UTE逐渐饱和恢复时间获得T1ρ,可反映受限水分子运动和大分子环境之间的相互作用,对PG丢失高度敏感。Du等[34]收集6例尸体髌骨采用3T MR通过DIR-UTE成像,测得ZCC的T2*、T1及T1ρ值分别为(2.0±1.2)ms(1.0~3.3 ms)、(305±45)ms(256~389ms)及(3.6±1.2)ms(2.2~4.6 ms)。Williams等[33]收集11例负重胫骨内侧髁及胫骨平台,行增强3D UTE-T2*MRI检查,发现两者关节软骨深部的重复测量值均方根平均系数的变化分别为16%、13%,绝对误差分别为1.5 ms、2.1 ms,证明增强3D UTE-T2*MRI是一种可重复定量检测ZCC的新型技术。