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1、第五节 MRI特殊检查技术,一、流动补偿技术,MRI中的流动效应（flow effect）主要来自于血流和脑脊液流动。血液具有复杂的流动方式，血液的信号强度并不完全依赖于其质子密度、T1值和T2值，而更多地依赖于其流动方式和所采用的成像技术（脉冲序列等）。流动可以导致血液信号的提高和降低。,导致血液信号降低的流动现象有两个：体素内失相位，在同一体素内如同时含有流动质子和静止质子或流动质子间速度、方向不一致时，则体素内质子间将出现相位差，其结果导致体素内质子失相位，信号减低，这种现象称为体素内失相位。由速度稳定的层流引起的体素内失相位可以补偿，而由紊流引起的体素内失相位则不能补偿。,流空效应，当
2、使用自旋回波序列时，如果血流在一个层面内接受了90脉冲而还没有接受180RF脉冲就流出层面，或者流入层面时没能接受90脉冲而只接受180RF脉冲就流出层面，这时血液信号极低。流空效应的大小决定于流速、序列回波时间（TE）和层面厚度，快血流、薄层、长TE时流空效应明显。一般情况下，快速流动的血液因流空效应而丧失了信号，呈黑色；缓慢流动的血液不产生明显的流空效应，与周围实质性组织的信号类似；中等流速的血液其信号强度难以预料。流空效应是指自旋回波序列图像上的现象，而在梯度回波序列图像上由于不存在复相脉冲，所以血管多显示为高信号。,流动补偿技术一般是利用梯度脉冲来补偿沿某一梯度场方向流动或运动的质子的
3、体素内去相位。方法是在层面选择梯度和/或频率编码梯度方向，施加与层面选择梯度和频率编码梯度的极性和幅度按一定关系变化的额外梯度脉冲，补偿与流动或运动速度及加速度有关的相位位移，以消除不同速度和加速度的质子的相位差异，从而消除流动和运动伪影。,二、饱和成像技术,1.局部饱和技术 局部饱和技术又称预置饱和（presaturation），是最常用的饱和技术。它是对某一区域的全部组织在射频脉冲激发前预先施加非选择性预饱和射频脉冲，使其纵向磁化全部被饱和。随后立即进行目标区的激发及数据采集，使被饱和区的组织无法产生磁共振信号。,这种技术的主要作用包括两个方面：消除伪影，消除由于血流搏动、脑脊液搏动以及呼
4、吸、吞咽等运动所造成的伪影。例如，在腹部横段面成像时，预饱和带设置于成像容积的上方和/或下方，可使来自上方的动脉血和来自下方的静脉血被预饱和，无信号产生，不再产生血管搏动伪影。协助诊断，利用预置饱和带在MRA中可以选择性地对某一方向的血流成像，在静脉流入端加预饱和而只显示动脉影像；而若显示静脉时，则在动脉流入端加预饱和带。另外，通过预置饱和带可以确定血管的血流方向，为诊断定性提供重要信息。,2.化学位移频率选择饱和技术 同一种元素的原子由于化学结构的差异，在相同强度的磁场中其拉莫尔频率不同，这种频率的差异称为化学位移。 利用化学位移可消除脂肪或水的信号。水中氢质子与脂肪中氢质子的化学位移为3.
5、5ppm，即在1.0T磁场中水中氢质子较脂肪中氢质子的拉莫尔频率约快148Hz，因此可使用特殊频率的RF脉冲激励两者之一，使之预饱和。脂肪预饱和是先对FOV施加脂肪频率的预饱和脉冲，使FOV内脂肪成分的纵向磁化翻转，当它在脉冲序列开始后再次受到激励时，将发生饱和，当达到完全饱和时则不再产生信号，在所得图像中脂肪信号被消除。同样，水预饱和是先对FOV施加水进动频率的预饱和脉冲，使脉冲序列开始后水中的质子完全饱和而不再产生信号，在所得图像中水的信号被消除。,3水-脂反相位饱和成像技术 由于水中氢质子与脂肪中氢质子存在化学位移，所以横向磁化中的水中氢质子磁化矢量与脂肪中氢质子的磁化矢量相位关系处于不
6、断的变化之中。在1.0T磁场，水中氢质子较脂肪中氢质子快一周期时所用时间t=1000ms148=6.8ms。激发停止后，水中氢质子的横向磁化与脂肪中氢质子的横向磁化每隔6.8ms便出现相位相同的状态，即同相位。那么激发停止后，每隔3.4ms，其横向磁化的相位呈现相反状态，即反相位。,因此，当成像序列的回波时间TE设定为3.4(2n-1)时为反相位图像，TE为3.42n时为同相位图像(n为自然数)。由于横向磁化中水中氢质子与脂肪中氢质子的相位呈同相与反相交替出现，MR信号幅度也呈波动状态，同相时两者信号相加，反相时两者信号相减，使信号幅度低者消失或下降。在反相位图像上，水、脂交界处及同时含水及脂
7、的部位信号下降明显，在梯度回波序列中，此技术常用于肝脏脂肪浸润的检查。,三、门控技术,1.心电门控技术 心电门控和外周（脉搏）门控技术是利用心电图的R波触发信号采集，使每一次数据采集与心脏的每一次运动周期同步，序列的TR值与心电图的R-R间期相同（图4-3）。用心电或脉搏门控方式采集的图像，特定层面的所有数据均在每个心电周期的同一时相获取，心跳或脉搏对该层面所有数据的影响基本相同，信号在几乎相同的运动位移或相位弥散状态下采集，使运动伪影得到抑制。,心电门控示意图,心电门控经常以心电图的R波触发扫描，TR等于R-R心动周期的倍数；呼吸门控以呼吸波的波峰触发扫描，TR等于呼吸周期的倍数,心电触发及
8、门控技术主要应用于心脏大血管的MR成像、肺及纵隔MR成像。上述R波触发信号采集的门控技术也可以称作前瞻性心电门控，还有一种回顾性心电门控技术，也可称作伪门控。在心脏MRI电影检查时，常应用回顾性心电门控技术。回顾性心电门控技术不用心电图R波触发，而是连续采集数据，TR值与心电图的R-R间期不同，心电图的变化不能影响数据采集，但每次采集时相应的心电图位置被记录并储存，在采集完成后按心电图对应的数据分类重建不同时相的图像。该方法主要用于心脏动态和电影显示。,2.呼吸触发及门控技术 呼吸波触发及呼吸门控技术与心电触发及门控技术相似。触发技术是利用呼吸波的波峰固定触发扫描，在呼吸波的一定幅度位置固定触
9、发扫描，如图4-3，从而达到同步采集，使受呼吸运动影响的成像层面的数据保持相对稳定状态，抑制呼吸运动干扰。 回顾性呼吸门控技术与回顾性心电门控技术相似，在整个呼吸过程中的采集对应的呼吸波被记录和储存，并将不同呼吸状态采集的信号进行分类和相位重排，将呼气末吸气初这段呼吸幅度最小的相对静止的状态的数据添入K-空间的中心部分，而将其它时间采集的数据添入K-空间边缘部分，这样可在不延长成像时间的情况下抑制呼吸运动伪影，该方法又被称为呼吸补偿。,呼吸感应器用于感应呼吸状态产生呼吸运动幅度的波，由于男女性的呼吸方式不同，在安放时男性将呼吸感应器安放于上腹部，女性则应安放在下胸部。感应器两端围绕患者胸腹部的
10、系带的松紧度应适中，过紧、过松都会导致感应信号变形。呼吸触发及门控技术对消除呼吸运动伪影十分有效，可以在许多部位的检查中使用。,四、空间编码,在成像中为减少扫描时间一般采用矩形FOV，将被扫描物体在图像中的解剖长轴设置为频率编码方向，将短轴设置为相位编码方向。例如，在体部轴位成像中，层面解剖长轴为人体左右方向；而在头部轴位成像，层面解剖长轴一般为前后方向。 另外，频率编码方向和相位编码方向的选择还要考虑图像伪影，有些伪影只出现于特定方向，例如，运动伪影沿相位编码方向，化学位移伪影沿频率编码方向。在具体操作中可根据需要交换这两个编码方向，尽量减少伪影的产生。,五、磁化传递对比技术,生物体中含有游
11、离态的水质子和结合态（与蛋白等大分子结合）的水质子，MR信号主要来自于游离态的水质子，而结合态的水质子可以影响MR信号。游离态的水质子T2值较长，其产生共振的频率范围较小，而结合态的水质子T2值较短，其产生共振的频率范围较大。在磁化传递对比(magnetization transfer contrast；MTC)技术中一般是在常规激励脉冲之前预先使用一个低能量射频脉冲（图4-4），该射频脉冲的频率偏离游离态水质子共振频率但没有超出结合态的水质子的共振频率范围，这样可以选择性地激发结合态的水质子，使结合态的水质子发生饱和，然后该饱和性通过磁化交换过程传递给邻近水质子，从而不同程度地降低某些组织（
12、同时具有游离态的水质子和结合态的水质子的组织）的MR信号强度，产生与磁化传递相关的新的组织对比。,游离态和结合态的水质子共振频率示意图 游离态的水质子共振频率范围较小，而结合态的水质子共振频率范围较大，偏离游离态的水质子共振频率的MT预脉冲可以激发结合态的水质子，最终使其饱和,目前，磁化传递对比技术主要应用包括：MR血管成像，降低血管周围背景组织的信号，而不影响血管的信号，从而提高血管和背景之间的对比；MR增强检查，降低肿瘤周围组织的信号，而不影响富含钆对比剂的肿瘤的信号，从而提高肿瘤和背景之间的对比；多发性硬化病变的检查，因为磁化传递的程度与组织的物理和化学状态有关，可以显示硬化斑的脱髓鞘程
13、度。,六、半傅里叶采集,半傅里叶采集方式不是采集所有的-空间数据，而是仅采集一半多一点的K-空间数据（仅采集正相位编码列、零编码以及少数几个负相位编码列的数据），然后利用-空间的数学对称原理对正相位编码数据进行复制，最终由采集数据以及复制的数据重建成一幅完整图像。这种方法又称为1/2次平均技术。,因为仅有一半多一点的数据被采集，所以半傅里叶采集方式的扫描时间降低了接近一半。而另一方面，虽然K-空间数据具有原点对称特性，使半个K-空间所包含的数据内容与整个K-空间同样多，但是信号的采集量并不足，所以信号幅度较小，信噪比降低。由于信号采集量下降约50%，所以半傅里叶采集方式的信噪比约为常规扫描的（
14、1/2）1/2=71%。 这种方法可节约大约50%采集时间，且图像空间分辨力不受影响，因此，在信噪比允许的情况下，使用半傅里叶采集技术，是快速成像中一种重要方法。若增加采集次数，还可在与常规扫描差不多的采集时间内降低运动伪影。,七、MR水成像技术,MR水成像是指对体内静态或缓慢流动液体的MR成像技术。MR水成像是使用重T2加权技术，使实质器官及流动血液呈低信号，而长T2静态液体呈高信号。它包括磁共振胰胆管成像（MRCP）、磁共振泌尿系统成像（MRU）、磁共振椎管成像（MRM）、磁共振内耳成像、磁共振涎腺管造影、磁共振泪道造影、磁共振脑室系统造影、磁共振输卵管造影等。,MR水成像技术主要是利用长
15、TE、长TR序列，长TE值是水成像成功的关键。长TE值使读出信号时，横向磁化矢量衰减多，T2较短的组织信号很低几乎为零；而静态液体具有长T2弛豫时间，横向磁化矢量衰减少，因此在重T2加权图像上，稀胆汁、胰液、尿液、脑脊液、内耳淋巴液、唾液、泪水等流动缓慢或相对静止的液体均呈高信号，而T2较短的实质器官及流动血液则表现为低信号，从而使含液体的器官显影。作为一种安全、无需造影剂、无创伤性的影像学检查手段，磁共振水成像技术可提供有价值的诊断信息。,目前，MR水成像的方法主要有两种：采用重T2加权的二维FSE序列或三维FSE序列，对于腹部要同时应用呼吸门控技术，扫描结束后用工作站行最大信号投影（MIP
16、）重建形成图像；采用半傅里叶采集单次激发快速自旋回波序列，一般只扫描一个层面，层面较厚，对于腹部要屏气快速扫描，扫描后直接成像，不需要重建。,八、MR频谱的临床应用,MRS最早是用于物理和化学分析物质结构方面的研究。随着高场强MR的应用及相关技术的迅速发展，MRS在活体应用日渐广泛，是目前唯一无损伤检测活体器官和组织代谢、生化、化合物定量分析的技术,（一）概述 分子中的原子核被电子所包围，即使处于相同静磁场中的同种核，由于它们在化合物中所处化学环境不同，它们的核磁共振频率也会有所不同，在MRS上产生共振峰位置也不同，上述现象为化学位移。以甲醇（CH3OH）分子为例，甲基（CH3-）和羟基（-O
17、H）中的1H共振频率就不同。 实际测量中只能得到化学位移的相对值，单位为Hz的百万分之一，即ppm(parts per million)。化学位移=（V测V标）V标106，其中V测：被测原子核共振频率；V标：该原子核标准共振频率。,1H质子MRS检测时一般以四甲基硅中甲基（-CH3）的化学位移为0.0ppm，其他化合物与之对比；磷谱测量时，采用磷酸肌酸(PCr)为参照物，化学位移为0.0ppm。不同化合物中原子核化学位移不同，可以根据其在MRS中共振峰位置加以识别，共振峰积分面积与共振核数目成正比，反映化合物的浓度，可进一步进行定量分析。 目前生物体能检测的原子核有1H、31P、13C、19F
18、、23Na、17O等，以1H和31P两者最常用。MRS硬件环境要求静磁场具有高场强、高均匀度。MRS检测的敏感性与磁场强度的2/3次方成正比，均匀的磁场是获得高分辨MRS的必要条件，故MRS检测前必须匀场。射频信号发射和接受线圈的大小可影响磁场的均匀性和SNR。,（二）检测空间定位技术 空间定位技术是将被检测范围局限在一定容积的兴趣区(ROI)内的技术。目前常用的技术主要是基于梯度磁场法。 1.深部分辨表面线圈波谱分析法(depth resolved surface coil spectroscopy；DRESS) 选择一个梯度脉冲激发与体表面间隔一定距离并平行于表面线圈的单一层面，使ROI信
19、号来源于该层面。即在90脉冲发射的同时，施加一Gy梯度场，所采集的层面深度由梯度场和脉冲频率决定，层厚与脉冲的带宽相关。,2.单体素选择法（single voxel selection） 该法在射频激发时利用梯度来选择激发某一层内一个体素容积块内的原子核，可达到三维空间定位，该方法定位准确（图4-5）。,MR氢质子波谱 (a)几种主要代谢产物的定量分析 ，(b)波谱图,3.化学位移成像波谱法(chemical shift imaging；CSI) 用相位编码对检测层面区域内的多个体素编码，在一次测量中可对一定数量的体素同时检测，获得一定区域的波谱。该法优越性为可进行二维和三维定位，每次检测多个
20、体素，使正常与病变波谱容易比较。因每个体素的容积较小，信号强度较低，所以采集时间长。 4.波谱成像(spectroscopic imaging；SI) 用特殊的化学位移区域内所得某种化合物共振信号转换为可视图像的方法。,（三）化合物浓度定量测定 可进行相对值和绝对值浓度分析。相对值即对波谱中不同化合物信号强度(积分面积)进行比较，早期多采用该法。绝对值浓度计算方法有两种：外标准法，同时扫描已知浓度化合物体模和被检查部位，比较二者化合物的绝对浓度。该方法受设备和生物因素影响较大。内标准法，利用体内已知浓度的化合物(如水、肌酸)作为参照进行化合物浓度计算，该方法受设备和生物学因素影响较小，但要求化
21、合物浓度在生理变化过程中保持恒定且必须已知，目前多采用该法。,（四）临床应用 1.氢质子波谱 氢质子波谱（1H-MRS）是敏感性最高的检测方法。它可检测与脂肪代谢、氨基酸代谢以及神经递质有关的化合物，如肌酸(Cr)、胆碱(Cho)、肌醇（mI）、氨基丁酸(GABA)、谷氨酸和谷氨酰胺(Glu+Gln)、乳酸(Lac)和N乙酰天门冬氨酸(NAA)等。与31P-MRS比较空间分辨力高。临床1H-MRS不需增加磁共振硬件设备，且MRI和MRS一次检查中完成，不需重新定位和更换线圈。,2.磷波谱 磷波谱（31P-MRS）许多含磷化合物参与细胞能量代谢与生物膜有关的磷脂代谢。31P-MRS广泛用于研究组织能量代谢和生化改变。活体31P-MRS可检测磷酸单脂(PME， 6.8ppm)、磷酸二脂(PDE， 2.9ppm)、磷酸肌酸(PCr， 0ppm)、无机磷(Pi， 4.8ppm)和三磷酸腺苷中的-ATP(7.6ppm)、-ATP(-16.3ppm)、-ATP(-2.6ppm)磷原子。 目前脑的31P-MRS均可检测上述7种化合物。主要用于研究脑组织的能量代谢、脑磷脂代谢和pH值的测量。正常肝31P波谱可检测到-ATP、-ATP、-ATP、PDE、Pi和PME。正常心肌31P-MRS可检测化合物有PME、PDE、Pi、PCr、-ATP、-ATP、-ATP。,结 束,