磁共振血管成像

1、磁共振血管成像 一、磁共振成像磁共振成像（Magnetic resonance imaging, MRI）是近年來(lái)應(yīng)用于臨床的先進(jìn)影像學(xué)檢查技術(shù)之一。1946年美國(guó)哈佛大學(xué)的Percell及斯坦福大學(xué)的Bloch分別獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象并接收到核子自旋的電信號(hào)，同時(shí)將該原理最早用于生物實(shí)驗(yàn)。1971年發(fā)現(xiàn)了組織的良、惡性細(xì)胞的MR信號(hào)有所不同。1972年P(guān). C. Lauterbur用共軛攝影法產(chǎn)生一幅試管的MR圖像。1974年出現(xiàn)第一幅動(dòng)物的肝臟圖像。隨后MRI技術(shù)在此基礎(chǔ)上飛速發(fā)展，繼而廣泛地應(yīng)用于臨床。磁共振成像的基本原理是將受檢物體置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，某些質(zhì)子的磁矩沿磁場(chǎng)排列并以一定的頻率圍

2、繞磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)。在此基礎(chǔ)上使用與質(zhì)子運(yùn)動(dòng)頻率相同的射頻脈沖激發(fā)質(zhì)子磁矩，使其發(fā)生能級(jí)轉(zhuǎn)換，在質(zhì)子的馳豫過(guò)程中釋放能量并產(chǎn)生信號(hào)。MRI的接受線圈獲取上述信號(hào)后通過(guò)放大器進(jìn)行放大，并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建，從而獲得我們需要的磁共振影像。磁共振成像的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)輻射、無(wú)創(chuàng)傷；多方位、任意角度成像；成像參數(shù)多，對(duì)病變部位和性質(zhì)有較強(qiáng)的診斷意義；軟組織分辨率高等，日益受到臨床的關(guān)注與歡迎。二、磁共振血管成像磁共振血管成像（Magnetic Resonance Angiography，MRA）是顯示血管和血流信號(hào)特征的一種技術(shù)。MRA不但可以對(duì)血管解剖腔簡(jiǎn)單描繪，而且可以反應(yīng)血流方式和速度等血管功能方面的

3、信息。近幾年來(lái)該技術(shù)發(fā)展迅速，可供選擇的磁共振血管成像技術(shù)有多種：(一)時(shí)間飛越法 時(shí)間飛越法（Time of Flight，TOF）血管成像的基本原理是采用了“流動(dòng)相關(guān)增強(qiáng)機(jī)制，是目前較廣泛采用的MRA方法。TOF血管成像用具有非常短TR的梯度回波序列。由于TR短，靜態(tài)組織在沒(méi)有充分弛豫時(shí)就接受到下一個(gè)脈沖的激勵(lì)，在脈沖的反復(fù)作用下，其縱向磁化矢量越來(lái)越小而達(dá)到飽和，信號(hào)被衰減，對(duì)于成像容積以外的血流，因?yàn)殚_(kāi)始沒(méi)有接受脈沖激勵(lì)而處于完全弛豫狀態(tài)，當(dāng)該血流進(jìn)入成像容積內(nèi)時(shí)被激勵(lì)而產(chǎn)生較強(qiáng)的信號(hào)。TOF MRA極大地依賴于血管進(jìn)入掃描層面的角度，所以在用TOF法進(jìn)行血管成像時(shí)掃描層面一般要垂直于

4、血管走向。另外，在TOF血管成像中，通過(guò)在成像區(qū)域遠(yuǎn)端或近端放置預(yù)飽和帶，去除來(lái)自某一個(gè)方向的血流信號(hào)，因而可以選擇性地對(duì)動(dòng)脈或靜脈成像。1.三維(3D)單容積采集TOF法MRA3D TOF法MRA采用同時(shí)激勵(lì)一個(gè)容積，這種容積通常38mm厚，含有幾十個(gè)薄層面。3D TOF的最大優(yōu)點(diǎn)是可以薄層采集，可薄于l mm，最終產(chǎn)生很高分辨率的投影。另外，3D TOF對(duì)容積內(nèi)任何方向的血流均敏感，所以對(duì)于迂曲多變的血管，如腦動(dòng)脈的顯示有一定優(yōu)勢(shì)。但是對(duì)于慢血流，因其在成像容積內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，反復(fù)接受多個(gè)脈沖的激勵(lì)，可能在流出層塊遠(yuǎn)端之前產(chǎn)生飽和而丟失信號(hào)，所以3D TOF不適于慢血流的顯示，也因此不能對(duì)

5、大范圍血管（例如頸部血管）成像，這是3D TOF的主要缺陷。3D TOF一般不用于靜脈以及具有嚴(yán)重狹窄和流速較低的動(dòng)脈。2.二維（2D）單層面重疊TOF法MRA2D TOF是依次采集一組薄的二維層面，在一個(gè)TR周期只采集一個(gè)層面，因?yàn)樵赥R之間血流只需要穿行一個(gè)層面的短距離，所以血流被飽和的程度較小，即使慢血流也能形成良好的信號(hào)對(duì)比，因此2D TOF主要用于慢血流的顯示，2D TOF對(duì)慢血流比3D TOF要敏感得多，可較好地描述顯著狹窄區(qū)的真正管徑，2D TOF可用于腦部靜脈血管成像。另外，由于2D TOF的飽和效應(yīng)較小，故可以對(duì)大范圍的血管成像，例如，在頸部血管和肢體血管成像中宜選用2D T

6、OF方法。在搏動(dòng)性強(qiáng)的血管區(qū)域（例如肢體血管），還可以采用心電門控2D TOF方法成像，降低運(yùn)動(dòng)偽影，心電觸發(fā)2D TOF MRA在檢測(cè)血管阻塞性疾病方面具有較高的敏感性和特異性。由于2D TOF的分辨力不如 3D TOF，所以實(shí)際掃描中層面之間要有一定重疊；這樣既提高了 2D TOF MRA的分辨力，又降低了層面間的黑線偽影，使血管投影均勻。3.多個(gè)重疊薄層塊采集MRA多個(gè)重疊薄層塊采集（Multiple Overlapped Thin Slab Acquisition，MOTSA）MRA結(jié)合上述2種方法，連續(xù)采集多個(gè)重疊的薄的3D層塊，因?yàn)檫@些層塊薄，所以當(dāng)血液穿過(guò)它時(shí)幾乎沒(méi)有飽和。典型的

7、MOTSA層塊大約1648 mm厚，層塊越薄，穿過(guò)層塊的飽和越少，流動(dòng)信號(hào)越強(qiáng)。MOTSA的優(yōu)點(diǎn)是可在大的血管成像范圍內(nèi)提供高對(duì)比和高分辨率的圖像。MOTSA的缺陷是存在層塊邊緣偽影（Slab Boundary Artifact，SBA）和血管截?cái)喱F(xiàn)象。SBA偽影表現(xiàn)為層塊的相接處的一條穿過(guò)血管的暗線，這是由于層塊邊緣的信號(hào)比中間的要暗。層塊之間互相重疊，可以減少SBA偽影，重疊越多，SBA偽影越小，但造成MOTSA的成像時(shí)間較長(zhǎng)。（二）相位對(duì)比法 相位對(duì)比（Phase Contrast，PC）法MRA技術(shù)是另一種有價(jià)值的評(píng)價(jià)血管疾病的方法。PCA與TOF MRA的重要區(qū)別是像素強(qiáng)度代表的是磁

8、化矢量的相位或相位差，而不是組織磁化強(qiáng)度。相位對(duì)比血管成像最常用的方法是用雙極梯度對(duì)流動(dòng)編碼，即在梯度回波序列的層面選擇與讀出梯度之間施加一個(gè)雙極的編碼梯度，該梯度由兩部分組成，這兩部分梯度脈沖的幅度和間期相同而方向相反。第一部分過(guò)程中，沿梯度方向場(chǎng)強(qiáng)不同，因而進(jìn)動(dòng)頻率不同，最后造成相位不同；第二部分開(kāi)始后，靜止組織自旋反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)進(jìn)動(dòng)，最終正相期獲得的相位與負(fù)相期丟失的相位相等，靜息組織相位最終為零而流動(dòng)組織的自旋還要運(yùn)動(dòng)一段距離到不同位置，所以第二部分結(jié)束時(shí)相位不回到零，流動(dòng)的剩余相位與移動(dòng)距離成正比，即與速度成正比。PC MRA過(guò)程基本上由三步構(gòu)成，首先，采集兩組或幾組不同相位的運(yùn)動(dòng)質(zhì)子群的

9、影像數(shù)據(jù)；然后，選取一種適宜的演算方法對(duì)采集的相位進(jìn)行減影；靜態(tài)組織減影后相位為零，流動(dòng)組織根據(jù)不同速度具有不同的相位差值最后，將相位差轉(zhuǎn)變成像素強(qiáng)度顯示在影像上。流動(dòng)組織的相位偏移不僅與速度成正比；而且與梯度的幅值和間期成正比。采集前可根據(jù)所要觀察的血流的速度，選擇一個(gè)速度編碼值，即選定了梯度的幅值和間期，在圖像上能突出顯示該速度的血流。另外，只有沿編碼方向的自旋運(yùn)動(dòng)才會(huì)產(chǎn)生相位變化。如果血管垂直于編碼方向，它在PC MRA上會(huì)看不到。操作者可選擇編碼梯度沿任意軸，例如層面選擇方向、頻率編碼方向、相位編碼方向或所有三個(gè)方向。當(dāng)流動(dòng)在每個(gè)方向都有時(shí)，采集需沿三軸加流動(dòng)編碼梯度，這樣掃描時(shí)間是沿

10、一個(gè)方向時(shí)的23倍。PC MRA的參數(shù)選擇靈活性較大，使之比TOF成像方式更為復(fù)雜。常用的PC方法有：1.3D PC 3D PC是最基本的PC方法，其優(yōu)點(diǎn)是能用很小體素采集，以減少體素內(nèi)失相位并提高對(duì)復(fù)雜流動(dòng)和湍流的顯示。另外，3D PC可在多個(gè)視角對(duì)血管進(jìn)行投影。2.2D PC 2D PC是對(duì)一個(gè)或多個(gè)單層面成像；每次只激發(fā)一個(gè)層面。2D PC成像時(shí)間短，但空間分辨力低，常用于3D PC的流速預(yù)測(cè)成像。3.電影PC 電影PC是以2D PC為基礎(chǔ)，其圖像是在心動(dòng)周期的不同時(shí)刻（時(shí)相）獲得的，這種采集需要心電或脈搏門控。電影PC在評(píng)價(jià)搏動(dòng)血流和各種病理流動(dòng)狀態(tài)方面很有用。與TOF法相比，PC M

11、RA有更好的背景抑制，具有較高的血管對(duì)比；能區(qū)分高信號(hào)組織（例如脂肪和增強(qiáng)的腫瘤組織）與真實(shí)血管，能提高小血管或慢血流的檢測(cè)敏感度，而TOF可用于觀察血管與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系。目前，常用PC法進(jìn)行腦靜脈竇的成像。（三） 三維對(duì)比劑動(dòng)態(tài)增強(qiáng)血管成像近年來(lái)隨著磁共振成像設(shè)備軟件和硬件的發(fā)展，尤其是梯度磁場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展，MR掃描速度越來(lái)越快，一種新的 MRA方法對(duì)比增強(qiáng)MRA（Contrast Enhanced MRA，CEMRA）應(yīng)運(yùn)而生。CEMRA適用范圍廣，實(shí)用性強(qiáng)，尤其對(duì)生理運(yùn)動(dòng)區(qū)的胸部血管（包括心臟大血管、肺血管）、腹部血管以及搏動(dòng)性強(qiáng)的四肢血管顯示極佳。例如，在肢體血管成像中，CEMRA能夠克服普通TOF和 PCA技術(shù)成像時(shí)間較長(zhǎng)、過(guò)高評(píng)價(jià)血管狹窄、搏動(dòng)偽影明顯的缺點(diǎn)，并具有高空間分辨力。CEMRA使用極短TR與極短TE的快速梯度回波序列，在如此短TR與TE的情況下，各種組織的縱向磁化都很小，其信號(hào)強(qiáng)度也很小。如果在血管內(nèi)團(tuán)注順磁對(duì)比劑，血液的T1弛豫時(shí)間會(huì)極度縮短，血管T1弛豫時(shí)間遠(yuǎn)短于背景組織的T1弛豫時(shí)間，血液呈高信號(hào)，在血管與背景間形成強(qiáng)烈對(duì)比。另外，根據(jù)對(duì)比劑到達(dá)各級(jí)血管的首過(guò)時(shí)間，可以設(shè)定最佳數(shù)據(jù)采集時(shí)間，有目的性選擇動(dòng)脈或靜脈成像。用于這種動(dòng)態(tài)