第五章 MR在血管疾病诊断中的应用
第一节 概述
X线血管造影一直被视为诊断各种血管疾病的金标准，但它属于有创检查，检查费用高，同时存在一定的并发症和危险性。无创血管检查方法中，CT血管造影（computed tomography angiography，CTA）因技术普及、空间分辨率高、扫描速度快等特点，应用最为广泛。但磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA）因无辐射、不用含碘对比剂，甚至不用对比剂、软组织分辨率高等特点，在无创血管成像中，始终占有一席之地。
MRA技术分为两大类，一类为非对比增强MRA，另一类为对比增强MRA（contrast enhanced MRA，CE MRA）。非对比增强MRA最常用的技术为时间飞跃法（time of flight，TOF）和相位对比法（phase-contrast MR angiography，PC-MRA）。
一、TOF法
TOF血管成像是早期广泛采用的MRA方法，目前，仍然是颅内血管成像的主要方法（图5-1）。
正常情况下，人体组织的磁化矢量与MR设备的外磁场方向一致，呈纵向磁化。在一个射频脉冲期间，组织的磁矩向横向倾斜一定角度，这个过程称为激励。射频脉冲越大，翻转角度越大。一旦射频脉冲终止，则磁化矢量会发射与它在横向的成分成比例的信号或“回波”。TOF方法是通过快速地施加射频脉冲抑制或饱和背景静止组织的信号。
组织产生的信号不会永远持续。在数秒钟内，组织的磁矩恢复到它在纵向的平衡。组织由横向磁化恢复到纵向磁化平衡过程称为弛豫。磁化矢量在横向变小称为横向弛豫，同时却以较慢的速度在纵向变长称为纵向弛豫。不同组织横向和纵向弛豫的时间不同，将横向弛豫时间规定为T2值，纵向弛豫时间规定为T1值。
正常人体内肌肉和脑实质的T2值短（≈35ms），脂肪的T2值为中等（≈60ms），脱氧血液的T2值短（≈20ms），含氧血液的T2值长（≈180ms）。这就意味着来自动脉的信号在肌肉信号消失后还要持续一段时间，在相对长的回波时间中，肌肉组织已经呈暗信号，血流仍呈亮信号。血液的T1值很长（≈950ms），肌肉的T1值中等长（≈800ms），脂肪的T1值相对短（≈250ms）。因而，血液的纵向磁化矢量恢复到平衡状态需要很长时间，而脂肪的纵向磁化矢量将很快恢复。这就解释了TOF血管成像中，流动非常缓慢的血液信号可以比周围的脂肪组织暗。
当TR（repetition time）值比T1值短很多时，磁化即变为饱和。TR值越短，饱和程度越高。TOF中TR值一般为20~90ms，该TR值短于除了正铁血红蛋白或强化的软组织外任何组织的T1值。当所有的组织均饱和到一定程度后，再施加下一个脉冲时，那些具有相对短的T1值的组织在纵向上恢复的距离将较大。所以他们的信号比具有长T1值的组织亮。翻转角也影响饱和，翻转角度越大，磁化矢量恢复到其平衡位置的纵向距离越长。翻转角和TR值是影响背景组织饱和程度的重要参数。两者的作用是相互关联的。大的翻转角度（90°）在相对长的TR值（≈150ms）时仍使组织饱和，而很小的翻转角度（10°）即使在很短的TR值（≈10ms）也不能使组织饱和。饱和也依赖于组织接受脉冲的次数，尤其是使用小的翻转角度时。
在TOF血管成像中，对人体内的一个薄层面或层块快速连续施加多个短的射频脉冲，使接收脉冲的该容积静止组织被饱和，而该容积外的血流没有接受激励处于平衡状态。当该血流进入这个容积时，它显示为亮信号。成功的TOF血管成像，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，从而只接受极少的射频脉冲，这样血液即不被饱和又具有相对于暗的静止背景，组织信号呈非常亮的信号强度。这个对比机制称为“流动相关增强”（flow-related enhancement）。如果血液流动相对较慢，那么在它穿过扫描容积时将会接收多个脉冲，就会进行性的被饱和而丢失信号（图5-2）。
二、PC法
PC-MRA是在流动编码梯度上用相位移表示血流信息。选择PCA技术的主要理由是：①通过背景抑制提高对小血管或慢血流血管的显示；②利用PCA的速度-相位固有关系获得血流的生理信息。
PC脉冲序列对比机制主要依赖血流运动。信号相位强度与血液流动速度成比例，而静止背景组织被抑制。根据血流敏感度的需要，流动编码梯度可选择多个方向。PCA也分为2D和3D两种方法。PCA已经用于肾动脉、颈动脉和门静脉评价。PCA的参数选择灵活性较大，使其比TOF成像方式在临床应用上更复杂。PCA另一个重要用途是能测量血流速度，提供血流生理信息和定量测量血流速率，这些对于心血管疾病的评价是有价值的。
三、CE MRA
3D CE MRA是通过顺磁性对比剂缩短血液T1弛豫时间，增加血管与周围背景组织之间的对比度，而获得MR血管图像。正常人体组织中，在1.5T（Tesla）场强下，最短T1值是脂肪组织约为270ms，而血液T1值为1200ms。所以在常规MRI上脂肪呈亮信号，血液呈暗信号。血管内注射适量钆螯合剂将使血液T1值由1200ms缩短到100ms，明显低于短T1值的脂肪，在图像上血液较周围所有背景组织的信号都亮（图5-3）。3D CE MRA不依赖于血流物理状态成像，消除了层面内饱和效应和血流物理状态对成像的影响，并可以在兴趣血管平行的层面采集数据，如冠状位采集，这样能用较少的层面包含较大的血管范围，大大减少扫描时间。
钆螯合剂是细胞外液对比剂，进入血管腔后将迅速向细胞组织间隙弥散。因此，三维容积快速采集是3D CE MRA应用于临床的关键。钆对比剂可增加血管内信号强度，使采用3D脉冲序列采集成为可能，这样可提供比2D脉冲序列更高的空间分辨力。3D CE MRA采用短 TR（小于10ms）和短 TE（小于 3ms）及适宜翻转角（flip angle），使扫描时间明显缩短，一次屏气可完成整个三维数据采集，一般扫描时间为20~45秒。近年开发的超快速脉冲序列获取一组三维容积数据仅用3秒，这可进行实时动态MRA检查。另外，缩短TR和TE不仅缩短扫描时间，而且可提高增强对比噪声和抑制背景信号，从而进一步提高图像质量。由于采用快速3D采集，所有数据都可在对比剂首次通过期间获得，这样减少了再循环的稀释效应，减少了静脉强化和重叠，减少对比剂用量。最后，应用屏气采集可以消除胸部、腹部等运动伪影，将大大改善胸腹部3D CE MRA的图像质量。
要获得最佳的MR血管图像就必须对团注对比剂计时，过早或延迟扫描都将影响3D CE MRA的图像结果。3D MRA数据采集必须与对比剂在兴趣血管内循环保持一致。由于MRI数据采集的傅立叶特性不需要在整个扫描时间内均注射对比剂。在成像时，整个3D或K-空间（K-space）数据是在层面图像重建前获取。K-空间内每一点代表一个固定的空间频率，而不是空间数据。它储存着所采集的MR信号，内含MR图像潜影，经过傅立叶转换产生MR图像。K-空间不同部位决定图像不同特征。例如K-空间的边缘高空间频率线决定图像空间分辨力，而中心低空间频率线决定图像对比度。3D CE MRA的血管图像主要获取中心部的低空间频率线数据，当动脉内对比剂达到峰值时间时，恰处于中心K-空间采集，这样钆对比剂团注维持1/2~2/3的扫描时间即可。这样降低了所需对比剂的总剂量，但团注时间缩短后，把握团注峰值时间与中心K-空间采集时间的吻合显得更为重要。
四、适应证和禁忌证
主动脉瘤、主动脉狭窄、肺动脉病变、周围动脉狭窄或闭塞、周围动脉瘤、冠状动脉病变、血管炎性病变、静脉系统病变。
体内金属植入物、幽闭恐怖症。
无辐射、无含碘对比剂、软组织分辨率高。
扫描时间相对长、空间分辨率略低。