【基础理论】造影剂增强磁共振血管成像

【基础理论】造影剂增强磁共振血管成像

三维对比增强磁共振血管造影(3D CE-MRA)是通过静脉内快速注射顺磁性造影剂，利用造影剂在血管内较短暂的高浓度状态形成明显缩短血液T1弛豫时间现象，同时配合三维快速梯度回波脉冲序列的短TR效应有效地抑制周围背景组织的信号，形成血管信号明显增高而周围静态组织信号明显受抑制的强烈对比效果。

这一章我们将重点讨论3D CE-MRA成像技术中最重要的三个部分:

造影剂技术。这是3D CE-MRA扫描的前提条件。

脉冲序列参数的选择及优化。这是3D CE-MRA扫描的基本要求。

确定何时开始触发扫描。这是3D CE-MRA扫描成功的关键因素。

造影剂技术

1. 1造影剂的种类

最常用的MR造影剂为钆的螯和物Gd-DTPA，该物质为小分子颗粒，静脉快速团注于血管后短时间内集中于血管腔内，随后逐步从毛细血管漏出进入细胞外间隙，最后经肾脏排出体外。该造影剂主要由钆(Gd) 产生强化效应。我们都知道大部分元素的电子都是成对的，磁矩相互抵消。而Gd+++有7个不成对电子，比其他任何元素都多。一个不成对电子的磁矩很大，是一个质子的657倍。弛豫率与磁矩的平方成正比，因此，Gd的7个不成对电子弛豫较一个单独的质子快106倍。它在人血浆中的T1弛豫率约为4.5/mMol.sec，可明显缩短自旋质子的T1弛豫时间。新型的商用MR造影剂具有更高的弛豫率, 可高达9.7/mMol.sec。

血池造影剂为新型血管内造影剂，这些造影剂分子足够大或注射到血管后与其他大分子结合，不漏出毛细血管滞留在血管内，因此可以使用更小剂量的造影剂且在血管内的半衰期更长，可以获得更高分

辨率图像或不同部位血管图像。但此种类型的造影剂应用还并不十分广泛。

1.2 造影剂剂量

3D CE-MRA最基本的要求是注射的顺磁性造影剂量要足以使动脉血液的T1值低于周围组织的T1值，这样动脉血才能比周围所有组织信号强度高。T1值最短的背景组织是脂肪，在1.5T机器上约为270ms，由此可见造影剂的最小注射剂量应当使血液的T1值低于270ms。

从图像质量角度来说，通常是造影剂使用量愈大，图像质量愈好。但考虑其安全性、实用性及性价比等因素，大多数学者建议造影剂Gd-DTPA的使用剂量为0.2毫摩尔/公斤体重(0.2mMol/Kg)，也就是说常规体重的患者大约用量约为30毫升左右。Martin Prince等证实用现代的高梯度性能的MR系统，造影剂量甚至可缩减到0.1mMol/Kg以下亦可能获得高质量的血管图像！（图1）

但必须注意，在某些特定的情形下造影剂用量可能要做适当的修改。心血管病患者需要更多的造影剂才能更好地显示动脉粥样硬化和狭窄等血管病变的细节。高分辨率扫描也需要加大造影剂量。高质量的门静脉造影图像亦要求更大剂量的造影剂。超快速扫描或使用特殊脉冲序列时允许适当降低造影剂用量。

1.3 注射速度及持续时间

动脉血的Gd浓度还与静脉内注射速度和心排出量有直接关系。（动脉血Gd浓度=注射速度/心排出量）这表明可以通过增加注射速度或减低心排出量来增加动脉Gd的浓度。大多数学者建议造影剂Gd-DTPA的注射速度为1.5-2.5毫升/秒。

屏气是获得胸、腹部3D CE-MRA最佳图像质量的基本要求。目前绝大多数3D CE-MRA扫描都可以在一次屏气内完成。通常来说，造影剂注射持续时间应该至少维持一半扫描时间，最好维持2/3的扫

描时间。当然全下肢血管造影需要维持更长的造影剂注射时间，一般要维持50秒钟左右。

脉冲序列参数的选择及优化

由于血管内血液的流动特性，决定了理想的CE-MRA扫描序列应当是成像速度快，时间分辨率高，能在短时间内分别获得不同时相的血管强化信息，同时要求含造影剂血液与背景组织有良好的对比及足够的空间分辨率，目前各厂家用的最多的3D CE-MRA成像序列为三维快速梯度回波脉冲序列。为了获得最短的扫描时间，最佳的对比噪声比及适宜的空间分辨率，我们可以通过调整以下参数来使图像达到最佳。

2.1 回波时间 (TE)

应该使用尽可能短的时间，来减小失相位及T2*信号衰减.这要求回波时间短于3ms。另外选择回波时间(2.3 ms左右)处于水脂反相位有助于抑制脂肪的信号而增加血管与组织的对比。回波时间缩短还可以缩短重复时间，进一步减少流动伪影及磁化率伪影。短回波时间对肺动脉成像特别有好处，可以抑制空气与组织交界面之间的磁化率伪影。

2.2 重复时间 (TR)

缩短重复时间将直接缩短扫描时间，同时由于缩短了扫描时间，可以更快地注射造影剂使得造影剂在血管内浓度提高，补偿缩短重复时间引起的信噪比降低。总之，在不增加接收带宽的情况下，应使用尽可能短的重复时间，一般可缩短到6ms以下。使用最短重复时间的优化脉冲序列可以屏一次气即完成三维数据采集。缩短重复时间还可造成背景组织明显抑制，增加了血管与周围组织的对比噪声比。

2.3 翻转角 (FA)

在梯度回波序列中，翻转角的大小影响着不同T1值组织的对比。30°~50°范围内的翻转角使含有造影剂的血液与静态组织的T1值差别较大，因而可获得良好的对比。45°翻转角是最被广泛使用的。静脉期成像时可将翻转角减到30°有助于补偿造影剂稀释造成T1弛豫时间缩短的减少。然而小翻转角使得图像的对比度降低。如采用小剂量造影剂、短TR<>

2.4 接收带宽 (BW)

调整接收带宽是调整重复时间，回波时间和信噪比的主要手段之一。增加接收带宽可以缩短快速扫描序列的TE和TR，但会显著降低信噪比。另一方面，将带宽缩窄可以提高信噪比，但会延长TE和TR，导致扫描时间延长。窄带宽还会增加化学位移伪影程度。应保证TE时间不超过2ms的前提下尽量缩窄接收带宽。

2.5 采集矩阵 (MATRIX) 和零填充插值技术 (ZIP)

扫描采集矩阵的大小决定脉冲序列中相位编码梯度的步数及频率编码梯度的步数即数据的采样点数。当FOV一定时，矩阵越大，体素的尺寸就越小，图像的空间分辨率也就越高，显示细小血管的能力也就越强越清晰！但我们要知道，每一个相位编码步都需要一个TR周期来完成，因此用增加相位编码步来提高图像空间分辨率时，总是以延长扫描时间为代价的。同时空间分辨率的提高即体素的变小都会引起SNR的降低。

层内零填充插值技术就是在重建图像前，在K-空间周围部分填零扩展K-空间。此时显示矩阵明显高于采集矩阵，可以显著改善重建图像的空间分辨率，而且不影响图像的SNR和扫描时间。层间零填充插