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流动敏感失相的三维平衡稳态自由进动
原理
这是另一种心电门控减影技术，其原理与收缩高峰期的DB成像和舒张末期的BB成像相同。不是使用FSE读出，而是沿血管长度应用流动敏感失相(FSD)梯度和b-SSFP读出。此序列使用FSD预脉冲以及较大的双极梯度来产生与移动自旋相关的流动相关信号损失。FSD预脉冲由交替的+90°-x、+180°-y、-90°-x脉冲和+180°-y脉冲两侧的交错双极梯度组成。在初始+90°-x脉冲激发后，自旋会根据其速度通过双极梯度失相。通过最佳选择的双极梯度，动脉中会发生更大程度的自旋失相，而对静脉或背景信号的影响很小。在应用双极梯度后，-90°-x翻转脉冲可恢复重聚相自旋的纵向磁化以产生信号，而扰相梯度可防止后续模块中失相自旋重新聚焦（图12）。在收缩期，应用FSD预脉冲并开启双极梯度以产生DB图像，而在舒张期，应用FSD预脉冲并关闭所有双极梯度以产生BB图像，然后进行减影(D-S)以突出动脉血流并强烈抑制背景血流。
 图12 3D-b-SSFP FSD MRA技术应用于外周肢体MRA。动脉和静脉中的血流方向用黑色箭头表示。在这种带有b-SSFP读出的ECG门控减影技术中，在收缩期采集是在打开FSD预脉冲的情况下进行的。在舒张期，FSD预脉冲关闭。动脉和静脉在舒张期均产生明亮信号；动脉在收缩期因FSD而显示信号丢失。从舒张期减去收缩期(D-S)可产生最终的BB MRA图像。右图显示FSD预脉冲，包括1个 +90°-x、+180°-y、-90°-x脉冲，+180°-y脉冲两侧有交错的双极梯度。在90°-x脉冲之后应用的扰相梯度可防止在后续模块中失相自旋的重新聚焦。该序列描述动脉血流的灵敏度取决于这些双极梯度的强度和持续时间。
与3D-FSE相比，该序列在收缩期可产生更好的DB图像。但是，该序列的技术成功和血管可见性取决于双极梯度的强度和持续时间。较大的双极梯度会增加血流敏感性，因此由于扩散效应，可能导致静脉和背景组织同时可见。较小的双极梯度会降低血流敏感性，导致速度较低的小动脉可见性受损，从而导致对狭窄程度的估计过高。FSD预脉冲也可以应用于所有三个正交平面，以检测手和脚中多个方向的血流。
局限性
其他限制与ECG门控减影技术（例如，选择适当的收缩期和舒张期图像触发、对心律失常的敏感性、患者运动和长扫描时间）以及b-SSFP读出（例如，对 B0的不均匀性敏感）类似。此外，该序列尚未上市。
当前临床应用
初步研究表明，对于患有糖尿病和自身免疫性血管病的患者，可以可视化膝下动脉以及足部和手部的小动脉（图13）。
 图13 3D-b-SSFP FSD MRA在硬皮病中的临床应用。这名患者右手食指缺血，3D-FSD MRA显示右手食指尖端的手指血管稀少（箭头，A），类似于CE-MRA（箭头，B）。此外，请注意在非增强和CE-MRA图像上均可见右手其他手指远端血管变细。
相位对比MRA（3D和4D血流成像）
原理
这是基于这样的原理：当暴露于双极梯度时，移动自旋会发生相位净偏移，而静止自旋则不会发生相位净偏移。相位净偏移与移动自旋的速度成正比，因此这是一种速度敏感技术。在此序列中，在三个正交方向上应用三个具有预定速度编码 (Venc) 的流速编码双极梯度和一个流动补偿双极梯度来生成数据集对。将这些数据集对相互减去，以生成相位（流动信息）和幅度（解剖信息）图像。由于静止自旋不会经历净相移，因此在减影图像中，这些自旋本质上会受到抑制。Venc由操作员决定，并由感兴趣的区域指导。Venc应设置为略高于扫描时的最大预期速度，以便在最大速度下，移动自旋会经历±180°的净相移（图14）。如果目标血管中的血流速度大于预先选定的 Venc，则会出现混叠，从而导致人为信号丢失。如果Venc远高于最大速度，则对慢流的灵敏度会降低。Venc的典型设置为胸主动脉中的150至200 cm/s，主动脉瓣狭窄或缩窄的主动脉中的250至400 cm/s，心脏内血流中的100至150 cm/s，静脉系统大血管中的50至80 cm/s。为了优化较小血管非增强MRA的SNR，可以使用较低的Venc，例如对于肾动脉非增强MRA，可以使用40 cm/s。对于MRA或MRV，需要3D或4D采集，2D采集可能足以获取流动信息（例如，用于评估瓣膜狭窄/反流）。
 图14 PC MRA示意图。在三个正交方向上施加具有预定速度 (Venc) 的双极流速编码梯度和流动补偿梯度，以产生图像对，这些图像对被减去以产生BB图像。净相移范围从0°到 180°，取决于相对于Venc的速度 (V)。静止自旋 (V=0) 没有相移并显示为白色。移动自旋 (V≤Venc) 显示出高达180°的相移。V>Venc 的自旋显示混叠，因为它们经历的相移大于180°。
在4D血流成像中，3D相位对比(PC)成像与ECG门控一起使用，以在整个心动周期产生时间分辨的3D电影血流。每个4D容积包含一个幅度容积和三个空间 (x、y、z) 方向的速度/血流容积（图15）。可以使用多种显示选项，并且可以在专用的后处理软件上执行额外的定量分析。由于采集的容积特性，不需要进行特定的规划，并且可以在包含的视野中评估任何血管。4D血流的技术细节超出了本综述的范围，并且已在其他综合综述中进行了描述。
 图15 4D血流MR成像。4D血流MR采集包括使用ECG门控在三个方向 (x,y,x) 进行3D PC成像，以提供整个心动周期的时间分辨血流信息。每个4D容积由一个参考量级容积和三个空间 (Vx,Vy,Vz) 方向的三个速度/血流容积组成。
局限性
PC-MRA的扫描时间取决于所使用的特定序列，可能很长。一些市售序列的执行速度可能比3D-SSDP序列更快。3D-PC-MRA也容易因湍流和弯曲而丢失信号。并行成像、径向采样和压缩感知都已用于将4D血流成像的扫描时间缩短四到六倍，同时保留解剖分辨率和准确的血流量化。
当前临床应用
临床上，3D-PC-MRA仅限于评估肠系膜和原生及移植肾动脉。对于肾动脉成像，湍流区域的显著血流失相和信号丢失表明血流动力学显著狭窄。在脑部，在存在出血或亚急性血栓形成的情况下，3D-PC-MRA可用作3D-TOF-MRA的替代方案，以避免TOF-MRA上的伪T1透射效应引起的诊断陷阱。在脑部，3D-PC-MRV仍然是检测脑静脉窦狭窄或血栓形成的常用方法。低分辨率PC-MRA也常用作识别颈动脉的定位图像（图16）。
 图16 PC技术的临床应用。（A）3D相位对比颅脑MR静脉造影 (MRV) 示例，可清晰显示脑静脉窦的畅通情况。（B、C）相位对比技术也可用于TOF-MRA (B) 和TOF-MRV (C) 之前的定位图像。
专门的评论中描述了4D血流成像的多种新型临床应用。4D血流成像最常见的应用是心血管成像，以描绘复杂先天性心脏病和主动脉病中的血流模式。4D血流成像也用于腹部成像，以评估门脉循环以及腹主动脉及其主要分支（图17）。在神经血管成像中，4D血流成像可用于评估复杂的动静脉畸形和瘘管、颅内动脉瘤和Moya-Moya病。
 图17 4D血流MRA的临床应用。从4D血流采集的非增强PC-MR血管造影图像中重建MIP(A) 和容积渲染 (B)。这提供了肾血管动脉 (箭头) 的良好解剖信息，无需静脉注射造影剂，这对患有严重肾功能障碍或造影剂过敏 的患者有益。
速度选择性MRA
原理
在这项技术中，使用ECG门控在收缩高峰期应用速度选择性磁化准备脉冲，该脉冲可使序列对动脉血流敏感，同时抑制背景静止血流和静脉血流。速度选择性准备脉冲包括多个小翻转角的RF脉冲，具有交错重复的双极梯度。这通常与b-SSFP读出相结合，尽管也可以使用梯度回波读出来减少与b-SSFP相关的带状伪影（图18）。
 图18 速度选择性MRA示意图。在此ECG门控序列中，在峰值收缩期应用速度选择性准备脉冲，该脉冲对动脉血流敏感并抑制背景静止和静脉血流，并读出以产生BB图像。不进行舒张期采集。
由于该序列仅应用于收缩期，无需采集舒张期数据，因此它比之前描述的心电门控减影MRA技术更快，并且对运动和心律失常不敏感。当与3D-b-SSFP读出一起使用时，该序列还具有高空间分辨率和大覆盖范围。
局限性和当前临床应用
此序列尚不可商用，但已证明可用于脑MRA、腹部MRA和外周动脉MRA。其主要临床应用在于评估未安装支架或假体且已知有心脏疾病的患者的外周动脉疾病。
动脉自旋标记MRA
原理
动脉自旋标记(ASL)-MRA技术可分为三种类型：流入、流出或交替标记开启-关闭/减影ASL-MRA。该序列基于使用选择性反转恢复脉冲选择性地“标记”流动血液的纵向磁化的原理，从而在流动血液和静止组织之间的纵向磁化中产生差异。在标记和适当选择的反转时间(TI)使背景组织达到零点之后，可以通过半傅立叶FSE或b-SSFP序列（带或不带额外的脂肪抑制序列）读出流入或流出标记层块的血液（图19）。在“交替标记开启-关闭序列”中，通过“标记开启”和“标记关闭”获取两个交替数据集，然后将它们相减以从标记区域生成BB图像。因此，在“交替标记开启-关闭技术”中，背景抑制依赖于减影，与所选TI无关（见图19）。在两种读出选项中，b-SSFP读出提供了更好的分辨率，并且b-SSFP序列的流动补偿特性使其适用于大多数区域，但肺远端和靠近空气-组织界面的锁骨下血管除外，在这些区域，半傅里叶FSE更受欢迎。半傅里叶FSE读出可能适合对流速缓慢的血管进行成像，例如肝静脉、门静脉和手脚的小血管，在这些区域，与FSE序列相关的流速相关自旋失相效应并不那么明显。
 图19 ASL-MRA技术示意图。（A）流入ASL-MRA：标记脉冲施加到整个成像层块，反转层块中的流动自旋（血液）和静止自旋。在反转时间（TI），成像层块中的自旋达到零点，新鲜流入的血液具有完全保留的纵向磁化，在读出时产生明亮的信号。(B) 流出ASL-MRA：最初，整体施加非选择性反转脉冲，反转层块中的流动自旋（血液）和静止自旋。在成像容积上游的目标血管上施加选择性标记脉冲，从而恢复标记血液的磁化。在TI时间，成像层块中的静止自旋达到零点，成像层块中的原始血液流出。 成像层块上游的新标记血液从标记层块流出到成像容积并在读出时产生明亮的信号。(C) 标记开启/关闭减影ASL-MRA：在这种减影技术中，首先通过标记动脉血获取“标记开启”图像，然后获取控制“标记关闭”图像。减影会移除静止信号，只有标记的自旋才会产生BB图像。
流入动脉自旋标记MRA：考虑因素和临床应用
在此序列中，标记应用于整个成像层块，使得血液中的移动自旋和背景中的静止自旋都反转。经过一定的TI后，标记层块中的所有自旋（移动和静止）都处于零点，流入标记层块的未标记血液在保留纵向磁化的情况下产生BB图像。因此，在此序列中，标记层块与感兴趣的成像容积重叠（见图19）。由于流入层块的所有未标记的血液都能产生信号，因此无法确定个体的贡献，例如门脉循环的肠系膜上静脉和脾静脉。由于还可以看到静脉血流，因此需要额外的预饱和带。
该技术在肾脏MRA中得到最广泛的验证，可用于检测自体肾脏和移植肾脏中的肾动脉狭窄（图20）。对于肾动脉成像，该序列可以通过屏气或导航门控呼吸门控来完成。在肾血管区域施加厚轴向RF脉冲带以反转背景组织。经过较长的等待间隔（典型T1：1.5 T时为1200-1800ms），使用3D-b-SSFP序列进行读出（见图19）。在读出之前，应用脂肪抑制。成像通常在轴向平面上进行，以获得最大的流入效应和动脉中的更大信号，但这是以减少对缺失的副肾动脉的覆盖为代价的。冠状面可以覆盖整个腹部以查看副肾动脉，但在层块下方有信号损失。与CTA、CE-MRA或DSA相比，该技术在检测肾动脉狭窄方面表现出较高的准确性。在一项多中心研究中，与CTA相比，ASL-MRA对狭窄检测的敏感性为74%，特异性为93%，准确率为90%。在Parienty及其同事的研究中，与DSA相比，ASL-MRA对50%或更大狭窄的诊断敏感性、特异性和准确率分别为93%、88%和91%。在NC-MRA和CE-MRA的直接比较中，两种技术对肾动脉狭窄的诊断检测率相似，但NC-MRA的技术成功率、可行性和运动伪影图像质量优于CE-MRA。
 图20 ASL-MRA在肾脏成像中的应用。（A）马蹄肾和肾血管性高血压患者的ASL-MRA显示两侧各有两条肾动脉，没有狭窄。（B-D）疑似移植肾动脉狭窄患者的ASL-MRA。CE-MRA（B）和ASL-MRA（C）均显示右总动脉（近端黄色箭头）和移植肾动脉起点（白色箭头）狭窄。这些发现在DSA（D）上得到证实。右总动脉的压差大于10 mm Hg，并进行了血管成形术。移植肾动脉的压差小于10 mm Hg，无需治疗。
流出动脉自旋标记MRA：考虑因素和临床应用
在此序列中，首先在所需成像容积中应用非选择性反转脉冲以反转所有磁化（移动和静止自旋）。随后在感兴趣容积的上游立即应用选择性反转恢复脉冲，以恢复上游标记血液的纵向磁化。在TI时，成像容积中的静止组织达到零点，成像容积中的原始血液流出。具有完全恢复纵向磁化的标记血液从标记层块流出到成像容积以产生BB图像。与流入技术相比，可以使用流出技术选择血管，因为只有成像容积上游带有标记血液的血管才会产生BB图像（见图19）。该技术可用于肝动脉、肝静脉和门静脉。双标记技术用于肝静脉，在肝脏上部施加一个反转脉冲（标记）以抑制从主动脉流入的血液，在肝脏下方施加另一个反转脉冲以抑制从门静脉流入的血液。同样，对于门静脉造影，在肝脏和胸部施加一个反转脉冲以抑制肝脏、心肌和从肝动脉流入的血液，在肝脏下方施加另一个反转脉冲以抑制从下腔静脉流入的血液。多个标记段也可用于在腹盆腔MRA的更大覆盖区域进行采集。该技术还用于选择性可视化颈外动脉及其分支。并通过在主动脉和心脏上选择性放置一个反转脉冲来分别可视化肺动脉和肺静脉。
交替标记开启-关闭动脉自旋标记MRA：考虑因素和临床应用
由于该技术依赖于通过“标记开启”和“标记关闭”（控制）获取的两个数据集之间的减影效应，因此它不太依赖于TI的精确时间。与需要仔细选择TI以抑制背景组织的流入和流出ASL不同，交替标记开启-关闭ASL中的减影提供了出色的背景抑制。但是，这会比较慢，因为减影至少需要两次单独的扫描。还可以以增量方式选择多个TI进行连续采集，以提供时间分辨的MRA（或4D-MRA）。在时间分辨的ASL-MRA中，扫描时间也会与TI增量的数量成比例增加。但是，随着MRI技术的最新进展，4D-MRA可以捕获动态信息，其时间和空间分辨率与动态CE-MRA和DSA相当。
该技术最广泛用于颈动脉和颅内MRA。时间分辨ASL/4D-MRA可作为DSA的无辐射替代方案，用于对脑动静脉畸形或动静脉瘘进行非侵入性DSA动态评估。在脑部，可以修改具有伪连续标记的ASL，以同时提供MRA和灌注信息。该技术还可用于对盆腔和外周肢体的血管畸形、慢性肺血栓栓塞症患者的肺动脉以及血流较慢的区域（例如足部的脚和指动脉）进行成像。
多对比技术
几组研究人员提出了多对比技术，用于同时使用BB描绘血管或心腔管腔以及使用DB对比描绘血管和心壁。两种最广泛使用的技术是同步非增强血管造影和斑块内出血(SNAP)，主要用于颈动脉和脑血管成像和反转恢复准备磁化转移对比亮血相位敏感 (MTC-BOOST)，可同时生成共配准的3D-BB和黑血全心图像，已应用于先天性心脏病患者的肺静脉和左心房的解剖评估。
同步非增强血管造影和斑块内出血(SNAP)
SNAP技术是为评估和描述颈动脉粥样硬化而开发的，它利用相位敏感重建技术生成具有对应于MRA的负信号和对应于斑块内出血 (IPH) 的正信号的图像。通过仅显示负信号，可以呈现非增强MRA，而不会受到背景组织的污染。或者，仅显示正信号可以产生适合IPH检测的重T1加权图像。多项概念验证研究已经证明了SNAP技术的临床可行性，该技术对颈动脉狭窄分级以及颈动脉IPH检测具有高精度。
磁化转移-BOOST
MTC-BOOST的基本原理是磁化转移准备的BB和黑血相敏反转恢复 (PSIR)采集，以交错方式采集两个不同权重的BB容积。然后将两个数据集组合成类似PSIR的重建，以获得互补的黑血容积，可用于可视化血管壁或心腔壁。利用基于图像的导航和非刚性呼吸运动校正，实现100%的扫描效率和可预测的采集时间。
尽管SNAP和MTC-BOOST均可被视为研究技术，但它们在单次采集中的双重对比机制方法可生成具有近乎完美配准的高空间分辨率图像。
总结
如本综述所述，非增强MR血管造影有多种选择。表2总结了可用的技术、首选临床应用和各种供应商特定的商品名。了解各种非增强MRA技术的原理以及相对优势和局限性，可以在不推荐或禁忌使用造影剂的各种临床情况下选择适当的序列。
 缩写：3D：三维；ASL：动脉自旋标记；b-SSFP：平衡稳态自由进动；ECG：心电图；FSD：流动敏感失相；FSE：快速自旋回波；MRA：磁共振血管造影；QISS：静止间隔切片选择（QISS）；TOF：飞行时间；VS：速度选择。
文章编译自文献：Non-Contrast Magnetic Resonance Angiography: Techniques, P rinciples, and Applications . Magn Reson Imaging Clin N Am 31 (2023) 337–360 doi:10.1016/j.mric.2023.04.001
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