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位分辨功能性肺MRI技术的研究进展

【摘要】相位分辨功能性肺MRI(PREFUL-MRI)技术是在自由呼吸状态下通过扰相梯度回波序列绘制心动周期和呼吸周期肺组织MRI质子信号的变化，并量化评估整个心动周期和呼吸周期内肺血流灌注和通气的无创、无辐射、无需MRI对比剂的功能成像技术。PREFUL-MRI可用于评估肺栓塞、慢性阻塞性肺疾病及囊性纤维化等呼吸系统疾病的肺通气及灌注状态并进行量化分析。该文旨在对PREFUL-MRI原理、技术及临床研究进展进行综述。

【关键词】磁共振成像；肺疾病，慢性阻塞；肺栓塞；肺通气成像；

肺灌注成像

肺通气和灌注是肺的两个关键功能，肺通气和灌注的改变与呼吸系统疾病的严重程度密切相关。慢性阻塞性肺疾病(chronicobstructivepulmonarydisease,COPD)、间质性肺疾病、肺血管疾病、感染等在病理情况下肺通气和灌注均可发生改变。因此，对区域肺通气与灌注的评估具有重要的临床意义和价值。目前，有多种模态影像技术可以对区域肺通气和灌注进行定量成像，其中核素肺通气/灌注显像(pulmonaryventilation/perfusionimaging,V/Q)技术在评估肺通气和灌注方面最为成熟，主要用于诊断肺栓塞，但受到设备限制，并不能普遍使用；此外，需要注射放射性核素对比剂，具有一定辐射性[1]。利用双能技术进行CT肺动脉造影的肺灌注血容量图也可以评价肺栓塞患者的肺灌注状态，但与核素V/Q技术类似，受到设备限制且需要注射对比剂，具有辐射性，不能频繁使用[2]。MRI动态增强扫描技术(dynamiccontrastenhancedMRI,DCE-MRI)能够定量反映肺血流灌注，但无法评估肺通气状态[3]。超极化气

体肺部MRI利用吸入3He或129Xe的超极化惰性气体而使气体分布直接可视化和量化[4],然而多核MRI系统、气体、超极化器、射频线圈等相关的高昂成本将超极化气体MRI的应用限制在专业研究应用场所。近年出现了多种自由呼吸1HMRI技术，如傅立叶分解(Fourier-decomposition,FD)[5]和相位分辨功能性肺MRI(phase-resolvedfunctionallungMRI,PREFUL-MRI)[6],可以在不需要对比剂和超极化气体或特殊设备的情况下对自由呼吸期间肺灌注和通气进行区域评估，其空间分辨率更高且不具有辐射性，获得肺部的通气和灌注信息。相较于FD,PREFUL-MRI可以重建整个呼吸和心动周期获得肺通气和灌注的动态信息，进一步提高时间分辨率；还可以生成区域流量-体积环(regionalflow-volumeloop,RFVL)以更好地对肺功能进行评估[6]。本文将围绕PREFUL-MRI的原理、技术及临床应用进展进行综述。

一、PREFUL-MRI原理及技术

(一)PREFUL-MRI原理

MRI信号会随着质子密度的变化而变化。在吸入空气时，肺部的质子密度会降低，从而导致MRI信号降低；而呼出空气时，质子密度会增强，MRI信号也会相应增强。由于肺组织容量固定，所以进出肺部的空气量是唯一变量，可用MRI信号来计算空气体积的变化，这就是肺通气量计算的依据。此外，当血流流入MRI层面时，新进入的自旋氢质子处于未饱和状态而呈高信号，相较于其他层面增强，通过定量计算这部分体素的信号可以得到肺灌注量，这是肺灌注量计算的理论依据。PREFUL-MRI就是基于以上原理，通过扰相梯度回波序列绘制心动周期和呼吸周期肺组织MRI信号的变化，并利用患者自由呼吸时肺部MRI信号强度的变化对肺灌注和通气进行评估。

(二)PREFUL-MRI技术

PREFUL-MRI的灌注量和通气量需要分别在心动周期和呼吸周期进行计算。心动周期时流入成像层面的不饱和血液信号增强；吸气时，肺容量增加，肺组织信号减少，而呼气时相反。因此肺组织信号在心动周期和呼吸周期可被调节，然后通过对全心动周期和全呼吸周期的数据重建，根据呼吸和心脏信号调节的相位分量生成通气、灌注和血液流入图[5]。在进行全心动周期和全呼吸周期重建之前，为了补偿呼吸运动，需要对采集的数据集进行非刚性图像配准。成功配准后，采集的同层面所有图像包含大致相同的边缘信息，对它们进行平均可获得具有高信噪比的图像，同时不损失图像的锐利度，该平均图像用作引导图像滤波的图像。

1.5TPREFUL-MRI可通过自由呼吸状态