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QISS是一种不打药的磁共振血管成像技术,主要用于外周血管成像。
磁共振不同于CT的其中一个特点是,有很多非打药的血管成像技术。注:懋式百科全书原创文章并未在搜狐、网易、新浪、趣头条、360个人图书馆、百家号、东方头条发表,也未授权他们转载,如果读者发现很大可能性是机器自动抓取或者人工搬运,也就是说如果这些平台有同样的文章,就是未经授权的非法盗取,如果发现请举报。本期介绍西门子的一种外周血管不打药扫描序列——QISS。
首先什么叫QISS呢?其全称是Quiescent-Interval Single-Shot,翻译成中文可以叫做静态间隔(流入增强)单次激发序列或静止间隔单激发。
这四个单次或者两个词组,可能大家对single-shot单激发并不陌生,而前面的quiescent interval是什么意思呢?
1.QISS序列无需打药,也就是注射对比剂,即可实现血管的显示;
2.QISS序列需要使用心电门控技术,因为要检测血流的不同时期(收缩期和舒张期),这就涉及到了血流动力学和血流在心动周期不同时刻的流速不同;
3.QISS序列采用的是单激发的bSSFP序列采集,单层扫描速度快;
4.QISS序列前面有饱和脉冲,其作用是抑制静脉(静脉流入成像),抑制背景组织及抑制扫描层面的信号,这是为了保证新鲜的动脉血的流入增强效应。
介绍完了QISS序列的基本特点,我们来简单讲讲该序列的血管成像原理。
实际上该序列非常像是加了心电门控的TOF序列,两者的共同点是都使用了心电门控,都在心动周期的某些时刻采集信号,都利用了新鲜动脉的流入增强效应。
如图2所示,QISS序列需要进行心电门控,因此连接好了心电门控装置后,可以探测到ECG或者VCG信号。
在QRS波或者R波后,使用一个层面选择脉冲,该脉冲的激发角是90°,其作用是起到饱和信号的作用saturation(也就是抑制信号作用)。同时在扫描血管垂直层面的上方或者下方给一个非层面选择的90°预饱和脉冲,其作用类似于饱和带,其主要目的是抑制静脉血液的流入信号。
这样在R波触发后,经过两个预饱和脉冲,静脉信号得到了抑制,采集层面内的信号得到了抑制(等于是背景抑制)。
经过一个收缩期静止间隔,这个时间大概是230ms,也就是图像上的QI(Quiescent-Interval),一般这个QI的范围在200~300ms,系统根据心率来自动调整。经过这个间隔之后,动脉血液流入,然后施加一个脂肪抑制脉冲,脂肪抑制脉冲之后就进行信号采集。信号采集采用单激发的bSSFP序列。这样一个层面内的信号很快就读出了,而由于静脉被抑制了,背景组织被抑制了,动脉是新鲜流入的,利用流入增强效应,只有动脉血液信号呈现。这样就达到了MRA动脉成像的目的。
如果这样你不好理解的话,关于QISS序列,西门子曾经出了一个视频动画,能够比较形象的让你理解。实际上QISS序列也有点类似于不打药肾动脉的B-TRANCE序列。
再次详细解析QISS序列原理,由于有心电门控,可以探测ECG和或VCG信号。
探测到R波后(R波代表左心室收缩,此时血液准备由左心室泵出了),先在静脉流入方向(图中是下方)施加非层面选择的预饱和脉冲(饱和带),其作用是抑制静脉流入信号,也就是抑制静脉血液的信号。
施加一个层面选择的90°脉冲,其作用是抑制层面内的信号(类似于饱和脉冲)。这样,采集层面的背景组织信号被抑制。
然后等待一个静态间隔时间(QI),这个时间大概为230ms,这个时间可以理解为是给动脉血赶路的时间。因为血液从左心室泵出,到外周血管,需要一定的时间。所以,先不着急采集信号,等动脉血液流入再说,让子弹飞一会儿。
经过了QI之后,到动脉血液流入采集层面,施加脂肪抑制脉冲,然后进行信号采集,使用单激发bSSFP序列。此时由于动脉血液是新鲜流入的,没有被饱和,呈高信号。其余背景组织及静脉血液被抑制。
不停的采集不同层面,则动脉血液信号被采集,而其他背景信号及静脉被抑制,形成动脉血管成像。
这就是QISS序列的原理,其原理和心电门控的TOF及不打药肾动脉有点类似。但是由于采用单激发采集,所以QISS序列扫描速度比心电门控的TOF快,并且单激发采集对运动不是太敏感。
实际上QISS序列也可以做选择性的静脉成像,其方法是延长QI,因为静脉血液流入慢,延长QI,允许更多的静脉血液流入。前面施加的预饱和脉冲(饱和带)就用于饱和动脉血。
QISS序列主要用于下肢血管成像,其血管走形越直,扫描层面越垂直于血管走形,则效果更好,这一点和TOF类似,因为都是利用的血液流入增强效应。
但是,QISS序列需要心电门控,需要根据探测的心电信号进行触发。因此,和所有使用心电门控技术的序列一样,QISS序列对于心律不齐的患者效果就不好了。
使用心电门控技术进行的不打药血管成像实际上有三种:
①TRANCE,根据收缩期,舒张期,采集不同信号,进行减影,得到动脉成像。
但是TRANCE技术扫描时间太长,因为要采集两组数据,如果期间患者有移动。则减影可能会产生伪影。
②心电门控的TOF技术,该技术和QISS类似,前面也比较了。但是心电门控的TOF采集时间窗比较窄,所以一次扫描采集效率低,扫描时间慢。
③QISS则是另外一种技术,其最大特点是采集信号采用单激发。扫描层面一次采集完成,速度快,对运动不敏感。动脉成像也不需要减影。
图11是CE-MRA和QISS对比,当然这是做得比较好的情况下。
图12中你觉得哪个是QISS,哪个是CE-MRA?左边是QISS,右边是CE-MRA。
文章都要写完了,我又搜索了一下,发现了一篇文献讲QISS序列,其示意图做得非常好,所以再引用一下,方便大家更直观地认识这个序列。
这篇文献是QISS序列的几个研发者也可以算是发明人R.R. Edelman,I.Koktzoglou发表的。
对于QISS序列,其优点很明显,无需打药,无需减影。但是缺点也有,就是需要心电门控。而这篇文献中,Edelman也介绍了一种新的QISS技术,既不需要门控的QISS序列——Ungated QISS(UnQISS)。另外还有第二代QISS序列(Second-generation QISS),其中第二代是采用Radial放射状的K空间填充。
不需要心电门控的不打药血管成像技术,前面讲了,有飞利浦的REACT。
不需要门控的QISS扫描速度相对慢,而Radial QISS则可以用于心脏冠脉成像。
图15:radial QISS进行的不打药心脏冠脉成像[4]
这种radial QISS采用的是FLASH序列读出,和第一代采用bSSFP读出的又不同。
本期内容简单介绍了磁共振又一种不打药血管成像技术QISS,该技术主要用于外周血管成像,其特点是需要心电门控,无需减影,单激发采集,希望对大家有所帮助。
1. Hodnett PA, Ward EV, Davarpanah AH, et al. Peripheral arterial disease in a symptomatic diabetic population: prospective comparison of rapid unenhanced MR angiography (MRA) with contrast-enhanced MRA [J]. AJR Am J Roentgenol, 2011; 197(6): 1466-73.
2. Edelman RR, Sheehan JJ, Dunkle E, et al. Quiescent-interval single-shot unenhanced magnetic resonance angiography of peripheral vascular disease: Technical considerations and clinical feasibility [J]. Magn Reson Med, 2010; 63(4): 951-8.
3. Hodnett PA, Koktzoglou I, Davarpanah AH, et al. Evaluation of peripheral arterial disease with nonenhanced quiescent-interval single-shot MR angiography [J]. Radiology, 2011; 260(1): 282-93.
4. Edelman RR, Carr M, Koktzoglou I. Advances in non-contrast quiescent-interval slice-selective (QISS) magnetic resonance angiography [J]. Clin Radiol, 2019; 74(1): 29-36.
(此内容仅为医学影像专业人士提供学术技术交流和参考,不构成任何诊断或治疗建议。)
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