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第三節(jié)  MRI化學(xué)位移成像技術(shù)

化學(xué)位移成像（chemical shift imaging）也稱(chēng)同相位（in phase）/反相位（out of phase）成像。目前在臨床上，化學(xué)位移成像技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

一、化學(xué)位移成像技術(shù)的原理

化學(xué)位移成像技術(shù)基于脂肪和水分子中質(zhì)子的化學(xué)位移效應(yīng)。由于分子結(jié)構(gòu)的不同，脂肪中的質(zhì)子周?chē)茈娮釉频钠帘巫饔帽人肿又械馁|(zhì)子明顯，因此在同一場(chǎng)強(qiáng)下脂肪中質(zhì)子所感受的磁場(chǎng)強(qiáng)度略低于水分子中的質(zhì)子，其進(jìn)動(dòng)頻率也略低于后者，其差別約為3.5PPM，即147HZ / T。也就是說(shuō)在某種場(chǎng)強(qiáng)下，這兩種質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率差別是恒定的。

由于我們檢測(cè)到的MR信號(hào)實(shí)際上是組織的宏觀橫向磁化矢量，而宏觀橫向磁化矢量是質(zhì)子的橫向磁化分矢量的合成。由于質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)，其橫向磁化分矢量實(shí)際上是在以Z軸為圓心，在XY平面作圓周運(yùn)動(dòng)，猶如時(shí)鐘的指針。在某一場(chǎng)強(qiáng)下，水分子中和脂肪中的質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率差別是恒定的，也猶如時(shí)鐘的分針和時(shí)針的運(yùn)動(dòng)頻率差別。我們就是時(shí)鐘為例介紹化學(xué)位移成像技術(shù)的原理。

在射頻脈沖激發(fā)后，由于脈沖的聚相位效應(yīng)，水分子中和脂肪中質(zhì)子處于同一相位，相當(dāng)于時(shí)針和分針在12點(diǎn)鐘時(shí)完全重疊。射頻脈沖關(guān)閉后，這兩種質(zhì)子將以自己的頻率進(jìn)動(dòng)，由于水分子的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率略高于脂肪中的質(zhì)子，兩者的相位將逐漸開(kāi)始離散，到某個(gè)時(shí)刻，水分子中的質(zhì)子的相位將超過(guò)脂肪中的質(zhì)子半圈，即兩種質(zhì)子的相位相差180，相當(dāng)于時(shí)鐘到了6點(diǎn)鐘時(shí)針和分針相差180，這兩種質(zhì)子的橫向磁化分矢量將相互抵消。如果組織中同時(shí)含有這兩種質(zhì)子，那么此時(shí)采集到MR信號(hào)相當(dāng)于這兩種組織信號(hào)相減的差值，我們把這種圖像稱(chēng)為反相位（out of phase或opposed phase）圖像。過(guò)了這一時(shí)刻后，水分子的質(zhì)子又將逐漸趕上脂肪中的質(zhì)子，兩種之間的相位差又開(kāi)始逐漸縮小，又經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間段，水分子中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)將超過(guò)脂肪中質(zhì)子一整圈，這兩種質(zhì)子的相位又完全重疊，相當(dāng)于時(shí)鐘到了24點(diǎn)時(shí)針和分針又一次重疊，這時(shí)兩種質(zhì)子橫向磁化分矢量相互疊加，此時(shí)采集到的MR信號(hào)為這兩種組織疊加的信息，我們把這種圖像稱(chēng)為同相位（in phase）圖像。過(guò)了同相位時(shí)刻，兩種質(zhì)子的相位有開(kāi)始逐漸離散，直至出現(xiàn)相位相差180（反相位）；反相位后又開(kāi)始逐漸聚相位，直至又出現(xiàn)相位完全重聚（同相位）。因此實(shí)際上射頻脈沖激發(fā)后，反相位、同相位是周期性出現(xiàn)的。

圖48  化學(xué)位移成像技術(shù)示意圖  我們以時(shí)鐘的方式來(lái)演示，以分針（長(zhǎng)細(xì)箭）表示進(jìn)動(dòng)較快的水分子中質(zhì)子，以時(shí)針（短空箭）表示進(jìn)動(dòng)較慢的脂肪中質(zhì)子。射頻脈沖激發(fā)時(shí)刻（t0），由于射頻脈沖的聚相位作用，兩種質(zhì)子的相位一致（圖a），相當(dāng)于12點(diǎn)整；射頻脈沖關(guān)閉后，由于水分子中質(zhì)子進(jìn)動(dòng)較快，其相位將超前于脂肪中質(zhì)子，到一定時(shí)刻（t/），其相位將超過(guò)后者半圈，即相差180（圖b），相當(dāng)于6點(diǎn)整，這時(shí)由于相位相差180，這兩種質(zhì)子的橫向磁化矢量相互抵消，如果此時(shí)采集回波得到的將是反相位圖像；過(guò)了此時(shí)刻后，水分子中質(zhì)子的相位將超前脂肪中質(zhì)子更多，經(jīng)過(guò)與（t/ －t0）相同的時(shí)間段后，其相位將比脂肪中質(zhì)子超前一整圈（360），實(shí)際上又重疊在一起（圖c），相當(dāng)于24點(diǎn)整，兩種質(zhì)子的橫向磁化矢量相互疊加，此時(shí)如果采集回波得到的將是同相位圖像。

二、化學(xué)位移成像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

目前臨床上化學(xué)位移成像技術(shù)多采用擾相GRE T1WI序列，利用該序列可很容易獲得反相位和同相位圖像。

擾相GRE T1WI序列需要選擇不同的TE可得到反相位或同相位圖像，關(guān)鍵在于如何選擇合適的TE。不同場(chǎng)強(qiáng)的掃描機(jī)獲得反相位的TE不同，獲得同相位的TE也不同。同相位TE＝1000 ms ÷〔147HZ/T×場(chǎng)強(qiáng)（T）〕，反相位TE＝同相位TE÷2。1.5 T掃描機(jī)同相位TE＝1000ms ÷〔147HZ/T×1.5 T〕≈ 4.5ms，反相位TE≈ 2.2 ms。表3所列為不同場(chǎng)強(qiáng)MRI儀同相位、反相位應(yīng)該選擇的TE值。

表3  不同場(chǎng)強(qiáng)MRI儀化學(xué)位移成像的TE值

場(chǎng)強(qiáng)  回波時(shí)間（ms）    

反相位 同相位 反相位 同相位 反相位 同相位    

3.0 T 1.1 2.3 3.4 4.5 5.7 6.8    

2.0 T 1.7 3.4 5.1 6.8 8.5 10.2    

1.5 T 2.3 4.5 6.8 9.1 11.3 13.6    

1.0 T 3.4 6.8 10.2 13.6 17.0 20.4    

0.5 T 6.8 13.6 20.4 27.2 34.0 40.8    

0.35 T 9.7 19.4 29.2 38.9 48.6 58.3    

0.2 T 17 34 51 68 85 102

上表所列的反相位、同相位的TE值是根據(jù)公式計(jì)算的理論值，臨床應(yīng)用中實(shí)際上只要所選TE值與表中所列TE值接近，即可獲得較好的成像效果。如在1.5 T掃描機(jī)中TE選擇在1.8 ~ 2.7ms，都可獲得較理想的反相位圖像。
在實(shí)際應(yīng)用中，化學(xué)位移成像最好能同時(shí)采集反相位和同相位圖像，以便比較。同相位圖像實(shí)際上就是普通的擾相GRE T1WI，反相位圖像與同相位圖像相比，可初步判斷組織或病灶內(nèi)是否含脂及其大概比例。目前在1.5T以上的新型MRI儀上利用擾相GRE T1WI序列，選用雙回波（dual echo）技術(shù)可在同一次掃描中同時(shí)獲得反相位和同相位圖像，所獲圖像更具可比性。

三、化學(xué)位移成像技術(shù)的臨床應(yīng)用

目前化學(xué)位移成像技術(shù)在臨床上得以較為廣泛的應(yīng)用，同相位圖像即普通的T1WI，在介紹化學(xué)位移成像的臨床應(yīng)用之前首先來(lái)了解一下反相位圖像的特點(diǎn)。

（一）反相位圖像的特點(diǎn)

與擾相GRE普通T1WI（同相位圖像）相比，反相位圖像具有以下主要特點(diǎn)。

1. 水脂混合組織信號(hào)明顯衰減，其衰減程度一般超過(guò)頻率選擇飽和法脂肪抑制技術(shù)  假設(shè)某組織的信號(hào)的30%來(lái)自脂質(zhì)，70%來(lái)自水分子。如果利用頻率選擇飽和法進(jìn)行脂肪抑制，即便所有來(lái)自脂質(zhì)的信號(hào)完全被抑制，那么還保留70%來(lái)自水分子的信號(hào)，即信號(hào)衰減幅度為30%。而在反相位圖像上，則不僅30%的脂質(zhì)信號(hào)消失，同時(shí)70%來(lái)自水分子的信號(hào)中，也有30%被脂肪質(zhì)子抵消，組織僅保留原來(lái)40％信號(hào)，信號(hào)衰減幅度達(dá)60%。

2. 純脂肪組織的信號(hào)沒(méi)有明顯衰減  在幾乎接近于純脂肪的組織如皮下脂肪、腸系膜、網(wǎng)膜等，其信號(hào)來(lái)源主要是脂肪，所含的水分子極少，在反相位圖像上，兩種質(zhì)子能夠相互抵消的橫向磁化矢量很少，因此組織的信號(hào)沒(méi)有明顯衰減。

3. 勾邊效應(yīng)  反相位圖像上，周?chē)挥兄窘M織的臟器邊緣會(huì)出現(xiàn)一條黑線，把臟器的輪廓勾畫(huà)出來(lái)。因?yàn)橐话闩K器的信號(hào)主要來(lái)自與水分子，而其周?chē)闹窘M織的信號(hào)主要來(lái)自脂肪，所以在反相位圖像上，臟器和周?chē)?span style="text-indent:2em;">織的信號(hào)都下降不明顯，但在兩者交界線上的各體素中同時(shí)夾雜有臟器（水分子）和脂肪，因此在反相位圖像上信號(hào)明顯降低，從而出現(xiàn)勾邊效應(yīng)。

（二）化學(xué)位移成像技術(shù)的臨床應(yīng)用

目前臨床上化學(xué)位移成像技術(shù)多用在腹部臟器中，主要用途有：

（1）腎上腺病變的鑒別診斷。因?yàn)槟I上腺腺瘤中常含有脂質(zhì)，在反相位圖像上信號(hào)強(qiáng)度常有明顯降低，利用化學(xué)位移成像技術(shù)判斷腎上腺結(jié)節(jié)是否為腺瘤的敏感性約為70％~80％，特異性高達(dá)90％~95％。

（2）脂肪肝的診斷與鑒別診斷。對(duì)于脂肪肝的診斷敏感性超過(guò)常規(guī)MRI和CT。

（3）判斷肝臟局灶病灶內(nèi)是否存在脂肪變性。因?yàn)楦闻K局灶病變中發(fā)生脂肪變性者多為肝細(xì)胞腺瘤或高分化肝細(xì)胞癌。

（4）其他。利用化學(xué)位移成像技術(shù)還有助于腎臟或肝臟血管平滑肌脂肪瘤的診斷和鑒別診斷。