微課堂CMR基礎篇：基本掃描序列
上節課介紹了心髒磁共振（CMR）的基本掃描平面，本節課由廣東省人民醫院放射科劉輝老師帶領大家一起學習CMR的基本掃描序列。
一、MR基本成像原理
目前MR成像主要是檢測在人體内廣泛存在的氫質子核。如圖1，每一個氫質子核均以一定頻率圍繞自身軸線高速旋轉，稱為自旋。人體内每個自旋的氫質子核就像一個“小磁棒”，無數個雜亂無章排布的“小磁棒”進入靜磁場，就會以一定順序、規律進行排布，此時處于低能級狀态，尚不能成像。當對其施加射頻脈沖，這些處于低能級狀态的“小磁棒”就會吸收能量向高能級狀态躍遷，去除射頻脈沖後，由于高能級的“小磁棒”不穩定，會返回到低能級狀态，返回過程中釋放能量，MR線圈接收其釋放的能量，經過計算，最後得到MR圖像。
圖1
二、MR成像基礎知識
1、基本概念
馳豫：氫質子核釋放吸收的能量回到平衡态的過程。
馳豫時間：氫質子核釋放吸收的能量回到平衡态所需時間。馳豫時間分為time1（T1）和time2（T2）。人體處于三維空間，沿z軸的馳豫時間為T1，沿（x，y）軸的馳豫時間為T2。
T2WI和T1WI：由于氫質子所屬分子的結構不同，其馳豫時間存在差别，假設T2馳豫過程中的某個時間點正常組織釋放了80%的能量，而病變組織釋放了30%的能量，此時采集二者釋放的電磁波重建得到的圖像，反映了兩者T2馳豫的對比，稱為T2加權圖像（T2WI）；同樣，如果得到的是反映不同組織T1馳豫的對比，稱為T1加權圖像（T1WI）。
序列：為達到不同成像目的而設計的射頻脈沖（電磁波）和梯度脈沖（定位）的組合。可反映組織内不同物質的對比。
2、T1WI和T2WI圖像
在解讀MR圖像時，需知道哪些是T1WI圖像，哪些是T2WI圖像，可通過水的信号進行判斷。
（1）T1WI圖像中水為低信号（暗），脂肪為高信号（亮）。如圖2紅色箭頭所示，脊柱内腦脊液、腦室内腦脊液、膀胱内尿液為低信号；皮下脂肪（藍色箭頭所示）為高信号。
圖2
（2）T2WI圖像中水為高信号（亮），脂肪為高信号（亮）。如圖3紅色箭頭所示，脊柱内腦脊液、腦室内腦脊液、膀胱内尿液均為高信号；皮下脂肪（藍色箭頭所示）也為高信号。
圖3
有時為反映組織内是否存在脂肪及凸顯正常與病變組織之間的對比，會用到脂肪抑制序列。如，在T2WI/FS圖像中水為高信号（亮），脂肪為低信号（暗）。如圖4紅色箭頭所示，腦脊液、尿液為高信号，皮下脂肪（藍色箭頭所示）為低信号。
圖4
三、CMR基本掃描序列
如圖5，CMR的基本掃描序列包括定位圖像、黑血成像、心髒電影、心肌灌注和延遲強化。
圖5
1、定位圖像
通過CMR定位圖像，可得到心髒的兩腔心、三腔心、四腔心和心室短軸等平面的圖像（圖6）。
圖6
2、黑血序列
顧名思義，黑血序列是血液信号為黑色（即無信号）的序列，包括T1WI和T2WI圖像，有時需加上壓脂（脂肪抑制）掃描技術，可用來判斷心肌的解剖、形态及組織成分變化情況。如圖7即是心髒的黑血序列圖像，左、右室内血液（紅色箭頭所示）顯示為無信号（暗），心肌、心包（藍色箭頭所示）為中等信号（灰），心外膜脂肪（黃色箭頭所示）為高信号（亮）。
圖7
（1）成像原理。黑血序列是如何實現的？如圖8，首先施加一個非選擇性激勵脈沖，可使整個心室無任何信号産生。如要對方框區域進行成像，則施加一個選擇性激勵脈沖，隻讓此區域産生MR信号，信号采集時，此區域心肌産生信号，血液則可流出這個層面以外不産生信号，所成圖像就隻有心肌信号而無血液信号，即可得到黑血圖像。
圖8
（2）示例。通過黑血成像技術可獲得T1、T2、T1壓脂和T2壓脂圖像。T2WI圖像可清楚顯示心肌水腫及其變化情況。由圖9左圖的T2壓脂短軸圖像可見，左室下壁、下間隔壁及下側壁有節段性水腫，呈明顯高信号，這是一例右冠狀動脈供血區心肌梗死患者。圖9右圖可見左室彌漫性高信号，右室壁在T2壓脂情況下也呈現高信号，為彌漫性心肌水腫，是一例急性心肌炎患者。
圖9
如圖10，左圖為T1WI圖像，右圖為T1WI合并脂肪抑制技術的圖像，左室心尖部外緣光整，無任何異常，但遊離壁上可見不規則脂肪高信号浸潤（黃色箭頭所示）。如何驗證是脂肪浸潤？在左、右圖中其與皮下脂肪（紅色箭頭所示）信号均一緻，由此可知這一區域為脂肪信号。這是一例緻心律失常性右室心肌病（ARVC）患者，累及左室，右室壁也有一些不規則脂肪信号浸潤。
圖10
3、心髒電影
心髒電影的一個明顯特點是，血液呈現明亮的高信号，與心肌組織形成明顯對比（圖11），也稱為白血電影，用于評估心髒功能。
圖11
（1）成像原理。如圖12，将一個心動周期分為多個時相（如25~30個），對同一短軸平面的不同時相進行掃描，把所有時相的短軸圖像合并到一起，就可獲得一個短軸平面的動态圖像（圖13右）。同樣掃描四腔心和兩腔心平面，也可獲得四腔心和兩腔心的電影圖像。
圖12
圖13
（2）心室功能分析。如圖14，從心尖至心底依次掃描獲得一系列短軸圖像，将這些圖像放到一起可對左、右室功能進行分析。根據心室舒張末和收縮末容積變化，可分析左、右室容積及功能，獲得每搏輸出量（SV）、心輸出量（CO）、射血分數（EF）等參數，還可分析心肌質量及室壁運動情況，如室壁厚度及其變化、室壁厚度、心肌質量等。目前CMR被認為是評估心髒功能、容積的參考标準。
圖14
4、心肌灌注
注射對比劑後，對不同心動周期的同一心髒平面和時相進行掃描，所得圖像為心肌灌注圖像，用于評估心肌供血情況。
（1）成像原理。如圖15所示，注射對比劑後，在第一個心動周期的某一時相獲得一個心室短軸平面的圖像，下一個心動周期再獲得一個同一時相和平面的圖像，依次類推，可采集幾十甚至上百幅圖像，把這些圖像組合到一起，即可獲得心肌灌注圖像。
圖15
如圖16，注射對比劑後，随着對比劑的流入和流出，可看到其進入右室、通過肺循環、左室顯影、然後心肌顯影的動圖變化過程。
圖16
（2）示例。如圖17左圖，當出現灌注缺損時，會形成明顯對比，局部呈現出低信号改變（藍色箭頭所示），在延遲掃描時局部可見高信号（圖17右圖箭頭所示）的心肌壞死，所示為一例右冠狀動脈供血區心肌梗死患者。
圖17
5、延遲強化
在注射對比劑10~15分鐘後進行掃描，所得圖像即為延遲強化圖像，可據此判斷心肌内是否存在壞死及纖維化。
（1）成像原理。正常組織和梗死組織中對比劑的血流動力學特點不同，對比劑在正常心肌迅速灌注也較快排出，心肌梗死或纖維化時對比劑流入和流出速度均較慢，因此，在注射對比劑10~15分鐘後，梗死或纖維化心肌内殘留的對比劑多于正常心肌，二者對比劑殘留多少的差别，即是延遲強化掃描所獲得的信息。一般壞死或纖維化區域呈現高信号。
圖18
（2）示例。延遲強化高信号分布區域不同，往往提示不同疾病，可根據不同的延遲強化信号對疾病進行診斷，也可獲得重要的鑒别診斷信息。研究顯示，延遲強化與患者預後也有密切關系。
如圖19左圖，高信号主要分布在心外膜及心肌中層，往往是心肌炎引起的改變；圖19右圖，左室心肌壁增厚，在增厚的心肌内有斑片狀高信号，往往是肥厚性心肌病的延遲強化特點。
圖19
圖20左圖，在前間隔壁、心尖部及心尖部下壁可見節段性透壁的延遲強化信号，往往代表心肌梗死；圖20右圖，在四腔心平面，左、右室心内膜均可見彌漫性的延遲強化信号，往往提示限制性心肌病。
圖20
四、小結
CMR掃描可提供較多心髒的解剖、功能、組織成分變化等信息，可為心髒疾病的診斷和鑒别診斷提供較好依據，是一種非常有用的影像學檢查工具。CMR基本掃描序列可判斷心髒各個部位的解剖形态、組織特點。
1、标準定位圖像：得到心髒的兩腔心、三腔心、四腔心、心室短軸等标準心髒平面。
2、黑血序列：顯示心髒的解剖、結構及不同組織的變化情況。
3、心髒電影：評估心髒整體及局部功能變化情況。
4、心肌灌注：評價心肌内是否存在缺血及血供情況。
5、延遲強化：評價心肌是否存在壞死、纖維化等改變。
上期回顧：[微課堂]CMR基礎篇：基本掃描平面
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