微课堂CMR基础篇：基本扫描序列
上节课介绍了心脏磁共振（CMR）的基本扫描平面，本节课由广东省人民医院放射科刘辉老师带领大家一起学习CMR的基本扫描序列。
一、MR基本成像原理
目前MR成像主要是检测在人体内广泛存在的氢质子核。如图1，每一个氢质子核均以一定频率围绕自身轴线高速旋转，称为自旋。人体内每个自旋的氢质子核就像一个“小磁棒”，无数个杂乱无章排布的“小磁棒”进入静磁场，就会以一定顺序、规律进行排布，此时处于低能级状态，尚不能成像。当对其施加射频脉冲，这些处于低能级状态的“小磁棒”就会吸收能量向高能级状态跃迁，去除射频脉冲后，由于高能级的“小磁棒”不稳定，会返回到低能级状态，返回过程中释放能量，MR线圈接收其释放的能量，经过计算，最后得到MR图像。
图1
二、MR成像基础知识
1、基本概念
驰豫：氢质子核释放吸收的能量回到平衡态的过程。
驰豫时间：氢质子核释放吸收的能量回到平衡态所需时间。驰豫时间分为time1（T1）和time2（T2）。人体处于三维空间，沿z轴的驰豫时间为T1，沿（x，y）轴的驰豫时间为T2。
T2WI和T1WI：由于氢质子所属分子的结构不同，其驰豫时间存在差别，假设T2驰豫过程中的某个时间点正常组织释放了80%的能量，而病变组织释放了30%的能量，此时采集二者释放的电磁波重建得到的图像，反映了两者T2驰豫的对比，称为T2加权图像（T2WI）；同样，如果得到的是反映不同组织T1驰豫的对比，称为T1加权图像（T1WI）。
序列：为达到不同成像目的而设计的射频脉冲（电磁波）和梯度脉冲（定位）的组合。可反映组织内不同物质的对比。
2、T1WI和T2WI图像
在解读MR图像时，需知道哪些是T1WI图像，哪些是T2WI图像，可通过水的信号进行判断。
（1）T1WI图像中水为低信号（暗），脂肪为高信号（亮）。如图2红色箭头所示，脊柱内脑脊液、脑室内脑脊液、膀胱内尿液为低信号；皮下脂肪（蓝色箭头所示）为高信号。
图2
（2）T2WI图像中水为高信号（亮），脂肪为高信号（亮）。如图3红色箭头所示，脊柱内脑脊液、脑室内脑脊液、膀胱内尿液均为高信号；皮下脂肪（蓝色箭头所示）也为高信号。
图3
有时为反映组织内是否存在脂肪及凸显正常与病变组织之间的对比，会用到脂肪抑制序列。如，在T2WI/FS图像中水为高信号（亮），脂肪为低信号（暗）。如图4红色箭头所示，脑脊液、尿液为高信号，皮下脂肪（蓝色箭头所示）为低信号。
图4
三、CMR基本扫描序列
如图5，CMR的基本扫描序列包括定位图像、黑血成像、心脏电影、心肌灌注和延迟强化。
图5
1、定位图像
通过CMR定位图像，可得到心脏的两腔心、三腔心、四腔心和心室短轴等平面的图像（图6）。
图6
2、黑血序列
顾名思义，黑血序列是血液信号为黑色（即无信号）的序列，包括T1WI和T2WI图像，有时需加上压脂（脂肪抑制）扫描技术，可用来判断心肌的解剖、形态及组织成分变化情况。如图7即是心脏的黑血序列图像，左、右室内血液（红色箭头所示）显示为无信号（暗），心肌、心包（蓝色箭头所示）为中等信号（灰），心外膜脂肪（黄色箭头所示）为高信号（亮）。
图7
（1）成像原理。黑血序列是如何实现的？如图8，首先施加一个非选择性激励脉冲，可使整个心室无任何信号产生。如要对方框区域进行成像，则施加一个选择性激励脉冲，只让此区域产生MR信号，信号采集时，此区域心肌产生信号，血液则可流出这个层面以外不产生信号，所成图像就只有心肌信号而无血液信号，即可得到黑血图像。
图8
（2）示例。通过黑血成像技术可获得T1、T2、T1压脂和T2压脂图像。T2WI图像可清楚显示心肌水肿及其变化情况。由图9左图的T2压脂短轴图像可见，左室下壁、下间隔壁及下侧壁有节段性水肿，呈明显高信号，这是一例右冠状动脉供血区心肌梗死患者。图9右图可见左室弥漫性高信号，右室壁在T2压脂情况下也呈现高信号，为弥漫性心肌水肿，是一例急性心肌炎患者。
图9
如图10，左图为T1WI图像，右图为T1WI合并脂肪抑制技术的图像，左室心尖部外缘光整，无任何异常，但游离壁上可见不规则脂肪高信号浸润（黄色箭头所示）。如何验证是脂肪浸润？在左、右图中其与皮下脂肪（红色箭头所示）信号均一致，由此可知这一区域为脂肪信号。这是一例致心律失常性右室心肌病（ARVC）患者，累及左室，右室壁也有一些不规则脂肪信号浸润。
图10
3、心脏电影
心脏电影的一个明显特点是，血液呈现明亮的高信号，与心肌组织形成明显对比（图11），也称为白血电影，用于评估心脏功能。
图11
（1）成像原理。如图12，将一个心动周期分为多个时相（如25~30个），对同一短轴平面的不同时相进行扫描，把所有时相的短轴图像合并到一起，就可获得一个短轴平面的动态图像（图13右）。同样扫描四腔心和两腔心平面，也可获得四腔心和两腔心的电影图像。
图12
图13
（2）心室功能分析。如图14，从心尖至心底依次扫描获得一系列短轴图像，将这些图像放到一起可对左、右室功能进行分析。根据心室舒张末和收缩末容积变化，可分析左、右室容积及功能，获得每搏输出量（SV）、心输出量（CO）、射血分数（EF）等参数，还可分析心肌质量及室壁运动情况，如室壁厚度及其变化、室壁厚度、心肌质量等。目前CMR被认为是评估心脏功能、容积的参考标准。
图14
4、心肌灌注
注射对比剂后，对不同心动周期的同一心脏平面和时相进行扫描，所得图像为心肌灌注图像，用于评估心肌供血情况。
（1）成像原理。如图15所示，注射对比剂后，在第一个心动周期的某一时相获得一个心室短轴平面的图像，下一个心动周期再获得一个同一时相和平面的图像，依次类推，可采集几十甚至上百幅图像，把这些图像组合到一起，即可获得心肌灌注图像。
图15
如图16，注射对比剂后，随着对比剂的流入和流出，可看到其进入右室、通过肺循环、左室显影、然后心肌显影的动图变化过程。
图16
（2）示例。如图17左图，当出现灌注缺损时，会形成明显对比，局部呈现出低信号改变（蓝色箭头所示），在延迟扫描时局部可见高信号（图17右图箭头所示）的心肌坏死，所示为一例右冠状动脉供血区心肌梗死患者。
图17
5、延迟强化
在注射对比剂10~15分钟后进行扫描，所得图像即为延迟强化图像，可据此判断心肌内是否存在坏死及纤维化。
（1）成像原理。正常组织和梗死组织中对比剂的血流动力学特点不同，对比剂在正常心肌迅速灌注也较快排出，心肌梗死或纤维化时对比剂流入和流出速度均较慢，因此，在注射对比剂10~15分钟后，梗死或纤维化心肌内残留的对比剂多于正常心肌，二者对比剂残留多少的差别，即是延迟强化扫描所获得的信息。一般坏死或纤维化区域呈现高信号。
图18
（2）示例。延迟强化高信号分布区域不同，往往提示不同疾病，可根据不同的延迟强化信号对疾病进行诊断，也可获得重要的鉴别诊断信息。研究显示，延迟强化与患者预后也有密切关系。
如图19左图，高信号主要分布在心外膜及心肌中层，往往是心肌炎引起的改变；图19右图，左室心肌壁增厚，在增厚的心肌内有斑片状高信号，往往是肥厚性心肌病的延迟强化特点。
图19
图20左图，在前间隔壁、心尖部及心尖部下壁可见节段性透壁的延迟强化信号，往往代表心肌梗死；图20右图，在四腔心平面，左、右室心内膜均可见弥漫性的延迟强化信号，往往提示限制性心肌病。
图20
四、小结
CMR扫描可提供较多心脏的解剖、功能、组织成分变化等信息，可为心脏疾病的诊断和鉴别诊断提供较好依据，是一种非常有用的影像学检查工具。CMR基本扫描序列可判断心脏各个部位的解剖形态、组织特点。
1、标准定位图像：得到心脏的两腔心、三腔心、四腔心、心室短轴等标准心脏平面。
2、黑血序列：显示心脏的解剖、结构及不同组织的变化情况。
3、心脏电影：评估心脏整体及局部功能变化情况。
4、心肌灌注：评价心肌内是否存在缺血及血供情况。
5、延迟强化：评价心肌是否存在坏死、纤维化等改变。
上期回顾：[微课堂]CMR基础篇：基本扫描平面
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