核磁共振技術(shù)黑血白血.ppt

磁共振基本概念 磁共振成像是利用原子核在磁場內(nèi)共振所產(chǎn)生信號經(jīng)重建成像的一種成像技術(shù) 是一種新的 非創(chuàng)傷性的成像方法 它不用電離輻射而可以顯示出人體內(nèi)部結(jié)構(gòu) 核磁共振 nuclearmagneticresonance NMR 是一種核物理現(xiàn)象 早在1946年Block與Purcell就報道了這種現(xiàn)象并應(yīng)用于波譜學(xué) Lauterbur1973年發(fā)表了MR成像技術(shù) 使核磁共振不僅用于物理學(xué)和化學(xué) 也應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 近年來 核磁共振成像技術(shù)發(fā)展十分迅速 已日臻成熟完善 檢查范圍基本上覆蓋了全身各系統(tǒng) 并在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用 為了準(zhǔn)確反映其成像基礎(chǔ) 避免與核素成像混淆 現(xiàn)改稱為磁共振成像 參與MRI成像的因素較多 信息量大而且不同于現(xiàn)有各種影像學(xué)成像 在診斷疾病中有很大優(yōu)越性和應(yīng)用潛力 磁共振技術(shù) 黑血 白血 核磁共振成像黑血技術(shù)概念 磁共振血管成像中 在血流進(jìn)入成像容積之前施加一個飽合射頻脈沖 使血流預(yù)飽和 當(dāng)其流入成像容積時再施加射頻脈沖 由于已被預(yù)飽合血流的縱向磁化矢量很小 幾乎不產(chǎn)生MR信號 所以血流呈黑色低信號 而周圍組織為高信號 從而產(chǎn)生對比 襯托出血管的影像 黑血技術(shù)又稱預(yù)飽合技術(shù) 是磁共振血管成像的基本技術(shù)之一 核磁共振成像白血技術(shù)概念 磁共振血管成像中 白血技術(shù)即時間飛躍法 3DTOP 基于血液的流入增強(qiáng)效應(yīng) TR較短的快速擾相GRET1WI序列進(jìn)行采集 成像容積或?qū)用鎯?nèi)的靜止組織被反復(fù)激發(fā)而處于飽和狀態(tài) 磁化矢量很小 從而抑制了靜止的背景組織 而成像之外的血液沒有受到射頻脈沖的飽和 當(dāng)血液流入成像容積或?qū)用鏁r就具有較高的信號 與靜止組織之間形成較好的對比 磁共振圖像特點 四多四高一無1 多參數(shù)成像2 多方位成像3 多種特殊成像4 多種偽影因素5 高的軟組織對比6 高的成像速度7 高的組織學(xué) 分子學(xué)特征8 高額的運行 檢查費用9 無電離輻射 無檢查痛苦 無創(chuàng)傷 MRI的成像基本原理 質(zhì)子自旋及在外加磁場中的狀態(tài) 含單數(shù)質(zhì)子的原子核 例如人體內(nèi)廣泛存在的氫原子核 其質(zhì)子有自旋運動 帶正電 產(chǎn)生磁矩 有如一個小磁體 右上圖 小磁體自旋軸的排列無一定規(guī)律 但如在均勻的強(qiáng)磁場中 則小磁體的自旋軸將按磁場磁力線的方向重新排列 圖右下 在這種狀態(tài)下 用特定頻率的射頻 RF 進(jìn)行激發(fā) 作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振 即發(fā)生了磁共振現(xiàn)象 MRI的成像基本原理 共振現(xiàn)象 共振現(xiàn)象為能量從一個物體傳遞到另一個物體 接受者與傳遞者以同樣的射頻振動的圖像 這是一個常見的物理現(xiàn)象 要發(fā)生共振現(xiàn)象 前提必須是激勵驅(qū)動者的能源頻率與被激勵系統(tǒng)的固有頻率一致 MRI系統(tǒng)中 被激勵者為生物組織中的氫原子核 激勵者為射頻脈沖 只有射頻脈沖的頻率與質(zhì)子群的旋進(jìn)頻率一致時才能出現(xiàn)共振現(xiàn)象 以1 0T為例 1 0T 主磁場的強(qiáng)度 必須施加42 5MHz的射頻脈沖方能使質(zhì)子出現(xiàn)共振 MRI的成像基本原理 弛豫現(xiàn)象 停止發(fā)射射頻脈沖 則被激發(fā)的氫原子核把所吸收的能量逐步釋放出來 其相位和能級都恢復(fù)到激發(fā)前的狀態(tài) 這一恢復(fù)過程稱為弛豫過程 relaxationprocess 而恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)所需的時間則稱之為弛豫時間 relaxationtime 弛豫時間 自旋 晶格弛豫時間 自旋 晶格弛豫時間 spin latticerelaxationtime 又稱縱向弛豫時間 longitudinalrelaxationtime 反映自旋核把吸收的能傳給周圍晶格所需要的時間 也是90 射頻脈沖質(zhì)子由縱向磁化轉(zhuǎn)到橫向磁化之后再恢復(fù)到縱向磁化激發(fā)前狀態(tài)所需時間 稱T1 規(guī)定在90 脈沖結(jié)束后Mz達(dá)到其平衡狀態(tài)的63 的時間為T1弛豫時間 弛豫時間 自旋 自旋弛豫時間 spin spinrelaxationtime 又稱橫向弛豫時間 transverserelaxationtime 反映橫向磁化衰減 喪失的過程 即橫向磁化衰減到原來值的37 所維持的時間 稱T2 T2衰減是由共振質(zhì)子之間相互磁化作用所引起 MRI成像系統(tǒng) MRI的成像系統(tǒng)包括MR信號產(chǎn)生和數(shù)據(jù)采集與處理及圖像顯示兩部分 MR信號的產(chǎn)生是來自大孔徑 具有三維空間編碼的MR波譜儀 而數(shù)據(jù)處理及圖像顯示部分 則與CT掃描裝置相似 MRI設(shè)備 MRI設(shè)備包括磁體 梯度線圈 供電部分 射頻發(fā)射器及MR信號接收器 這些部分負(fù)責(zé)MR信號產(chǎn)生 探測與編碼 模擬轉(zhuǎn)換器 計算機(jī) 磁盤與磁帶機(jī)等 則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理 圖像重建 顯示與存儲 如右圖 主磁體 是MRI的主要部分 能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 用以磁化病人體內(nèi)的質(zhì)子 使之以Larmor頻率旋進(jìn) 梯度磁場 由三個獨立的梯度線圈產(chǎn)生 每個線圈均有獨立的電源 并由計算機(jī)控制 用于層面選擇及MRI圖像所需要的空間定位 是MRI的靈魂 射頻線圈 主要完成射頻信號的傳輸以及接受以Larmor頻率進(jìn)動的質(zhì)子產(chǎn)生的信號 圖像處理 由于MRI圖像完全是數(shù)字化圖像 因此 需要一系列設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化處理 這一系統(tǒng)主要包括計算機(jī) 射頻放大器 梯度放大器 存儲器 摸數(shù)轉(zhuǎn)換器 數(shù)模轉(zhuǎn)換器及顯示儀等 MRI設(shè)備 常導(dǎo) 超導(dǎo) 永磁 磁體有常導(dǎo)型 超導(dǎo)型和永磁型三種 直接關(guān)系到磁場強(qiáng)度 均勻度和穩(wěn)定性 并影響MRI的圖像質(zhì)量 因此 非常重要 通常用磁體類型來說明MRI設(shè)備的類型 常導(dǎo)型的線圈用銅 鋁線繞成 磁場強(qiáng)度最高可達(dá)0 15 0 3T 超導(dǎo)型的線圈用鈮 鈦合金線繞成 磁場強(qiáng)度一般為0 35 2 0T 用液氦及液氮冷卻 永磁型的磁體由用磁性物質(zhì)制成的磁磚所組成 較重 磁場強(qiáng)度偏低 最高達(dá)0 3T MRI設(shè)備 梯度磁場 梯度線圈 修改主磁場 產(chǎn)生梯度磁場 其磁場強(qiáng)度雖只有主磁場的幾百分之一 但梯度磁場為人體MR信號提供了空間定位的三維編碼的可能 梯度場由X Y Z三個梯度磁場線圈組成 并有驅(qū)動器以便在掃描過程中快速改變磁場的方向與強(qiáng)度 迅速完成三維編碼 橫軸位梯度 從人體自上而下矢狀位梯度 從人體自左到右冠狀位梯度 從人體自前到后 MRI設(shè)備 梯度磁場 梯度磁場的產(chǎn)生方法是在x y z軸上分別放置與主磁場垂直的2個環(huán)行或半環(huán)行線圈 該兩個對應(yīng)線圈中的電流想相反方向流動 根據(jù)右手定律 線圈電磁與主磁場方向一致的 使主磁場一側(cè)場強(qiáng)增高 而對應(yīng)側(cè)電磁與主磁場方向相反 是相應(yīng)側(cè)磁場降低 從而在x y z軸上出現(xiàn)度梯度 如圖 梯度磁場場強(qiáng)顯著低于主磁場 MRI設(shè)備 梯度磁場 MRI設(shè)備 射頻系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 射頻發(fā)射器與MR信號接收器為射頻系統(tǒng) 射頻發(fā)射器是為了產(chǎn)生臨床檢查目的不同的脈沖序列 以激發(fā)人體內(nèi)氫原子核產(chǎn)生MR信號 射頻發(fā)射器及射頻線圈很像一個短波發(fā)射臺及發(fā)射天線 向人體發(fā)射脈沖 人體內(nèi)氫原子核相當(dāng)一臺收音機(jī)接收脈沖 脈沖停止發(fā)射后 人體氫原子核變成一個短波發(fā)射臺 而MR信號接受器則成為一臺收音機(jī)接收MR信號 脈沖序列發(fā)射完全在計算機(jī)控制之下 MRI檢查技術(shù) 脈沖序列 MRI的掃描技術(shù)有別于CT掃描 需獲得T1WI和T2WI 因此 需選擇適當(dāng)?shù)拿}沖序列和掃描參數(shù) 常用多層面 多回波的自旋回波 spinecho SE 技術(shù) 掃描時間參數(shù)有回波時間 echotime TE 和脈沖重復(fù)間隔時間 repetitiontime TR 自旋回波序列 T1加權(quán)像 T1WI 是指組織的T1值 主要決定了圖像的明亮或黑暗 T2加權(quán)像 T2WI 是指組織的T2值 主要決定了圖像的對比度 自旋回波序列 組織的T1值越短 T1WI信號越亮 如脂肪 亞急性出血等 反之 組織的T1值越長 T1WI信號越黑 如新生物 水腫 腦脊液 感染等 在長TR 長TE的自旋回波序列 T2WI 組織的T2值越長 信號越亮 如新生物 水腫等 反之 組織的T2值越短 信號越黑 如鐵沉積 鈣化等 MRI檢查技術(shù) 脈沖序列 MRI常用的SE脈沖序列 掃描時間和成像時間均較長 因此對患者的制動非常重要 采用呼吸門控和 或 呼吸補償 心電門控和周圍門控以及預(yù)飽和技術(shù)等 可以減少由于呼吸運動及血液流動所導(dǎo)致的呼吸偽影 血流偽影以及腦脊液波動偽影等的干擾 可以改善MRI的質(zhì)量 為了克服MRI中SE脈沖序列成像速度慢 檢查時間長這一主要缺點 近年來先后開發(fā)了梯度回波脈沖序列 快速自旋回波脈沖序列等成像技術(shù) 已取得重大成果并廣泛應(yīng)用于臨床 此外 還開發(fā)了指肪抑制和水抑制技術(shù) 進(jìn)一步增加MRI信息 MRI檢查技術(shù) 質(zhì)子密度加權(quán)像 應(yīng)用長TR短TE 信號的差別主要由質(zhì)子密度決定 其形成的圖像為質(zhì)子密度加權(quán)像 protondensityimage PDWI 采用比組織T1值顯著長的TR 此時MR信號和組織T1無關(guān) 再選用比組織T2值明顯短的TR 則T2信號也很弱 此時的回波信號反受質(zhì)子密度的影響 MRI技術(shù) 回波平面成像 回波平面成像 EPI 是新開發(fā)的快速成像技術(shù) 獲得一個層面時間 可以短到20ms EPI的優(yōu)點 瞬時成像可去除運動偽影 每個TR可獲得更多的掃描層次 可任意選擇圖像的對比度 可進(jìn)行動能及形態(tài)成像 三維數(shù)據(jù)采集及高的時間分辨率有利于動態(tài)研究 EPI的臨床應(yīng)用 快速掃描 心臟成像 彌散成像 皮質(zhì)功能區(qū)定位 流動成像 MRI技術(shù) 對比劑 MRI也可行造影增強(qiáng) 即從靜脈注入能使質(zhì)子弛豫時間縮短的順磁性物質(zhì)作為造影劑 以行MRI造影增強(qiáng) 常用的造影劑為釓 二乙三胺五醋酸 Gadolinium DTPA Gd DTRA 一般用量 0 1 0 3ml kg 這種造影劑不能通過完整的血腦屏障 不被胃粘膜吸收 完全處于細(xì)胞外間隙內(nèi)以及無特殊靶器官分布 有利于鑒別腫瘤和非腫瘤的病變 中樞神經(jīng)系統(tǒng)MRI作造影增強(qiáng)時 癥灶增強(qiáng)與否及增強(qiáng)程度與病灶血供的多少和血腦屏障破壞的程度密切相關(guān) 因此有利于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷 MRI技術(shù) 水成像 水成像是采用長TE技術(shù) 獲得重T2WI 突出水的信號 并應(yīng)用脂肪抑制術(shù) 是含水的器官清晰顯影 水成像優(yōu)點 無創(chuàng)傷 無痛苦 影像較清晰 方法較簡單 方便 水成像應(yīng)用 胰膽管造影 MRCP 尿路造影 MRU MR內(nèi)耳成像 MR涎腺成像 MRI技術(shù) 脂肪抑制技術(shù) 脂肪抑制技術(shù) shortT1inversionrecovery SPIR 是將圖像上由脂肪成分形成的高信號抑制下去 使其強(qiáng)度減低 而非脂肪成分的信號不被抑制 保持不變 用以驗證高信號區(qū)是否是脂肪組織 優(yōu)點 有助于出血 腫瘤 炎癥等疾病的鑒別 MRI技術(shù) 水抑制技術(shù) 水抑制技術(shù) fluidattenuatedinversionrecovery FLAIR 是一個有用的序列 其目的是抑制T2WI中的腦脊液高信號 使腦脊液附近組織中的高信號顯示更為清楚 同樣的道理 FLAIR序列也應(yīng)用于脊髓的檢查 可以清楚地顯示病變范圍和形態(tài) MRI技術(shù) 水抑制技術(shù) MRI技術(shù) 磁共振血管造影 MRI另一新技術(shù)是磁共振血管造影 magneticresonanceangiography MRA 血管中流動的血液出現(xiàn)流空現(xiàn)象 它的MR信號強(qiáng)度取決于流速 流動快的血液常呈低信號 因此 在流動的血液及相鄰組織之間有顯著的對比 從而提供了MRA的可能性 目前已應(yīng)用于大 中血管病變的診斷 并在不斷改善 MRA不需穿剌血管和注入造影劑 有很好的應(yīng)用前景 MRA還可用于測量血流速度和觀察其特征 MRI技術(shù) 磁共振血管造影 MRI技術(shù) 磁共振血管造影 MRA技術(shù)的方法 時間飛躍 Timeofflight TOF 三維時間飛躍 3D TOF 二維時間飛躍 2D TOF 相位對比法 PC法 黑血技術(shù) 2D TOF 3D TOF的比較 2D TOF 如右圖 優(yōu)點 對慢血流敏感 采集時間短 缺點 對層面內(nèi)的流動不敏感 對病人的運動敏感脂肪及血液可能被誤為血流 2D TOF 3D TOF的比較 3D TOF 如右圖 優(yōu)點 空間分辨率高 對中 高速血流敏感可以使用非常短TE有較高的信噪比缺點 對慢血流不敏感 血液可能被誤為血流 相位對比法 PC法 2D PC 如右圖 優(yōu)點 掃描時間短 調(diào)節(jié)流速可以選擇性的顯示動脈或靜脈 可以進(jìn)行流速及流量測定 缺點 對病人運動敏感 體素較大可導(dǎo)致體素內(nèi)去相位 相位對比法 PC法 3D PC 如右圖 優(yōu)點 對不同流速均敏感 背景抑制好 缺點 對病人的運動敏感 成像時間相對較長 黑血技術(shù)圖像實例 BlackBloodImaging SEBlackBloodFSE MRI的臨床應(yīng)用 MRI診斷廣泛應(yīng)用于臨床 時間雖短 但已顯出它的優(yōu)越性 MRI在神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用較為成熟 三維成像和流空效應(yīng)使病變定位診斷更為準(zhǔn)確 并可觀察病變與血管的關(guān)系 對腦干 幕下區(qū) 枕大孔區(qū) 脊髓與椎間盤的顯示明顯優(yōu)于CT 對腦脫髓鞘疾病 多發(fā)性硬化 腦梗塞 腦與脊髓腫瘤 血腫 脊髓先天異常與脊髓空洞癥的診斷有較高價值 縱隔在MRI上 脂肪與血管形成良好對比 易于觀察縱隔腫瘤及其與血管間的解剖關(guān)系 對肺門淋巴結(jié)與中心型肺癌的診斷 幫助也較大 心臟大血管在MRI上因可顯示其內(nèi)腔 所以 心臟大血管的形態(tài)學(xué)與動力學(xué)的研究可在無創(chuàng)傷的檢查中完成 MRI對腹部與盆部器官 如肝 腎 膀胱 前列腺和子宮 頸部和乳腺 MRI檢查也有相當(dāng)價值 在惡性