安徽省中医院MRI总论课件.ppt

1、安徽省中医院安徽中医学院第一临床医学院安徽中医学院第一附属医院影像中心l1946年Block、Purcell发现物质核磁共振现象，核磁共振波谱学。l1973年Lauterbur发表MRI成像技术，应用于临床医学领域。lLauterbur和Mansfierd获得2003年诺贝尔生物医学奖。l含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩，有如一个小磁体。小磁体自旋轴的排列无一定规律。但如在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列，此时磁矩有两种取向：大部分顺磁力线排列，位能低；小部分逆磁力线排列，位能高。两者差称为剩余自旋，产生净磁化矢量

2、，亦称平衡态宏观磁化矢量M0。l在这种状态下，平衡态宏观磁化矢量M0绕Z轴以Larmor频率自旋，若用额外特定频率（Larmor频率）的射频脉冲（radionfrequency，RF）进行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，则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状态。这一恢复过程称为弛豫过程弛豫过程（relaxationprocess），而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫弛豫时间时间（relaxationtime）。有两种弛豫时间。l一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-lattice relaxation

3、 time）又称纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要的时间，也是90射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态63时所需的时间，称T1。l另一种是自旋-自旋弛豫时间（spin-spin relaxation time），又称横向弛豫时间（transverse relaxation time）反映横向磁化衰减、丧失的过程，也即是横向磁化矢量衰减到其原来值37时时间，称T2。T2衰减是由共振质子之间相互磁化作用所引起，与T1不同，它引起相位的变化。l人体不同器官的正常组织与病理组织的T1是相对固定的，而

4、且它们之间有一定的差别，T2也是如此。这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成像基础。有如CT，组织间吸收系数（CT值）差别是CT成像基础的道理。但MRI不像CT只有一个参数，即吸收系数，而是有T1、T2和自旋核密度（P）等几个参数，其中T1与T2尤为重要。因此，获得选定层面中各种组织的T1（或T2）值，就可获得该层面中包括各种组织影像的图像。lMRI的成像方法也与CT相似。有如把检查层面分成Nx，Ny，Nz一定数量的小体积，即体素，用接收器收集信息，数字化后输入计算机处理，获得每个体素的T1值（或T2值），进行空间编码。用转换器将每个T值转为模拟灰度，而重建图像。l1、磁体系统；、磁体系统；

5、常导型；永磁型；超导型；l2、梯度系统；、梯度系统；l3、射频系统；、射频系统；l4、计算机及数据处理系统；、计算机及数据处理系统；l5、辅助设备；、辅助设备；l磁体有常导型、超导型和永磁型三种，直接关系到磁场强度、均匀度和稳定性，并影响MRI的图像质量。因此，非常重要。通常用磁体类型来说明MRI设备的类型。常导型的线圈用铜、铝线绕成，磁场强度最高可达0.150.3T，超导型的线圈用铌-钛合金线绕成，磁场强度一般为0.357.0T，用液氦及液氮冷却；永磁型的磁体由用磁性物质制成的磁砖所组成，较重，磁场强度偏低，最高达0.3T。l磁体的小型化和开放式已经普及，超高场强MRI设备，如3.0T已开始

6、应用。l低场强MRI设备，不论是永磁型、常导型或超导型都已采用开放式。性能有很大提高，图像质量、成像功能都有很大改善。成像时间也有所缩短。对病人舒适、减少幽闭恐怖感，又便于操作，不仅适于开展介入技术，而且可以方便检查的需要。l中场强开放式MRI设备也已应用。使用超导磁体和垂直磁场，有较高的场强（如1.0T），较高的梯度场强（如20mT/m）和较高的切换率，可行薄层采集，成像速度快，能得到高分辨力图像。用于MRA及功能性成像等有很好的效果。3.0T的设备已用于临床，7.0T的设备已开始应用。l梯度线圈，修改主磁场，产生梯度磁场。其磁场强度虽只有主磁场的几百分之一。但梯度磁场为人体MR信号提供了空

7、间定位的三维编码的可能，梯度场由X、Y、Z三个梯度磁场线圈组成，并有驱动器以便在扫描过程中快速改变磁场的方向与强度，迅速完成三维编码。l梯度系统关系到成像的定位、视野、矩阵、层厚与成像序列，尤其是快速成像序列等，所以是左右着MRI设备性能的关键。说明性能的参数是梯度场强（gradient strength）、爬升时间、切换率（slew rate）以及灵活性（flexibility）等。l梯度场强：决定切换率和得到最短的TR与TE，图像矩阵的大小和成像速度等。梯度场强可达3050mT/m。高梯度场强可得高分辨力图像，缩短成像时间，但使体内梯度噪音增高，并引起神经肌肉的刺激。因此，提高梯度场强要考

8、虑病人的耐受性。为了病人的安全，美国FDA对梯度场强的参数有严格的限制。l为了提高梯度场强，已开发出双梯度系统（twin gradient），在梯度系统内装一短的补充梯度线圈，将这个补充线圈放在扫描部位，由于场强迭加而提高了梯度场强。其切换率可达150mT/m/ms，可用以检查心脏和头部，有利于进行fMRI、DI、MRS等，图像的分辨力提高。l切换率高，为实现EPI序列提供了硬件保证。由于缩短TE与回波间隔时间（spacing time），而可提高信号强度，使图像更为清晰。但切换率过高可引起肌肉抽搐，一般限定在150mT/m/ms以下。l梯度场强的提高，磁体内噪音也增高，影响病人，为此而设计出

9、降噪音技术。l射频发射器与MR信号接收器为射频系统，射频发射器是为了产生临床检查目的不同的脉冲序列，以激发人体内氢原子核产生MR信号。射频发射器及射频线圈很象一个短波发射台及发射天线，向人体发射脉冲，人体内氢原子核相当一台收音机接收脉冲。脉冲停止发射后，人体氢原子核变成一个短波发射台，而MR信号接受器则成为一台收音机接收MR信号。脉冲序列发射完全在计算机控制之下。lMRI设备中的数据采集、处理和图像显示，除图像重建由Fourier变换代替了反投影以外，与CT设备非常相似。l1、灰阶成像具有一定T1差别的各种组织，包括正常与病变组织，转为模拟灰度的黑白影，则可使器官及其病变成像。MRI的影像反映

10、的是MR信号强度的不同或弛豫时间T1与T2的长短，而不象CT图象，灰度反映的是组织密度。MRI的图像如主要反映组织间T1特征参数时，为T1加权象（T1 weighted image，T1WI），它反映的是组织间T1的差别。如主要反映组织间T2特征参数时，则为T2加权像（T2 weighted image，T2WI）。T1 1加权像加权像 参数选择：短TR(500ms左右)短TE(15ms30ms)。此时的回波信号幅度与主要生物组织的T1 1值有关，因而这种图像称为T1 1加权像。T2 2加权像加权像 参数选择：长TR(1500ms2500ms)长TE(90ms120ms)。此时的回波信号幅度与

11、主要生物组织的T2 2值有关，因而这种图像称为T2 2加权像。质 子 密 度质 子 密 度 N(H)加 权 像加 权 像 参 数 选 择：长TR(1500ms2500ms)短TE(15ms30ms)。此时的回波信号幅度与主要质子密度有关，因而这种图像称为质子密度加权像。一个层面可有T1WI和T2WI两种或多种扫描成像方法。可以分别获得T1WI与T2WI有助于显示正常组织与病变组织。正常组织，如脑神经各种软组织间T1差别明显，所以T1WI有利于观察解剖结构，而T2WI则对显示病变组织较好。在T1WI上，脂肪T1短，MR信号强，影像白；脑与肌肉T1居中，影像灰；脑脊液T1长；骨与空气含氢量少，MR

12、信号弱，影像黑。在T2WI上，则与T1WI不同，例如脑脊液T2长，MR信号强而呈白影。l2、流空效应心血管的血液由于流动迅速，使发射MR信号的氢原子核离开接收范围之外，所以测不到MR信号，在T 1 W I 或 T 2 W I 中 均 呈 黑 影，这 就 是 流 空 效 应（flowing Void）。这一效应使心腔和血管显影，是CT所不能比拟的。l3、三维成像MRI可获得人体横面、冠状面、矢状面及任何方向断面的图像，有利于病变的三维定位。一般CT则难于作到直接三维显示，需采用重建的方法才能获得状面或矢状面图像以及三维重建立体像。l4、运动器官成像采用呼吸和心电图门控（gating）成像技术，不

13、仅能改善心脏大血管的MR成像，还可获得其动态图象。l自旋回波序列自旋回波序列(SE)：首先发射一个90度的射频脉冲，间隔数至数十毫秒，在发射1个180度的射频脉冲，再过数十毫秒后，测量回波信号TR(重复时间)及TE(回波时间)2个90度脉冲之间的时间为重复时间(TR)，90度脉冲至测量回波的时间称为回波时间(TE)。l反转恢复序列反转恢复序列(IR)：STIR、FLAIRl快速自旋回波序列快速自旋回波序列(FSE/TSE)：l梯度回波序列梯度回波序列(GRE)：FLASH、FISPl快速梯度自旋回波序列快速梯度自旋回波序列(TGSE)：l单次激发半傅里叶采集快速自旋回波序列单次激发半傅里叶采集

14、快速自旋回波序列（HASTE）：l平面回波成像平面回波成像(EPI)：l按增强类型：阳性对比剂：GdDTPA；阴性对比剂：SPIO；l体内分布：细胞外间隙对比剂；细胞内分布或与细胞结合对比剂；网状内皮细胞向性对比剂；胃肠道磁共振对比剂；l常用的造影剂为钆二乙三胺五醋酸（Gadolinium-DTPA，Gd-DTRA）l磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA）血管中流动的血液出现流空现象。它的MR信号强度取决于流速，流动快的血液常呈低信号。因此，在流动的血液及相邻组织之间有显著的对比，从而提供了MRA的可能性。目前已应用于大、中血管病变的诊断，并在不

15、断改善。MRA不需穿剌血管和注入造影剂，有很好的应用前景。MRA还可用于测量血流速度和观察其特征。l磁共振血管造影方法时间飞越法（TOF）相位对比法（PC）l对比增强MRA（CEMRA）l磁共振电影（MRC）lMR水成像技术是MRI检查新技术中较为重要的一分子，其具有安全无创、无需对比剂、无毒副作用、无电离辐射、操作简单等优点。MR水成像技术是利用相对静止的液体在磁共振重T2加权时表现出的明显高信号强度，通过各种后处理技术获得的类似于X线造影效果的液体MR影像。其主要包括磁共振胰胆管造影（MRCPMRCP）、磁共振尿路造影(MRUMRU)、磁共振脊髓造影（MRM）lMR胰胆管成像（MRCP）l

16、MR泌尿系成像（MRU）lMR椎管成像（MRM）lMR内耳成像lMR涎腺管成像lMR泪道成像lMR脑室系统成像l广义的fMRI包括弥散成像（diffusion imaging，DI）、灌注成像(perfusion imaging，PI)和脑皮质功能定位等。fMRI是指病变还没有引起足以由MRI发现的形态变化以前，根据其功能改变，就使病变显像以达到诊断目的MRI技术。l扩散成像（diffusion imaging，DI）和灌注成像（perfusion imaging，PI）是MRI技术中一个新的领域，它实现了功能性磁共振成像，可提供人体组织的功能信息，在中枢神经系统临床应用已非常广泛。l应用：脑

17、、心、肺、肝l扩散成像/弥散成像（diffusion imaging，DI）扩散是自然界普遍存在的一种运动形式，又称为弥散。磁共振扩散成像磁共振扩散成像是根据水分子的扩散运动程度的不同来成像的一种检查方法，亦是目前在活体上进行水分子扩散测量与成像的唯一方法。水分子扩散运动速度与状态反映的是微米数量级的运动变化，与人体组织中细胞的大小处于同一数量级，故它反映着人体组织的微观几何结构、细胞内外水分子的转移与跨膜运动、温度等。l灌注成像（perfusion imaging，PI）将组织毛细血管水平的血流灌注情况，通过磁共振成像方式显示出来，从磁共振影像角度评估局部的组织活力及功能，即为磁共振灌注成像

18、磁共振灌注成像。磁共振灌注成像是通过引入顺磁性对比剂，使成像组织的T1、T2值缩短，同时利用超快速成像方法获得成像的时间分辨力。通过静脉团注顺磁性对比剂后周围组织微循环的T1、T2值的变化率，计算组织血流灌注功能，或者以血液为内源性示踪剂（通过利用动脉血液的自旋反转或饱和方法）显示组织局部信号的微小变化，而计算局部组织的血流灌注功能。l灌注成像是快速静脉团注高浓度的顺磁性钆对比剂进行快速成像（EPI序列）。通过描绘信号-时间曲线（signal-time，ST），从而得知对比剂的到达时间、峰值时间和通过时间，借以评价病灶的微血循环。EPI序列有运动伪影少，时间分辨力高，扫描层面多和时间短等优点。

19、临床上用以诊断早期局部脑缺血、心肌缺血以及了解肿瘤的微血管结构，借以判断其良性及恶性。在脑灌注成像，应得到局部脑血容量图（rCBV像）、局部脑血流量图（rCBF像）和平均通过时间图（MTT像）。综合分析可了解脑微血循环的血流动力学变化l脑皮质功能定位是应用血氧依赖水平（blood oxygen level dependency，BOLD）效应的脑功能检查。正常时毛细血管内有含氧Hb及脱氧Hb，后者在高场强中有磁化敏感效应、使T2信号减弱。功能刺激时，功能区脑细胞兴奋，氧需要量加大，含氧Hb增多、脱氧Hb减少，磁化敏感效应下降，表现为相应功能区信号增高，可在MRI上观察到这种变化。例如当视觉刺激

20、后，fMRI可见视中枢皮质信号变化，其信号因刺激的图形、彩色不同而不同。临床上，可了解视觉通道有无病理变化。同样，听觉、痛觉、运动也有相同的效应。标记脑肿瘤与邻近的功能区，手术时可保护功能区并最大限度地切除肿瘤。这种研究要求场强高，数据处理复杂费时。l脑缺血性疾病，在早期，CT与MRI均无所发现，但弥散成像或灌注成像就可发现变化，从而作出诊断。在弥散加权像（DWI）上，脑缺血区出现高信号病灶。这对早期或超早期诊断脑局部缺血有重要意义，及时治疗可改善予后。利用先进的MRI设备可获得分辨力更高的DWI图像。l扩散成像扩散成像1、超早期脑缺血、脑梗塞的早期诊断：扩散成像最早于起病后2小时即可发现脑缺

21、血病变。而常规CT需24小时后，常规T1WI12小时，T2WI8小时后发现病变。2、陈旧性脑梗塞与新鲜脑梗塞的鉴别：通过DI与T2WI的表现可以判定梗塞病灶的新旧程度，有利于治疗疗效观察。3、磁共振扩散成像对脑神经保护药物作用机理的研究，药效评价有巨大潜力。4、其他：囊实性病变中的诊断与鉴别诊断，活体温度监控，神经纤维发育与疾病、脑脓肿诊断与鉴别诊断。l灌注成像灌注成像1、超早期缺血性脑血管病的诊断，缺血半暗带（边缘带）的判定，缺血区的缺血范围与程度的判定，观察脑梗塞后再灌注和侧枝循环建立和开放的情况。2、颅内血管畸形及动静脉瘤，特别是不明原因头痛、癫痫患者。3、颅内肿瘤病变范围，病灶与水肿的

22、鉴别。4、心脏、肝脏、肾脏疾病等。l静脉注射Gd连续进行T1WI扫描，测定Gd首次到达与通过心肌的情况，即MRI心肌灌注成像可以评价心肌梗死与心肌冬眠，如与心壁运动标记成像合并使用，可评估缺血心肌的存活与心肌收缩力。l磁共振波谱与MRI不同，是在身体利用磁共振波谱对组织代谢上的病理生理变化进行化学分析的一种技术。l在代谢检测中主要是检测脂肪、氨基酸和神经递质的代谢。在MRS检测时，例如行脑MRS，先选定兴趣区，同时选定对侧对称的相等容积区域行MRS检测。通过胆碱（Cho）、肌酸（Cr）肌醇、谷氨酸、乳酸（Lac）等化学物质的定量分析以帮助诊断和研究疾病。例如，脑瘤时其乳酸及胆碱均增高，脑缺血时

23、乳酸波峰增高。近年来MRS技术有不少改进，目前已用于脑瘤、脑梗死、颞叶癫痫，新生儿缺血缺氧脑病等的研究。MRS的实施要有很高的场强、快的扫描速度和高的MRS灵敏度。当前，在3.0T设备上，可行如31P等多种核MRS的研究。l1、张量成像（tensor imaging）：属弥散成像技术，利用不同方向的弥散参数可显示各个方向的脑白质纤维与传导束，用于研究脑白质病与弥漫性轴索损伤。l2、SENSE技术：属快速成像技术，可使成像时间减少一半，甚至更少。l3、心血管MRI：用监测右膈肌运动的导航技术代替呼吸门控，加上ECG或VCG门控心脏MRI，作心肌灌注成像更为有效。已可进行冠脉的实时/三维成像。螺旋

24、采集能测量冠脉的血流量与血流储备。冠脉的MRVE空间分辩力提高，图像质量改善，能显示冠脉的内膜与非钙化性斑块。使用相阵列线圈、食管与血管内线圈、快速扫描序列可显示血管壁结构、动脉硬化斑块及斑块内出血l多参数成像与高对比度多参数成像与高对比度：CT只有一个成像参数，即X线吸收系数。MRI至少有4个成像参数，即T1、T2、质子密度和流速。另外还与脉冲序列及其参数有关。MRI成像可充分利用上述参数，软组织对比度明显高于CT。l分子生物学和组织学诊断的提高分子生物学和组织学诊断的提高：MRI的T1和T2加权像图像可在一定程度上反映被检查部分的分子生物学和组织学特征，在影像诊断向分子生物学和组织学方向的

25、发展上迈进了一大步。一般来说，T1加权像对正常解剖结构显示较好，T2加权像对病变的显示较为敏感。l无骨伪影无骨伪影：对于CT检查中易受骨质伪影影响的检查部位，如后颅凹部位的图像质量和对病变的诊断显著优于CT。l任意方位断层任意方位断层：MRI可行横轴位、矢状位、冠状位或斜位断层，有利于病变显示和立体定向。l检查安全无损伤检查安全无损伤：MRI检查没有X线辐射，使用的射频脉冲对人体没有损害。l心脏、大血管形态和功能诊断的提高心脏、大血管形态和功能诊断的提高：利用门控技术和MRI的流空效应，可用于多种心血管疾病的诊断。利用“流入增强”效应等，可以不用造影剂行MRI血管造影。l运动伪影运动伪影：由于MRI检查的时间较长，病人的自主或者不自主运动将引起运动伪影，降低图像质量，甚至影响检查的完成。l钙化灶：钙化灶在发现病变和定性诊断上都有很大的作用。CT检查能够很好的显示钙化灶。MRI检查对钙化灶不敏感，表现为低信号。l禁忌症禁忌症：对安装有心脏起搏器，怀疑有眼球内金属异物，动脉瘤用银夹结扎术后、体内金属异物均应严禁MRI检查。不仅影响MRI的图像，还可对患者造成严重后果。提高MRI设备的性能，缩短成像时间，实现实时成像和MR透视，改善图像分辨力和适应开发与完善新技术，如功能成像和微结构成像等是MRI研究的重点。