【序列】從水脂分離到mDixon-Quant展開全文漫談序列的第三講，麥先生打算和大家談談水脂分離（Water-FatSeparation,WFS）算法及mDixon-Quant技術。本講主要內容：1.水脂分離基本原理2.水脂成像與脂肪定量3.mDixon與mDixon-Quant4.總結▌

WFS基本原理氫質子自旋頻率與其所處的物理及化學環(huán)境有關，脂肪大分子中包含的氫質子（以下記為Fat,F）自旋頻率比水分子中氫質子（以下記為Water,W）自旋頻率慢3.4ppm（在1.5T/3T磁共振上約為217Hz/434Hz）。在使用一個激發(fā)脈沖激發(fā)完成的瞬間，水分子和脂肪分子中的氫質子在水平方向上的相位完全一致。但是經過一小段時間后，由于脂肪氫質子自旋頻率較慢，會逐漸落后于水分子氫質子，形成一個相位差。基于Dixon方法【1】的水脂分離算法，通過調節(jié)回波時間TE，讓采集得到的圖像中，脂肪氫質子與水分子氫質子同相（In-Phase,IP）、反相（Opposed-Phase,OP）或部分反相，從而讓水分子氫質子產生的信號與脂肪氫質子產生的信號相加、相減或者部分相減。再從采集得到的復數(shù)圖像中經過代數(shù)運算，得到水和脂肪含量?；谧孕夭ǖ乃蛛x序列大致如下圖所示【2】。第一次使用實線代表的脈沖序列采集一幅圖像，由于自旋回波的重聚相作用，在TE的位置采集得到的水脂同相。第二次將180°聚相脈沖向前移動△/2（△在1.5T為2.3ms,3T為1.15ms），此時，水與脂肪中的氫質子在H處重聚，之后繼續(xù)散相。到達相同的TE時間點時，脂肪氫質子剛好與水分子氫質子反相?；谔荻然夭ǖ乃蛛x序列大致如下圖所示【2】。第一次使用實線代表的脈沖序列采集第一幅圖像，可以選擇TE為同上的△（△在1.5T為2.3ms,3T為1.15ms），此時采集得到的水脂信號正好反相。第二次使用2△作為TE，采集得到的水脂信號再次同相。典型兩點Dixon方法【1,3】采集得到的水脂同相與反相數(shù)據，如圖所示。兩點Dixon示意圖，圖中虛線箭頭表示實際采集得到的信號。為了便于顯示，圖中水和脂肪并未畫成完全同相或反相。采集得到的兩幅圖像可以表示為：對上式直接求解可以得到水和脂肪圖像：這就是最原始的兩點Dixon方法。在原始Dixon方法出現(xiàn)后的30多年時間里，又有很多不同的水脂分離算法被發(fā)明出來，從回波數(shù)目方面，可以劃分為單點Dxion【4】，兩點Dixon【1,3,5】，三點Dixon【6,7】及多點Dixon【8】等。從數(shù)據處理的角度可以劃分為k空間水脂分離算法【9】和圖像域水脂分離算法【1,6,8】等。從處理流程角度又可以劃分為基于區(qū)域增長的算法【6,10】和逐點計算的算法【1,8】等。在實際應用中，由于受磁場不均勻等因素影響，計算結果可能發(fā)生水脂翻轉的問題。例如，使用【5】中的兩點部分反向算法（Partially-Opposed-Phase,POP）計算得到的水相圖及脂相圖皮膚邊緣處存在水脂翻轉（圈中所示）。圖中TE的選擇使得水脂之間相角為（0,2π/3）。使用【6】中的直接相位編碼算法（DirectPhaseEncoding,DPE），得到的結果如圖所示。圖中TE的選擇使得水脂之間相角為（0,2π/3,4π/3）。(a,c)原始三個回波（從左至右為0,2π/3,4π/3）幅值圖及相位圖；(b,d)使用直接相位編碼算法得到的脂肪圖像和水圖像。▌水脂成像與脂肪定量上一小節(jié)已經介紹了水脂分離的基本原理。通過采集兩到三個回波，就可以算出水相（water）圖、脂肪相（fat）圖、水脂同相（IP）圖和水脂反相（OP）圖。通過對比這些圖，就可以較為方便地定位到病灶。但是有時候，醫(yī)生需要的不只是定性的了解病灶，而是需要定量地描述脂肪含量。針對這一問題，一個直觀的想法就是，能否直接使用脂肪相圖除以水相加脂肪相圖，得到脂肪百分比呢？這種計算方法是沒有問題的，但是得到的結果不夠精確。已有研究表明【11】，在肝臟的脂肪定量中，使用6個回波（TR/TE/ΔTE

=8/1.15/1.15ms@3T）的mDixon序列計算得到的脂肪含量與MRS、qHisto（生理切片計算方法）得到的結果一致性較高。而使用2個回波（TR/TE1/TE2=8/1.2/2.4ms）的mDixon序列得到的脂肪含量普遍比6個回波的偏低（均值為1.0%，最大為4%，P<0.001）。使用6個回波計算得到的脂肪百分比與MRS結果做Bland-Altman分析結果如下圖所示，可以看出，Mean值在0附近，二者具有較高的可替代性。上述研究的最終結論是，6個回波的mDixon方法，MRS以及qHisto方法都可以獲得相同且魯棒的結果，因此他們都適用于肝臟的脂肪定量。值得注意的是，如果只是為了查看肝臟內脂肪大致分布情況，或者在只需要定位病灶的情況下，使用2個回波計算即可得到較為準確的結果。這樣做的好處是，可以提高掃描速度，從而可以在相同掃描時間下，獲得更高分辨率的圖像。▌

mDixon與mDixon-Quant飛利浦機器上的mDixon序列可以分為三大類：mDixonFFE,mDixonTSE與mDixon-Quant，下面，麥先生將對這幾種序列分別進行簡要介紹。mDixonFFE是一類比較經常用到的序列，常常使用3DT1w多回波（multi-echo）的FFE序列采集，采集序列大致如下圖所示。一個示例掃描卡片的參數(shù)設置如下圖所示（Philips\Abdomen\Liver\T1W\MDIXON-W_Cor）。為了保證采集速度，這里使用了SENSE和Halfscan。并且將采集帶寬設為最大（Water-fatshift為最?。?。所有的采集回波的回波時間為最短。flyback也被設置為no。需要注意的是，在flyback設置為no的時候，兩個回波采集梯度極性相反（參考上面的序列圖）。而如果將flyback設置為yes的時候，兩個回波采集梯度極性相同（參考下面的序列圖）。顯然，flyback為no的時候，兩個回波讀出方向不同，化學位移方向不同，這會給水脂分離帶來極大的挑戰(zhàn)。好在飛利浦平臺強大的后處理功能可以解決這一問題。帶來的回報就是更快的采集速度。當然，在某些其他的掃描卡片中，也可以使用T1-TFE采集，或者是使用不同的翻轉角度、不同的回波數(shù)目、將flyback設置為yes等。mDixonFFE是一種非常靈活的序列，讀者可以根據自己的需要去調整序列。相比于前面T1wmDixonFFE技術，mDixonTSE技術可以獲得T1w,T2w和PDw對比度的圖像。mDixonTSE技術通過多次采集（multi-acquisition），獲得不同水脂相位差的圖像。其采集序列大致如下圖所示。mDixonTSE用于2D，MS及M2D的情形，一個示例掃描卡片如下圖所示（Philips\Spine\Cervical\Sagittal\T2W_mDixon_TSE）。上圖中的Refocusingcontrol功能在上一講已經介紹過。拓展閱讀：

【序列】TSE序列回波控制默認的掃描卡片中Refocusingcontrol使用的是constant,讀者可以根據自己的需要，結合上一講的內容，進行不同的嘗試。前面介紹的兩種mDixon技術使用的都是兩個回波，因此不能用于精確脂肪定量。為了解決精確脂肪定量問題，飛利浦機器上還推出了一個mDixon-Quant技術。mDixon-Quant也使用一個3DT1FFE多回波（multi-echo）序列采集，由于翻轉角較小，其實際對比度為PDw?；夭〝?shù)目固定為6個，翻轉角固定為3°（3T）或5°（1.5T）。HalfScan固定為no。一個示例掃描卡片如下圖所示（Philips\Abdomen\Liver\Specials\Mdixon-Quant_BH）。注意在正常掃描中，最好不要隨意修改mDixon-Quant的參數(shù)，特別是紅色方框內的參數(shù)是無法修改的。強行修改可能導致參數(shù)沖突。mDixon-Quant只用于Liver，因此必須配合腹部的線圈掃描（例如'SENSE-XL-Torso'線圈等）。▌

總結mDixon技術可以用于水相及脂肪相成像，肝臟脂肪定量等。mDixon技術也是一個非常魯棒的壓脂技術，可以應用于頸椎等部位。mDixonFFE,mDixonTSE及mDixonQuant之間的對比大致如下表所示。mDixonFFEmDixonTSEmDixonQuant場強1.5T,3T1.5T,3T1.5T,3T對比度T1wT1w,T2w,PDwPDw翻轉角10°DependsonTSEpars.5°(1.5T)或3°(3T)掃描技術multi-echomulti-acquisitionmulti-echo回波數(shù)22≥6掃描方式3D2D/MS/M2D3D常用部位腹部，盆腔所有部位肝臟運動控制屏氣無屏氣分辨率高高低References:【1】DixonWT.SimpleProtonSpectroscopicImaging[J].Radiology,1984,153(1):189-194.【2】M.A.Bernstein,K.F.KingandX.J.Zhou.HandbookofMRIpulsesequences.ElsevierAcademicPress,2004.【3】CoombsBD,SzumowskiJ,CoshowW.Two-pointDixontechniqueforwater-fatsignaldecompositionwithB0inhomogeneitycorrection[J].MagneticResonanceinMedicine,1997,38(6):884-889.【4】YuH,ReederSB,MckenzieCA,etal.Singleacquisitionwater-fatseparation:Feasibilitystudyfordynamicimaging[J].MagneticResonanceinMedicine,2006,55(2):413-422.【5】XiangQS.Two-pointwater-fatimagingwithpartially-opposed-phase(POP)acquisition:AnasymmetricDixonmethod[J].MagneticResonanceinMedicine,2006,56(3):572-584.【6】XiangQS,AnL.Water‐fatimagingwithdirectphaseencoding[J].JournalofMagneticResonanceImaging,1997,7(6):1002-1015.【7】GloverGH,SchneiderE.Three-pointdixontechniquefortruewater/fatdecompositionwithB0inhomogeneitycorrection[J].MagneticResonanceinMedicine,1991,18(2):371-383.【8】ReederSB,WenZ,YuH,etal.MulticoilDixonChemicalSpeciesSeparationwithanIterativeLeast-SquaresEstimationMethod[J].MagneticResonanceinMedicine,2004,51(1):35-45.【9】BrodskyEK,HolmesJH,YuH,etal.Generalizedk-spacedecompositionwithchemicalshiftcorrectionfornon-cartesianwater-fatimaging[J].MagneticResonanceinMedicine,2008,59(5):1151-1164.【10】YuH,ReederSB,ShimakawaA,etal.Fieldmapestimationwitharegiongrowingschemeforiterative3-pointwater-fatdecomposition[J].MagneticResonanceinMedicine,200