MR血管成像(MRangiography,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(timeoffly,TOF)法、相位对比(phasecontrast,PC)法和对比增强MRA(contrastenhancementMRA,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。
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。
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1.5T扫描机上,脂肪组织的T1值约为ms,血管中血液的T1值约为ms。利用团注对比剂(常用Gd-DTPA)的方法可使血液的T1值缩短到ms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GRET1WI序列,在1.5T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GRET1WI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。
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(0.1mmol/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1.5T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-1/4TA。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。
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。
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。
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