常用脂肪抑制技术解读（二）

pppsss 2020-04-14

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● 化学位移法脂肪抑制技术

基于化学位移法的选择性脂肪信号抑制：水和脂肪中氢质子周围化学环境的不同导致了它们在进动频率上的微小差别，这个差别用无量纲的ppm表示就是3.5ppm。无论所使用的磁共振成像设备场强是多少，水和脂肪之间这个无量纲差异都是不变的。但到了不同场强的成像设备，根据拉莫尔方程计算出来的以Hz为单位的频率差异就不同了。磁共振成像设备的场强越高，这个频率差异就越大。水和脂肪中氢质子核这种进动频率的差别为化学位移成像奠定了成像基础。利用这种频率上的差异也可以实现选择性的脂肪信号抑制，这就是所说的化学位移法脂肪抑制，通常简称为Fat Sat。与STIR脂肪抑制技术相比，利用化学位移法的脂肪信号抑制具有以下特点：

化学位移法脂肪抑制技术的临床优点

相比于短时反转脂肪抑制STIR序列，化学位移法脂肪抑制具有以下两个突出的临床优点：

1）化学位移法选择性脂肪抑制适用于更多的成像序列：与STIR技术相比，化学位移法脂肪抑制可以作为一个成像技术选项，既可以用于T1加权成像，也可以用于T2加权成像，在序列上也可以同时兼容自旋回波序列家族和梯度回波序列家族。化学位移法脂肪抑制的这种广适性使得它在临床上具有更广泛的应用。

2）化学位移法选择性脂肪抑制属于选择性脂肪抑制技术：这种选择性脂肪抑制技术可以特异性地抑制脂肪信号，这样对于鉴别出血或脂肪具有重要价值。另一方面，这种选择性抑制脂肪信号也确保了组织中水中氢质子信号免受损失，因此相比于STIR脂肪抑制技术，化学位移法脂肪抑制具有更高的信噪比。

化学位移法脂肪抑制技术的局限性

相比于STIR脂肪抑制方法，化学位移法脂肪抑制技术也具有几方面自身的局限性：

1）化学位移法选择性脂肪抑制对主磁场强度具有高度依赖性：当主磁场强度很低时，水和脂肪中氢质子核的进动频率从具体的Hz数来看差别就很小，也就是二者的进动频率点相离很近，如在0.2T的磁共振成像设备上，二者频率差异约为29Hz，而通常的射频激励脉冲宽度在数百个Hz或KHz量级，显然，这么窄的频率差异很容易被频率域更宽的射频脉冲所淹没，这是低场磁共振无法实现化学位移法脂肪信号抑制的根本原因。在高场磁共振如1.5T，水和脂肪中氢质子核共振频率差异达到220Hz，在这种情况下就可以先针对脂肪频率点进行选择性激励饱和，然后再施加成像射频脉冲，因为脂肪成分已经事先被饱和掉，从而实现了脂肪抑制的效果。

2）对磁场均匀度具有高度依赖性：尽管在高场磁共振成像设备中水和脂肪中氢质子具有相对更大的频率差异，但这种频率差异在磁场均匀度因某种因素变差时很容易被淹没。这种情况下系统无法准确识别水和脂肪的精准进动频率点，因此也无法精准实现脂肪抑制，而且还可能导致水的信号被错误抑制。对于偏中心的扫描而言，化学位移法脂肪抑制就面临着很大的挑战。另外，在人体一些特殊的解剖区域，如颈部，由于该区域解剖结构复杂、组织间磁化率差别大等因素导致局部磁场均匀度变差，这些区域的化学位移法脂肪抑制就很难保证优异的图像质量。

图片说明：化学位移法脂肪抑制。系统在扫描过程中首先精准区分水和脂肪的不同进动频率点，然后针对脂肪频率点进行选择性窄带饱和激励，随后对其横向磁化进行扰相，从而确保脂肪信号被抑制。

化学位移法脂肪抑制在临床上有着比较广泛的临床应用，而且也是高场磁共振成像设备最为常用的脂肪抑制方式。该脂肪抑制技术可以应用于各种权重对比和各种扫描序列中。在GE磁共振平台中还针对该种脂肪抑制技术进行了很多个性化的设计，特别是在脂肪信号被抑制的程度上可以有很多不同的选择或选项。如在骨关节成像过程中可以选择脂肪抑制程度相对更轻的Fat classic，这可以保留相对更丰富的软组织层次，也可以选择脂肪信号抑制更彻底的Fat脂肪抑制。而针对Fat脂肪抑制也可以选择不同的抑制程度，这些为临床的具体应用提供了更多的选择空间。当然，化学位移法脂肪抑制技术也有一定的应用瓶颈，特别是在大范围和偏中心扫描时，很可能会受磁场均匀度制约而无法保证更优异的脂肪抑制效果。了解这些对于实际应用中的灵活选择有指导意义。迄今为止，化学位移法脂肪抑制在临床上具有越来越广泛的实际应用，也是评估磁场均匀度的一个重要指标。通过采用化学位移法脂肪抑制，很多时候可以突出病变与背景组织之间的对比，特别是在肝脏或脊柱、骨关节等富含脂肪成分的组织区域。

图片说明：化学位移法脂肪抑制在骨关节成像中的应用。采用化学位移法脂肪抑制的质子密度加权像是显示软骨及周围软组织的常用序列，而该病例中在T1增强扫描过程中结合脂肪抑制更清晰的显示增厚的滑膜炎性病变。

图片说明：化学位移法脂肪抑制在骨关节成像中的应用。脂肪抑制质子密度加权像是显示半月板、关节周围韧带损伤的常用序列。

图片说明：化学位移法脂肪抑制FSE T2加权像是腹部扫描首选序列。采用化学位移法脂肪抑制FSE T2加权像不仅具有更优异的病变与肝实质背景之间的对比，同时也可以明显减少呼吸不规律时腹部高亮脂肪信号所导致的呼吸运动伪影。这里展示的非脂肪抑制FSE T2序列因为病人在扫描过程中呼吸不规律而导致明显的呼吸运动伪影。

● 水激励技术

基于化学位移法的水激励技术：这种脂肪抑制技术采用更为复杂的复合脉冲激励技术，将一个90°激励脉冲转化为分多次激励的复合脉冲形式，在这些激励过程中利用水和脂肪的进动频率差异所导致的反相位，最后经过多次激励让脂肪信号重新回归到纵向，而将水的信号激励到横向，从而实现了脂肪信号的剔除。相比于传统化学位移法脂肪抑制而言，水激励技术脂肪信号剔除更彻底，且对射频场不均匀不敏感。该技术适用于某些特殊序列，在GE的磁共振平台选项名称为SSRF。

图片说明：采用二项式的水激励技术示意图。首选对处于纵向上的水和脂肪施加一个45°激励脉冲，当倾斜了45°的水和脂肪的进动处于反相位时此时再施加一个45°激励脉冲，在该激励脉冲作用下，水中的氢质子磁化矢量被翻转到横向，而脂肪中氢质子的磁化矢量重新回归到纵向。

图片说明：采用水激励技术可以更清晰的显示软骨结构。在3D FSPGR、3D MERGE可以结合使用水激励技术进行关节软骨容积成像，这对于显示关节软骨的细微病变及损伤更有利。

● SPECIAL脂肪抑制技术

基于化学位移和脂肪组织T1弛豫时间的SPECIAL脂肪抑制技术：在一些快速扫描序列，如动态增强扫描序列、对比剂增强血管成像技术等，成功的脂肪抑制是获得优异对比度的基础。但这些序列如果直接采用常规化学位移法脂肪抑制又会导致TR明显延长。SPECIAL即Spectral Inversion at Lipids，是一种将化学位移频率选择与脂肪组织T1弛豫时间有机结合在一起的脂肪抑制技术。该技术针对脂肪频率进行选择性的反转磁化准备，而在脂肪组织纵向弛豫恢复至回零点附近时进行信号采集，从而达到实现脂肪抑制的目的。这里的反转是针对脂肪频率的选择性反转，因此它克服了STIR非选择性脂肪抑制的局限，同时也确保非脂肪组织中氢质子核信号不受影响，这为获得高的信噪比奠定了基础。在GE的LAVA、VIBRANT等动态增强扫描序列采用节段式K空间填充方式，从而实现了在容积采集过程中施加更多的反转脉冲，这对于大范围动态增强扫描非常有意义。同时，VIBRANT成像技术还支持双侧分别局部匀场技术，从而实现了双侧乳腺偏中心区域动态增强扫描，这对于乳腺癌的早期诊断、精准分期提供了重要的影像学依据。SPECIAL脂肪抑制现在也支持2D FIESTA，FSE序列以及DWI序列的脂肪抑制，这些在临床上也得到了一定的应用。