磁共振成像總論

1、磁共振成像總論,磁共振成像是利用原子核在強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)發(fā)生共振所產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)圖像重建的一種成像技術(shù)（核）磁共振是一種核物理現(xiàn)象，（nuclear magnetic resonance, NMR）現(xiàn)象，是由美國(guó)斯坦福大學(xué)Bloch和哈佛大學(xué)Purcell在1946年分別在兩地同時(shí)發(fā)現(xiàn)的，因此兩人獲得了1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)20世紀(jì)50年代，NMR已成為研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要的化學(xué)分析技術(shù)20世紀(jì)60年代，人們開(kāi)始用它進(jìn)行生物組織化學(xué)

2、分析，檢測(cè)動(dòng)物體內(nèi)氫、磷和氮等的NMR信號(hào),,,,,20世紀(jì)70年代，NMR技術(shù)才與醫(yī)學(xué)診斷聯(lián)系起來(lái)1976年Hinshaw首先實(shí)現(xiàn)了人體手部成像，并于1980年推出世界上首臺(tái)NMR成像商品機(jī)。1980年初NMR成像用于臨床以來(lái)，為了與放射性核素檢查相區(qū)別，改稱為磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）,,,磁共振成像的基本原理與設(shè)備,目前MRI多用氫核或質(zhì)子來(lái)成像，人體內(nèi)含有大量的氫核，成像效果

3、好。每個(gè)質(zhì)子均是一個(gè)小磁體，雜亂無(wú)章地排列，當(dāng)加上外加磁場(chǎng)后呈有序排列，平行于外加磁場(chǎng)方向的質(zhì)子處于低能狀態(tài)，反平行于外加磁場(chǎng)的質(zhì)子呈高能態(tài)（如圖）,一、MR成像的基本原理,N,S,質(zhì)子進(jìn)入外磁場(chǎng)后的排列狀態(tài),圖1,圖2,進(jìn)入外磁場(chǎng)前（圖1）質(zhì)子排列雜亂無(wú)章，外加外磁場(chǎng)后質(zhì)子呈有序排列（圖2），低能態(tài)的質(zhì)子比高能態(tài)的略多,有序排列的質(zhì)子呈快速錐形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)動(dòng)（Precession）,Z軸代表外磁場(chǎng)磁力線方向，XY軸為與Z軸垂直的平

4、面。質(zhì)子除自旋運(yùn)動(dòng)外，還作快速錐形的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即進(jìn)動(dòng),,（一）縱向磁化,與外磁場(chǎng)平行的7個(gè)質(zhì)子和與外磁場(chǎng)反向平行的4個(gè)質(zhì)子的磁力互相抵消（A），只剩3個(gè)未抵消的質(zhì)子，它們的磁力疊加起來(lái)，形成的磁矢量為縱向磁化（B）,A,B,射頻脈沖：向患者發(fā)射短促的無(wú)線電波，稱為射頻脈沖[radiofrequency (RF)] 共 振：當(dāng)RF脈沖與質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率相同時(shí)，就可把能量傳給質(zhì)子，使其由低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)，即為共振。質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率由

5、Larmor方程算出ω0=γ·B0 其中ω0為進(jìn)動(dòng)頻率（單位Hz）； γ為旋磁比；B0為外磁場(chǎng)強(qiáng)度，場(chǎng)強(qiáng)單位為特斯拉（Tesla, T）,,,（二）縱向磁化減少及橫向磁化,發(fā)射與質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率相同的RF脈沖，產(chǎn)生兩種效應(yīng)：一些指向上的質(zhì)子吸收能量躍遷至高能級(jí)而指向下。向上與向下的質(zhì)子磁力相互抵消，使縱向磁化減?。煌瑫r(shí)導(dǎo)致質(zhì)子同步、同速運(yùn)動(dòng)，即同相位，其磁力疊加起來(lái)而出現(xiàn)

6、橫向的磁矢量，即橫向磁化,RF脈沖,（三）弛豫和弛豫時(shí)間,弛 豫：中止RF射頻后，由RF所引起的變化恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。分為縱向弛豫（自旋晶格弛豫）和橫向弛豫（自旋自旋弛豫），分別為縱向磁化恢復(fù)和橫向磁化消失的過(guò)程縱向弛豫時(shí)間：縱向磁化由0恢復(fù)到原來(lái)數(shù)值的63％所需的時(shí)間，為縱向弛豫時(shí)間（longitudinal relaxation time），簡(jiǎn)稱T1橫向弛豫時(shí)間：橫向磁化由最大減小到最大值的37

7、％所需的時(shí)間，為橫向弛豫時(shí)間（transverse relaxation time），簡(jiǎn)稱T2,T1、T2是時(shí)間常數(shù)，不是絕對(duì)值。T1長(zhǎng)于T2生物組織的弛豫時(shí)間，T1為300ms～2000ms，T2為30ms～150ms水的T1、T2都長(zhǎng)，而脂肪的T1、T2均短。病變組織如腫瘤常比周圍組織含水量高，故T1、T2常較長(zhǎng)T1的長(zhǎng)短同組織成分、結(jié)構(gòu)和磁環(huán)境有關(guān)，與外磁場(chǎng)強(qiáng)度也有關(guān)。T2的長(zhǎng)短同外磁場(chǎng)和組織內(nèi)磁場(chǎng)的均勻性有關(guān),Z,X,Y,

8、,,,,,縱向弛豫,中斷RF脈沖，質(zhì)子逐一從高能狀態(tài)返回到低能狀態(tài)，縱向磁化逐漸增大，直至恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。此過(guò)程稱為縱向弛豫,,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,橫向弛豫,中斷RF脈沖，質(zhì)子不再被強(qiáng)制于同步狀態(tài)（同相位），由于質(zhì)子有各自的不同頻率，指向同一方向的質(zhì)子散開(kāi)（去相位），導(dǎo)致橫向磁化減小。此過(guò)程為橫向弛豫。從A到B到C可見(jiàn)同相位的質(zhì)子呈扇形逐漸散開(kāi),A,B,C,,Z,X,Y,,RF脈沖,Z,X,Y,Z,X,Y,縱向弛豫與橫

9、向弛豫,,,,（四）弛豫時(shí)間與MR成像,人體不同器官的正常組織與病理組織的T1是相對(duì)恒定的，并有一定的差別，T2也是如此。這種組織上弛豫時(shí)間上的差別是MR成像的基礎(chǔ),人體正常與病變組織的T1值（ms）,正常顱腦的T1與T2值（ms）,MRI為多參數(shù)成像，成像參數(shù)包括組織T1、T2值和自旋質(zhì)子密度（Proton density, Pd）等,（五）脈沖序列與加權(quán)圖像,施加RF脈沖后，縱向磁化減小、消失，橫向磁化出現(xiàn)。使縱向磁化傾斜900的脈

10、沖為900脈沖，而傾斜1800的脈沖則為1800脈沖,,RF脈沖,900脈沖,施加RF脈沖，縱向磁化消失，橫向磁化出現(xiàn)，磁矢量?jī)A斜了900，這個(gè)脈沖為900脈沖,脈沖序列：施加900脈沖，等待一定時(shí)間，再施加第二個(gè)900脈沖或1800脈沖，這種連續(xù)施加的脈沖稱為脈沖序列重復(fù)時(shí)間：兩個(gè)激勵(lì)脈沖間的間隔時(shí)間為重復(fù)時(shí)間（repetition time, TR）回波時(shí)間：900脈沖與產(chǎn)生回波之間的時(shí)間為回波時(shí)間（echo time,TE）

11、加權(quán)圖像：主要由組織的某種成像參數(shù)的差別所形成的圖像稱為某種參數(shù)的加權(quán)圖像。如由T1差別形成的圖像稱為T1加權(quán)圖像（T1 weighted image, T1WI），同理則有T2加權(quán)圖像（T2WI）、質(zhì)子密度加權(quán)圖像（PdWI）,,,,TE,MR圖像,（六)自旋回波脈沖序列,900,900,1800,1800,900脈沖－－等待TE/2－－1800脈沖－－等待TE/2－－記錄信號(hào)，稱為自旋回波序列[spin echo (SE) puls

12、e sequence],,,,,SE,,,,二、 MRI設(shè)備,根據(jù)主磁體的結(jié)構(gòu)分為永久磁體、阻抗磁體和超導(dǎo)磁體三種MR信號(hào)產(chǎn)生、探測(cè)與編碼主磁體、梯度線圈、射頻發(fā)射器及MR信號(hào)接收器數(shù)據(jù)處理、圖像重建、顯示與存儲(chǔ)模擬轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、磁盤、存儲(chǔ)設(shè)備,數(shù)據(jù)處理,電源,,,,,操作與顯示,,掃描孔,,主線圈,射頻線圈,,,梯度線圈,MRI設(shè)備示意圖,MR圖像特點(diǎn),一、 多參數(shù)成像：MR圖像反映的是組織間的T1、T2和質(zhì)子

13、密度的差別,人體正常組織在T1WI、T2WI上的灰度,MRI表現(xiàn)為高信號(hào)和低信號(hào)的組織,病理組織的信號(hào)強(qiáng)度,二、 多方位成像,垂直于激勵(lì)層面的快速流動(dòng)的血液團(tuán)不能在SE序列時(shí)接受900、1800兩個(gè)脈沖激勵(lì)產(chǎn)生回波，因此，流動(dòng)的血液無(wú)信號(hào)（流空效應(yīng)）,三、 流空效應(yīng),四、 質(zhì)子弛豫增強(qiáng)效應(yīng)與對(duì)比增強(qiáng),弛豫增強(qiáng)效應(yīng)：一些順磁性和超順磁性物質(zhì)使局部產(chǎn)生磁場(chǎng)，而縮短周圍質(zhì)子弛豫時(shí)間的現(xiàn)象。利用這一效應(yīng)可進(jìn)行MR增強(qiáng)掃描,五、MR成像的優(yōu)點(diǎn)

14、高的軟組織對(duì)比分辨力無(wú)骨偽影干擾多參數(shù)成像任意方位成像流空效應(yīng)增強(qiáng)掃描效果好，副作用少,MRI對(duì)鈣化、骨化的顯示不夠敏感，并有某些偽影,MRI檢查技術(shù),一、脈沖序列（一）SE序列、快速SE序列,（二）梯度回波序列 梯度回波序列（gradient echo sequence, GRE）是常用的快速成像序列?？臻g分辨力和信噪比均較高，可獲得準(zhǔn)T1WI、準(zhǔn)T2WI及準(zhǔn)PdWI，主要用于腹部、心

15、血管、與流動(dòng)液體相關(guān)成像及骨關(guān)節(jié)成像（三）回波平面成像 回波平面成像（echo planar imaging, EPI）是新開(kāi)發(fā)的快速成像技術(shù)，獲得一個(gè)層面可短至20ms，主要用于功能成像,二、脂肪抑制 抑制由脂肪引起的高信號(hào)，以區(qū)別其它原因如出血、黑色素顆粒及對(duì)比增強(qiáng)所致的高信號(hào)三、MRI對(duì)比增強(qiáng) 靜脈注射使質(zhì)子弛豫時(shí)間縮短的順

16、磁性物質(zhì)作為對(duì)比劑，行MRI對(duì)比增強(qiáng)。常用的對(duì)比劑為釓-二乙三胺五醋酸（Gadonilium-DTPA, Gd-DTPA）四、 MR血管造影（MRA） 平掃： 時(shí)間飛躍（time of flight, TOF）法和相位對(duì)比（phase contrast, PC）法 增強(qiáng)MRA,五、水成像 水成像（hydrography）又稱液體成像

17、（liquid imaging） 是采用長(zhǎng)TE技術(shù)，獲得重T2WI，突出水的信號(hào)，并用脂肪抑制技術(shù)，使含水器官清晰顯影。具體有： MR胰膽管造影（MR cholangiopancreatography, MRCP） MR尿路造影（MR urography, MRU） MR脊髓造影（MR myelography, MRM）六、功能性MR成像 功能性MR成像

18、（functional MRI, fMRI）是在病變尚未出現(xiàn)形態(tài)改變之前，利用功能變化來(lái)形成圖像，以達(dá)到早期診斷的目的。包括彌散成像（diffusion weighted imaging, DWI）、灌注成像（perfusion weighted imaging, PWI）和皮層激發(fā)功能定位成像等七、MRI檢查應(yīng)注意的問(wèn)題,MRI分析與診斷,首先了解MRI設(shè)備的類型、磁場(chǎng)強(qiáng)度和掃描技術(shù)條件各種切面、各種加權(quán)圖像綜合分析觀察病變的部

19、位、形態(tài)、大小、邊緣及其與鄰近結(jié)構(gòu)的關(guān)系根據(jù)病變的信號(hào)特點(diǎn)推測(cè)病變的組織來(lái)源,MRI診斷的臨床應(yīng)用,神經(jīng)系統(tǒng)：發(fā)現(xiàn)早期病變?nèi)缒X梗塞、白質(zhì)病變等，對(duì)后顱窩病變顯示更優(yōu)，無(wú)需增強(qiáng)即可顯示顱內(nèi)血管病變五 官：水成像可顯示膜迷路，對(duì)內(nèi)耳前庭、耳蝸及半規(guī)管顯示清晰，有助于先天性發(fā)育異常的診斷，對(duì)眼部病變顯示較好肺、縱隔：縱隔腫瘤定位準(zhǔn)確，易區(qū)分淋巴結(jié)腫大與大血管，對(duì)肺門淋巴結(jié)觀察較好心 血 管：能觀察形態(tài)學(xué)上和功能上的異

20、常腹部、盆腔：骨 關(guān) 節(jié)：軟組織、乳腺：,A,B,正常腰椎MRIA: 矢狀T1WIB: 矢狀T2WI,右側(cè)額葉膠質(zhì)瘤，T1WI呈低信號(hào)，T2WI呈高信號(hào)，周圍有水腫,T1WI,T2WI,左側(cè)額葉膠質(zhì)瘤，并壞死、囊變，增強(qiáng)掃描呈環(huán)形強(qiáng)化,T2WI,T1WI,+C,右側(cè)小腦血管畸形，T2WI呈信號(hào)流空，增強(qiáng)掃描明顯強(qiáng)化；平掃M(jìn)RA見(jiàn)異常血管,T2WI,+C,MRA,T2WI,T1WI,右側(cè)顳枕葉亞急性出血，T1WI、T2WI

21、均呈高信號(hào),,,鈣化在CT上呈高密度，MR的T2WI呈低信號(hào),T2WI,CT,T2WI,T1WI,正常眼眶內(nèi)脂肪T1WI、T2WI均呈高信號(hào),室間隔缺損：于室間隔部位見(jiàn)一缺損區(qū)↑,肝血管瘤平掃T1WI、T2WI分別呈低信號(hào)、高信號(hào)；增強(qiáng)掃描明顯強(qiáng)化,T2WI,T1WI,T1WI +C,膽胰管水成像(MRCP),股骨下段骨肉瘤,T2WI,T1WI,T1WI,左側(cè)臀部脂肪瘤：T1WI、T2WI均呈高信號(hào),T2WI,T1WI,謝 謝,