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心肌形态评估序列  前面所讨论的FIESTA亮血序列在心脏磁共振成像过程中具有特别重要的临床意义，它能够很敏感地发现心脏运动功能的异常，也能显示瓣膜关闭不全所导致的返流。但正如前文所述，FIESTA这个序列的对比度非常特殊，它既不是T1加权对比也不是T2加权对比，它所反映的是T2/T1对比。显然这种混杂的对比有时在显示病变上会有一定困难。在心脏磁共振成像中除了要观察心脏的运动和瓣膜等情况，同时也需要观察心肌的形态学改变，包括准确地评估心肌厚度改变、其内有无异常信号改变等等，这就需要一些更特殊的序列来回答这些问题。同时，因为心脏是一个周而复始的泵血器官，心腔内充满随着心脏周期运动而不断流动的血液。要想显示心肌形态或其内信号改变客观上必须解决两个问题：其一，如何在心脏的绝对运动中进行相对静止成像？其二，如何能把其中的血液作为一种对比衬托心肌的形态？这就是下面要讨论的心脏黑血成像。 01 黑血成像的机制与序列基础 在讨论心脏专用的黑血成像脉冲序列之前，可以先回顾一下磁共振成像中血液的流空效应。血液流动在磁共振成像中是一种很重要的对比，利用这种对比可以进行亮血血流成像如TOF MRA、PC MRA等，也可以用来进行黑血成像。从脉冲序列成像过程中射频激励到信号读出整个过程来看，自旋回波序列可以产生流空效应，而梯度回波序列则更倾向于产生流入增强效应。之所以会有这样的差别，这里还需要从回波产生的机制来分析。在自旋回波序列家族回波信号的产生有两种机制在起作用：其一是射频聚焦脉冲；其二是读出梯度。虽然最后的信号是通过读出梯度来完成的，但聚焦脉冲这里也发挥着重要作用。  图片说明：自旋回波序列家族的流空与梯度回波序列的流入增强效应。TOF MRA所依赖的成像序列是梯度回波序列，这里除了利用快速射频激励等所导致的背景抑制也利用了梯度回波序列的流入增强效应。因为梯度回波序列在利用梯度场极性切换进行回波读取过程中不施加选层梯度，所以梯度回波序列和FSE序列一个重要区别是梯度回波具有流入增强效应，而SE序列家族则具有流空效应。 这里简单说明一下为什么SE序列家族在信号读取过程中会产生血液流空效应。在SE序列其信号读出是在读出梯度作用下完成的，但在读出梯度前所施加的射频聚焦脉冲对于回波的形成也起着重要作用。一方面，这个射频聚焦脉冲可以消除各种偏共振效应所导致的信号衰减，同时因为这个聚焦脉冲配合有选层梯度，这对于流动的血液来说经历过射频激励的那部分血液在施加聚焦脉冲时可能已经离开了成像层面。选择的TE时间越长，这种流空带来的效应就越明显。在梯度回波序列因为没有聚焦脉冲的作用，而读出梯度读取信号时没有选层梯度相配合，这样读出梯度可以重聚信号的范围就很大，这是产生流入增强的基础。虽然SE或FSE序列理论上可以实现黑血成像，但这种黑血效应显然受血流速度制约，当血流速度较慢时就可能出现流空效应不明显的问题。如何确保在心脏黑血成像过程中获得更好的黑血效果呢？这就是下面要讨论的多反转恢复黑血成像脉冲序列。  图片说明：自旋回波脉冲序列和双反转恢复脉冲序列示意图。图中展示在心脏活动受限时SE序列的黑血效应明显下降，而在双反转恢复FSE黑血序列取得了较好的黑血效果。 02 多反转恢复快速自旋回波序列 在通常的SE或FSE序列，如果要获得好的流空效应往往需要较薄的扫描层厚和相对快的血流速度，同时对血流状态也有比较严格的要求。可以设想一下，如果在成像过程中系统施加一个非选择性的反转脉冲，这样流入到成像层面内的血液就可能有两种机制产生黑血效应：一种是流空效应，而另一种是流入层面内的血液经过一个反转脉冲作用。当被反转的血液流入到成像层面时如果刚好纵向弛豫恢复到零点（此时这部分血液就没有纵向磁化矢量），那么它们哪怕流得非常慢，慢到在层面内既能接受到射频激励作用也能接受到聚焦脉冲作用，但因为在射频激励时没有横向磁化矢量的产生，因此也就不会因为聚焦脉冲的作用而产生一个回波信号，这样双重作用显然更有利于黑血成像。事实上如果只使用一个非选择性的反转脉冲，通过合理的设定反转时间，也能实现成像层面内的黑血成像。但是当操作者在进行心脏黑血成像时操作者的真正成像目的不是为了黑血而黑血，更重要的目的是通过黑血而更好地显示心肌形态，这就是采用多反转脉冲的原因。在双反转恢复脉冲序列中，首先施加一个非层面选择的大范围反转脉冲，使得成像区域内的所有组织包括血液经历一次纵向磁化矢量的反转；随后，针对成像层面再施加一个层面选择性的反转脉冲，这时对于成像层面而言，短时间内施加了两次反转脉冲使得它们对于成像层面所产生的纵向磁化矢量的宏观作用相互抵消，因此该层面内的心肌等结构相当于未受到反转脉冲的作用（需要指出的一点是为了确保心肌具有更高的信号，第二个反转脉冲的厚度要大于选择的层面厚度，比如3倍。但在长轴位扫描为了确保黑血效果更好这个层面因子要适当降低）。而成像层面外的血液却是经历了反转脉冲的作用，这个反转脉冲作用后这部分血液纵向磁化矢量会逐步经过T1弛豫过程慢慢恢复，在一个特定的时间点血液的纵向磁化矢量刚好恢复至回零点时，此时纵向上就没有磁化矢量的存在。任何一次射频激励所能产生的信号的大小其实都是瞬间纵向磁化矢量幅度的反映。如果在射频激励过程中不存在纵向磁化矢量，也就意味着不会有最后信号的产生。在反转恢复序列这个特定的时间点就是通常所说的回零时间（nulling time）。接下来需要思考的问题是对于流动血液而言，这个回零时间点是多少？同时还需要进一步解读心脏磁共振成像过程中实现黑血成像的相关脉冲序列及其成像原理。 03 黑血序列的TI时间及其影响因素 组织经历了一个180°反转脉冲作用后其纵向弛豫的回零时间遵循以下公式：TInull=T1blood×{ln2-ln(1+e-TR/T1)} ，当TR远远大于T1时，该公式可简化为：TInull=T1blood×ln2 。因为血液的T1弛豫时间在1.5T和3.0T上分别是1200ms和1600ms，所以对应于1.5T和3.0T的血液回零时间分别为830ms和1100ms。但是请注意这个简化的公式是在TR远远大于T1时才成立，在心脏扫描过程中这个假设是不成立的。用于黑血成像的双反转或三反转（Double IR、Triple IR）使用的是前瞻性门控技术，其R-R间期通常选择1或2，根据人群的平均心率75次/分钟，选择1个或2个R-R间期时TR时间分别是800ms和1600ms，显然这个TR时间不是远远大于血液的T1弛豫时间而是接近或小于。因此在实际扫描序列中应该充分考虑到TR时间的影响。理解这个回零时间的计算公式对于实际扫描很重要，虽然不需要根据实际心率变化计算对应TR下的回零时间，但至少可以帮助大家理解为什么在心脏黑血成像中这个BSP TI会选择“Auto”，这样是为了确保在心率变化导致TR随之变化时系统自动计算对应的最理想的回零时间。  |
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