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第五节  MR血管成像技术

MR血管成像（MR angiography，MRA）已经成为MRI检查的常规技术之一，与DSA相比具有无创、简便、费用低、一般无需对比剂等优点。目前临床常用的血管成像方法包括时间飞跃（time of fly，TOF）法、相位对比（phase contrast，PC）法和对比增强MRA（contrast enhancement MRA，CE-MRA）等三种，其中前二种方法不用对比剂而借助于血液流动特性来制造对比。

一、TOF法MRA

TOF法是目前临床最常用的MRA技术，该技术基于血流的流入增强效应（详见第一章第十一节）。临床上可采用二维或三维技术进行采集，下面以1.5 T扫描机为例介绍这两种技术的常用参数和应用。

（一）二维 TOF MRA

二维TOF MRA是指利用TOF技术进行连续的薄层采集（层厚一般为2~3 mm），然后对原始图像进行后处理重建。二维TOF MRA一般采用扰相GRE T1WI序列，在1.5 T的扫描机中，TR一般为20~30ms，选择最短的TE以减少流动失相位，选择角度较大的射频脉冲（一般为60°左右）以增加背景组织的饱和，矩阵一般为256×160 ~ 256×192。

二维TOF MRA具有以下优点：

（1）由于采用较短的TR和较大的反转角，因此背景组织信号抑制较好；

（2）由于是单层采集，层面内血流的饱和现象较轻，有利于静脉慢血流的显示；

（3）扫描速度较快，单层图像TA一般为3~5s。

该方法也存在一定的缺点：

（1）由于空间分辨力相对较低，体素较大，流动失相位较明显，特别是受湍流的影响较大，容易出现相应的假象；

（2）后处理重建的效果不如三维成像。

（二）三维TOF MRA

与二维TOF MRA不同，三维TOF MRA不是针对单个层面进行射频激发和信号采集，而是针对整个容积进行激发和采集。三维TOF MRA一般也采用扰相GRE序列，在1.5 T的扫描机中，TR一般为25~35ms，TE一般选择为6.9ms（相当于反相位图像，以尽量减少脂肪的信号），激发角度一般为25~35°。与二维TOF MRA相比，三维TOF MRA具有以下优点：

（1）空间分别更高，特别是层面方向，由于采用三维采集技术，原始图像的层厚可以小于1mm；

（2）由于体素较小，流动失相位相对较轻，受湍流的影响相对较小；

（3）后处理重建的图像质量较好。缺点包括：（1）容积内血流的饱和较为明显，不利于慢血流的显示；（2）为了减少血流的饱和而减小的激发角度，背景组织的抑制效果相对较差；（3）扫描时间相对较长。

三维TOF MRA的血流饱和现象不容忽视，饱和现象主要有两个方面的影响：（1）慢血流信号明显减弱；（2）容积内血流远侧的信号明显减弱。

为减少血流饱和，可采用以下策略：

（1）缩小激发角度，但这势必造成背景组织抑制不佳。

（2）容积采集时线性变化激发角度，在采集容积的血流进入侧信号时采用较小的角度，以减少饱和，随着采集往容积的血流流出侧移动，激发角度逐渐增大，以增强血流远侧的信号。这种方法可以均衡血流近侧和远侧的信号，但将造成背景组织抑制的不一致。

（3）多层块采集。如果把成像容积分成数个层块，每个层块厚度减薄，层块内饱和效应减轻。

（4）逆血流采集，容积采集时先采集血流远侧的信号，然后向血流的近端逐渐采集，可有效减少血流的饱和。

在三维TOF MRA采集时，为了更好抑制背景组织的信号，还可采用磁化转移（magnatic transfer，MT）技术（详见本章第九节），但施加MT技术后，TR必需延长，因此采集时间增加。

（三）TOF MRA的临床应用

TOF MRA目前在临床上的应用最为广泛，主要用于脑部血管、颈部血管、下肢血管等病变的检查。对于脑部动脉的检查多采用三维TOF MRA技术，颈部动脉的检查可采用二维或三维技术，下肢病变多采用二维技术，上述部位静脉病变的检查多采用二维技术。由于二维技术扫描速度较快，腹部血管特别是静脉病变的检查可采用多次屏气分段采集的方法来采集。

采用TOF技术采集的MRA可同时显示动脉和静脉，但有时会造成重建图像上动静脉血管相互重叠，不利于观察。我们可采用预饱和带技术选择性显示动脉或静脉。在一般的解剖部位，动脉和静脉的血流方向往往是相反的，我们在成像区域或层面某血管血流方向的上游施加一个预饱和带，则当MRA射频脉冲激发时流入成像区域或层面的血液已经饱和而不再产生信号。以颈部血管为例，颈动脉的血流从下往上流动，而静脉的血流从上往下流动，如果我们在成像区域的下方施加预饱和带，则动脉血流被饱和，显示的是静脉；如果在成像区域的上方施加预饱和带，则静脉血流被饱和，显示的是动脉。

分析TOF MRA图像时，还有几点需要注意：

（1）如果MRA显示某段血管腔光滑整齐，没有狭窄，那么基本上可以认为该段血管没有狭窄。

（2）可能出现血管狭窄的假象，由于湍流等原因造成的失相位可能引起血管某处血流信号丢失，从而出现血管狭窄的假象，常见的部位为血管转弯处和血管分叉处，前者如颈内动脉虹吸，后者如颈内外动脉分叉处。

（3）血管狭窄的程度常被夸大。血管狭窄处容易造成湍流，造成血流信号丢失，从而夸大狭窄程度。

（4）动脉瘤可能被遗漏。动脉瘤腔内一般都有湍流，造成信号丢失，信号丢失严重者在重建的MRA图像上整个瘤腔可都不显示，从而造成漏诊。

二、PC法MRA
PC法MRA基于沿梯度场流动的血液中质子发生的相位变化。PC法MRA一般需要3个基本步骤，即：成像信息的采集、减影和图像的显示。其中成像信息的采集包括参照物、前后方向施加流速编码后、左右方向施加流速编码后及上下方向施加流速编码后等四组。

（一）PC法MRA的原理

PC法MRA需要施加称为流速编码（velocity encoding，VENC）梯度的双极梯度场。先给予成像层面或容积一个射频脉冲，这时静止组织和流动的血液都将产生横向磁化矢量。这时先施加一个正向梯度场，这样无论是静止质子还是流动质子，场强高的一侧者进动频率增高，而在场强低的一侧者则进动频率减低，因此出现相位的差别。关闭正向梯度场后又施加一个反向梯度场，其强度和持续时间与正向梯度场相同，这样静止质子的进动频率又发生了相反的变化，原来正向梯度场造成的相位差别得以消除，因此静止质子就不存在相位差别。而流动质子由于在两次施加梯度场时位置发生了改变，因此不可能经历两次强度和持续时间相同但方向相反的梯度场，因此相位的差别得以保留。在施加梯度场期间，流动质子发生的相位编码与其流速有关，流动越快则相位变化越明显。反之通过对流速编码梯度场的调整来观察流动质子的相位变化则可能检测出流动质子的流速。

PC法能够反映最大的相位变化是180°，如果超过180°将被误认为是相位的反向变化，从而造成反向血流的假象。因此PC法成像的关键在于如果选择编码流速。如某血管内血液流速为50cm/s，如果选择的流速编码也为50cm/s，则其流动质子的相位变化正好180°，得到的信号最强，如果选择的流速编码为40cm/s，则流动质子的相位变化超过180°，血流将被误认为是反向而呈现低信号。

在获得参照物成像信息和三个方向的流速编码成像信息后，通过减影去除背景静止组织，仅留下血流造成的相位变化信息，通过重建即可获得PC MRA图像。

（二）PC法MRA的特点
PC法MRA是以流速为编码，以相位变化作为图像对比的特殊成像技术，具有以下特点：

（1）图像可分为速度图像和流动图像。

（2）速度图像的信号强度仅与流速有关，不具有血流方向信息，血流越快，信号越高。

（3）流动图像也称相位图像，血流的信号强度不仅与流速有关，同时还具有血流方向信息，正向血流表现为高信号，流速越大信号越强；反向血流表现为低信号，流速越大信号越低；静止组织的表现为中等信号。

（4）采用减影技术后，背景静止组织由于没有相位变化，其信号几乎完全剔除。

（5）由于血流的相位变化只能反映在流速编码梯度场方向上，为了反映血管内血流的真实情况，需要在前后、左右、上下方向施加流速编码梯度场。

常规的PC MRA为速度图像，可以显示血流信号，从而显示血管结构。流动图像主要用作血流方向、流速和流量的定量分析。

与TOF法MRA相比，PC法MRA的优点在于：

（1）背景组织抑制好，有助于小血管的显示；

（2）有利于慢血流的显示，适用于静脉的检查；

（3）有利于血管狭窄和动脉瘤的显示；

（4）可进行血流的定量分析。

PC法MRA也存在一些缺点：

（1）成像时间比相应TOF MRA长。

（2）图像处理相对比较复杂。

（3）需要事先确定编码流速，编码流速过小容易出现反向血流的假象；编码流速过大，则血流的相位变化太小，信号明显减弱。

（三）PC法MRA的临床应用
与TOF法MRA相比，PC法MRA在临床上的应用相对较少。

临床上PC法MRA主要用于：

（1）脑动脉瘤的显示；

（2）心脏血流分析；

（3）静脉病变的检查；

（4）门静脉血流分析；

（5）肾动脉病变的检查。

在临床应用中，应该注意TOF MRA与PC MRA各自的优缺点，两种联合应用可取长补短，获得更多的有用信息。

三、CE-MRA

CE-MRA自上世纪九十年代中期推出后，得到大家的公认，在临床上的应用也日益广泛，现在已经成为临床不可缺少的MRA技术。

（一）CE-MRA的原理和序列
CE-MRA的原理其实比较简单，就是利用对比剂使血液的T1值明显缩短，短于人体内其他组织，然后利用超快速且权重很重的T1WI序列来记录这种T1弛豫差别。

在人体组织中脂肪的T1值最短。在1.5 T扫描机上，脂肪组织的T1值约为250ms，血管中血液的T1值约为1200ms。利用团注对比剂（常用Gd-DTPA）的方法可使血液的T1值缩短到100ms左右，明显短于脂肪组织。

团注Gd-DTPA后，血液的T1值变化有以下特点：

（1）持续时间比较短暂，因此需要利用超快速序列进行采集；

（2）对比剂流经不同的血管可造成相应血管内血液的T1值发生变化，因此多期扫描可显示不同的血管；

（3）因为血液的T1值缩短明显，因此需要权重很重的T1WI序列进行采集方能获得最佳对比。

目前用于CE-MRA的序列多为三维扰相GRE T1WI序列，在1.5 T的扫描机上，TR常为3~6ms，TE为1~2ms，激发角度常为25~60°，根据所选用的TR、矩阵、层数等参数的不同，TA常为15 ~ 60s。

该序列采用很短TR和相对较大的激发角，因此T1权重很重，血液由于注射对比剂后T1值很短，可产生较高的信号，其他组织的信号因饱和效应将明显衰减，因此制造出血液与其他组织的良好对比。

该序列还采用很短的TE，这有两个方面的好处：（1）注射对比剂后，血液中浓度较高的对比剂不仅有短T1效应，同时也有缩短T2*的作用，而TE的缩短有助于减少T2*效应对图像的影响。（2）TE缩短，流动相关的失相位可明显减轻。

因此实际上利用三维超快速扰相GRE T1WI序列进行CE-MRA，流动对成像的贡献很小，血液与其他组织的对比是由对比剂制造出来的。

（二）CE-MRA的技术要点

CE-MRA的原理虽然简单，但实际操作时需要掌握几个技术关键。

1. 对比剂的应用  对比剂的应用是CE-MRA的技术关键之一。CE-MRA通常采用的对比剂为细胞外液非特异性离子型对比剂Gd-DTPA。根据不同的检查的部位、范围和目的的不同，对比剂的入路、用量和注射流率应作相应调整。
对比剂入路：一般的CE-MRA多采用肘前区浅静脉或手背部浅静脉作为入路。在进行下肢静脉、髂静脉或下腔静脉检查时也可采用足背部浅静脉为入路，而且对比剂常需要进行稀释。

对比剂用量和注射流率：

（1）单部位的动脉成像如肾动脉CE-MRA等，采用单倍剂量（0.1 mmol/kg）或1.5倍剂量即可，注射流率一般为每秒1.5 ~ 3ml。

（2）多部位的动脉成像如一次完成腹主动脉、髂动脉和下肢动脉的检查，由于完成整个检查所需时间相对较长，则通常需要2~3倍剂量，注射流率为1.5~2ml/s。

（3）进行如肾静脉、颈静脉、门静脉等血管检查时，则需要2~3倍剂量，注射流率提高到3~5ml/s效果较好。
对比剂的注射可采用MR专用高压注射器。由于Gd-DTPA的黏度较低，利用人工推注的方法也能达到很好的效果。

2. 成像参数的调整 成像参数的调整对于保证CE-MRA的质量至关重要。有关CE-MRA的成像参数主要有TR、TE、激发角度、容积厚度和层数、矩阵、FOV等。TE应该选择最小值。TR和激发角度将决定T1权重，如在1.5 T扫描机上，如TR为5ms左右，则激发角度一般为30°~50°较为合适，如果TR延长则激发角度应该适当加大以保证一定的T1权重。扫描容积厚度和FOV决定采集的范围，在保证含盖目标血管的前提下，容积厚度越小越好，减少容积厚度可缩短TA或可在保持TA不变的前提下缩小层厚而提高空间分辨力。TR、矩阵和层数将决定TA的长短，在体部CE-MRA时需要通过调整这些参数来缩短TA以便屏气扫描，而在颈部或下肢等没有呼吸运动的部位则允许适当延长TA，从而提高空间分辨力。

3. 扫描时机的掌握  扫描时机的掌握是CE-MRA成败的关键。扫描序列启动的过早或过晚都会严重影响CE-MRA的质量，甚至导致检查的失败。在第一章第八节K空间的概念中我们提到决定图像对比的是填充K空间中心区域的MR信号。扫描序列何时启动的原则是“在目标血管中对比剂浓度最高的时刻采集填充K空间中心区域的MR信号”。
决定扫描时刻前需要了解的关键参数有：

（1）循环时间，即对比剂开始注射到目标血管内对比剂浓度达到峰值所需的时间。

（2）扫描序列的采集时间（TA）；

（3）扫描序列的K空间填充方式，这里主要是指K空间是循序对称填充还是K空间中心优先采集。如果K空间是循序填充，则K空间中心区域的MR信号采集是在序列开始后TA的一半时间，即如果序列的TA为20s，则K空间最中心的MR信号的采集是在序列启动后10s。K空间中心优先采集是指序列启动后先采集填充K空间中心区域的MR信号。

综合考虑上述三个参数，扫描时刻的决定目前主要有三种方法。

（1）循环时间计算法。循环时间常通过经验估计或试射对比剂的方法获得。经验估计主要是依据以往的经验，并结合受检病人的年龄、心率等参数进行调整。如一般成人从肘静脉注射，对比剂到达腹主动脉约需12~25秒，平均约18秒左右。试射对比剂则从静脉推注小剂量（一般为2ml），同时启动二维快速梯度回波序列对目标血管进行单层连续扫描，观察目标血管的信号变化，从而获得循环时间。获得循环时间后，从开始注射对比剂到启动扫描序列的延时时间（TD）可以按下列公式进行计算：A. 如果是K空间循序对称填充，TD = 循环时间－1/4 TA。B. 如果是K空间中心优先采集，则TD = 循环时间。

（2）透视触发技术。该技术无需考虑循环时间，但必需采用K空间中心优先采集技术。该方法是开始注射对比剂后，同时启动超快速二维梯度回波序列，对目前血管进行监控，当发现对比剂已经进入目标血管时，立刻切换到CE-MRA序列并启动扫描。从二维监控序列切换到三维CE-MRA序列并启动一般仅需要1秒钟。

（3）自动触发技术。在目标血管处设置一个感兴趣区，并事先设置信号强度阈值，启动超快速二维梯度回波序列动态探测感兴趣区的信号强度变化，当信号强度达到阈值时，MR扫描机将自动切换到CE-MRA序列并开始扫描。

4. 后处理技术  利用三维CE-MRA序列采集到原始图像，需要进行后处理重建，常用的主要是最大强度投影（MIP）和多平面重建（MPR），也可采用VR、SSD、仿真内窥镜的技术进行图像重建，其中MIP和MPR更为常用。

5. 抑制脂肪组织的信号  尽管注射对比剂后血液的T1值明显缩短，而且利用权重很重的T1WI序列进行采集，其他一般组织的信号得以有效抑制，但脂肪组织由于其T1值也很短，因此利用该序列并不能很好抑制脂肪组织的信号，脂肪信号的存在将降低重建图像的质量。因此抑制或消除脂肪组织的信号对于提高CE-MRA的质量非常重要。

CE-MRA抑制脂肪组织信号的方法主要有：

（1）采用频率选择反转脉冲脂肪抑制技术，该技术能较好抑制成像容积内的脂肪组织的信号，而且不明显增加采集时间；

（2）采用减影技术。在注射对比剂前先利用CE-MRA序列先扫描一次，获得减影的蒙片，注射对比剂后再扫描一次。由于两次扫描参数完全相同，把注射对比剂后的图像减去注射对比剂前的图像，背景组织包括脂肪组织的信号可基本去除，留下的主要是增强后目标血管中血液的信号。

（三）CE-MRA的优缺点

CE-MRA主要利用对比剂实现血管的显示，与利用血液流动成像的其他MRA技术相比，

CE-MRA具有以下优点：

（1）对于血管腔的显示，CE-MRA比其他MRA技术更为可靠。

（2）出现血管狭窄的假象明显减少，血管狭窄的程度反映比较真实；

（3）一次注射对比可完成多部位动脉和静脉的显示；

（4）动脉瘤不易遗漏；

（5）成像速度快。

缺点在于：

（1）需要注射对比剂；

（2）不能提供血液流动的信息。

（四）CE-MRA的临床应用

随着技术的改进，CE-MRA技术在临床上的应用日益广泛，现在新型的低场强MRI仪也能完成CE-MRA检查。与DSA相比，CE-MRA具有无创、对比剂更为安全、对比剂用量少、价格便宜等优点。因此在临床上对于大中血管病变的检查，CE-MRA几乎可以取代DSA。目前CE-MRA的临床应用主要有以下几个方面。

1. 脑部或颈部血管  可作常规MRA的补充，以增加可信度。主要用于颈部和脑部动脉狭窄或闭塞、动脉瘤、血管畸形等病变的检查

2. 肺动脉  主要包括肺动脉栓塞和肺动静脉瘘等。对于肺动脉栓塞，CE-MRA可很好显示亚段以上血管的栓塞。对于动静脉瘘，CE-MRA可显示供血动脉和引流静脉。

3. 主动脉  主要用于主动脉瘤、主动脉夹层、主动脉畸形等病变检查。

4. 肾动脉  主要用于肾动脉狭窄的检查。

5. 肠系膜血管和门静脉  主要用于肠系膜血管的狭窄或血栓、门静脉高压及其侧支循环的检查。

6. 四肢血管  主要用于肢体血管的狭窄、动脉瘤、血栓性脉管炎及血管畸形等病变的检查。