分類
比較常用的普通磁共振血管造影成像方法有時間飛躍法(time-of-flight,TOF)、相位對比法(phasecontrast,PC)以及對比增強磁共振血管造影法(contrast-enhancedmagneticresonanceangiography,CEMRA)。在MRA中起重要作用的流動效應有二種:飽和效應和相位效應,二者均可區分流動血液和靜止組織。CE-MRA則是利用了對比劑作用,改變血液的弛豫時間
技術比較
下面就幾種技術作一簡單的分析和比較,希望對我們臨床中正確選擇和使用不同的方法有幫助。
時間飛越法(TOF)MRA
時間飛越法血管成像採用"流動相關增強"機制,是最廣泛採用的MRA方法。TOF血管成像使用具有非常短TR的梯度回波序列。由於TR短,靜態組織沒有充分弛豫就接受下一個脈衝激勵,在脈衝的反覆作用下,其縱向磁化矢量越來越小而達到飽和,信號被衰減;對於成像容積以外的血流,因為開始沒有接受脈衝激勵而處於完全弛豫狀態,當該血流進入成像容積內時才被激勵而產生較強的信號。
TOFMRA的對比極大地依賴於血管進入的角度,所以在用TOF法進行血管成像時掃描層面一般要垂直於血管走行。另外,在TOF血管成像中,通過在成像區域遠端或近端放置預飽和帶,去除來自某一個方向的血流信號,因而可以選擇性地對動脈或靜脈成像。
已有效地套用於身體各部位的TOF技術有多種,並且各具特色。
1.三維(3D)單容積採集TOF法MRA
3DTOF同時激勵一個容積,這種容積通常3~8cm厚,含有幾十個薄層面。3DTOF的最大優點是可以採集薄層,可薄於1mm,最終產生很高解析度的投影。另外,3DTOF對容積內任何方向的血流均敏感,所以對於迂曲多變的血管,如腦動脈的顯示有一定優勢。但是對於慢血流,因其在成像容積內停留時間較長,反覆接受多個脈衝的激勵,可能在流出層塊遠端之前產生飽和而丟失信號,所以3DTOF不適於慢血流的顯示,也因此不能對大範圍血管(例如頸部血管)成像,這是3DTOF的主要缺陷。3DTOF一般不用於靜脈以及具有嚴重狹窄和流速較低的動脈。
2.二維(2D)單層面重疊TOF法MRA
2DTOF是依次採集一組薄的二維層面,在一個TR周期只採集一個層面,因為在TR之間血流只需要穿行一個層面的短距離,所以血流被飽和的程度較小,即使慢血流也能形成良好的信號對比,因此2DTOF主要用於慢血流的顯示,2DTOF對慢血流比3DTOF要敏感得多,可較好地描述顯著狹窄區的真正管徑,2DTOF可用於腦部靜脈血管成像。另外,由於2DTOF的飽和效應較小,故可以對大範圍的血管成像,例如,在頸部血管和肢體血管成像中宜選用2DTOF方法。
在搏動性強的血管區域(例如肢體血管),還可以採用心電門控2DTOF方法成像,降低運動偽影,心電觸發2DTOFMRA在檢測血管阻塞疾病方面具有較高敏感性和特異性。
由於2DTOF的分辨力不如3DTOF,所以實際掃描中層面之間要有一定重疊,這樣既提高了2DTOFMRA的分辨力,又降低了層面間的黑線偽影,使血管投影均勻。
3.多個重疊薄層塊採集(multipleoverlappedthinslabacquisition,MOTSA)MRA
MOTSA結合上述2種方法,連續採集多個重疊的薄的3D層塊,因為這些層塊很薄,所以當血液穿過它時幾乎沒有飽和。典型的MOTSA層塊大約16~48mm厚,層塊越薄,穿過層塊的飽和越少,流動信號越強。MOTSA的優點是可在大的血管成像範圍內提供高對比和高解析度的圖像。MOTSA的缺陷是存在層塊邊緣偽影偽影(SlabBoundaryArtifact,SBA)和血管截斷現象。SBA偽影表現為層塊的相接處的一條穿過血管的暗線,這是由於層塊邊緣的信號比中間的要暗。層塊之間互相重疊,可以減少SBA偽影,重疊越多,SBA偽影越小,但造成MOTSA的成像時間較長。採用坡度(ramped)射頻激勵以補償層塊邊緣處的流動信號飽和,但是僅能部分校正層塊邊緣偽影。
4.滑動間隔ky採集(slidinginterleavedky,SLINKY)MRA
SLINKY技術是在MOTSA和ramped掃描的基礎上發展而來的新的血管成像技術,也使用多個薄層塊3D採集,但其採集方式做了重大改進。SLINKY沿層面方向(Z-軸)以連續kz的方式採集,但在層面內相位方向以間隔的部分的ky方式採集,層塊採集中在Nz×Ny/n×TR的時間間隔(Nz為沿Z-軸的層塊相位編碼總數,Ny為沿Y-軸的相位編碼總數,n為Ky採集的間隔數目,TR為重複時間),沿Z-軸以一個層厚的空間步幅移動採集。而MOTSA是以連續kz和連續ky的方式採集,層塊採集中在Nz×Ny×TR的時間間隔,沿Z-軸以大約一個層塊的空間步幅移動採集。在SLINKY的這種採集方式中,由沿層塊方向的穿過層塊的飽和引起的流動依賴性信號波動轉化為沿Ky軸的循環強度調製,這使得穿過整個層塊的層面之間的血流依賴性信號強度均一化了,就去除了血管內的信號強度波動,這樣也就解決了MOTSA的SBA偽影和血管截斷問題。SLINKY的這種採集方式類似於真正的2D採集,大大減少了血管飽和效應,有利於顯示慢血流和小血管。另外,SLINKY還改善了對血流方向和速度的敏感性,對不同方向和速度的血管具有相同的信號均一性,改善了血管狹窄和其他血管異常的顯示率,有利於顯示複雜血流。雖然採集方式不同,SLINKY具有與其他方法一樣的重建和後處理方法,但是其重建和後處理所用的時間要比其他方法要長。SLINKY的1個缺點是對原始數據相位不一致敏感,易引起相位方向的幻影偽影。
我們在頭頸部的血管成像研究表明SLINKY能非常好地顯示血管分支,尤其是在顯示小血管方面,不但能顯示多級小血管,而且小血管清晰度很高。同時SLINKY圖像的血管管壁光滑度和血管連續性也很好。
相位對比(PC)法血管成像
除TOFMRA外,相位對比(PhaseContrast,PC)法MRA(簡稱PCA)技術是另一個有價值的評價血管疾病的方法。PCA與TOFMRA的重要區別是像素強度代表的是磁化矢量的相位或相位差,而不是組織磁化強度。
相位對比血管成像最常用的方法是用雙極梯度對流動編碼,即在梯度回波序列的層面選擇與讀出梯度之間施加一個雙極的編碼梯度,該梯度由兩部分組成,這兩部分梯度脈衝的幅度和間期相同,而方向相反。第一部分過程中,沿梯度方向場強不同,因而進動頻率不同,最後造成相位不同。第二部分開始後,靜止組織自鏇反轉過來進動,最終正相期獲得的相位與負相期丟失的相位相等,靜息組織相位最終為零;而流動組織的自鏇還要運動一段距離到不同位置,所以第二部分結束時相位不回到零,流動的剩餘相位與移動距離成正比,即與速度成正比。PCMRA過程基本上由三步構成,首先,採集兩組或幾組不同相位的運動質子群的影像數據;然後,選取一種適宜的演算方法對採集的相位進行減影,靜態組織減影后相位為零,流動組織根據不同速度具有不同的相位差值;最後,將相位差轉變成像素強度顯示在影像上。
流動組織的相位偏移不僅與速度成正比,而且與梯度的幅值和間期成正比。通過改變梯度的幅值和間期,使某種速度的血流產生的相位差最大,則該速度的血流在圖像上信號最高。採集前可根據所要觀察的血流的速度,選擇一個速度編碼值(Venc),即選定了梯度的幅值和間期,則在圖像上能突出顯示該速度的血流。一般,快血流速Venc約為80cm/s,中等速度Venc約40cm/s,慢血流Venc約10cm/s。
另外,只有沿編碼方向的自鏇運動才會產生相位變化,如果血管垂直於編碼方向,它在PCMRA上會看不到。操作者可選擇編碼梯度沿任意軸,例如層面選擇方向、頻率編碼方向、相位編碼方向或所有三個方向。當流動在每個方向都有時,採集需沿三軸加流動編碼梯度,這樣掃描時間是沿一個方向時的2-3倍。
PCMRA的參數選擇靈活性較大,使之比TOF成像方式更為複雜。常用的PC方法有:
1.3DPC3DPC是最基本的PC方法,其優點是能用很小體素採集,結果減少體素內失相併提高對複雜流動和湍流的顯示。另外,3DPC可在多個視角對血管進行投影。
2.2DPC是對一個或多個單層面成像,
每次只激發一個層面。2DPC成像時間短,但空間分辨力低,常用於3DPC的流速預測成像。
3.電影(cine)PC電影PC是以2DPC為基礎,其圖像是在心動周期的不同時刻(時相)獲得的,這種採集需要心電影脈搏門控。電影PC在評價搏動血流和各種病理流動狀態方面很有用。。
與TOF法相比,PCMRA有更好的背景抑制,具有較高的血管對比,能區分高信號組織(例如脂肪和增強的腫瘤組織)與真實血管,能提高小血管或慢血流的檢測敏感度;而TOF可用於觀察血管與周圍結構的關係。另外,利用PC的速度-相位固有關係可以獲得血流的生理信息,有利於血流定量和方向研究。常用PC法進行腦靜脈竇的成像。
三、三維(3D)對比劑動態增強血管成像(CE-MRA)
隨著磁共振成像設備軟體和硬體的發展,尤其是梯度磁場技術的發展,MR掃描速度越來越快,一種新的MRA方法即對比增強MRA(ContrastEnhancedMRA,CE-MRA)應運而生。CE-MRA適用範圍廣,實用性強,尤其對生理運動區的胸部(包括心臟大血管、肺血管)血管、腹部血管以及搏動性強的四肢血管顯示極佳。例如,在肢體血管成像中,CE-MRA能夠克服普通TOF和PCA技術成像時間較長、過高評價血管狹窄、搏動偽影明顯的缺點,並具有高空間分辨力。
CE-MRA使用極短TR與極短TE的快速梯度回波序列,在如此短TR與TE的情況下,各種組織的縱向磁化都很小,其信號強度也很小。如果在血管內團注磁共振順磁對比劑,血液的T1弛豫時間會極度縮短,血管T1弛豫時間遠短於背景組織的T1弛豫時間,血液呈高信號,在血管與背景間形成強烈對比。
另外,根據對比劑到達各級血管的首過時間,可以設定最佳數據採集時間,有目的地選擇動脈或靜脈成像。用於這種動態CE-MRA的脈衝序列的掃描時間要求非常短,才能與各級血管的首過時間同步。掃描時間一般為10ms-20ms,對於胸、腹部應該行屏氣掃描。另外,CE-MRA中一般採用0.1-0.3mmol/Kg的對比劑注射劑量。
在CE-MRA中,還可以採用數字減影技術,在釓對比劑注射前和注射過程中獲得的兩組圖像之間作對應像素信號強度相減,減影MRA相對於非減影MRA提高了對比/噪聲比,改善了對血管的顯示。