第十三节　增强血管成像

增强血管成像的全称是对比剂增强磁共振血管成像（CE-MRA）。

学习目的

了解钆对比剂在CE-MRA的作用。

了解CE-MRA序列中扫描参数的合理应用。

了解不同部位CE-MRA的K空间填充方式。

掌握对比剂剂量及注射速率的设定原则。

掌握特殊部位CE-MRA的扫描参数设定原则。

名词解释

对比剂峰值时间（达峰时间）。

扫描延迟时间。

虽然MRA检查可以采用非增强血管成像，但有时临床要求获得精确的血管的信息，此时需要使用对比剂增强的血管成像。后者与非增强MRA不同，它要求快速注射钆对比剂，并在对比剂首次流经动脉血管的瞬间快速成像，然后利用三维最大信号强度投影技术进行重组，得到动脉血管及分支细节的信息。动脉期扫描后还可以重复再扫描一次，获得静脉血管的信息，但此时背景组织由于对比剂进入，信号增强，故静脉结构与周围组织的对比稍差。为了较好显示静脉血管，对静脉期原始图像不宜用最大信号强度投影重组，建议使用多平面、多角度的厚层重组方式显示静脉血管。

CE-MRA的理论分为两个部分，包括对比剂缩短T1时间和MR扫描序列及参数设定原则。分述如下。

一、钆对比剂缩短动脉血池T1弛豫时间

学习目的

　了解钆对比剂缩短动脉血池T1时间的机制。

　解释动脉血池T1时间缩短与注射速率的相关性。

名词解释

　对比剂团注。

在1.5T MR设备上，血液的 T1弛豫时间是1300ms，当大量钆对比剂进入血管时，血管内T1弛豫时间缩短，可明显小于脂肪的T1时间（240ms左右）。在对比剂局限于动脉血管的血池内，周围组织没有被强化时，应用背景组织抑制的快速MRA技术，动脉呈明显的高信号。动脉血池T1弛豫时间缩短的前提是快速注射大剂量对比剂，这种快速注射技术简称团注。

动脉血池T1弛豫时间缩短的程度与对比剂的注射速率相关（表1-13-1-1）。当注射速率为0.5ml/s时，动脉血池的T1时间可缩短至100ms；如果增大注射速率，T1时间会进一步缩短；当注射速率达到1.2ml/s时，动脉血池的T1时间可达30ms以下。血池如此短的T1时间，使其在T1WI呈极高信号。由此可见，对比剂注射速率越快，CE-MRA中动脉血管的信号越高。

在临床实际扫描中并不会设定非常高的对比剂注射速率，这一方面为避免增加患者的不适与危险，另一方面为了减少对比剂的注射剂量。CE-MRA扫描要求动脉血池T1时间的缩短应持续一段时间，即有一定的峰值持续存在。在相同时间内，注射速率越快，实际注射的对比剂剂量越大。此外，对比剂过快注射反而可能使血管影像模糊。通常情况下，2.5～3ml/s的注射速率可满足身体绝大多数动脉血管的CE-MRA检查（图1-13-1-1）。肺动脉例外，它的对比剂注射速率为4ml/s。一般而言，在动脉成像期间应避免静脉显示。

二、CE-MRA扫描序列及参数组合

学习目的

　了解并正确选择CE-MRA的扫描序列。

　了解抑制背景信号相关的扫描参数。

CE-MRA扫描序列以T1WI为主，同时具备好的背景抑制。CE-MRA常用的脉冲序列是三维快速毁损梯度回波TOF-MRA。该序列有如下特点：T1对比度，扫描速度快（保证在对比剂首次通过动脉血管期间完成扫描），背景抑制好（保证血池与背景形成最大对比）。所有这些都是通过恰当地调节扫描参数实现的。

在TOF-MRA，背景抑制是指使背景组织饱和而不产生信号。如果TR时间足够短，成像局部组织的横向磁化矢量没有时间纵向恢复，背景组织在CE-MRA的信号就非常弱，从而达到背景抑制的效果。

MR扫描序列中与背景抑制相关的参数包括翻转角、频率矩阵、带宽、脂肪抑制、扫描视野及扫描层厚。其中，扫描视野及扫描层厚还影响血管图像的质量，每个部位的MRA扫描都有与其适应的最佳参数匹配，应注意区别。

翻转角：翻转角是指射频脉冲的激发角度。相同的频率振幅下，激发角度越大，射频脉冲持续时间越长，TR就会增加。因此，CE-MRA扫描时翻转角不宜过大。因翻转角还与不同组织的对比相关，故也不能很小。一般而言，翻转角在20°～40°时，CEMRA动脉血池与背景组织的信号差别最大。选择翻转角还受场强及信号强度制约，在1.5T MR设备上保证图像质量的翻转角是30°，在3.0T是20°。故CE-MRA成像时，临床采用的翻转角在1.5T是30°～35°，在3.0T是20°～25°。

频率矩阵：在FSE或普通的2D梯度回波序列中，增加频率矩阵并不会明显地改变扫描时间。但在CE-MRA中，TR、TE本身非常小，改变频率矩阵对TE、TR的影响很大。这是因为在其他扫描参数一致的条件下，增加频率矩阵意味着对一个信号采集的点增加，这就增加了采集时间，即TE时间增大，TR时间也相应增加，导致背景抑制减弱。故CEMRA扫描一般不应用过高的分辨力参数，频率矩阵不高于320，以免减弱背景抑制。

带宽（接收带宽）：接收带宽影响图像SNR，也影响TE时间，从而间接影响TR时间。CE-MRA检查时动脉血池的T1时间可达30ms以下，信号强度较高，此时可忽略带宽对SNR的影响。为了保证TR时间足够短，建议使用高带宽。在GE 1.5T设备建议使用62.5MHz，在3.0T建议83～125MHz。在Siemens 1.5T设备建议使用400Hz/像素，在3.0T建议690Hz/像素。

脂肪抑制：脂肪抑制可以降低背景组织的信号，突出显示血管，但增加扫描时间。为了使扫描时间足够短，只能降低分辨力，影响图像质量。实际上在CE-MRA检查时，只要TR时间足够短，已经能够有效抑制背景信号，没有必要再使用脂肪抑制技术进行背景信号抑制。

三、K空间填充方式与扫描延迟时间设定

学习目的

　了解K空间填充方式不同时的延迟时间设定。

名词解释

　峰值时间。

　延迟时间。

　团注测试。

动脉血池中钆对比剂信号在CE-MRA的峰值到达时间与静脉显影时间较短，一般小于10秒，而一个分辨力及图像质量满意的CE-MRA序列的扫描时间最短也为15秒左右。如何获得高质量的增强血管图像，这涉及K空间概念。

以一定的速度及剂量注射Gd-DTPA后，血管内对比剂浓度逐渐增高，直至达到最高值。从开始注射对比剂到血管内对比剂浓度最大，这个时间段称为注射对比剂的峰值时间或达峰时间。峰值时间与注射的速率和剂量相关。峰值持续一段时间（峰值持续时间）后，对比剂浓度开始下降，此时静脉开始显影，背景组织的信号随之增高。CE-MRA的最佳对比度取决于峰值时间之后，静脉显影之前这一短暂期间。在MRI，图像的对比度和信噪比是由K空间中心区域的信号决定，因此，CE-MRA扫描应将峰值持续时间采集的信号置于K空间中心区域，且不能有静脉污染。含有静脉和背景组织强化的信号可置于K空间边缘区域，后者决定图像细节，即解剖结构的清晰、锐利程度。边缘区域的信号即使含有静脉成分，也不会影响图像对比度。为保证不同解剖部位CE-MRA的质量，可选择不同的K空间填充模式，如顺序型、中心型、椭圆中心型、反中心型以及反椭圆中心型。

CE-MRA检查时，从开始注射对比剂到启动扫描序列之间的时间称为扫描延迟时间，简称延迟时间。计算延迟时间很重要，过早扫描会导致动脉血管显示不佳，过晚扫描则引起静脉显影。后者不仅影响观察动脉血管，而且流入背景组织的对比剂导致背景信号增高，减弱背景抑制效果。CE-MRA扫描序列中K空间填充方式不同，延迟时间也不同。分述如下。

（一）顺序型K空间填充与延迟时间

顺序型K空间填充是传统的K空间填充模式，即将采集的MR信号从低相位到高相位按顺序填充K空间（图1-13-3-1）。K空间相位正中1/3区域的信号决定图像对比度。

顺序型K空间填充的CE-MRA需要将动脉血池峰值持续时间采集的数据置于K空间中心。因此要求精确计算，通常采用手动计算延迟时间。方法如下：应用一个测试扫描序列，观察时间及信号强度曲线，找出信号最高图像，得到峰值时间，再套用公式计算延迟时间。这种最传统的做法，由于操作复杂，现已很少使用。但是，顺序型K空间填充的CE-MRA质量好。鉴于顺序型采集脉冲序列的扫描开始时间早于中心型及椭圆型采集，如果是全身CE-MRA检查，第一段血管成像往往采用顺序型K空间填充，以避免后期采集的动脉血信号出现静脉污染。需要注意，应用K空间填充方式不同的扫描序列时，延迟时间的计算公式也应不同（图1-13-3-2）。

测试扫描序列又称团注测试扫描序列，其作用是对包含靶血管的一个层面（大多选择血管正中的横断面）进行快速、反复扫描，同时以CE-MRA检查同样的注射速率静脉注射2ml对比剂与20ml生理盐水。在靶血管信号由暗变亮，而后变暗并且静脉显影时，结束扫描。在操作台通过后处理软件观察靶血管的时间-信号强度曲线（图1-13-3-3），曲线最高点对应的图像时间即对比剂的峰值时间。最后，需要套用公式并计算顺序型K空间填充的延迟时间。相关的公式较多，最常用的公式（式1-13-3-1）如下：

在注射速率相同时，剂量不同，注射时间不同，峰值时间也不同。随着对比剂用量增多，峰值时间会逐渐延迟。因此，注射少量对比剂后通过团注测试扫描所得峰值时间并不是正式CE-MRA扫描时注射大剂量对比剂条件下的峰值时间。从上面公式可见，计算延迟时间应考虑对比剂注射时间这一因素。

（二）中心型K空间填充与延迟时间

中心型K空间填充首先将采集的数据填充在K空间相位正中，然后由中心向两侧对称性依序填充（图1-13-3-4）。前1/3时间段扫描的MR信号决定图像对比度，因此要确保前1/3段扫描时间内采集的信息没有静脉污染。

由于最初采集的MR信号是决定对比度的K空间中心区域的信号，因此峰值时间加上一半的注射时间应是正式扫描的延迟时间（图1-13-3-2B）。现在各厂商的设备都有自动探测（或实时透视）对比剂到达靶血管的软件，K空间中心型采集的 CEMRA扫描序列配合这些软件，可以免除计算延迟时间的繁琐，而是在自动探测（或实时观察）对比剂到达靶血管后，自动（或手动）启动扫描序列。如果采用透视软件以手动方式开启扫描，注意不要紧张并提早扫描，否则会因对比剂峰值尚未出现在扫视野血管，而使动脉血管显示较暗，甚至在血管内形成分层或截断伪影。中心型K空间填充的CE-MRA简化了操作流程，目前被普遍应用。

（三）椭圆中心型K空间填充与延迟时间

椭圆中心型K空间填充首先将采集的数据填充在K空间正中1/9区域，然后顺序填充周边8/9区域（图1-13-3-5）。前1/9时间段的扫描信号决定图像对比度，因此要确保前1/9时间段采集的MR信息没有静脉污染。

椭圆中心型K空间填充CE-MRA的延迟时间设定原则和扫描操作流程与中心型K空间采集的CE-MRA完全一致（见图1-13-3-2C）。由于仅前1/9的信号决定整个图像的对比度与信噪比，故对其后8/9时间段的扫描要求不高，此时即使患者身体有轻微移动（如胸腹部血管成像时患者屏气中断）也不会明显影响最后的图像质量。该技术多用于动静脉循环时间较短的动脉血管成像（如颈动脉及肺动脉），也用于屏气能力较差患者的动脉血管成像。操作要点是不能提前扫描，宁可滞后1～2秒。这个要求比在中心型K空间填充的CE-MRA更加严格，因为提前扫描会导致仅血管上半部显示（少量对比剂进入）而下半部完全不显示（尚无对比剂进入），或在血管内形成明显的线状伪影。

（四）反中心型与反椭圆中心型K空间填充与延迟时间

顾名思义，反中心型K空间填充首先将采集的MR信号填充在K空间相位的边缘，而后依序由两侧对称性向中心填充，后1/3时间段扫描的信号决定图像对比度（图1-13-3-6）。反椭圆中心型K空间填充首先将采集数据填充在K空间周边的8/9区域，最后填充正中1/9区域。此时K空间周边的MR信号都是尚未注射对比剂时采集的MR信号。

反中心型及反椭圆中心型K空间填充CE-MRA的扫描延迟时间明显缩短（见图1-13-3-2D、E）。这两种K空间填充方式所得CE-MRA图像，由于周边填充的信号为不含对比剂的信号，因此血管的边缘或轮廓模糊，细小血管显示不清，仅能显示较大的血管主干。在实际工作中很少使用含这两种填充方式的K空间脉冲序列。

四、对比剂剂量选择

学习目的

　掌握CE-MRA对比剂的剂量（mL）计算方法。

CE-MRA检查时钆对比剂的剂量选择取决于以下几个因素，对比剂的注射速率、脉冲序列的扫描时间及K空间的填充方式。

如果采用顺序型及中心型K空间填充，所用钆对比剂的最小剂量可按下列公式计算：

对比剂剂量=对比剂注射速率×1/3扫描时间

如果采用椭圆中心型K空间填充，所用钆对比剂的最小剂量可按下列公式计算：

对比剂剂量=对比剂注射速率×（1/9扫描时间+1）

五、常用CE-MRA检查举例

（一）颈动脉CE-MRA检查

颈动脉到颈静脉的循环时间很短，一般在5～6秒内，因此颈动脉CE-MRA检查往往应用椭圆中心型K空间填充的扫描序列。团注钆对比剂后可以通过自动探测对比剂软件或透视触发软件启动扫描。由于填充K空间中心的时间应是5秒之内，故总的扫描时间应不超过45秒（5秒×9），注射对比剂的速率应为2～3ml/s。

颈动脉CE-MRA检查所需钆对比剂的计算剂量为：

对比剂注射速率×（1/9扫描时间+1）

=对比剂注射速率×（1/9×45+1）

=对比剂注射速率×6

通常无需应用过多的对比剂。过多对比剂不仅增加患者经济负担及安全隐患，还可能使注射一侧的锁骨下动脉出现类栓塞改变（图1-13-5-1）。后者是由于静脉注射过多的对比剂使动脉与并行的静脉内皆含有钆剂，进而形成磁敏感效应，导致动脉血池的MR信号衰减。

颈动脉CE-MRA检查时，应尽可能选择右侧上肢静脉注射注射对比剂。左侧上肢的静脉在汇入上腔静脉前与多支动脉血管重叠、交叉（图1-13-5-2），可能影响这些血管显示。如果主要观察右侧锁骨下动脉，就应该通过左侧上肢的静脉注射对比剂。

（二）主动脉CE-MRA检查

主动脉CE-MRA检查多使用中心型K空间填充的扫描序列，团注钆对比剂后可以使用自动探测对比剂软件或透视触发软件启动扫描。钆对比剂注射速率一般为2～3ml/s，所用剂量的计算公式为：对比剂注射速率×1/3扫描时间。

（三）肺动脉CE-MRA检查

肺动脉到静脉的循环时间一般不超过3秒，对比剂从动脉到静脉的时间很短，故可选择椭圆中心型K空间填充的CE-MRA扫描序列。鉴于肺动脉CE-MRA检查对延迟时间的要求非常严格，准确计算扫描的延迟时间是成功的关键，故第一选择应是以团注测试计算出延迟时间后扫描，不建议通过自动探测或透视触发软件启动扫描。对比剂注射速率为4ml/s。为了能显示更多、更细的分支血管，推荐以薄层、高分辨力参数进行扫描，还需要较高的相位分辨力，设定的扫描时间应在30秒以上。

肺动脉CE-MRA检查所需对比剂剂量= 4ml/s×（1/9扫描时间+1）。

一次肺动脉CE-MRA检查消耗的对比剂总量=团注测试用对比剂2ml+CE-MRA扫描用剂量。

（孙楠）