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第二節(jié)  MRI脂肪抑制技術(shù)

脂肪抑制是MRI檢查中非常重要的技術(shù)，合理利用脂肪抑制技術(shù)不僅可以明顯改善圖像的質(zhì)量，提高病變的檢出率，還可為鑒別診斷提供重要信息。

一、MRI檢查使用脂肪抑制技術(shù)的意義

脂肪組織不僅質(zhì)子密度較高，且T1值很短（1.5T場(chǎng)強(qiáng)下約為200 ~ 250ms），T2值較長(zhǎng)，因此在T1WI上呈現(xiàn)很高信號(hào)，在T2WI呈現(xiàn)較高信號(hào)，在目前普遍采用的FSE T2WI圖像上，其信號(hào)強(qiáng)度將進(jìn)一步增高（詳見FSE序列）。
脂肪組織的這些特性在一方面可能為病變的檢出提供了很好的天然對(duì)比，如在皮下組織內(nèi)或骨髓腔中生長(zhǎng)一個(gè)腫瘤，那么在T1WI上骨髓組織或皮下組織因?yàn)楦缓境尸F(xiàn)很高信號(hào)，腫瘤由于T1值明顯長(zhǎng)于脂肪組織而呈現(xiàn)相對(duì)低信號(hào)，兩者間形成很好的對(duì)比，因此病變的檢出非常容易。

從另外一個(gè)角度看，脂肪組織的這些特性也可能會(huì)降低MR圖像的質(zhì)量，從而影響病變的檢出。具體表現(xiàn)在：

（1）脂肪組織引起的運(yùn)動(dòng)偽影。MRI掃描過(guò)程中，如果被檢組織出現(xiàn)宏觀運(yùn)動(dòng)，則圖像上將出現(xiàn)不同程度的運(yùn)動(dòng)偽影，而且組織的信號(hào)強(qiáng)度越高，運(yùn)動(dòng)偽影將越明顯。如腹部部檢查時(shí)，無(wú)論在T1WI還是在T2WI上，皮下脂肪均呈現(xiàn)高信號(hào)，表面線圈的應(yīng)用更增高了脂肪組織的信號(hào)強(qiáng)度，由于呼吸運(yùn)動(dòng)腹壁的皮下脂肪將出現(xiàn)嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)偽影，明顯降低圖像的質(zhì)量。

（2）水脂肪界面上的化學(xué)位移偽影（詳見MRI偽影一節(jié)）。

（3）脂肪組織的存在降低了圖像的對(duì)比。如骨髓腔中的病變?cè)赥2WI上呈現(xiàn)高信號(hào)，而骨髓由于富含脂肪組織也呈現(xiàn)高信號(hào)，兩者之間因此缺乏對(duì)比，從而掩蓋了病變。又如肝細(xì)胞癌通常發(fā)生在慢性肝病的基礎(chǔ)上，慢性肝病一般都存在不同程度的脂肪變性，這些脂肪變性在FSE T2WI上將使肝臟背景信號(hào)偏高，而肝細(xì)胞癌特別是小肝癌在T2WI上也往往表現(xiàn)為略高信號(hào)，肝臟脂肪變性的存在勢(shì)必降低病灶與背景肝臟之間的對(duì)比，影響小病灶的檢出。

（4）脂肪組織的存在降低增強(qiáng)掃描的效果。在T1WI上脂肪組織呈現(xiàn)高信號(hào)，而注射對(duì)比劑后被增強(qiáng)的組織或病變也呈現(xiàn)高信號(hào)，兩者之間對(duì)比降低，脂肪組織將可能掩蓋病變。如眼眶內(nèi)球后血管瘤增強(qiáng)后呈現(xiàn)明顯高信號(hào)，但球后脂肪組織也呈現(xiàn)高信號(hào)，兩者之間因此缺乏對(duì)比，影響增強(qiáng)效果。

因此MRI中脂肪抑制的主要意義在于：

（1）減少運(yùn)動(dòng)偽影、化學(xué)位移偽影或其他相關(guān)偽影；

（2）抑制脂肪組織信號(hào)，增加圖像的組織對(duì)比；

（3）增加增強(qiáng)掃描的效果；

（4）鑒別病灶內(nèi)是否含有脂肪，因?yàn)樵赥1WI上除脂肪外，含蛋白的液體、出血均可表現(xiàn)為高信號(hào)，脂肪抑制技術(shù)可以判斷是否含脂，為鑒別診斷提供信息。如腎臟含成熟脂肪組織的腫瘤常常為血管平滑肌脂肪瘤，肝臟內(nèi)具有脂肪變性的病變常為高分化肝細(xì)胞癌或肝細(xì)胞腺瘤等。

二、與脂肪抑制技術(shù)相關(guān)的脂肪組織特性

MRI脂肪抑制技術(shù)多種多樣，但總的來(lái)說(shuō)主要基于兩種機(jī)制：

（1）脂肪和水的化學(xué)位移；

（2）脂肪與其他組織的縱向弛豫差別。

（一）化學(xué)位移現(xiàn)象

同一種磁性原子核，處于同一磁場(chǎng)環(huán)境中，如果不受其他因素干擾，其進(jìn)動(dòng)頻率應(yīng)該相同。但是我們知道，一般的物質(zhì)通常是以分子形式存在的，分子中的其他原子核或電子將對(duì)某一磁性原子核產(chǎn)生影響。那么同一磁性原子核如果在不同分子中，即便處于同一均勻的主磁場(chǎng)中，其進(jìn)動(dòng)頻率將出現(xiàn)差別。在磁共振學(xué)中，我們把這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移現(xiàn)象。化學(xué)位移的程度與主磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比，場(chǎng)強(qiáng)越高，化學(xué)位移越明顯。

常規(guī)MRI時(shí)，成像的對(duì)象是質(zhì)子，處于不同分子中的質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率也將出現(xiàn)差異，也即存在化學(xué)位移。在人體組織中，最典型的質(zhì)子化學(xué)位移現(xiàn)象存在于是水分子與脂肪之間。 這兩種分子中的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率相差約3.5PPM，在1.5 T的場(chǎng)強(qiáng)下相差約220HZ，在1.0 T場(chǎng)強(qiáng)下約為150HZ，在0.5 T場(chǎng)強(qiáng)下約為75HZ。脂肪和水中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率差別為脂肪抑制技術(shù)提供了一個(gè)切入點(diǎn)。

（二）脂肪與其他組織的縱向弛豫差別

在人體正常組織中，脂肪的縱向弛豫速度最快，T1值最短。不同場(chǎng)強(qiáng)下，組織的T1值也將發(fā)生變化，在1.5 T的場(chǎng)強(qiáng)下，脂肪組織的T1值約為250ms，明顯短于其他組織。脂肪組織與其他組織的T1值差別也是脂肪抑制技術(shù)的一個(gè)切入點(diǎn)。

三、MRI常用的脂肪抑制技術(shù)

針對(duì)上述脂肪組織的特性，MRI可采用多種技術(shù)進(jìn)行脂肪抑制。不同場(chǎng)強(qiáng)的MRI儀宜采用不同的技術(shù)，同一場(chǎng)強(qiáng)的掃描機(jī)也可因檢查的部位、目的或掃描序列的不同而采用不同的脂肪抑制技術(shù)。

（一）頻率選擇飽和法

頻率選擇飽和法是最常用的脂肪抑制技術(shù)之一，該技術(shù)利用的就是脂肪與水的化學(xué)位移效應(yīng)。由于化學(xué)位移，脂肪和水分子中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率將存在差別。如果在成像序列的激發(fā)脈沖施加前，先連續(xù)施加數(shù)個(gè)預(yù)脈沖，這些預(yù)脈沖的頻率與脂肪中質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率一致，這樣脂肪組織的將被連續(xù)激發(fā)而發(fā)生飽和現(xiàn)象，而水分子中的質(zhì)子由于進(jìn)動(dòng)頻率不同不被激發(fā)。這時(shí)再施加真正的激發(fā)射頻脈沖，脂肪組織因?yàn)轱柡筒荒茉俳邮苣芰?，因而不產(chǎn)生信號(hào)，而水分子中的質(zhì)子可被激發(fā)產(chǎn)生信號(hào)，從而達(dá)到脂肪抑制的目的。

頻率選擇脂肪抑制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）高選擇性。該技術(shù)利用的是脂肪和水的化學(xué)位移效應(yīng)，因此信號(hào)抑制的特異性較高，主要抑制脂肪組織信號(hào)，對(duì)其他組織的信號(hào)影響較小。

（2）可用于多種序列。該方法可用于SE T1WI或T2WI序列、FSE T1WI或T2WI序列、TR較長(zhǎng)的常規(guī)GRE或擾相GRE序列。

（3）簡(jiǎn)便宜行，在執(zhí)行掃描序列前，加上脂肪抑制選項(xiàng)即可。

（4）在中高場(chǎng)強(qiáng)下使用可取得很好的脂肪抑制效果。

該方法也存在一些缺點(diǎn)：

（1）場(chǎng)強(qiáng)依賴性較大。前面已經(jīng)介紹過(guò)，化學(xué)位移現(xiàn)象的程度與主磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。在高場(chǎng)強(qiáng)下，脂肪和水中的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率差別較大，因此選擇性施加一定頻率的預(yù)脈沖進(jìn)行脂肪抑制比較容易。但在低場(chǎng)強(qiáng)下，脂肪和水中的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率差別很小，執(zhí)行頻率選擇脂肪抑制比較困難。因此該方法在1.0 T以上的中高場(chǎng)強(qiáng)掃描機(jī)上效果較好，但在0.5 T以下的低場(chǎng)強(qiáng)掃描機(jī)上效果很差，因而不宜采用。

（2）對(duì)磁場(chǎng)的均勻度要求很高。由于該技術(shù)利用的是脂肪中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率與水分子中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率的微小差別，如果磁場(chǎng)不均勻，則將直接影響質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率，預(yù)脈沖的頻率將與脂肪中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率不一致，從而嚴(yán)重影響脂肪抑制效果。因此在使用該技術(shù)進(jìn)行脂肪抑制前，需要對(duì)主磁場(chǎng)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)勻場(chǎng)，同時(shí)應(yīng)該去除病人體內(nèi)或體表有可能影響磁場(chǎng)均勻度的任何物品。

（3）進(jìn)行大FOV掃描時(shí)，視野周邊區(qū)域脂肪抑制效果較差，這也與磁場(chǎng)的均勻度及梯度線性有關(guān)。（4）增加了人體吸收射頻的能量。

（5）預(yù)脈沖將占據(jù)TR間期的一個(gè)時(shí)段，因此施加該技術(shù)將減少同一TR內(nèi)可采集的層數(shù)，如需要保持一定的掃描層數(shù)則需要延長(zhǎng)TR，這勢(shì)必會(huì)延長(zhǎng)掃描時(shí)間，并有可能影響圖像的對(duì)比度。如在1.5 T掃描機(jī)中，SE T1WI，如果選擇TR＝500ms，TE＝8ms，在不施加脂肪抑制技術(shù)時(shí)，最多可采集26層，如果施加脂肪抑制技術(shù)，則最多只能采集12層。

（二）STIR技術(shù)

STIR技術(shù)原理我們?cè)诜崔D(zhuǎn)恢復(fù)序列一節(jié)中已經(jīng)作了介紹。STIR技術(shù)是基于脂肪組織短T1特性的脂肪抑制技術(shù)，也是目前臨床上常用的脂肪抑制技術(shù)之一。STIR技術(shù)可用IR或FIR序列來(lái)完成，目前多采用FIR序列。

由于人體組織中脂肪的T1值最短，因此180脈沖后其縱向磁化矢量從反向最大到過(guò)零點(diǎn)所需的時(shí)間很短，因此如果選擇短TI則可有效抑制脂肪組織的信號(hào)。抑制脂肪組織信號(hào)的TI等于脂肪組織T1值的69%。由于在不同的場(chǎng)強(qiáng)下，脂肪組織的T1值將發(fā)生改變，因此抑制脂肪組織的TI值也應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。在1.5 T的掃描機(jī)中，脂肪組織的T1值約為200 ~ 250 ms，則TI =140 ~ 175 ms時(shí)可有效抑制脂肪組織的信號(hào)。在1.0 T掃描機(jī)上TI應(yīng)為125 ~ 140ms；在0.5 T掃描機(jī)上TI應(yīng)為85 ~ 120ms，在0.35 T掃描機(jī)上TI應(yīng)為75 ~ 100ms，在0.2 T掃描機(jī)上TI應(yīng)為60 ~ 80ms。

STIR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）場(chǎng)強(qiáng)依賴性低。由于該技術(shù)基于脂肪組織的T1值，所以對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的要求不高，低場(chǎng)MRI儀也能取得較好的脂肪抑制效果；

（2）與頻率選擇飽和法相比，STIR技術(shù)對(duì)磁場(chǎng)的均勻度要求較低。

（3）大FOV掃描也能取得較好的脂肪抑制效果。

STIR技術(shù)的缺點(diǎn)表現(xiàn)為：

（1）信號(hào)抑制的選擇性較低。如果某種組織（如血腫等）的T1值接近于脂肪，其信號(hào)也被抑制。

（2）由于TR延長(zhǎng)，掃描時(shí)間較長(zhǎng)。

（3）一般不能應(yīng)用增強(qiáng)掃描，因?yàn)楸辉鰪?qiáng)組織的T1值有可能縮短到與脂肪組織相近，信號(hào)被抑制，從而可能影響對(duì)增強(qiáng)程度的判斷。

（三）頻率選擇反轉(zhuǎn)脈沖脂肪抑制技術(shù)

頻率選擇脂肪抑制技術(shù)需要利用連續(xù)的脈沖對(duì)脂肪組織進(jìn)行預(yù)飽和，脈沖在TR間期占據(jù)的時(shí)間約需要12 ~ 20ms。STIR技術(shù)需要在TR間期占據(jù)的時(shí)間更長(zhǎng)（1.5 T時(shí)需要150ms左右）。因此大大減少能夠采集的層數(shù)，或需要延長(zhǎng)TR從而增加TA。而且在超快速梯度回波序列時(shí)，由于TR很短（往往小于10ms），利用上述兩種技術(shù)進(jìn)行脂肪抑制顯然是不現(xiàn)實(shí)的。

近年來(lái)在三維超快速梯度回波成像序列（如體部三維屏氣擾相GRE T1WI或CE-MRA）中，推出一種新的脂肪抑制技術(shù)，即頻率選擇反轉(zhuǎn)脈沖脂肪抑制技術(shù)。該技術(shù)既考慮了脂肪的進(jìn)動(dòng)頻率，又考慮了脂肪組織的短T1值特性。其方法是在真正射頻脈沖激發(fā)前，先對(duì)三維成像容積進(jìn)行預(yù)脈沖激發(fā)，這種預(yù)脈沖的帶寬很窄，中心頻率為脂肪中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率，因此僅有脂肪組織被激發(fā)。同時(shí)這一脈沖略大于90，這樣脂肪組織將出現(xiàn)一個(gè)較小的反方向縱向磁化矢量，預(yù)脈沖結(jié)束后，脂肪組織發(fā)生縱向弛豫，其縱向磁化矢量將發(fā)生從反向到零，然后到正向并逐漸增大，直至最大值（平衡狀態(tài)）。由于預(yù)脈沖僅略大于90，因此從反向到零需要的時(shí)間很短，如果選擇很短的TI（10 ~ 20ms），則僅需要一次預(yù)脈沖激發(fā)就能對(duì)三維掃描容積內(nèi)的脂肪組織進(jìn)行很好的抑制，因此采集時(shí)間僅略有延長(zhǎng)。

該種技術(shù)在GE公司生產(chǎn)的掃描機(jī)上稱之為SPECIAL（spectral inversion at lipids），飛利浦公司稱之為SPIR。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）僅少量增加掃描時(shí)間；

（2）一次預(yù)脈沖激發(fā)即完成三維容積內(nèi)的脂肪抑制；

（3）幾乎不增加人體射頻的能量吸收。

缺點(diǎn)在于：

（1）對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的要求較高，在低場(chǎng)掃描機(jī)上不能進(jìn)行；

（2）對(duì)磁場(chǎng)均勻度要求較高。

頻率選擇反轉(zhuǎn)脈沖脂肪抑制技術(shù)一般用于三維快速GRE序列。但如果在SITR技術(shù)中采用的180反轉(zhuǎn)脈沖是針對(duì)脂肪中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率，則該技術(shù)也可用于T2WI，這種技術(shù)可以增加STIR技術(shù)的脂肪組織抑制的特異性。

（四）Dixon技術(shù)

Dixon技術(shù)是一種水脂分離成像技術(shù)，通過(guò)對(duì)自旋回波序列TE的調(diào)整，獲得水脂相位一致（同相位）圖像和水脂相位相反（反相位）的圖像。通過(guò)兩組圖像信息相加或相減可得到水質(zhì)子圖像和脂肪質(zhì)子圖像。把同相位圖像加上反相位圖像后再除以2，即得到水質(zhì)子圖像；把同相位圖像減去反相位圖像后再除以2，將得到脂肪質(zhì)子圖像。Dixon技術(shù)目前在臨床上應(yīng)用相對(duì)較少。

（五）預(yù)飽和帶技術(shù)

嚴(yán)格地說(shuō)，添加預(yù)飽和帶并不能算是脂肪抑制技術(shù)，因?yàn)樵谔砑语柡蛶У膮^(qū)域接受預(yù)脈沖激發(fā)，使質(zhì)子達(dá)到飽和，該區(qū)域的任何質(zhì)子（包括脂肪和水）的信號(hào)都受到了抑制。腹部MRI的有些序列圖像上皮下脂肪造成的運(yùn)動(dòng)偽影較重，在腹壁上添加飽和帶能有效地抑制這種運(yùn)動(dòng)偽影。