引言
肺部磁共振成像(MRI)是一种快速发展的强大工具，在科研和临床领域都具有重要应用价值。肺部形态学MRI的核心技术基于组织和液体中质子的共振高频信号，即质子或1H-MRI。随着技术进步，MRI已经突破了传统认知的限制——这些限制主要源于肺部质子密度低以及气-组织界面导致的快速信号衰减。由于在结节性和浸润性肺部疾病检测方面优于X线、媲美CT，同时能提供额外功能成像信息且无辐射暴露，肺部MRI已成为儿童、孕妇、需要频繁随访的年轻患者等特殊人群的重要检查手段，也适用于需要避免辐射的科研项目、商业临床试验(治疗监测)或法医学评估等场景。
临床方法
快速序列技术是实现肺部MRI的关键挑战，这要求硬件和序列设计能在信号衰减前的短暂时间窗内获取尽可能多的肺部信号，优选适用于屏气成像、具有合理高空间分辨率和短回波时间(TE)的方案。通过整合快速屏气采集与并行成像(iPAT=集成并行采集技术)、高时间分辨率MR血管成像(TWIST=随机轨迹时间分辨血管造影)、旋转相位编码(BLADE)和导航技术(PACE=前瞻性采集校正)，肺部MRI已成为临床广泛应用的稳健技术。如今，西门子MAGNETOM用户可从针对肺部疾病优化的’协议自助菜单’中进行选择(图1)。表1列出了各序列的具体特性摘要。针对特定病理的完整’一键式’协议已预装在扫描仪协议列表中，可立即使用。图2A展示了syngo MR D11D系统改进后的协议树，图2B列出了syngo MR B17软件版本实现的协议组合。这些协议包涵盖肺部病理的不同方面：从通用方案到针对胸部肿块和高分辨率血管成像的特殊序列组合，再到动态首过肺灌注功能成像。协议设计理念在于整合不同序列技术以实现多种加权(T1、T2、平衡T1/T2)、发挥各技术优势、至少在一个采集平面覆盖全肺，并确保在最不理想情况下(如不配合患者)至少有3/5的序列达到诊断质量。检查时间根据临床需求灵活设置：基础协议15分钟、增强研究20分钟、包含灌注成像/血管造影/增强容积成像的综合研究30分钟。还为呼吸困难患者提供了替代方案：TrueFISP自由呼吸实时成像和BLADE T2-TSE导航触发采集能在患者不配合时仍获得优质图像。出于实用考虑，通常无需心电门控，非增强基础协议已能满足多数临床需求。通过短采集时间和(多重)屏气成像或呼吸触发技术，可有效克服心脏搏动和呼吸运动的影响。
图1：胸部成像可选序列（详细信息见表1）
图2：2A 检查浏览器窗口中的胸部成像协议树，2B syngo MR B17系统预装的胸部成像协议。
‘通用’协议—常规肺部成像方案
协议树的第一个分支包含通用方案(图3)，适用于大多数肺部病变，其核心部分也被整合到其他分支协议中。非增强’常规检查’协议包括：对浸润灶高度敏感的冠状位T2加权HASTE(单次激发半傅里叶TSE)序列，以及对小结节病变(特别是增强脂肪抑制VIBE)高度敏感的横断面VIBE(T1加权3D梯度回波)序列，二者均为单次屏气采集。随后进行自由呼吸状态下的冠状位稳态自由进动序列(TrueFISP)，该序列可提供呼吸周期中的肺运动功能和心脏功能信息，评估中央肺血管的大小、形态和通畅度，对中央肺栓塞和严重心肺功能障碍具有高度敏感性。其另一优势是卓越的运动耐受性——尽管可能存在磁敏感和偏共振伪影，但其肺部形态学成像质量甚至可挑战协议中其他序列(如VIBE)。为更好显示胸壁浸润性肿块和纵隔病变(肿块、淋巴结或囊肿)，还添加了运动补偿冠状位BLADE(多重屏气T2加权TSE)(图4)。
图4：冠状位多次屏气T2 BLADE采集图像，显示左肺上叶大肺癌伴纵隔淋巴结转移。
‘呼吸力学’协议变体在膈肌上方增加了一个冠状位序列，在指令呼吸状态下以每秒3帧的时间分辨率采集，适用于膈肌麻痹或肺肿瘤运动(如判断病变与胸壁粘连浸润)等特定问题。最后的多次屏气横断面脂肪抑制T2加权TSE可显示肿大淋巴结和骨骼病变。
‘不配合患者’协议变体(适用于屏气困难者)采用呼吸触发版本的T2加权TSE序列(BLADE)，检查时间因此延长约10分钟。这种非增强’常规检查’可满足多数临床指征：肺炎、肺不张、肺结节/肿块、纵隔肿块(淋巴瘤、甲状腺肿、囊肿、胸腺瘤)、膈神经麻痹、囊性纤维化、肺结核、间质性肺病、急性肺栓塞。基础协议对肺部浸润灶的检出率与CT相当，使其成为儿童、青少年和孕妇的理想替代选择。对>4mm肺结节的敏感性达80-90%(>8mm达100%)，这两种能力在囊性纤维化患者的疾病程度评分随访中尤为重要。对于肺癌患者，MRI有助于分期和肺不张评估。对比剂增强可检测肿瘤坏死、胸壁/纵隔浸润和胸膜反应/癌病。多数情况下，对不明肺部/纵隔肿块、原因不明胸腔积液或肺栓塞的进一步评估需要增强扫描，这由’胸部肿块’协议分支实现——它在基础协议上增加横断和冠状位增强脂肪抑制屏气VIBE序列(3D梯度回波)。为缩短时间，该协议省略了横断面脂肪抑制BLADE(多次屏气T2加权TSE)，总检查时间不超过20分钟。考虑到肺部扩散加权成像的潜在价值，该协议分支还提供了可选EPI-DWI序列建议。
图5：5A ‘胸部肿块’协议序列选择：1: T1加权VIBE，2: T2加权HASTE，3:TrueFISP，4: T2加权BLADE，5: DWI，6: 增强T1加权VIBE（检查时间20分钟），5B ‘胸部肿块’协议树
增强’胸部肿块’研究的适应症包括肺癌、血管炎(如韦格纳肉芽肿，见图6)、纵隔肿块或纵隔炎。对比增强也推荐用于胸膜病变评估(不明胸腔积液、脓胸、脓肿、胸膜癌扩散、间皮瘤)。源自3D FLASH血管造影的容积VIBE采集具有出色的肺血管显示能力，当k空间中心FLASH 3D血管造影因呼吸运动、咳嗽或对比剂注射时机不当导致质量下降时，这些附加VIBE采集可作为’备份血管造影’，这也增强了’胸部肿块’方案对肿瘤患者常见并发症——肺栓塞的检测灵敏度。
图6：韦格纳病肺肉芽肿患者的增强VIBE图像，注意大肿块内含有气腔的中央坏死区。
‘血管或灌注异常’协议—胸部增强MRA与灌注成像
胸部MRI协议集的最后一个分支专为肺灌注障碍评估设计(图7)。肺血管成像的关键序列是T1加权3D FLASH血管造影，采用对比剂团注k空间中心填充技术。通过三次屏气采集(首次平扫，随后两次分别在肺动脉和主动脉信号峰值时增强)生成减影3D数据集，配合多平面重组(MPR)或最大密度投影(MIP)3D工具进行综合评估。最佳效果需采用T1缩短对比剂自动注射方案(0.1mmol/kg，5ml/s，随后20ml生理盐水冲刷形成紧凑团注)。通过简单试验团注和连续单层采集可确定最佳注射时机。但该协议远不止于此：它还包含全肺覆盖的动态灌注研究。采用的TWIST序列是高分辨率屏气3D FLASH血管造影的时间分辨变体，基于iPAT和数据共享技术，可在自由呼吸状态下实现每1.5秒一帧的3D数据采集。生成的4D数据集可通过多模态工作站的’4D-InSpace’应用展示，既可浏览特定位置的时间序列，也可查看特定时间点的3D数据集。图像上的时间戳直接显示从采集开始(等同于试验团注开始)的时间间隔，用于指导高空间分辨率血管造影的时机选择。为节省存储空间，建议选择肺灌注峰值时的单幅减影3D数据集和记录对比剂动态过程的MIP系列。与单层团注测试监测相比，愿意多等待1-2分钟4D-TWIST重建时间的用户将获得时空分辨率远超任何核素技术的全面肺灌注研究。这种时间分辨多期相增强MRA不受团注时机影响，不仅适用于严重呼吸疾病和屏气能力极差的患者，还能改善动静脉分流(如血管异常)的鉴别诊断。
图7：7A ‘血管或灌注异常’协议序列选择：1: T1加权VIBE，2: T2加权HASTE，3: TrueFISP，4: T2加权BLADE，5: TWIST灌注，6: 3D动态增强MRA，7: 增强T1加权VIBE（检查时间20分钟），7B ‘灌注异常’协议树。
‘血管或灌注异常’协议的适应症包括急慢性肺栓塞(PE)、动静脉(AV)畸形(如Osler病)、肺隔离症、肺动脉瘤、肺静脉引流异常和其他肺血管病变。TWIST灌注的特殊价值在于它是协议中唯一能间接显示肺气肿或气胸所致肺实质缺损/缺失的部分，还能轻松检测支气管炎空气滞留或囊性纤维化黏液栓塞等通气不足和缺氧性血管收缩导致的功能性肺灌注异常。至此，MRI已包含CT难以获取的特定功能信息。
但急性肺栓塞等急症需要即时干预，不容许常规MRI排期等待。为此准备了简化版协议(图8)：仅聚焦肺血管成像和灌注的四个序列，15分钟即可完成，适合插入满档的日间检查计划。这个短时检查结合了灌注成像(类似核素扫描的诊断范围)和肺血管造影(媲美CT扫描)，能提供全面的肺栓塞信息(图9)。关键要点是首先进行非增强TrueFISP序列采集——严重栓塞病例在检查开始60秒内即可确诊，此时可立即终止检查转入急救治疗，与CT扫描相比不耽误任何时间。
图9：两例急性肺栓塞病例。左侧为TrueFISP序列检出的大块血栓伴严重栓塞，右侧为VIBE序列检出的段血管内小栓子。
‘中央肿块’协议
作为协议树中最全面的方案包，’中央肿块’协议整合了前文所述所有分支的关键要素。该协议专门针对可能影响肺灌注的中央型肺部或纵隔肿瘤血管侵犯评估，包含T2加权脂肪抑制BLADE序列和扩散加权成像(DWI)。典型应用场景是诊断侵犯肺动脉或主动脉的中央型肿块。该协议也可作为’全能方案’用于需要全面评估所有可能层面的病例——但由于需占用检查室约30分钟，日常工作中对大多数适应症更推荐使用选择性协议。
图10：10A ‘中央肿块’协议序列选择：1: T1加权VIBE，2: T2加权HASTE，3: TrueFISP，4: T2加权STIR，5: T2加权BLADE，6: DWI，7: TWIST灌注，8: 3D动态增强MRA，9: 增强T1加权VIBE（检查时间30分钟），10B ‘中央肿块’协议树。
3T系统的协议调整
肺部MRI协议最初是为1.5T系统开发的，现有文献大多基于该场强研究。随着高性能3T扫描仪成为临床新标准，我们投入大量精力将肺部MRI技术移植到更高场强。早期曾有观点认为增强的磁敏感伪影会使3T系统肺部成像更加困难，但系统性实验研究和应用优化已成功实现高场肺部成像。本质上，肺部质子MRI的成像基础是多数相关病理组织会产生强信号，与肺组织的黑色背景形成理想对比。因此将协议移植到3T系统后，所有FLASH和TSE序列对浸润性和实性肺部病变的病灶-背景对比度均有所提升。特别是3T图像中VIBE序列对肺结节的检出能力，以及HASTE和STIR序列对浸润灶的识别能力均有改善。这为投资更高空间分辨率或更快采集方案提供了可能。静脉注射后的增强研究达到同等质量，经技术优化后首过灌注研究也能以类似方式完成。因此，将上述序列概念移植到3T系统后，大多数序列类型的图像质量变化是可接受的甚至更具优势。唯一例外是TrueFISP图像——在高场强下会出现明显的运动和血流相关伪影。虽然血管壁等结构轮廓仍清晰可辨，但病灶-背景对比度并未改善。这些效应共同导致肺动脉干和大叶血管信号不均匀，因此3T系统中采用自由呼吸TrueFISP快速采集排除严重肺栓塞并非优选方案。为填补这一技术空白，我们调整了呼吸触发SPACE-STIR序列用于无对比剂显示中央肺血管。该触发采集方案能在4-5分钟内生成中央纵隔血管高信号图像，适用于1.5T和3T系统。由于采用触发技术，即使对不配合患者也具有稳健性。因此呼吸触发SPACE-STIR序列可能在整个协议树中替代自由呼吸TrueFISP，不过其对肺栓塞的敏感性和特异性仍有待持续临床验证(图12)。
图12：冠状位呼吸触发SPACE STIR采集图像。左：67岁男性（1.5T MAGNETOM Avanto），右：30岁健康志愿者（3T MAGNETOM Skyra）。
未来展望
纵览当前肺部质子MRI研究动态，可见图像质量稳健性和可重复性的持续提升趋势。自由呼吸自导航序列设计、包含超短回波时间成像的径向k空间方法、以及用于改进肺解剖和功能评估的动态定量成像协议等新技术正在研发中。
由维尔茨堡、基尔、海德堡和曼海姆的医学物理与放射学部门组成的研究联盟(获德国科学基金会DFG支持)，目前正基于西门子MAGNETOM Avanto平台开发高分辨率肺部MRI的2D和3D成像协议。其中实现全肺覆盖3D-MRI的关键序列是采用准随机k空间排序的自导航T1加权3D FLASH序列。在自由呼吸状态下进行5-7次完整3D采集，利用k空间中心额外采样的非空间编码DC信号作为导航信号。这种方法具有时间高效性——无需单独射频激发，且k空间中心的DC信号包含足够信息来可靠检测运动。因此获得双重效益：近乎无运动伪影的多呼吸时相并行采集既可用于精细运动分析，也可在不依赖患者配合的情况下完成形态学成像。自导航技术的关键改进是在每个成像回波后立即进行额外数据采集。该3D-FLASH技术的典型参数为：TE 1.2ms，TR 3.8ms，翻转角7°，矩阵256×320×44，视野370×450×220mm³，分辨率1.4×1.4×5mm³，总采集时间375秒(图13)。
图13：左肺上叶肿瘤伴邻近肺不张和胸腔积液患者：(A) 自由呼吸状态下自导航冠状位3D FLASH后胸图像，(B) 同一患者气管隆突水平自由呼吸冠状位径向TSE图像。
同一趋势下，傅里叶分解通气-灌注扫描正发展为无对比剂自由呼吸采集的肺功能区域评估稳健技术。通过分别分析肺实质信号随吸气深度(呼气期肺空气含量最低时信号最高)和心脏搏动(收缩期血流最大时信号最低)的周期性变化，可生成质量媲美V/Q SPECT的通气与灌注图，且无需对比剂或辐射暴露。仅这两个例子就展示了肺部MRI领域的蓬勃发展和光明前景。
结论而言，肺部MRI已从边缘技术迈向临床常规应用门槛。在MAGNETOM Aera和MAGNETOM Skyra上，肺部成像协议已准备就绪！针对关键临床问题，肺部MRI不仅媲美X线和CT，更提供额外功能成像能力。协议树为日常工作中的疑难问题提供解决方案，使MRI不仅是儿科和科研的优选方案。特定协议组件对呼吸运动和心脏搏动具有出色耐受性，即使对不配合患者也能稳健成像。全球越来越多医疗中心正在快速积累这一新兴技术的应用经验(如与CT对比)。用户根据自身需求调整建议协议的自由度极大，未来发展前景广阔。