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第五節(jié)  MR血管成像技術(shù)

MR血管成像（MR angiography，MRA）已經(jīng)成為MRI檢查的常規(guī)技術(shù)之一，與DSA相比具有無創(chuàng)、簡便、費用低、一般無需對比劑等優(yōu)點。目前臨床常用的血管成像方法包括時間飛躍（time of fly，TOF）法、相位對比（phase contrast，PC）法和對比增強MRA（contrast enhancement MRA，CE-MRA）等三種，其中前二種方法不用對比劑而借助于血液流動特性來制造對比。

一、TOF法MRA

TOF法是目前臨床最常用的MRA技術(shù)，該技術(shù)基于血流的流入增強效應(yīng)（詳見第一章第十一節(jié)）。臨床上可采用二維或三維技術(shù)進(jìn)行采集，下面以1.5 T掃描機為例介紹這兩種技術(shù)的常用參數(shù)和應(yīng)用。

（一）二維 TOF MRA

二維TOF MRA是指利用TOF技術(shù)進(jìn)行連續(xù)的薄層采集（層厚一般為2~3 mm），然后對原始圖像進(jìn)行后處理重建。二維TOF MRA一般采用擾相GRE T1WI序列，在1.5 T的掃描機中，TR一般為20~30ms，選擇最短的TE以減少流動失相位，選擇角度較大的射頻脈沖（一般為60°左右）以增加背景組織的飽和，矩陣一般為256×160 ~ 256×192。

二維TOF MRA具有以下優(yōu)點：

（1）由于采用較短的TR和較大的反轉(zhuǎn)角，因此背景組織信號抑制較好；

（2）由于是單層采集，層面內(nèi)血流的飽和現(xiàn)象較輕，有利于靜脈慢血流的顯示；

（3）掃描速度較快，單層圖像TA一般為3~5s。

該方法也存在一定的缺點：

（1）由于空間分辨力相對較低，體素較大，流動失相位較明顯，特別是受湍流的影響較大，容易出現(xiàn)相應(yīng)的假象；

（2）后處理重建的效果不如三維成像。

（二）三維TOF MRA

與二維TOF MRA不同，三維TOF MRA不是針對單個層面進(jìn)行射頻激發(fā)和信號采集，而是針對整個容積進(jìn)行激發(fā)和采集。三維TOF MRA一般也采用擾相GRE序列，在1.5 T的掃描機中，TR一般為25~35ms，TE一般選擇為6.9ms（相當(dāng)于反相位圖像，以盡量減少脂肪的信號），激發(fā)角度一般為25~35°。與二維TOF MRA相比，三維TOF MRA具有以下優(yōu)點：

（1）空間分別更高，特別是層面方向，由于采用三維采集技術(shù)，原始圖像的層厚可以小于1mm；

（2）由于體素較小，流動失相位相對較輕，受湍流的影響相對較??；

（3）后處理重建的圖像質(zhì)量較好。缺點包括：（1）容積內(nèi)血流的飽和較為明顯，不利于慢血流的顯示；（2）為了減少血流的飽和而減小的激發(fā)角度，背景組織的抑制效果相對較差；（3）掃描時間相對較長。

三維TOF MRA的血流飽和現(xiàn)象不容忽視，飽和現(xiàn)象主要有兩個方面的影響：（1）慢血流信號明顯減弱；（2）容積內(nèi)血流遠(yuǎn)側(cè)的信號明顯減弱。

為減少血流飽和，可采用以下策略：

（1）縮小激發(fā)角度，但這勢必造成背景組織抑制不佳。

（2）容積采集時線性變化激發(fā)角度，在采集容積的血流進(jìn)入側(cè)信號時采用較小的角度，以減少飽和，隨著采集往容積的血流流出側(cè)移動，激發(fā)角度逐漸增大，以增強血流遠(yuǎn)側(cè)的信號。這種方法可以均衡血流近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)的信號，但將造成背景組織抑制的不一致。

（3）多層塊采集。如果把成像容積分成數(shù)個層塊，每個層塊厚度減薄，層塊內(nèi)飽和效應(yīng)減輕。

（4）逆血流采集，容積采集時先采集血流遠(yuǎn)側(cè)的信號，然后向血流的近端逐漸采集，可有效減少血流的飽和。

在三維TOF MRA采集時，為了更好抑制背景組織的信號，還可采用磁化轉(zhuǎn)移（magnatic transfer，MT）技術(shù)（詳見本章第九節(jié)），但施加MT技術(shù)后，TR必需延長，因此采集時間增加。

（三）TOF MRA的臨床應(yīng)用

TOF MRA目前在臨床上的應(yīng)用最為廣泛，主要用于腦部血管、頸部血管、下肢血管等病變的檢查。對于腦部動脈的檢查多采用三維TOF MRA技術(shù)，頸部動脈的檢查可采用二維或三維技術(shù)，下肢病變多采用二維技術(shù)，上述部位靜脈病變的檢查多采用二維技術(shù)。由于二維技術(shù)掃描速度較快，腹部血管特別是靜脈病變的檢查可采用多次屏氣分段采集的方法來采集。

采用TOF技術(shù)采集的MRA可同時顯示動脈和靜脈，但有時會造成重建圖像上動靜脈血管相互重疊，不利于觀察。我們可采用預(yù)飽和帶技術(shù)選擇性顯示動脈或靜脈。在一般的解剖部位，動脈和靜脈的血流方向往往是相反的，我們在成像區(qū)域或?qū)用婺逞苎鞣较虻纳嫌问┘右粋€預(yù)飽和帶，則當(dāng)MRA射頻脈沖激發(fā)時流入成像區(qū)域或?qū)用娴难阂呀?jīng)飽和而不再產(chǎn)生信號。以頸部血管為例，頸動脈的血流從下往上流動，而靜脈的血流從上往下流動，如果我們在成像區(qū)域的下方施加預(yù)飽和帶，則動脈血流被飽和，顯示的是靜脈；如果在成像區(qū)域的上方施加預(yù)飽和帶，則靜脈血流被飽和，顯示的是動脈。

分析TOF MRA圖像時，還有幾點需要注意：

（1）如果MRA顯示某段血管腔光滑整齊，沒有狹窄，那么基本上可以認(rèn)為該段血管沒有狹窄。

（2）可能出現(xiàn)血管狹窄的假象，由于湍流等原因造成的失相位可能引起血管某處血流信號丟失，從而出現(xiàn)血管狹窄的假象，常見的部位為血管轉(zhuǎn)彎處和血管分叉處，前者如頸內(nèi)動脈虹吸，后者如頸內(nèi)外動脈分叉處。

（3）血管狹窄的程度常被夸大。血管狹窄處容易造成湍流，造成血流信號丟失，從而夸大狹窄程度。

（4）動脈瘤可能被遺漏。動脈瘤腔內(nèi)一般都有湍流，造成信號丟失，信號丟失嚴(yán)重者在重建的MRA圖像上整個瘤腔可都不顯示，從而造成漏診。

二、PC法MRA
PC法MRA基于沿梯度場流動的血液中質(zhì)子發(fā)生的相位變化。PC法MRA一般需要3個基本步驟，即：成像信息的采集、減影和圖像的顯示。其中成像信息的采集包括參照物、前后方向施加流速編碼后、左右方向施加流速編碼后及上下方向施加流速編碼后等四組。

（一）PC法MRA的原理

PC法MRA需要施加稱為流速編碼（velocity encoding，VENC）梯度的雙極梯度場。先給予成像層面或容積一個射頻脈沖，這時靜止組織和流動的血液都將產(chǎn)生橫向磁化矢量。這時先施加一個正向梯度場，這樣無論是靜止質(zhì)子還是流動質(zhì)子，場強高的一側(cè)者進(jìn)動頻率增高，而在場強低的一側(cè)者則進(jìn)動頻率減低，因此出現(xiàn)相位的差別。關(guān)閉正向梯度場后又施加一個反向梯度場，其強度和持續(xù)時間與正向梯度場相同，這樣靜止質(zhì)子的進(jìn)動頻率又發(fā)生了相反的變化，原來正向梯度場造成的相位差別得以消除，因此靜止質(zhì)子就不存在相位差別。而流動質(zhì)子由于在兩次施加梯度場時位置發(fā)生了改變，因此不可能經(jīng)歷兩次強度和持續(xù)時間相同但方向相反的梯度場，因此相位的差別得以保留。在施加梯度場期間，流動質(zhì)子發(fā)生的相位編碼與其流速有關(guān)，流動越快則相位變化越明顯。反之通過對流速編碼梯度場的調(diào)整來觀察流動質(zhì)子的相位變化則可能檢測出流動質(zhì)子的流速。

PC法能夠反映最大的相位變化是180°，如果超過180°將被誤認(rèn)為是相位的反向變化，從而造成反向血流的假象。因此PC法成像的關(guān)鍵在于如果選擇編碼流速。如某血管內(nèi)血液流速為50cm/s，如果選擇的流速編碼也為50cm/s，則其流動質(zhì)子的相位變化正好180°，得到的信號最強，如果選擇的流速編碼為40cm/s，則流動質(zhì)子的相位變化超過180°，血流將被誤認(rèn)為是反向而呈現(xiàn)低信號。

在獲得參照物成像信息和三個方向的流速編碼成像信息后，通過減影去除背景靜止組織，僅留下血流造成的相位變化信息，通過重建即可獲得PC MRA圖像。

（二）PC法MRA的特點
PC法MRA是以流速為編碼，以相位變化作為圖像對比的特殊成像技術(shù)，具有以下特點：

（1）圖像可分為速度圖像和流動圖像。

（2）速度圖像的信號強度僅與流速有關(guān)，不具有血流方向信息，血流越快，信號越高。

（3）流動圖像也稱相位圖像，血流的信號強度不僅與流速有關(guān)，同時還具有血流方向信息，正向血流表現(xiàn)為高信號，流速越大信號越強；反向血流表現(xiàn)為低信號，流速越大信號越低；靜止組織的表現(xiàn)為中等信號。

（4）采用減影技術(shù)后，背景靜止組織由于沒有相位變化，其信號幾乎完全剔除。

（5）由于血流的相位變化只能反映在流速編碼梯度場方向上，為了反映血管內(nèi)血流的真實情況，需要在前后、左右、上下方向施加流速編碼梯度場。

常規(guī)的PC MRA為速度圖像，可以顯示血流信號，從而顯示血管結(jié)構(gòu)。流動圖像主要用作血流方向、流速和流量的定量分析。

與TOF法MRA相比，PC法MRA的優(yōu)點在于：

（1）背景組織抑制好，有助于小血管的顯示；

（2）有利于慢血流的顯示，適用于靜脈的檢查；

（3）有利于血管狹窄和動脈瘤的顯示；

（4）可進(jìn)行血流的定量分析。

PC法MRA也存在一些缺點：

（1）成像時間比相應(yīng)TOF MRA長。

（2）圖像處理相對比較復(fù)雜。

（3）需要事先確定編碼流速，編碼流速過小容易出現(xiàn)反向血流的假象；編碼流速過大，則血流的相位變化太小，信號明顯減弱。

（三）PC法MRA的臨床應(yīng)用
與TOF法MRA相比，PC法MRA在臨床上的應(yīng)用相對較少。

臨床上PC法MRA主要用于：

（1）腦動脈瘤的顯示；

（2）心臟血流分析；

（3）靜脈病變的檢查；

（4）門靜脈血流分析；

（5）腎動脈病變的檢查。

在臨床應(yīng)用中，應(yīng)該注意TOF MRA與PC MRA各自的優(yōu)缺點，兩種聯(lián)合應(yīng)用可取長補短，獲得更多的有用信息。

三、CE-MRA

CE-MRA自上世紀(jì)九十年代中期推出后，得到大家的公認(rèn)，在臨床上的應(yīng)用也日益廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)成為臨床不可缺少的MRA技術(shù)。

（一）CE-MRA的原理和序列
CE-MRA的原理其實比較簡單，就是利用對比劑使血液的T1值明顯縮短，短于人體內(nèi)其他組織，然后利用超快速且權(quán)重很重的T1WI序列來記錄這種T1弛豫差別。

在人體組織中脂肪的T1值最短。在1.5 T掃描機上，脂肪組織的T1值約為250ms，血管中血液的T1值約為1200ms。利用團(tuán)注對比劑（常用Gd-DTPA）的方法可使血液的T1值縮短到100ms左右，明顯短于脂肪組織。

團(tuán)注Gd-DTPA后，血液的T1值變化有以下特點：

（1）持續(xù)時間比較短暫，因此需要利用超快速序列進(jìn)行采集；

（2）對比劑流經(jīng)不同的血管可造成相應(yīng)血管內(nèi)血液的T1值發(fā)生變化，因此多期掃描可顯示不同的血管；

（3）因為血液的T1值縮短明顯，因此需要權(quán)重很重的T1WI序列進(jìn)行采集方能獲得最佳對比。

目前用于CE-MRA的序列多為三維擾相GRE T1WI序列，在1.5 T的掃描機上，TR常為3~6ms，TE為1~2ms，激發(fā)角度常為25~60°，根據(jù)所選用的TR、矩陣、層數(shù)等參數(shù)的不同，TA常為15 ~ 60s。

該序列采用很短TR和相對較大的激發(fā)角，因此T1權(quán)重很重，血液由于注射對比劑后T1值很短，可產(chǎn)生較高的信號，其他組織的信號因飽和效應(yīng)將明顯衰減，因此制造出血液與其他組織的良好對比。

該序列還采用很短的TE，這有兩個方面的好處：（1）注射對比劑后，血液中濃度較高的對比劑不僅有短T1效應(yīng)，同時也有縮短T2*的作用，而TE的縮短有助于減少T2*效應(yīng)對圖像的影響。（2）TE縮短，流動相關(guān)的失相位可明顯減輕。

因此實際上利用三維超快速擾相GRE T1WI序列進(jìn)行CE-MRA，流動對成像的貢獻(xiàn)很小，血液與其他組織的對比是由對比劑制造出來的。

（二）CE-MRA的技術(shù)要點

CE-MRA的原理雖然簡單，但實際操作時需要掌握幾個技術(shù)關(guān)鍵。

1. 對比劑的應(yīng)用  對比劑的應(yīng)用是CE-MRA的技術(shù)關(guān)鍵之一。CE-MRA通常采用的對比劑為細(xì)胞外液非特異性離子型對比劑Gd-DTPA。根據(jù)不同的檢查的部位、范圍和目的的不同，對比劑的入路、用量和注射流率應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。
對比劑入路：一般的CE-MRA多采用肘前區(qū)淺靜脈或手背部淺靜脈作為入路。在進(jìn)行下肢靜脈、髂靜脈或下腔靜脈檢查時也可采用足背部淺靜脈為入路，而且對比劑常需要進(jìn)行稀釋。

對比劑用量和注射流率：

（1）單部位的動脈成像如腎動脈CE-MRA等，采用單倍劑量（0.1 mmol/kg）或1.5倍劑量即可，注射流率一般為每秒1.5 ~ 3ml。

（2）多部位的動脈成像如一次完成腹主動脈、髂動脈和下肢動脈的檢查，由于完成整個檢查所需時間相對較長，則通常需要2~3倍劑量，注射流率為1.5~2ml/s。

（3）進(jìn)行如腎靜脈、頸靜脈、門靜脈等血管檢查時，則需要2~3倍劑量，注射流率提高到3~5ml/s效果較好。
對比劑的注射可采用MR專用高壓注射器。由于Gd-DTPA的黏度較低，利用人工推注的方法也能達(dá)到很好的效果。

2. 成像參數(shù)的調(diào)整 成像參數(shù)的調(diào)整對于保證CE-MRA的質(zhì)量至關(guān)重要。有關(guān)CE-MRA的成像參數(shù)主要有TR、TE、激發(fā)角度、容積厚度和層數(shù)、矩陣、FOV等。TE應(yīng)該選擇最小值。TR和激發(fā)角度將決定T1權(quán)重，如在1.5 T掃描機上，如TR為5ms左右，則激發(fā)角度一般為30°~50°較為合適，如果TR延長則激發(fā)角度應(yīng)該適當(dāng)加大以保證一定的T1權(quán)重。掃描容積厚度和FOV決定采集的范圍，在保證含蓋目標(biāo)血管的前提下，容積厚度越小越好，減少容積厚度可縮短TA或可在保持TA不變的前提下縮小層厚而提高空間分辨力。TR、矩陣和層數(shù)將決定TA的長短，在體部CE-MRA時需要通過調(diào)整這些參數(shù)來縮短TA以便屏氣掃描，而在頸部或下肢等沒有呼吸運動的部位則允許適當(dāng)延長TA，從而提高空間分辨力。

3. 掃描時機的掌握  掃描時機的掌握是CE-MRA成敗的關(guān)鍵。掃描序列啟動的過早或過晚都會嚴(yán)重影響CE-MRA的質(zhì)量，甚至導(dǎo)致檢查的失敗。在第一章第八節(jié)K空間的概念中我們提到?jīng)Q定圖像對比的是填充K空間中心區(qū)域的MR信號。掃描序列何時啟動的原則是“在目標(biāo)血管中對比劑濃度最高的時刻采集填充K空間中心區(qū)域的MR信號”。
決定掃描時刻前需要了解的關(guān)鍵參數(shù)有：

（1）循環(huán)時間，即對比劑開始注射到目標(biāo)血管內(nèi)對比劑濃度達(dá)到峰值所需的時間。

（2）掃描序列的采集時間（TA）；

（3）掃描序列的K空間填充方式，這里主要是指K空間是循序?qū)ΨQ填充還是K空間中心優(yōu)先采集。如果K空間是循序填充，則K空間中心區(qū)域的MR信號采集是在序列開始后TA的一半時間，即如果序列的TA為20s，則K空間最中心的MR信號的采集是在序列啟動后10s。K空間中心優(yōu)先采集是指序列啟動后先采集填充K空間中心區(qū)域的MR信號。

綜合考慮上述三個參數(shù)，掃描時刻的決定目前主要有三種方法。

（1）循環(huán)時間計算法。循環(huán)時間常通過經(jīng)驗估計或試射對比劑的方法獲得。經(jīng)驗估計主要是依據(jù)以往的經(jīng)驗，并結(jié)合受檢病人的年齡、心率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。如一般成人從肘靜脈注射，對比劑到達(dá)腹主動脈約需12~25秒，平均約18秒左右。試射對比劑則從靜脈推注小劑量（一般為2ml），同時啟動二維快速梯度回波序列對目標(biāo)血管進(jìn)行單層連續(xù)掃描，觀察目標(biāo)血管的信號變化，從而獲得循環(huán)時間。獲得循環(huán)時間后，從開始注射對比劑到啟動掃描序列的延時時間（TD）可以按下列公式進(jìn)行計算：A. 如果是K空間循序?qū)ΨQ填充，TD = 循環(huán)時間－1/4 TA。B. 如果是K空間中心優(yōu)先采集，則TD = 循環(huán)時間。

（2）透視觸發(fā)技術(shù)。該技術(shù)無需考慮循環(huán)時間，但必需采用K空間中心優(yōu)先采集技術(shù)。該方法是開始注射對比劑后，同時啟動超快速二維梯度回波序列，對目前血管進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)對比劑已經(jīng)進(jìn)入目標(biāo)血管時，立刻切換到CE-MRA序列并啟動掃描。從二維監(jiān)控序列切換到三維CE-MRA序列并啟動一般僅需要1秒鐘。

（3）自動觸發(fā)技術(shù)。在目標(biāo)血管處設(shè)置一個感興趣區(qū)，并事先設(shè)置信號強度閾值，啟動超快速二維梯度回波序列動態(tài)探測感興趣區(qū)的信號強度變化，當(dāng)信號強度達(dá)到閾值時，MR掃描機將自動切換到CE-MRA序列并開始掃描。

4. 后處理技術(shù)  利用三維CE-MRA序列采集到原始圖像，需要進(jìn)行后處理重建，常用的主要是最大強度投影（MIP）和多平面重建（MPR），也可采用VR、SSD、仿真內(nèi)窺鏡的技術(shù)進(jìn)行圖像重建，其中MIP和MPR更為常用。

5. 抑制脂肪組織的信號  盡管注射對比劑后血液的T1值明顯縮短，而且利用權(quán)重很重的T1WI序列進(jìn)行采集，其他一般組織的信號得以有效抑制，但脂肪組織由于其T1值也很短，因此利用該序列并不能很好抑制脂肪組織的信號，脂肪信號的存在將降低重建圖像的質(zhì)量。因此抑制或消除脂肪組織的信號對于提高CE-MRA的質(zhì)量非常重要。

CE-MRA抑制脂肪組織信號的方法主要有：

（1）采用頻率選擇反轉(zhuǎn)脈沖脂肪抑制技術(shù)，該技術(shù)能較好抑制成像容積內(nèi)的脂肪組織的信號，而且不明顯增加采集時間；

（2）采用減影技術(shù)。在注射對比劑前先利用CE-MRA序列先掃描一次，獲得減影的蒙片，注射對比劑后再掃描一次。由于兩次掃描參數(shù)完全相同，把注射對比劑后的圖像減去注射對比劑前的圖像，背景組織包括脂肪組織的信號可基本去除，留下的主要是增強后目標(biāo)血管中血液的信號。

（三）CE-MRA的優(yōu)缺點

CE-MRA主要利用對比劑實現(xiàn)血管的顯示，與利用血液流動成像的其他MRA技術(shù)相比，

CE-MRA具有以下優(yōu)點：

（1）對于血管腔的顯示，CE-MRA比其他MRA技術(shù)更為可靠。

（2）出現(xiàn)血管狹窄的假象明顯減少，血管狹窄的程度反映比較真實；

（3）一次注射對比可完成多部位動脈和靜脈的顯示；

（4）動脈瘤不易遺漏；

（5）成像速度快。

缺點在于：

（1）需要注射對比劑；

（2）不能提供血液流動的信息。

（四）CE-MRA的臨床應(yīng)用

隨著技術(shù)的改進(jìn)，CE-MRA技術(shù)在臨床上的應(yīng)用日益廣泛，現(xiàn)在新型的低場強MRI儀也能完成CE-MRA檢查。與DSA相比，CE-MRA具有無創(chuàng)、對比劑更為安全、對比劑用量少、價格便宜等優(yōu)點。因此在臨床上對于大中血管病變的檢查，CE-MRA幾乎可以取代DSA。目前CE-MRA的臨床應(yīng)用主要有以下幾個方面。

1. 腦部或頸部血管  可作常規(guī)MRA的補充，以增加可信度。主要用于頸部和腦部動脈狹窄或閉塞、動脈瘤、血管畸形等病變的檢查

2. 肺動脈  主要包括肺動脈栓塞和肺動靜脈瘺等。對于肺動脈栓塞，CE-MRA可很好顯示亞段以上血管的栓塞。對于動靜脈瘺，CE-MRA可顯示供血動脈和引流靜脈。

3. 主動脈  主要用于主動脈瘤、主動脈夾層、主動脈畸形等病變檢查。

4. 腎動脈  主要用于腎動脈狹窄的檢查。

5. 腸系膜血管和門靜脈  主要用于腸系膜血管的狹窄或血栓、門靜脈高壓及其側(cè)支循環(huán)的檢查。

6. 四肢血管  主要用于肢體血管的狹窄、動脈瘤、血栓性脈管炎及血管畸形等病變的檢查。