第4节　颅脑MRI

一、常用脉冲序列和成像技术

中枢神经系统MRI检查常用的脉冲序列包括：自旋回波（spin echo，SE）脉冲序列，用于获取T1加权像（T1 weighted image，T1WI）；快速自旋回波（fast spin echo，FSE）脉冲序列，用于获取T2加权像（T2 weighted image，T2WI）和质子密度加权像（proton weighted image，PDWI）；梯度回波（gradient echo，GRE）脉冲序列，主要用于获取T1WI和T2*WI，2D 和3DMR血管造影（MR angiography，MRA）等；反转恢复（inversion recovery，IR）脉冲序列，主要用于脂肪抑制；液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery，FLAIR）脉冲序列，是IR序列的一种特殊类型，主要用于抑制脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）信号而使含结合水的病变显示得更清楚；平面回波成像（echo planar imaging，EPI），是一种快速成像技术，主要用于脑的弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）和灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI），用于研究和诊断早期缺血性脑卒中等。

常规使用SE或FSE序列获取T1WI、T2WI和 PDWI。其中T1WI具有较高信噪比，显示解剖结构效果好；T2WI则更易于显示长T2的水肿和液体，使病变范围清楚显示；PDWI可较好的显示血管结构，主要优点是图像质量高，缺点是扫描时间比GRE序列长。

二、MRI基本检查方法

（一）基本检查方法

包括平扫和增强检查。患者仰卧，使用头部线圈。常规取轴位、冠状位、矢状位，层厚7～10mm。其中轴位是最基本的方位。常规选用SE、FSE序列，根据需要再选用其他序列。鞍区检查除应行轴位、矢状位常规扫描外，还应作冠状位薄层（3mm）扫描。

1.平扫

即血管内不注入对比剂的一般扫描。患者均应先行平扫。平扫可获取 T1WI、T2WI、FLIAR等多参数图像，对发现病变、全面了解病变情况，有很重要的意义。

2.增强检查

即静脉内注入对比剂后的扫描。目前常用顺磁性对比剂Gd-DTPA，用量为0.1mmol/ kg，检查多发性硬化、转移瘤时可用至 0.2～0.3mmol/kg，以便发现更多病灶。垂体微腺瘤增强检查时为便于显示小肿瘤，对比剂剂量应为常规的一半，即0.05mmol/kg。增强检查是在平扫发现病变需进一步定性，或虽检查为阴性但不能排除病变时选用的方法，仅获取T1WI或重T1WI。Gd-DTPA较安全，耐受性好，注射前不需做过敏试验，少数患者可出现胃肠道刺激症状和皮肤黏膜反应，多较轻微且持续时间短，一般不需特殊处理。但仍有严重副反应的个例报告，因此仍需密切观察患者，以便及时采取急救措施。

（二）颅脑MR成像技术及其应用

1.MRA

MRA是一种无需向血管内注入对比剂即可使血管显影的无创性血管成像技术，检查过程简单、安全。MRA有两种基本方法：时间飞跃法（time of flight，TOF）和相位对比法（phase contrast，PC）。TOF法主要依赖的是流入相关增强；而PC法主要依赖于沿磁场梯度流动的质子相位的改变产生影像对比。

TOF法和PC法均可采用2D和3D采集方式，首先获取一大组薄层面图像，即源图像，再经后处理，将许多薄层面血管影叠加、压缩并用最大强度投影（maximum intensity projection，MIP）法重建出一幅完整的血管影像，获取类似血管造影的效果。MRA最大的优点是无创，便于在一般患者中进行血管评估，在显示颈内动脉粥样硬化所致的血管狭窄或闭塞方面效果近似于DSA，可直接显示Willis环全貌，MIP像结合源图像可诊断>3mm的动脉瘤、颅内动静脉畸形等。Gd-DTPA增强MRA效果更好，但对小血管的显示不如DSA，也不能进行不同期相（如动脉期、静脉期）血管状态的评估。对于较大的血管还会受血流速度、流动状态的影响，有可能产生影像失真。

除上述两种基本方法外，还有通过预饱和技术使图像中流动的血流呈黑色信号的方法，称黑血技术。这种方法常被用于辨认血流方向、鉴别流动的血流与静止的血栓、抑制某一方向的血流信号显示解剖结构等，但不能产生类似于血管造影的图像。

2.MR波谱（MR spectroscopy，MRS）

属于生化代谢分析技术，是目前唯一无损伤性检测活体器官和组织代谢、生化、化合物定量分析的技术。主要用于脑缺血缺氧、脑瘤、感染性疾病、脑变性疾病和脱髓鞘疾病的诊断和研究。目前临床上应用广泛的有1 H、31 P、13 C、19 F、23 Na、17 O等，以前两者最常用。MRS检测体内含被测原子核的分子基团及其化合物，如1 H MRS波谱主要为体内含CH3-、CH2-基团的化合物。

（1）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量的兴趣区（region of interest，ROI）内的技术。1 H波谱最小ROI可达1ml。

梯度磁场法技术发展较成熟，目前应用最广，常用的有：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间隔一定距离并平行于表面线圈的单一层面，使ROI信号来源于该层面。②单体素选择法（single voxel selection），包括活体图像选择波谱分析法（image selected in vivo spectroscopy，ISIS）、激励回波采样法（stimulated echo acquisition mode，STEAM）、点分析波谱法（point resolved spectroscopy，PRESS）等。如利用脉冲梯度磁场（B1）激发三个垂直平面（x、y、z）的原子核，可达到三维空间定位，定位准确，可直接与MRI相对应。③化学位移成像（chemical shift imaging，CSI），可进行二维和三维定位，每次检测多个体素。④波谱成像（spectroscopic imaging，SI），是用特殊的化学位移区域内所得的某种化合物共振信号转换为可视图像的方法。

（2）化合物浓度定量测定：

包括相对值和绝对值浓度分析。相对值浓度分析是对波谱中不同化合物信号强度（积分面积）进行比较。该方法简单、易行，可排除MR设备因素的干扰，对分析含量的变化有困难，早期多采用该法。绝对值浓度计算方法有两种：①外标准法，同时扫描已知浓度化合物体模和被检查部位，比较两者化合物的绝对浓度，该方法受设备和生物因素影响较大；②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因素影响较小，但要求化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。脑1 H MRS分析的主要代谢产物有：①N-乙酰门冬氨酸（NAA），主要存在于神经元及其轴突中，可作为神经元的内标物，其含量可反映神经元的功能状态，含量降低表示神经元受损；②肌酸（Cr），能量代谢产物，在脑组织中其浓度相对稳定，一般作为脑组织1 H MRS的内参物，常用其他代谢产物与Cr的比值反映其他代谢产物的变化；③胆碱（CHO），主要存在于细胞膜中，其含量变化反映细胞膜代谢变化，在细胞膜降解或合成旺盛时其含量增加。

3.扩散加权成像和扩散张量成像

（1）扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）：

是建立在人体组织微观流动效应基础之上，利用人体内不同情况下水分子扩散程度的不同所造成的信号改变进行磁共振成像。在SE序列的180°脉冲前后对称加入扩散敏感梯度场（又称为扩散梯度脉冲）即可获得DWI。活体内存在大量水分子的无序运动，这可以通过扩散系数（diffusion coefficient，DC）来反映其运动的情况及是否受限，弥散系数值越大，分子的动量改变越大，所受限制就越小。在活体内，DWI信号除受扩散的影响外，还可能对一些生理活动（如心脏搏动、呼吸、灌注、肢体移动等）敏感，所测得的扩散系数并不仅仅反映水分子的扩散状况。为了避免这一现象，目前使用表观扩散系数（apparent diffusion coefficients，ADC）来描述活体弥散成像中的弥散状况。ADC值增大，代表水分子弥散增加，而弥散加权图像信号降低；反之亦然。目前DWI多用于脑缺血、脑梗死，特别是急性脑梗死的早期诊断；还可用于颅内占位性病变的鉴别诊断。

（2）弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）：

是DWI的发展和深化，是目前唯一的一种能有效观察和追踪脑白质纤维束的非侵入性检查方法。主要用于脑部尤其是对白质束的观察、追踪，脑发育和脑认知功能的研究，脑疾病的病理变化以及脑部手术的术前计划和术后评估。

4.灌注成像

灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI）是用来反映组织微循环的分布及其血流灌注情况、评估局部组织的活力和功能的磁共振检查技术，目前使用的主要是动态增强磁敏感和动脉自旋标记法两种技术，前者需使用含钆造影剂，使用最为广泛。其原理为当对比剂在短时间内高浓度通过某一区域的毛细血管网时，它基本上可代表血流通过的情况，由于顺磁性对比剂的磁化率效应，它不但大大缩短T1时间，也缩短T2时间，致信号降低，信号降低程度与局部对比剂浓度成正比，根据脑组织信号变化过程可获得时间-信号强度曲线，半定量观察到正常脑实质内的局部脑血流量（rCBF）、局部脑血容量（rCBV）、平均通过时间（MTT）和造影剂达峰时间（TTP）。PWI在临床上主要用于脑梗死的预后判断、溶栓治疗计划指导和效果评价，以及脑肿瘤的定性诊断等。

5.功能性磁共振成像

功能性磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging，fMRI）在这里是指狭义的脑功能成像，即是基于神经元功能活动对局部氧耗量和脑血流影响程度不匹配所导致的局部磁场性质变化的原理。血红蛋白包括含氧血红蛋白和去氧血红蛋白，两种血红蛋白对磁场的影响完全不同。氧合血红蛋白是抗磁性物质，对质子弛豫没有影响。去氧血红蛋白属顺磁物质，可产生横向磁化弛豫时间（T2）缩短效应（perferential T2 proton relaxation effect，PT2 PRE）。因此，当去氧血红蛋白含量增加时，T2加权像信号减低。当神经兴奋时，电活动引起脑血流量显著增加，同时氧的消耗量也增加，但增加幅度较低，其综合效应是局部血液氧含量的增加，去氧血红蛋白的含量减低，削弱了PT2 PRE，T2加权像信号增强。总之，神经元兴奋能引起局部T2加权像信号增强，反过来就是T2加权像信号能反映局部神经元的活动，即BOLD（blood oxygenation level dependent）效应。早期的fMRI是单纯利用神经元活动的血流增强效应，利用注射顺磁造影剂的方法来实现的，后来随成像技术的发展，才形成的BOLD。

神经元活动引起局部血流增加是短暂的，普通的MRI成像速度慢，难以用来研究神经电活动引起的这种变化，所以需要快速成像技术。快速成像技术主要包括快速小角度激发（fast low angle shot，FLASH）成像和快速回波平面成像（echo planar imaging，EPI）。FLASH成像仅需几秒钟，虽然可通过减少重复扫描来提高时间分辨率，但会明显降低空间分辨率。EPI技术是把经典成像中的多次扫描简化成一次扫描，使成像速度明显提高。EPI技术需要梯度场快速转换，对硬件要求较高，而且梯度场转换产生的噪声也较大。人们对之进行改造，发展出一种新的EPI技术——Spirals。与传统EPI的区别在于其数据采集从数据空间中心开始，然后以旋转方式逐渐向外扩展，但它无法实行傅立叶转换，增加了图像重建的复杂性。

fMRI在正常人脑功能区（视觉、听觉、嗅觉、运动、感觉及语言等）的基础研究方面均取得一定的进展，在神经外科、神经内科、药理学和精神病学等领域的临床应用也十分广泛。

6.磁敏感加权成像

磁敏感加权成像（susceptibility-weighted imaging，SWI）是一种新的磁共振成像方法，与通常的质子密度、T1或T2加权成像不同，它是利用不同组织间的磁敏感性的差异形成图像对比，磁敏感性反映物质在外加磁场作用下的磁化程度，常用磁化率来表示。常见的磁敏感物质有：①顺磁性物质，具有未成对的电子，磁化率为正，血红蛋白的某些降解产物属于超顺磁性物质；②抗磁性物质，无未成对电子，其磁化率为负值，人体内绝大多数物质具有这种特性；③铁磁性物质，拥有强大的正磁化率，去除外磁场后可被永久磁化。总之，无论是顺磁性还是抗磁性的物质，只要能改变局部磁场，导致周围空间磁敏感差异的改变，就能产生信号的去相位，造成T2*缩短。这样，磁敏感性不同的组织在SWI上就可以被区别出来。

现有的MR扫描并不能直接得到SWI图像，只能获得强度图（magnitude image）和相位图（phase image）。强度图包含了组织之间的对比，而相位图提供了一种增强对比的方法，其本身能够为脑灰白质、组织内铁沉积、静脉血管及其他存在局部磁敏感差异的组织提供良好的对比，可获得大量反映组织内磁敏感性物质的数据信息。要获得SWI图像需对原始图像进行图像的复数重组，在K空间中滤波消除相位图像中的磁场不均一性伪影，相位图经过高通滤波，消除非病变引起的背景T2*信号丢失，生成新相位图像，即相位蒙片，相位蒙片与强度图像加权即得到SWI图像，图像进行最小信号强度投影处理后，可显示连续层面的静脉血管图像。

SWI能够比常规梯度回波序列更敏感地显示出血，甚至是微小出血，在诊断脑外伤、脑肿瘤、脑血管畸形、脑血管病及某些神经变性病等方面具有较高的价值及应用前景。

（王晓明　张妍芬　高培毅）