第二节　磁共振成像技术在胆道外科中的应用

一、MR成像基本原理

常规X线和CT在穿透人体的受检部位时，所形成的是不同组织的衰减系数而形成的密度差别。若相邻的器官或组织之间密度相仿时，则不能形成对比清晰的图像。而MRI则是根据不同组织的化学结构信息不同而成像，不但能显示形态学的改变，亦能反映组织器官的功能性变化，提供生化过程的信息和动态的定量资料。现代医学对影像学的要求越来越高，追求的目标是全面、快速、准确和无创性。影像学在现代医学领域中的作用越来越广泛，因此MRI诊断疾病具有更大的优越性，作为医学影像学的一部分，近年来发展迅速，被认为是影像学发展史的里程碑。从单纯的形态学诊断向功能诊断发展，从静态的图像诊断向连续的电影图像或动态变化的图像诊断发展，但形态学诊断仍是临床MRI中重要的部分。

（一）MRI设备

医用MRI设备主要由主磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统及辅助设备五部分组成。

主磁体的作用是产生强度较高而且稳定的磁场，目前用的最广泛的为超导型，将镍钛合金制成的超导线圈置入超低温状态下的液氦中，使线圈无电阻，励磁电流通过闭合的线圈产生高强稳定的磁场。相对于永磁型和常导型，其优点是可以产生较高强度的磁场，且稳定性好。其主要性能指标为磁场强度，采用特斯拉（Tesla，T）为单位，地球南北极处的地磁强度约为0.7高斯（Gauss，G）。特斯拉与高斯的换算关系：1T=10 000G。永磁型和常导型磁体的磁场强度多≤0.5T，超导型多在1.0～3.0T。另外MRI对主磁场均匀性要求很高，因为磁场的均匀性对MRI信号的空间定位、提高图像信噪比和减少伪影等均十分重要。

梯度系统是由梯度放大器及X、Y、Z三组梯度线圈组成。作用是修改主磁场、产生梯度磁场，对MRI信号进行空间定位编码。梯度磁场的主要性能参数有梯度磁场的强度和切换率。梯度场强是指单位长度内磁场强度的差别，通常用每米长度内磁场强度差别的毫特斯拉量（mT/m）来表示。图像像素越小、空间分辨力越高，图像就越清晰，则所需的磁场梯度就越大；梯度磁场的切换率是指单位时间及单位长度内梯度磁场的变化量，常用每毫秒每米长度内磁场强度变化的毫特斯拉量（mT/m·ms）来表示。高切换率和高梯度场强有利于缩短回波间隙加快信号采集速度和提高图像信噪比。

射频系统是由射频发射器、射频放大器和射频线圈组成。通过射频发射器发射射频脉冲，提供电磁能量传递给低能质子使其发生能级跃迁；使不同相位的质子同步进动（因为质子并不是静止地平行于磁力线，而是以某种形式运动着，这种形式的运动称为进动）。

射频线圈是MRI设备的重要组成部分之一，是成像的关键要素。发射线圈的性能与MRI的采集速度有关，接收线圈与MRI图像信噪比密切相关。相控阵线圈被认为是射频线圈技术的一个里程碑，它是由多个敏感的子线圈单元按照不同的需要排列成不同类型的阵列，共同构成一个线圈组，同时需要有多个数据采集通道与之匹配。相控阵线圈具有以下优点：①有效空间大，信噪比高；②改善薄层扫描、高分辨扫描及低场机的图像质量；③提高信号采集速度；④各小线圈既可相互分离又可单独使用。

计算机系统控制着MRI扫描仪的全部工作，包括射频脉冲激发、信号的采集、数据运算、图像重组和处理等功能。MRI扫描仪的更新换代与计算机科学的发展密切相关。由于当今计算机技术的迅速发展，MRI设备的软件不断升级，使其功能得到了大大的提高和完善。

其他辅助设备主要包括检查床和定位系统、操作台、液氦和水冷却系统、空调、图像传输、存储和胶片处理系统及生理监控仪器等设备。

（二）MRI的基本原理

1.MRI研究对象是质子，我们知道原子包括一个核与一个壳，壳由电子组成。核内有带正电荷的质子，质子像地球一样不停地围绕一个轴作自旋运动，产生磁场，称为磁共振。正常情况下体内质子产生的磁场方向杂乱无章。

2.将患者置于磁体通道后体内质子的磁场方向发生定向排列，稍过半数质子的磁场方向顺着主磁场方向排列，稍不足半数的质子磁场方向逆着主磁场方向排列，最终形成净的纵向磁化矢量。

3.发射特定频率的射频脉冲，导致部分质子的磁场方向发生变化，形成净的横向磁化矢量。

4.关闭射频脉冲后，被激发的氢原子核把所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态，这一恢复过程称为弛豫（relaxation）。尤如拉紧的弹簧在外力撤除后会迅速恢复到原来的平衡状态。弛豫的过程即为释放能量和产生MRI信号的过程。弛豫包括两个同时发生而又相互独立的过程：纵向弛豫和横向弛豫。①纵向弛豫：关闭射频脉冲后，在主磁场的作用下，质子释放能量，从高能状态恢复到低能状态，纵向磁化矢量逐渐增大并恢复到激发前的状态即平衡状态，这一过程称为纵向弛豫。纵向磁化由零恢复到原来数值的63%时所需的时间称为纵向弛豫时间，简称T1（图2-14）。②横向弛豫：关闭射频脉冲质子不再处于同步、同相位状态，指向同一方向的质子散开，导致横向磁化矢量从最大衰减到零，此过程称为横向弛豫。横向磁化由最大衰减到原来值的37%时所需的时间称为横向弛豫时间，简称 T 2（图2-15）。

T1和T2反映的是物质的特征，而不是绝对值，常用T1值来描述组织纵向弛豫的快慢，不同组织弛豫速度存在差别，导致T1值不同，各种组织的不同T1值是MRI能够区分不同组织的基础。影响T1的主要因素是组织成分、结构和磁环境，并与外磁场场强有关。常用T2值来描述组织横向弛豫的快慢，正因为不同组织有着不同的弛豫速度，导致各种组织T2值不同，并可区分正常组织和病变组织。影响T2的主要因素是外磁场和组织内磁场的均匀性。

5.通过计算机A/D（模/数）转换器→D/A（数/模）转换器→图像。

二、胆道系统MRI检查方法

（一）检查前准备

1.患者准备

（1）检查的当日早晨禁食、禁水（空腹6h以上）；必要时可以使用胃肠道阴性对比剂（如口服枸橼酸铁胺泡腾剂溶液、100ml温水加钆喷酸葡胺对比剂2ml检查前口服抑制水的信号等）。

（2）除去患者体表的金属异物等。

（3）细心解释检查程序，训练患者屏气。

2.使用线圈及患者体位

（1）线圈：

腹部相控阵表面线圈。

（2）体位：

患者仰卧位，线圈放于检查床中心，正中矢状面对准线圈竖中心，在肋缘下安放呼吸门控。嘱患者平静有规律地呼吸。采集中心对准剑突。

（二）常规扫描序列

1.常规横断面T1WI及T2WI序列

覆盖肝胆胰脾的大范围扫描。T1WI多采用梯度回波或自旋回波序列，如果患者呼吸均匀，首选呼吸触发快速自旋回波T2WI脂肪抑制序列，如不能很好有规律地呼吸但可以很好屏气则选用单次激发快速自旋回波屏气T2WI序列，结合脂肪抑制技术。常规层厚5～8mm，间距20%～30%。较小病灶可1～2mm无间隔扫描。

2.冠状面单次激发快速自旋回波序列

多采用平行于胆总管的斜冠状位，可清楚显示胆总管及其与周围组织结构间关系。

3.2D或3D重T2WI

快速自旋回波MRCP序列2D成像时采用单次激发快速自旋回波序列，在横轴位图像上找到胆总管，以其为中心进行多个方向的厚层成像，层厚30～60mm；3D成像采用薄层冠状位扫描，最后对图像进行MIP重组。

4.薄层横断面单次激发快速自旋回波脂肪抑制序列

在冠状面单次激发快速自旋回波和MRCP的基础上，在梗阻水平进行横轴位扫描，使用呼吸触发技术，扫描范围包括梗阻点的上下。

5.动态增强序列

有肿瘤或肿瘤样占位性病变不能确诊时需行动态增强扫描，可增加病变的检出率，且对于病变的定性诊断也有帮助。同CT增强相类似，MR增强扫描的原理是通过显示病理或解剖结构的对比增强取得更好地观察效果，即增加信号强度，在临床上对比剂常使用细胞外液对比剂钆喷酸葡胺（如 gadopentetate dimeglumine，Gd-DTPA），此类对比剂具有顺磁性作用，用量为0.1mmol/kg，静脉注射，注射流率3ml/s，它被用于缩短T1和T2弛豫时间（主要用于缩短组织T1弛豫时间），自旋回波或梯度回波序列中，T1WI可以增加信号强度。动态增强扫描是在团注对比剂后在相同屏气状态下进行多次重复扫描，根据具体情况决定扫描间隔时间。屏气扫描可有效去除呼吸运动伪影，患者呼吸均匀且时间充分的情况下也可配合呼吸触发行不屏气的扫描。目前临床上常用的对比剂还有肝胆特异性对比剂（如钆塞酸二钠及钆贝葡胺），既有Gd-DTPA的全部功能，又有肝细胞特异性对比剂的功能，既能反映病灶的血供，又能反映病灶的摄取功能，可以为临床提供更多的信息，提高诊断信心。一般而言，非肝细胞起源的肝脏病变不摄取肝细胞特异性对比剂，因此，注射对比剂后，肝脏-病灶对比度显著提高，所以能发现更多的病灶，将更有利于患者的治疗方案的制订。肝胆特异性对比剂同时能用于胆管成像，可以有效区分胆管内外病变，对术后胆漏的诊断具有明显的优势。

（三）胆道系统特殊扫描序列

磁共振胰胆管造影（MR cholangiopancreatogiaphy，MRCP）是 MRI水成像（MRI hydrography）中最常用最为可靠的一种，其基本原理是利用体内胆汁为天然对比剂，以重T2加权像为基础，结合脂肪抑制技术，突出显示流速慢或停滞的液体，如肝内外胆管树、胆囊、胰管内高强的水信号，而实质性脏器及含有流动液体的血管呈黑色低信号，再经最大强度投影重组出胰胆管的解剖图像（图2-16）。

要获得一幅高质量的MRCP图像必须具备的条件有突出液体与背景的信号对比，通常使用非常长的TR（TR一般4倍于组织的最长T1值），尽可能长的TE，使背景软组织信号明显衰减，导致背景软组织与静态液体的信号对比加大，较高的空间分辨力。

临床MRCP常用三种成像方法：①三维容积采集，多采用常回波链长度的快速自旋回波序列或单次激发快速自旋回波序列，配合呼吸触发技术进行三维容积采集，获得多层连续的薄层图像，利用MIP进行重建，该方法的优点在于薄层原始图像有助于腔内小病变的显示，重建效果较好；缺点是扫描时间较长。②二维连续薄层扫描，多采用单次激发快速自旋回波T2WI序列，可加用部分K空间技术以加快采集速度，配合脂肪抑制技术以增加对比。该方法的优点是可获得薄层原始图像有助于腔内小病变的显示，图像可进行各种后处理及扫描时间较短；缺点是图像层厚大于三维采集的原始图像，由于屏气不佳或图像变形，层与层之间的图像易出现配准不佳，从而影响三维重建图像的质量。③二维厚层块投射扫描，对层厚为2～10cm的容积进行厚层块激发和采集，一次扫描得到一幅厚层块投射图像。该方法的优点在于扫描速度快，一幅图像仅需要1秒到数秒，管道结构的连续性较好，一般不出现阶梯状伪影；缺点是图像不能进行后处理，不能获得薄层原始图像，容易遗漏小病变。在临床工作中最好两种以上方法结合应用，并与常规MRI图像结合。

MRCP用对比剂，图像清晰，可以三维多平面重组、多角度观察胰胆管的形态，能清楚显示梗阻端的形态及梗阻近端肝胆管分支的状态，能显示胆道变异、畸形、胆胰管汇合异常情况。胆道扩张状态不受注入对比剂时压力因素的影响，反映管腔的直径准确，无严重并发症，技术操作无依赖性。其缺点是空间分辨力不足，不能显示胆胰管的微细结构，重组图像时胆管腔内信号较弱的病变（如泥沙样结石、小的新生物等）易被掩盖，对胆管内结石、气泡、息肉、肉芽肿等病变难以鉴别，且容易受肠道积液和腹水的影响。对胆管壁本身及管腔外的病变侵袭范围、远隔转移等无法显示，不能提供全面的影像信息，必须结合常规薄层原始图像以及增强检查综合判断。

三、MRI在胆道外科中的应用

对于胆系结石及炎症性病变，MRCP（图2-16）无辐射、可无需对比剂、无创伤，同时可从多角度对胆道系统进行观察，显示胆系结石的位置及大小形态，对于CT上不能显示的等密度或者低密度结石均能够显示。对胆道结构的异常能够清晰显示，对胆道手术后、胰胆管造影检查插管失败等患者可进行良好评估。且结合MRCP和T1WI对胆总管微小结石的检出率较高。但MRCP对胆结石的检查是通过对胰胆管形态和走向进行水成像技术完成，当周围胆汁对管腔进行完全包绕表现为充盈缺损时，其显示图像欠清晰，结石的检出率降低。因此在临床检查中应对MRCP的重组图像和原始图像进行结合分析，特别是在直径较小、泥沙样结石中，应注意避免造成图像重组时的模糊细节对诊断造成影响。MRCP胆道系统结石的诊断确诊率高，可代替部分有创、辐射大的诊断方式如经皮肝穿胆管造影（percutaneous transhepatic cholangiography，PTC）和 CTC，已较广泛地在临床开展使用，但其相对于经内镜逆行胰胆管造影（endoscopic retrograde cholangiopancreatography，ERCP），不具备治疗作用，因此临床使用中还应根据患者具体病情选择诊断方式。

在胆道梗阻性病变诊断与鉴别方面，由于梗阻端形态与病变性质具有一定的相关性，MRCP可显示梗阻部位的形态，根据梗阻水平和显示的特征结合常规平扫和增强扫描，对于结石性、先天性、肿瘤性及炎症性原因导致的梗阻达到诊断和鉴别诊断的目的（图2-17）。且因具有安全无创等优点，是目前胆道梗阻性疾病最为有效的影像学检查方法之一，能为胆道梗阻的诊治及外科术后评估提供可靠的依据。

（郑穗生　宫希军　李欣明）