MRI脂肪抑制技术

MRI脂肪抑制技术意义:(1)减少运动伪影、化学位移伪影或其他相关伪影；(2)抑制脂肪组织信号，增加图像的组织对比；(3)增加增强扫描的效果；(4)鉴别病灶内是否含有脂肪，因为在T1WI上除脂肪外，含蛋白的液体、出血均可表现为高信号，脂肪抑制技术可以判断是否含脂，为鉴别诊断提供信息。

方法（一）频率选择饱和法：最常用的脂肪抑制技术之一。

由于化学位移，脂肪和水分子中质子的进动频率存在差别，在成像序列的RF施加前，先连续施加数个预脉冲，如果预脉冲的频率与脂肪中质子进动频率一致，脂肪组织的将被连续激发而发生饱和现象，而水分子中的质子由于进动频率不同不被激发。

这时再施加RF，脂肪组织因为饱和不能再接受能量，因而不产生信号，从而达到脂肪抑制的目的。

特点：（1）高选择性。

主要抑制脂肪组织信号，对其他组织的信号影响较小。

（2）可用于多种序列。

（3）场强依赖性较大，在中高场强下使用可取得好的脂肪抑制效果。

（4）对磁场的均匀度要求很高。

（5）进行大FOV扫描时，因梯度场存在，视野周边区域脂肪抑制效果较差。

（6）增加了人体吸收射频的能量。

（7）预脉冲将占据TR间期的一个时段，因此会延长扫描时间，并有可能影响图像的对比度。

（8）运动区域脂肪抑制效果差。

（二）STIR技术：常用的脂肪抑制技术之一。

STIR技术是基于脂肪组织短T1特性的脂肪抑制技术。

由于人体组织中脂肪的T1值短，180°脉冲后其纵向磁化矢量从反向最大到过零点所需的时间也很短，此刻如果选择短TI则可有效抑制脂肪组织的信号。

抑制脂肪组织信号的TI等于脂肪组织T1值的69%，不同的场强下脂肪组织的T1值不同，因此抑制脂肪组织的TI值也应作相应调整。

在1.5T的MR仪，脂肪组织的T1值约为200～250ms，则TI=140～175ms时可有效抑制脂肪组织的信号。

在1.0T仪上TI应为125～140ms；在0.5T仪上TI应为85～120ms，在0.35T仪上TI应为75～100ms。

特点：(1)场强依赖性低。

低场MRI仪也能取得较好的脂肪抑制效果。

(2)与频率选择饱和法相比，磁场的均匀度要求较低。

(3)大FOV扫描能取得较好的脂肪抑制效果。

(4)信号抑制的选择性较低。

如果某种组织的T1值接近于脂肪，其信号将被抑制，故一般不能应用增强扫描。

(5)由于TR延长，扫描时间较长。

（三）频率选择反转脉冲脂肪抑制技术：一种新的脂肪抑制技术。

在真正RF激发前，先对被检区进行预脉冲激发，这种预脉冲的带宽很窄，中心频率为脂肪中质子的进动频率，仅有脂肪组织被激发，且这一脉冲略大于90°，脂肪组织会出现一个较小的反方向纵向磁化矢量，预脉冲结束后，脂肪组织发生纵向弛豫，其纵向磁化矢量将发生从反向到零，然后逐渐恢复到正向直至平衡状态。

预脉冲仅略大于90°，因此从反向到零需要的时间很短，选择很短的TI （10～20ms），仅需要一次预脉冲激发就能对三维扫描容积内的脂肪组织进行很好的抑制，因此采集时间也仅略有延长。

该抑制技术一般用于三维快速GRE序列。

特点：（1）仅少量增加扫描时间。

（2）一次预脉冲激发即完成三维容积内的脂肪抑制。

（3）几乎不增加人体射频的能量吸收。

（4）对场强的强度和均匀度要求较高。

（四）Dixon技术：临床上应用相对较少。

是一种水脂分离成像技术，通过对序列TE的调整，获得水脂相位一致（同相位）图像和水脂相位相反（反相位）的图像。

如果把两组图像信息相加或相减可得到水质子图像和脂肪质子图像。

把同相位图像加上反相位图像后再除以2，即得到水质子图像；把同相位图像减去反相位图像后再除以2，将得到脂肪质子图像。

（五）预饱和带技术在RF激发前，先对被检区周围进行预脉冲激发，这种预脉冲的带宽很宽，使质子达到饱和，该区域的任何质子（包括脂肪和水）的信号都受到了抑制，减少由于运动在相位方向上的伪影。

严格说，添加预饱和带并不能算是脂肪抑制技术。

MRI脂肪抑制技术的原理与临床应用在磁共振成像（以下简称MRI）中，由于人体内脂肪组织中的氢质子和其它组织中的氢质子所处的分子环境不同，使得它们的共振频率不相同；当脂肪和其它组织的氢质子同时受到射频脉冲激励后，它们的弛豫时间也不一样。

在不同的回波时间采集信号，脂肪组织和非脂肪组织表现出不同的信号强度。

利用人体内不同组织的上述特性，磁共振物理学家们开发出了多种用于抑制脂肪信号的脉冲序列。

下面对四种脂肪抑制序列的基本原理、特点及临床应用价值作一个简单的介绍。

一脂肪饱和序列1. 基本原理脂肪饱和(Fat Saturation，FATSAT)方法是一种射频频率选择性脂肪抑制技术。

它的基本原理是利用脂肪和水共振频率的微小差异，通过调节激励脉冲的频率和带宽，有选择地使脂肪处于饱和状态，脂肪质子不产生信号，从而得到只含水质子信号的影像。

在FATSAT序列开始时，先对所选择的层面用共振频率与脂肪相同的90°射频脉冲(饱和脉冲)进行激励，使脂肪的宏观磁化矢量翻转至横向(XOY)平面，在激励脉冲之后，立即施加一个扰相(相位破坏)梯度脉冲，破坏脂肪信号的相位一致性，紧接着施加成像脉冲。

由于回波信号采集与饱和脉冲之间时间很短(<100ms)，使脂肪质子无足够时间恢复纵向磁化矢量，没有信号产生，从而达到脂肪抑制的目的。

2. 脂肪饱和序列的特点及临床应用FATSAT技术是在常规成像脉冲序列之前，先用一频率和脂类质子共振频率相同的饱和脉冲对所选择的层面进行激励，因此，该技术可用在所有的MR成像脉冲序列中。

FATSAT序列的突出优点是只抑制脂肪信号，而其它组织信号不受影响，因此一般认为该序列对脂肪抑制具有特异性，可靠性较高，特别是在较高场强的磁共振成像系统中，只要饱和脉冲的频率和频带宽度选择合适，即可使脂肪组织的信号强度减低或消除，而非脂肪组织信号几乎不受任何影响。

脂肪饱和序列最适合显示解剖细节，如有脂肪的软组织病变的显示、骨与关节成像、眼眶内病变的显示等。

在对比增强扫描中，可用于对脂肪信号与增强病变之间的鉴别，特别是在含有大量脂肪组织的区域。

脂肪饱和序列通常也可用于抑制或消除化学位移引起的伪影。

3. 影响脂肪抑制效果的因素当静磁场强度不均匀时，脂肪和水的进动频率会受局部磁场的影响出现偏差，在这些区域，饱和脉冲的频率可能不等于脂肪共振频率，由此将导致成像区域的脂肪得不到均匀一致的抑制，某些局部的脂肪信号仍然存在，影响对病变组织的诊断与鉴别诊断。

目前认为，磁场非均匀性可通过缩小观察野，将兴趣区置于磁场中心和对主磁场进行匀场得到消除。

磁场非均匀性多由于局部磁化率不同而引起，如鼻窦骨与空气交界处、右前横膈膜区域，空气与脂肪及肝脏交界处，在兴趣区周围如果存在金属异物或空气积聚也可造成磁场非均匀性，另外磁场非均匀性还可发生在那些解剖结构形态出现明显变化的区域。

另外，射频脉冲频率和带宽选择不当会影响脂肪抑制效果。

除此之外，在使用表面线圈时，也会影响射频场的均匀性，使所选择的射频脉冲频率发生偏差，这是因为表面线圈只是接收线圈，射频脉冲来自于体线圈，在射频场内由于有表面线圈的存在，使射频脉冲频率受到干扰，偏离所选择的脂肪共振频率，以致于脂肪信号得不到充分的饱和。

除了技术因素的影响外，脂肪信号是否得到完全抑制还与脂肪组织内具体成分有关，如部分含水的脂肪组织、少量处于游离状态或以甘油三脂形式存在的脂肪酸等，由于它们与水的共振频率相近，信号得不到完全抑制。

另外，对于不同的MR扫描仪，由于静磁场强度不同，脂肪和水的共振德手湎嗖畛潭炔煌诰泊懦∏慷任?.5T时，脂肪和水的共振频率相差224Hz左右(1.0T时，为150Hz; 0.3T时，为45Hz)。

对于低场强磁共振系统，脂肪和水的共振频率差异很小，抑制效果受磁场非均匀性影响较大，因此在低磁场中很难得到比较好的脂肪饱和图像。

二反转恢复序列1. 基本原理反转恢复(Inversion-Recovery，IR)序列是在每个脉冲序列周期开始时，首先对成像层面施加180°射频脉冲，使成像层面的宏观磁化矢量翻转至主磁场的反方向，当180°脉冲停止，纵向弛豫过程立即开始，经过一定时间后再进行信号读取，信号读取部分可以是自旋回波（IR-SE），也可以是梯度回波（IR-GR），甚至可以是快速自旋回波（IR-FSE）。

180°翻转脉冲和信号读取部分的第一个激发脉冲之间的间隔时间称为反转时间（Inversion Time，TI），TI是IR序列的重要参数，在脂肪抑制技术中所用的序列为短TI反转恢复(Short TI Inversion-Recovery，STIR)序列。

图1为反转恢复自旋回波序列时序图。

图1 反转恢复脉冲序列时序图翻转恢复序列抑制脂肪信号的基础是脂肪和水的T 1值不同。

当重复时间(TR)足够长时，宏观磁化矢量将经历一个从-Mo到0，再从0到Mo的变化过程，由于脂肪组织的T 1值比水短，纵向磁化比水恢复要快，如果信号读取在脂肪组织的弛豫曲线过零点时进行，则脂肪对纵向磁化矢量没有贡献，无法在数据采集时产生信号，所以用短TI反转恢复序列可以抑制脂肪信号。

TI是影响脂肪抑制效果的关键参数，当TR比T1足够长时，只要取TI=0.69T1即可去除脂肪信号。

我们知道组织T1值与磁场强度有关，同样抑制脂肪信号的最佳TI也与磁场强度有关，在磁场强度为1.5T时，最佳TI约为140~170ms，1.0T时为130~160ms，0.3T时为90~110ms。

2. STIR序列特点及临床应用STIR序列是在脂肪组织弛豫曲线过零点时加入激励脉冲，此时大多数质子没有充分弛豫，仍然处于部分饱和状态，所得MRI信号中不含脂肪信号。

但从另一方面看，与脂肪组织弛豫率相近的组织也可能处于部分饱和状态，这些组织会出现信号丢失，因此，一般来说，反转恢复序列的图像信噪比较低。

在反转恢复序列中，信号强度与纵向磁化向量的绝对值有关，具有短T1和长T1的组织可能产生相同的信号强度，两种组织之间缺乏特征鉴别，也就是说STIR序列对脂肪信号的抑制缺乏特异性，当某些液体或组织的纵向磁化向量的绝对值与脂肪相近时，其信号也被抑制，例如粘液样组织、出血、蛋白样液体等。

相反，脂肪浸润区域或含脂肪的肿瘤组织则因与纯脂肪组织的T1值不一样，反而得不到充分抑制，因此TI应根据脂肪结构、解剖部位及个体间差异合理选择。

STIR不但可抑制全部脂肪组织信号，还可抑制部分水信号，它是目前唯一对磁场非均匀性不敏感的脂肪抑制技术。

另外，在STIR序列中，T1、T2对比增加，具有长T1和长T2的组织对比非常明显，该特性有助于对肿瘤的检测。

STIR序列常用于盆腔病变的检测及鉴别，如: 直肠瘘、脂肪瘤、卵巢畸胎瘤等。

图2中，上面两幅图像是翻转恢复序列乳腺脂肪抑制像，下面两幅为梯度序列像。