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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 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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<5ms的成像技术，翻转角适于较小；假如使用大剂量造影剂和长TR时间的成像技术，则较大的翻转角可能更合适。 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。 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。层间零填充插值技术会在每相邻的两层内各取50%层厚的信息重建出一层，这样一来，层数将增加一倍且相互重叠，可以显著改善重建图像及MIP的质量，特别是改善斜面重建图像的质量，还可以减少部分容积效应引起的伪影。 我们都知道，水和脂肪的进动频率相差3.5ppm，脂肪抑制技术就是利用这个进动频率的差异，通过预先设置的射频脉冲选择性激励水或选择性抑制脂肪信号来获得脂肪抑制图像。脂肪信号的下降将显著降低血管周围背景组织信号，使得血管的显示更加清晰，尤其有利于小血管的显示。 对那些没有物理学背景的人员来说，MRI中最另人困惑的概念就是K-空间。其实，MR图像的所有特点都可以在K-空间内得到合理解释。在这里我们可以把K-空间这个假想的数学空间简单地理解为傅立叶变换的频率空间，计算机把扫描采集所得的原始数据填入K-空间，再对K-空间的数据进行一次傅立叶逆变换就可以得到所需的图像。值得注意的是，K-空间中心数据对图像的信号和组织对比度贡献最大，而K-空间的边缘数据仅决定图像的分辨率。（图2）说明了K-空间数据对图像的影响。
同时， K-空间的填充方式对血管图像对比度及图像质量也有着举足轻重的影响。我们知道，K-空间有多种填充方式：线性填充；螺旋填充；放射填充等等。而线性填充又是最常用的一种，现在就结合图示重点讨论一下线性填充K-空间的方式：顺序填充、中心填充和椭圆形中心填充。 顺序填充是最基本的标准K-空间填充方式。无论是层面选择方向还是相位编码方向，原始数据都是先填K-空间外围，再填K-空间中心。这就要求我们在采集数据时，必须准确计算造影剂到达感兴趣血管的时间，并提前开始扫描，以便可以把高浓度的动脉图像数据填入对图像对比度影响最大的K-空间中心。对于象上面这样41秒钟的检查，大约需要26秒的时间来完成K-空间中心区的扫描。这么长的扫描时间很难保证完全没有静脉血管信息的污染。
中心填充是另外一种K-空间填充方式。在层面选择方向，原始数据是先填K-空间外围，再填K-空间中心；而在相位编码方向，原始数据是先填K-空间中心，再填K-空间外围。这样一来，我们就可以把造影剂最高浓度的时相在扫描一开始即准确填入对图像对比度影响最大的K-空间中心，大大增加了对动脉期的把握性，而且只用14秒就可完成K-空间中心区的扫描。 椭圆形中心填充是最高级的K-空间填充方式，比中心填充方式更胜一筹。它无论是在层面选择方向还是在相位编码方向，原始数据都是先填K-空间中心，再填K-空间外围。这就使得我们可以在扫描一开始在极短的时间内获得填入K-空间中心的高浓度的动脉期图像数据，然后采集相对较长的时间来获得K-空间外围的数据用以增加图像的空间分辨率，仅仅用4秒钟的时间即可完成K-空间中心区的扫描，绝无任何静脉污染！ 但由于填入K-空间中心的数据采集时间非常非常短，这无疑要求我们必须获得准确的动脉期图像数据才能够保证高质量的动脉血管造影！ 平行采集技术是一种快速磁共振成像重建技术。它利用接收线圈的空间敏感度来编码空间信息并重建图像，获得比传统磁共振梯度编码更快的扫描速度。 物体产生的磁共振信号在其附近的接收线圈内诱导产生的电压与其相对应的空间位置密切相关，这种因空间位置而带来的信号强度差异称之为线圈的敏感度。利用接收线圈的这种特性可以确定信号源的空间位置并用于图像重建。线圈的敏感度编码类似于K-空间的梯度编码，与梯度编码不同的是，敏感度是接收线圈的属性，与被检测物体的状态无关，敏感度编码技术允许多个接收线圈同时进行独立的采样编码。因此，并行操作多个独立的表面接收线圈同时进行各自信号采集，可以显著地减少扫描时间。随之而来的缺点就是SNR的降低。由于大剂量的团注造影剂可弥补平行采集技术所带来的SNR降低的缺撼，且显著缩短扫描时间，因此是一项非常有价值的技术！ 确定何时开始触发扫描 前面我们已讨论过K-空间中心与图像对比度的关系。我们必须把造影剂在血管内短暂的高浓度状态的影像数据准确填入对图像的信号和组织对比度贡献最大的K-空间中心，才能够准确得到所需的动脉期血管图像。适当的K-空间外围数据可以帮助提高图像的细节显示即增加图像的空间分辨率。 因此，任何3D CE-MRA的造影剂团注触发扫描阶段无疑是检查成功的关键，任何提前或落后触发的不合适的扫描开始，将造成动脉填充不完全，图像产生伪影或在动脉期内产生静脉污染，从而导致检查失败。以下将介绍几种方法来实现准确扫描触发时间的确定。 说通俗点儿就是根据经验猜测造影剂的峰值到达时间，简单实用，而且大多数病例可以获得较满意的效果。但也有研究证实大约有30%的病例不能获得最优化的图像质量，甚至不能完成诊断。尤其对于颈动脉，肺动脉等回流较快的血管成像效果不理想。因此象MR这样昂贵的检查，这么高比例的不成功率是绝对不可以接受的。猜不应该成为主要的方法------毕竟这是科学！ 手动触发即由操作者人工决定造影剂到达时间和启动3D扫描，该技术还可进一步分为预先确定扫描触发时间的团注试验法和基于实时造影剂到达信息的透视触发法。 3.2.1 团注试验法 (Bolus Test) 团注试验法也是一个广泛使用的方法之一。可以在任意一台MR机器上扫描任意人的任意部位，对机器及操作者无须任何额外要求。她是指在3D CE-MRA扫描前先从静脉注射2ml Gd-DTPA及20ml生理盐水，并在注射造影剂的同时在感兴趣血管区启动快速2D梯度回波序列连续单层动态采集约1分钟左右，然后通过测定感兴趣血管内连续的信号强度变化来确定到达峰值的时间,即为造影剂到达时间。团注试验法当使用正确时被证实是可信赖的，但是在所有触发技术中它显然是最复杂耗时的，而且由于需要计算扫描触发时间，大大降低了操作者同时完成多项任务的能力。 扫描触发时间的计算依赖于3D扫描的K空间填充方式,对于线性填充来说： 扫描触发时间=造影剂到达时间 扫描时间/2-注射时间/2 现在一般均采用中心填充或椭圆形中心填充，即直接在造影剂到达时间时启动扫描，这样就可以保证造影剂在动脉内的高峰被填充在K空间的中心,从而获得最佳的动脉时相。 3.3.2 透视触发法 (Fluoro Trigger) 透视触发由美国Mayo Clinic的研究人员首先提出，她是利用实时观察团注的造影剂到达的时间信息来手动启动3D扫描。这项技术依赖于单层二维图像的实时采集和显示，所以当造影剂团进入到感兴趣区时，它可以被实时显示，操作者可以基于造影剂的显示来控制系统停止2D透视扫描而手动启动3D CE-MRA扫描,这时采集的数据将被填入K-空间中心。 值得注意的是从2D透视扫描过渡到3D CE-MRA扫描的计划性延迟时间也是影响图像质量的重要因素！因为当扫描区域是造影剂快速通过动脉而回流于静脉且不需要控制呼吸时（如颈动脉），触发过渡时间应是“即刻”的，这样才能有效减少静脉污染；而当扫描区域是需要控制呼吸运动时（如胸/腹），在 3D扫描开始前应有一段延迟时间来指导病人屏气来使扫描最优化，否则呼吸运动将会严重影响K-空间中心的数据。 Smart Prep是目前市场上唯一一种完全由系统自动确定造影剂到达时间和启动3D扫描的自动触发扫描技术。在这项扫描技术中操作者唯一需要作的是在系统提示注射造影剂时注入造影剂和探测到造影剂时指示病人屏气。 Smart Prep软件需要操作者事先确定一个精确的感兴趣区（TRACKER）, 扫描开始后系统会先采集此感兴趣区的基线数据来产生一个相对“正常”的SNR水平，从而自动确定触发扫描的阈值（基线SNR水平上升3个标准差 20%）。然后系统会在提示操作者注射造影剂的同时进入到监视期，随着团注造影剂的到来，当感兴趣区的SNR超过系统设定的阈值时，系统就会自动地转换到3D扫描期并从K-空间中心开始填充数据。毫无疑问地我们将会得到准确的动脉期血管造影图像！在这里我们也可以人为设定一个计划性延迟时间来最大程度地满足不同扫描部位的需要！ 如果没有接收到造影剂到达的触发信息，自动触发技术还可以在监视期结束后自动触发扫描。最常见的错误是预设的监视期太短导至失败的触发。如果此时间接近真正的到达时间，那么图像质量是应当足够好的。 虽然没有数据表明，但大家都认为透视触发技术比自动触发技术可信度更高。观察者发现如果操作者一直注视感兴趣血管，他们将很少错过造影剂的到达，而不会象在自动触发技术中由于错误地放置了示踪区的位置而导致检查失败。尽管这听起来是符合逻辑的，但这两种技术都有着同样的错误模式，操作者必须正确描述示踪/透视扫描平面，因为运动有可能造成错误的示踪/透视平面。透视触发还可以使操作者把正常的流入效应误当作造影剂到达，从而提前触发了3D扫描。如果使用得当，这两种技术都是很有效的方法。 TRICKS ( Time Resolved Imaging Contrast KineticS ) 是由美国 University of Wisconsin和GE公司合作开发的用于超快速多时相MR血管造影的最新成像技术。她更是一种完全自动化的扫描软件，无需判断造影剂到达峰值时间,只需你在注入造影剂的同时启动3D CE-MRA扫描，剩下的一切你就交给机器吧！不但可以获得无任何静脉污染的准确动脉时相，更可以获得以前只有导管法X线血管造影才能观察到的血流的动态变化，是名副其实的MR-DSA！ TRICKS软件史无前例地把K-空间由内到外分为A,B,C,D 四个部分，然后智能化地按着ABACAD 的模式循环采集并利用椭圆K-空间中心的填充模式来填充K-空间 ，这样一来，K-空间中心数据A将每两个部分采集一次以保证提供最快最准确的时间分辨率，实时更新的BCD部分将会协助提供最完整最可靠的动态信息，而不是单纯地把背景图像的BCD部分重复使用。数据分享和插值技术更可以使重建图像的时间分辨率提高一倍，在不利用其他任何软件技术的情况下可达到3.5秒/时相的时间分辨率！ 再加上高效的智能化自动减影便可以成功获得优异的同时兼顾空间分辨率和时间分辨率的血管造影图像！所以我们说TRICKS可以完全克服周围血管成像不能同时获得高空间分辨率和高时间分辨率的难点, 更适用于象糖尿病这种早期静脉回流风险较高的病人, 高效的智能化自动减影还可以使一次检查多次造影成为可能。
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