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1、第六节 MRI血管成像 MRI血管成像（magnetic resonance angiography；MRA）具有无创伤性，其成像时间短，可在三维空间显影。MRA的成像方法主要有两种，一种方法是描述组织磁化矢量的大小，最典型的是时间飞越法；另一种方法是显示组织磁化矢量的相关方向或相位，最典型的是相位对比法。另外，随着快速成像技术的发展，对比剂增强血管成像技术的应用也不断扩大。 （一）基本原理时间飞越（TOF）法血管成像是最广泛采用的MRA方法，TOF技术使用伴有流动补偿的梯度回波序列，其TR值非常短，该方法的基础是“流动相关增强”机制。流动相关增强效应是指流动的自旋流进静态组织区域而产生比静态
2、组织高的MR信号。 （二）TOF血管成像的饱和效应如果血液在此容积内停留几个脉冲的一段时间，也会受到短TR脉冲的反复激发而被饱和导致丢失信号，所以TOF法要求血液以较高的速度进入扫描容积，并在短时间内穿过该容积，或者采用较薄的成像容积，以减少饱和。 血管饱和效应的大小决定于流速、TR和容积厚度，快速流动的血液饱和效应小，缓慢流动的血液饱和效应。另外，垂直于层面流动的血液饱和效应小。对于垂直于容积层面流动的血液，当满足v=D/TR时（v为血液流速，D为容积厚度），血管的MR信号最高。 （三）不同的TOF方法1.二维TOF MRA 二维TOF（2D-TOF）MRA是依次采集一组薄的单层二维层面，每
3、个TR周期只采集一个层面，一个层面全部采集完成之后，位置稍微移动，再采集另一个相邻层面。因为在TR之间血流只需要穿行一个层面的短距离，所以血流被饱和的程度较小，即使慢血流也能形成良好的信号对比。因此2D-TOF对慢血流也很敏感，2D-TOF主要用于慢血流的显示；另外，由于2D-TOF的饱和效应较小，故可以对大范围的血管成像，例如肢体血管的成像。2.三维TOF MRA 三维TOF（3D-TOF）同时采集一个容积，这种容积通常38cm厚。3D-TOF的最大优点是可以采集薄层，可薄于1mm，最终产生很高分辨力的血管影像。另外，3D-TOF对容积内任何方向的血流均敏感，所以对于迂曲多变的脑动脉的显示有
4、一定优势（图4-6）。但是对于慢血流，因其在成像容积内停留时间较长，反复接收多个脉冲的激励也会被饱和而丢失信号，所以3D-TOF不适于慢血流的显示，也因此不能对大范围血管成像，这是3D-TOF的主要缺陷。3D-TOF一般不用于静脉以及具有严重狭窄和流速较低的动脉。3D-TOF也可用预饱和带，以显示某一特定方向的血流。 用3D TOF方法获得的脑部动脉图像 3.多个层块的3D-TOF MRA 2D-TOF对较慢的血流敏感，血流-静止组织之间的对比较好；而3D-TOF可提供较高的分辨力和信噪比；结合这两种方法可采集多个重叠的3D层块（slab），这种方法称为多个重叠薄层块采 集 （ multipl
5、e overlapped thin slab acquisition；MOTSA）。MOTSA结合上述2种方法，连续采集多个重叠的薄的3D层块，因为这些层块很薄，所以当血液穿过它时几乎没有饱和。典型的MOTSA层块大约16mm48 mm厚，层块越薄，穿过层块的饱和越少，流动信号越强。MOTSA的优点是可在大的血管成像范围内提供高对比和高分辨力的图像。但MOTSA的成像时间较长，而且MOTSA有一个缺陷，就是层块的相接处有一个类似血管截断的伪影，即层块边缘伪影（SBA）。将层块重叠，可以减少这个伪影。 最近有厂家在MOTSA扫描的基础上，发明了滑动间隔ky采集（sliding interleav
6、ed ky，SLINKY）技术， SLINKY也使用多个薄层块3D采集，但其采集特点是沿层块方向（Z-轴）连续采集，在ky轴方向（层面内相位采集方向）以间隔方式采集数据，解决了MOTSA的层块边缘伪影（SBA）伪影和血管截断问题。在不同的TOF方法中，通过适当地选择TR、翻转角、TE及分辨矩阵等，可得到最佳的血管成像。 二、相位对比法MRA （一）基本原理除TOF MRA外，PC法MRA（简称PCA）技术是另一个有价值的评价血管疾病的方法。相位对比血管成像（PCA）是用磁化矢量的相位或相位差异作为信号强度以抑制背景信号、突出血管的信号。最常用的方法是用双极梯度对流动编码，即在梯度回波序列的层面
7、选择与读出梯度之间施加一个双极的编码梯度，该梯度由两部分组成，这两部分梯度脉冲的幅度和间期相同，而方向相反。 第一部分过程中，沿梯度方向场强不同，因而进动频率不同，最后造成相位不同。第二部分开始后，静止组织自旋反转过来进动，最终正相期获得的相位与负相期丢失的相位相等，静息组织相位最终为零；而流动组织的自旋还要运动一段距离到不同位置，所以第二部分结束时相位不回到零，流动的剩余相位与移动距离成正比，即与速度成正比。流动组织的相位偏移不仅与速度成正比，而且与梯度的幅值和间期成正比。通过改变梯度的幅值和间期，使某种速度的血流产生的相位差最大，则该速度的血流在图像上信号最高。采集前可根据所要观察的血流的
8、速度，选择一个速度编码值（Venc），即选定了梯度的幅值和间期，则在图像上能突出显示该速度的血流。快血流速Venc约为80cms，中等速度Venc约40cms，慢血流Venc约10cms。 另外，只有沿编码方向的自旋运动才会产生相位变化，如果血管垂直于编码方向，它在PCA上会看不到。操作者可选择编码梯度沿任意轴，例如层面选择方向、频率编码方向、相位编码方向或所有三个方向。当流动在每个方向都有时，采集需沿三轴加流动编码梯度，这样扫描时间是沿一个方向时的23倍。PCA的参数选择灵活性较大，使之比TOF成像方式更为复杂。 （二）常用的PCA方法1.3D-PC 3D-PC是最基本的PCA方法，其优点是
9、能用很小体素采集，结果减少体素内失相并提高对复杂流动和湍流的显示。另外，3D-PCA可在多个视角对血管进行投影。 用3D PC方法获得的脑部静脉图像 2.2D-PC 是对一个或多个单层面成像， 每次只激发一个层面。2D-PC成像时间短，但空间分辨力低，常用于3D-PC成像前的流速预测成像。3.电影（cine）PC 电影PC是以2D-PC为基础，其图像是在心动周期的不同时刻（时相）获得的，这种采集需要心电或脉博门控。电影PC在评价搏动血流和各种病理流动状态方面很有用。 三、对比增强MRA对比增强MRA（Contrast Enhanced MRA，CE-MRA）是近年发展起来的一种新的MRA方法，
10、其适用范围广，实用性强，尤其对生理运动区的胸部（包括心脏大血管、肺血管）血管、腹部血管以及搏动性强的四肢血管显示极佳。CE-MRA使用极短TR（5ms）与极短TE（2ms）的快速梯度回波序列，在如此短TR与TE的情况下，各种组织的纵向磁化都很小，其信号强度也很小。如果在血管内团注磁共振顺磁对比剂，血液的T1弛豫时间会极度缩短，血管T1弛豫时间远短于背景组织的T1弛豫时间，血液呈高信号，在血管与背景间形成强烈对比。 另外，根据对比剂到达各级血管的首过时间，可以设定最佳数据采集时间，有目的地选择动脉或静脉成像。用于这种动态CE-MRA的脉冲序列的扫描时间要求非常短，才能与各级血管的首过时间同步。扫
11、描时间一般为1020ms，对于胸、腹部应该行屏气扫描。血管信号强度会随着钆对比剂浓度的增加而提高，MR血管成像中一般采用0.10.3mmol/Kg的注射剂量。 四、MRI血管成像的图像后处理经过上述各个方法的血管图像采集之后，得到的只是层面内的血管节段影像，要想获得整个成像范围的血管影像，必须使用最大强度投影(MIP)重建技术。MIP是将三维空间的高强度信号投影于一个片面内，形成连续的血管立体影像。3D空间的数据投影可以沿着左右方向投影、前后方向投影、头尾方向投影，也可采用多角度旋转投影，即先选定某一轴，然后设定投影平面沿着该轴旋转某一角度，最后再行投影。经过连续多次视角投影产生的一系列图像，
12、还可用电影模式显示，以区别不同血管在空间的不同位置。 五、临床应用 (一)TOF法1.3D-TOF 主要用于:评估Willis环；评估颅内AVM，显示供血动脉和异常血管巢（团）；发现和评估颅内动脉瘤，对3mm的动脉瘤效果较好；可用于腹部血管检查。2.2D-TOF 主要用于:评估颈动脉及颈动脉分歧部的形态、有无狭窄、闭塞；评估椎-基底动脉形态、有无狭窄及闭塞；评估脑静脉解剖；也可用于评估主动脉弓、周围血管如盆腔和下肢静脉等。3.MOTSA和SLINKY 主要用于评估:全脑范围动脉；颈动脉及分歧部血管形态及闭塞性病变 (二)PC法1.2D-PCA 应用于:MRA的扫描定位像；显示颅内AVM和动脉瘤
13、，并通过不同的流速编码可显示颅内AVM、动脉瘤中的快速血流和慢速血流；进行血流方向和流速定量分析；可用于评估门静脉和肝静脉状态等。2.3D-PCA 应用于:评估颅内AVM、动脉瘤；显示颅内静脉畸形和静脉闭塞；全脑大容积血管成像；评估外伤后的颅内血管损伤；显示肾动脉。 3.电影（cine）PC 电影PC是以2D-PC为基础，其图像是在心动周期的不同时刻（时相）获得的，这种采集需要心电或脉博门控。电影PC在评价搏动血流和各种病理流动状态方面很有用。与TOF法相比，PCA有更好的背景抑制，具有较高的血管对比，能区分高信号组织（例如脂肪和增强的肿瘤组织）与真实血管，能提高小血管或慢血流的检测敏感度；而
14、TOF应用于快速流动血管最好，可用于观察血管与周围结构的关系 另外，PCA利用PCA的速度-相位固有关系获得血流的生理信息，有利于血流定量和方向研究。在高场强（1.0T1.5T）条件下，TOF和PC法均能较好地进行血管成像；而在低场强（0.5T）条件下，PCA对头部和体部均较好，而TOF只对大血管，例如Willis环、颈动脉等显示较好。使用钆剂注射、心电门控、脂肪饱和、磁化传递以及屏息等方法会提高TOF和PCA图像的质量。 三、对比增强MRA对比增强MRA（Contrast Enhanced MRA，CE-MRA）是近年发展起来的一种新的MRA方法，其适用范围广，实用性强，尤其对生理运动区的胸
15、部（包括心脏大血管、肺血管）血管、腹部血管以及搏动性强的四肢血管显示极佳。CE-MRA使用极短TR（5ms）与极短TE（2ms）的快速梯度回波序列，在如此短TR与TE的情况下，各种组织的纵向磁化都很小，其信号强度也很小。如果在血管内团注磁共振顺磁对比剂，血液的T1弛豫时间会极度缩短，血管T1弛豫时间远短于背景组织的T1弛豫时间，血液呈高信号，在血管与背景间形成强烈对比。 另外，根据对比剂到达各级血管的首过时间，可以设定最佳数据采集时间，有目的地选择动脉或静脉成像。用于这种动态CE-MRA的脉冲序列的扫描时间要求非常短，才能与各级血管的首过时间同步。扫描时间一般为1020ms，对于胸、腹部应该行
16、屏气扫描。血管信号强度会随着钆对比剂浓度的增加而提高，MR血管成像中一般采用0.10.3mmol/Kg的注射剂量。 四、MRI血管成像的图像后处理经过上述各个方法的血管图像采集之后，得到的只是层面内的血管节段影像，要想获得整个成像范围的血管影像，必须使用最大强度投影(MIP)重建技术。MIP是将三维空间的高强度信号投影于一个片面内，形成连续的血管立体影像。3D空间的数据投影可以沿着左右方向投影、前后方向投影、头尾方向投影，也可采用多角度旋转投影，即先选定某一轴，然后设定投影平面沿着该轴旋转某一角度，最后再行投影。经过连续多次视角投影产生的一系列图像，还可用电影模式显示，以区别不同血管在空间的不
17、同位置。 五、临床应用(一)TOF法1.3D-TOF 主要用于:评估Willis环；评估颅内AVM，显示供血动脉和异常血管巢（团）；发现和评估颅内动脉瘤，对3mm的动脉瘤效果较好；可用于腹部血管检查。2.2D-TOF 主要用于:评估颈动脉及颈动脉分歧部的形态、有无狭窄、闭塞；评估椎-基底动脉形态、有无狭窄及闭塞；评估脑静脉解剖；也可用于评估主动脉弓、周围血管如盆腔和下肢静脉等。3.MOTSA和SLINKY 主要用于评估:全脑范围动脉；颈动脉及分歧部血管形态及闭塞性病变 (二)PC法1.2D-PCA 应用于:MRA的扫描定位像；显示颅内AVM和动脉瘤，并通过不同的流速编码可显示颅内AVM、动脉瘤中的快速血流和慢速血流；进行血流方向和流速定量分析；可用于评估门静脉和肝静脉状态等。2.3D-PCA 应用于:评估颅内AVM、动脉瘤；显示颅内静脉畸形和静脉闭塞；全脑大容积血管成像；评估外伤后的颅内血管损伤；显示肾动脉。 结 束
