第六节 MRI 血管成像

1. 第六节 MRI血管成像

2. 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。

3. （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组织高的MR信号。

4. （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。

5. （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。

6. 2.三维TOF MRA 三维TOF（3D-TOF）同时采集一个容积，这种容积通常3～8cm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。

7. 用3D TOF方法获得的脑部动脉图像

8. 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（multiple 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16mm～48 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。

9. 最近有厂家在MOTSA扫描的基础上，发明了滑动间隔ky采集（sliding interleaved 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。

10. 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。

11. 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。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80cm／s，中等速度Venc约40cm／s，慢血流Venc约10cm／s。

12. 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2～3倍。PCA的参数选择灵活性较大，使之比TOF成像方式更为复杂。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2～3倍。PCA的参数选择灵活性较大，使之比TOF成像方式更为复杂。

13. （二）常用的PCA方法 • 1.3D-PC 3D-PC是最基本的PCA方法，其优点是能用很小体素采集，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

14. 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。

15. 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。

16. 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10～20ms，对于胸、腹部应该行屏气扫描。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10～20ms，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0.1～0.3mmol/Kg的注射剂量。

17. 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同位置。

18. 五、临床应用 • (一)TOF法 • 1.3D-TOF 主要用于:①评估Willis环；②评估颅内AVM，显示供血动脉和异常血管巢（团）；③发现和评估颅内动脉瘤，对>3mm的动脉瘤效果较好；④可用于腹部血管检查。 • 2.2D-TOF 主要用于:①评估颈动脉及颈动脉分歧部的形态、有无狭窄、闭塞；②评估椎-基底动脉形态、有无狭窄及闭塞；③评估脑静脉解剖；④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:①全脑范围动脉；②颈动脉及分歧部血管形态及闭塞性病变

19. (二)PC法 • 1.2D-PCA 应用于:①MRA的扫描定位像；②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；③进行血流方向和流速定量分析；④可用于评估门静脉和肝静脉状态等。 • 2.3D-PCA 应用于:①评估颅内AVM、动脉瘤；②显示颅内静脉畸形和静脉闭塞；③全脑大容积血管成像；④评估外伤后的颅内血管损伤；⑤显示肾动脉。

20. 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

21. 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（1.0T～1.5T）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。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（1.0T～1.5T）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。

22. 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。

23. 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10～20ms，对于胸、腹部应该行屏气扫描。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10～20ms，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0.1～0.3mmol/Kg的注射剂量。

24. 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同位置。

25. 五、临床应用 • (一)TOF法 • 1.3D-TOF 主要用于:①评估Willis环；②评估颅内AVM，显示供血动脉和异常血管巢（团）；③发现和评估颅内动脉瘤，对>3mm的动脉瘤效果较好；④可用于腹部血管检查。 • 2.2D-TOF 主要用于:①评估颈动脉及颈动脉分歧部的形态、有无狭窄、闭塞；②评估椎-基底动脉形态、有无狭窄及闭塞；③评估脑静脉解剖；④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:①全脑范围动脉；②颈动脉及分歧部血管形态及闭塞性病变

26. (二)PC法 • 1.2D-PCA 应用于:①MRA的扫描定位像；②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；③进行血流方向和流速定量分析；④可用于评估门静脉和肝静脉状态等。 • 2.3D-PCA 应用于:①评估颅内AVM、动脉瘤；②显示颅内静脉畸形和静脉闭塞；③全脑大容积血管成像；④评估外伤后的颅内血管损伤；⑤显示肾动脉。

27. 结 束