亮血血管成像是一类血流信号表现为高信号的非对比剂增强血管成像技术。其中比较典型的代表有TOF MRA、IFIR、PC MRA等。之所以称之为亮血是与黑血成像相对比而言。必须强调的一点是这里的亮血或黑血指的是血流本身的信号高低,而不是通过后处理或窗位改变实现的。本文我们先讨论TOF MRA血管成像。
时间飞跃法血管成像TOF MRA:这是在头颈部最常用的非对比剂增强血管成像技术。TOF MRA具有扫描相对快、使用方便而又无创等特点,这里想从该技术成像原理以及所涉及的几个特殊参数予以讲解,了解这些对于解读TOF MRA的图像以及做出正确的诊断、鉴别诊断都至关重要。
图片说明:血流状态示意图。理想状态下血管内的血流呈层流模式,中心层面流速最快,靠近管壁处血流速度变慢,流速分布呈抛物线型。在血管狭窄或分叉处血流状态发生改变,此时伴有湍流和涡流出现。在TOF MRA这种状态的血流会导致信号丢失。
TOF MRA的成像原理:TOF MRA是利用新鲜血液的流入效应来进行的磁共振血流成像。虽然通常称之为血管成像,但更准确的说应该是磁共振血流成像。在TOF MRA之所以能够提供相应的血流信息,从本质上讲是利用了流动的血液和静止组织在快速射频激励过程中的不同反应进行成像。
图片说明: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反转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。
TOF MRA实现背景抑制的机制:在TOF MRA成像过程中系统通过快速重复的射频激励使得静止组织达到饱和状态。在磁共振成像过程中所能获得的某种组织的信号强度取决于该组织在射频激励时刻组织所具有的瞬间纵向磁化矢量。由于TOF MRA成像时TR通常很短,所以在经历过一连串的快速射频激励后静止组织达到了饱和状态(TR较短被激励的组织无法完成纵向弛豫),这样这些静止组织的信号就很低;而对于成像区域内的血管内血液而言,因为这些血液理想状态下是从成像区域范围外流入到成像区域内的,它们没有经历过前序的射频脉冲激发,因此每一次射频激发这些新鲜的流入血液都能够贡献出更多的信号。这样在血流和背景静止组织之间就形成了足够的血流对比。现在要解释的问题是:如何能够获得最大化的血流与背景组织之间的对比?这中间起决定性作用的因素有以下几个方面:
其
,血流本身状态:为什么在日常工作中TOF MRA血管成像在血流方向复杂的区域或血流速度慢的区域会导致相应的血流信息丢失?而这些血流信息的丢失要么使得狭窄被夸大,要么使得畸形血管团或小动脉瘤等无法准确显示?这里我们借助上面的示意图进行说明。通常情况下理想的血流应该呈层流状态,这样的流动血液也被称为牛顿流体。如果我们成像的区域不是过分的大,那么在每一次射频激励前上一次被激励的血液会完全流出成像区域,而在射频激励期间成像区域内都是新流入进来的新鲜血液。在这种情况下我们就可以获得最优异的血流—背景组织之间的对比。但是,当因为某种原因(生理状态或病理状态下)出现了血管狭窄或血流方向变化如颈动脉分叉或颈内动脉虹吸部复杂的走行方向都会使得理想状态的血流状态被破坏,突然的狭窄和血流方向变化会导致湍流和涡流出现,这些过快的血流会导致信号相位发散,而呈现涡流状态的血液却不能及时流出成像区域,这两种机制或者导致信号发散丢失,或者血流不同程度的被饱和,最后都会导致血流信号丢失。如果因为某种原因导致血流速度过慢如血栓形成、或血液黏稠度过高同样也会导致血流被饱和,这是血流速度慢、血流方向复杂也常见于脑血管畸形或某大血管狭窄后代偿的侧支血管。由此可见,TOF MRA这种独特的成像机制使得它对血流状态具有高度的依赖性,这也是TOF MRA被称为磁共振血流成像的内在原因。
其
,成像方式和参数:血液流动是一种物理现象,理解TOF MRA血流显示效果最简单的方法也是回归到物理思维中。对于TOF MRA等依赖血流成像的血管成像技术,我觉得我们时刻要考虑的三个关联因素是:速度、时间和位移。这里的速度就是血流的速度,不过要牢记速度是个矢量,它不仅有大小还有方向。这里的时间就是TOF MRA成像过程中两次射频激励之间的间隔时间,或者说就是我们参数中的TR时间。有了速度和时间我们就可以计算出位移了。理想的位移是多少?就是我们TOF MRA每次射频脉冲激发的成像范围,如果我们选择的范围越大显然就需要血流速度越快或者TR时间更长,而更长的TR时间显然不利于背景组织的饱和。接下来我们要问问自己:如何实现速度、时间和位移的完美统一?
图片说明:在TOF MRA成像过程中很多因素会影响背景抑制以及血流与背景组织之间的对比。TR越短则快速重复射频激励的次数越多,这导致组织背景抑制更彻底,但过快的射频激励也会导致小血管内慢血流因为快速射频激励作用而发生饱和现象,因此不利于小血管分支的显示;TR过长则背景组织会发生一定程度的弛豫。
图片说明:正常志愿者显示颈内动脉在血流方向复杂的区域如血管转弯处及虹吸部血流信号明显减弱。中间图为双侧椎动脉动脉瘤介入治疗后显示血流信号中断,未见明确残存动脉瘤瘤颈。右图显示血流方向变化区域颈内动脉颅内段、虹吸部血流信号明显减弱右侧颈内动脉虹吸部血流信号变细,提示血管狭窄但无法明确狭窄程度。