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第三節(jié)  MRI化學位移成像技術

化學位移成像（chemical shift imaging）也稱同相位（in phase）/反相位（out of phase）成像。目前在臨床上，化學位移成像技術得到越來越廣泛的應用。

一、化學位移成像技術的原理

化學位移成像技術基于脂肪和水分子中質子的化學位移效應。由于分子結構的不同，脂肪中的質子周圍受電子云的屏蔽作用比水分子中的質子明顯，因此在同一場強下脂肪中質子所感受的磁場強度略低于水分子中的質子，其進動頻率也略低于后者，其差別約為3.5PPM，即147HZ / T。也就是說在某種場強下，這兩種質子的進動頻率差別是恒定的。

由于我們檢測到的MR信號實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子的橫向磁化分矢量的合成。由于質子的進動，其橫向磁化分矢量實際上是在以Z軸為圓心，在XY平面作圓周運動，猶如時鐘的指針。在某一場強下，水分子中和脂肪中的質子的進動頻率差別是恒定的，也猶如時鐘的分針和時針的運動頻率差別。我們就是時鐘為例介紹化學位移成像技術的原理。

在射頻脈沖激發(fā)后，由于脈沖的聚相位效應，水分子中和脂肪中質子處于同一相位，相當于時針和分針在12點鐘時完全重疊。射頻脈沖關閉后，這兩種質子將以自己的頻率進動，由于水分子的質子進動頻率略高于脂肪中的質子，兩者的相位將逐漸開始離散，到某個時刻，水分子中的質子的相位將超過脂肪中的質子半圈，即兩種質子的相位相差180，相當于時鐘到了6點鐘時針和分針相差180，這兩種質子的橫向磁化分矢量將相互抵消。如果組織中同時含有這兩種質子，那么此時采集到MR信號相當于這兩種組織信號相減的差值，我們把這種圖像稱為反相位（out of phase或opposed phase）圖像。過了這一時刻后，水分子的質子又將逐漸趕上脂肪中的質子，兩種之間的相位差又開始逐漸縮小，又經過相同的時間段，水分子中質子的進動將超過脂肪中質子一整圈，這兩種質子的相位又完全重疊，相當于時鐘到了24點時針和分針又一次重疊，這時兩種質子橫向磁化分矢量相互疊加，此時采集到的MR信號為這兩種組織疊加的信息，我們把這種圖像稱為同相位（in phase）圖像。過了同相位時刻，兩種質子的相位有開始逐漸離散，直至出現相位相差180（反相位）；反相位后又開始逐漸聚相位，直至又出現相位完全重聚（同相位）。因此實際上射頻脈沖激發(fā)后，反相位、同相位是周期性出現的。

圖48  化學位移成像技術示意圖  我們以時鐘的方式來演示，以分針（長細箭）表示進動較快的水分子中質子，以時針（短空箭）表示進動較慢的脂肪中質子。射頻脈沖激發(fā)時刻（t0），由于射頻脈沖的聚相位作用，兩種質子的相位一致（圖a），相當于12點整；射頻脈沖關閉后，由于水分子中質子進動較快，其相位將超前于脂肪中質子，到一定時刻（t/），其相位將超過后者半圈，即相差180（圖b），相當于6點整，這時由于相位相差180，這兩種質子的橫向磁化矢量相互抵消，如果此時采集回波得到的將是反相位圖像；過了此時刻后，水分子中質子的相位將超前脂肪中質子更多，經過與（t/ －t0）相同的時間段后，其相位將比脂肪中質子超前一整圈（360），實際上又重疊在一起（圖c），相當于24點整，兩種質子的橫向磁化矢量相互疊加，此時如果采集回波得到的將是同相位圖像。

二、化學位移成像技術的實現

目前臨床上化學位移成像技術多采用擾相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，關鍵在于如何選擇合適的TE。不同場強的掃描機獲得反相位的TE不同，獲得同相位的TE也不同。同相位TE＝1000 ms ÷〔147HZ/T×場強（T）〕，反相位TE＝同相位TE÷2。1.5 T掃描機同相位TE＝1000ms ÷〔147HZ/T×1.5 T〕≈ 4.5ms，反相位TE≈ 2.2 ms。表3所列為不同場強MRI儀同相位、反相位應該選擇的TE值。

表3  不同場強MRI儀化學位移成像的TE值

場強  回波時間（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值是根據公式計算的理論值，臨床應用中實際上只要所選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掃描機中TE選擇在1.8 ~ 2.7ms，都可獲得較理想的反相位圖像。
在實際應用中，化學位移成像最好能同時采集反相位和同相位圖像，以便比較。同相位圖像實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）技術可在同一次掃描中同時獲得反相位和同相位圖像，所獲圖像更具可比性。

三、化學位移成像技術的臨床應用

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

（一）反相位圖像的特點

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。

1. 水脂混合組織信號明顯衰減，其衰減程度一般超過頻率選擇飽和法脂肪抑制技術  假設某組織的信號的30%來自脂質，70%來自水分子。如果利用頻率選擇飽和法進行脂肪抑制，即便所有來自脂質的信號完全被抑制，那么還保留70%來自水分子的信號，即信號衰減幅度為30%。而在反相位圖像上，則不僅30%的脂質信號消失，同時70%來自水分子的信號中，也有30%被脂肪質子抵消，組織僅保留原來40％信號，信號衰減幅度達60%。

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

3. 勾邊效應  反相位圖像上，周圍富有脂肪組織的臟器邊緣會出現一條黑線，把臟器的輪廓勾畫出來。因為一般臟器的信號主要來自與水分子，而其周圍的脂肪組織的信號主要來自脂肪，所以在反相位圖像上，臟器和周圍脂肪織的信號都下降不明顯，但在兩者交界線上的各體素中同時夾雜有臟器（水分子）和脂肪，因此在反相位圖像上信號明顯降低，從而出現勾邊效應。

（二）化學位移成像技術的臨床應用

目前臨床上化學位移成像技術多用在腹部臟器中，主要用途有：

（1）腎上腺病變的鑒別診斷。因為腎上腺腺瘤中常含有脂質，在反相位圖像上信號強度常有明顯降低，利用化學位移成像技術判斷腎上腺結節(jié)是否為腺瘤的敏感性約為70％~80％，特異性高達90％~95％。

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

（3）判斷肝臟局灶病灶內是否存在脂肪變性。因為肝臟局灶病變中發(fā)生脂肪變性者多為肝細胞腺瘤或高分化肝細胞癌。

（4）其他。利用化學位移成像技術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。