磁共振成像(一)基礎(chǔ)入門

1、寫在前面磁共振成像目前已經(jīng)成為臨床常用且依賴性很強(qiáng)的影像學(xué)檢查技術(shù)之一。醫(yī)學(xué)生或年輕醫(yī)師通過(guò)學(xué)習(xí)和了解,應(yīng)該逐步熟悉或掌握其知識(shí)要點(diǎn)，這對(duì)于不同專業(yè)都非常重要。 本課件分1-7部分，用于臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生選修課教學(xué)。磁共振成像Magnetic Resonance Imaging（基礎(chǔ)部分）河北醫(yī)科大學(xué)石油臨床學(xué)院影像學(xué)教研室楊景震注：內(nèi)有動(dòng)畫設(shè)置，瀏覽時(shí)需采用幻燈放映模式）（2014修改版）主要內(nèi)容 磁共振技術(shù)的發(fā)展及概況 簡(jiǎn)要介紹磁共振成像基本原理及概念 磁共振檢查方法及臨床應(yīng)用 磁共振成像的主要優(yōu)點(diǎn)及限度 如何閱讀磁共振圖像磁共振發(fā)展史時(shí)間發(fā)生事件作者或公司 1946發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象Bloc

2、h Purcell 1971發(fā)現(xiàn)腫瘤的TL T2時(shí)間長(zhǎng)Damadian 1973做出兩個(gè)充水試管MR圖像Lauterbur 1974活鼠的MR圖像Lauterbur等 1976人體胸部的MR圖像Damadian 1977初期的全身MR圖像Mallard 1980磁共振裝置商品化 2003諾貝爾獎(jiǎng)金Lauterbur MansfierdMR成像技術(shù)的發(fā)展：四個(gè)階段< 20世紀(jì)70年代中一80年代初：初步認(rèn)識(shí)、逐步完善成熟階段。« 80年代初一90年代初：廣泛應(yīng)用，但僅限于T1T2層面成像。 注重于解剖結(jié)構(gòu)及形態(tài)的變化。< 90年代初一90年代末：快速發(fā)展階段。檢查時(shí)間縮短、

3、隨著 快速或超快速成像技術(shù)的應(yīng)用，擴(kuò)散加權(quán)、灌注加權(quán)、MRA、 水成像、功能成像等技術(shù)用于研究功能與活動(dòng)機(jī)制。« 90年代末一21世紀(jì)至今天：上述技術(shù)不斷成熟的同時(shí)，有多 種成像方法進(jìn)入臨床應(yīng)用，并進(jìn)入磁共振分子影像學(xué)階段。磁共振設(shè)備超局場(chǎng)強(qiáng)7.0T以上按照?qǐng)鰪?qiáng)分為：低場(chǎng)強(qiáng)、中場(chǎng)強(qiáng)、高場(chǎng)強(qiáng)、0.4T 以下 0.5-L0T 1.5-3.0T磁體類型：永磁型、超導(dǎo)型（也有將3.0T列為超高場(chǎng)強(qiáng)）特斯拉(Tesla,T)Nikola Tesla (1857- 1943),奧地利電器工程 師，物理學(xué)家，旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)原理及其應(yīng)用的先驅(qū) 者之一。1T = 10000G (高斯)Raymond Da

4、madian與第一臺(tái)MRI裝置(1977)MRI基本原理X線球管檢測(cè)器普通CT成像示意圖掃描架X線管螺旋掃描軌跡掃描床X線管 轉(zhuǎn)動(dòng)跳跡螺旋CT原理示意圖光源物體成像板圖八10在X線成像時(shí)，放射線穿透物體，到達(dá)物體后面的成像板。圖2-12射頻脈沖后，病人體內(nèi)的自旋產(chǎn)生一個(gè) 可被接收器測(cè)量的信號(hào)。磁共振沒(méi)有射線實(shí)現(xiàn)人體磁共振成像的條件： 利用人體內(nèi)氫原子核作為磁共振中的靶子，它是人體內(nèi)最 多的物質(zhì)。H核只含一個(gè)質(zhì)子不含中子，最不穩(wěn)定，最易 受外加磁場(chǎng)的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象。 有一個(gè)穩(wěn)定的靜磁場(chǎng)（磁體）：永磁型、超導(dǎo)型0.15- 0.4T> 0.5-1.0T, L5T、3.0T-7.0T或以上

5、。 梯度場(chǎng)和射頻場(chǎng)：前者用于空間編碼和選層，后者施加特 定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象。 信號(hào)接收裝置：各種線圈。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：完成信號(hào)采集、傳輸、圖像重建、后處理等磁共振成像的過(guò)程: H核子自然狀態(tài)：磁矩和角動(dòng)量互相抵消，人體不顯磁性。 外加磁場(chǎng)中H核子狀態(tài)：人體處于輕度磁化狀態(tài)，在順/逆主磁場(chǎng)方向 的兩種排列方式中，順向者多，磁矢量經(jīng)正負(fù)方向相互抵消后，保留7 /百萬(wàn)的H核子用于MR信號(hào)接收，這些順向排列（低能態(tài)）形成的磁 矢量聯(lián)合形成總磁矩M,并與靜磁場(chǎng)（Bo）方向相同。 施加射頻（RF）脈沖后H核子狀態(tài)：外加一個(gè)與主磁場(chǎng)成一定角度（ 90度）的短暫射頻脈沖。該脈沖的頻率與質(zhì)子的進(jìn)

6、動(dòng)頻率相同， 則H 核子受到激勵(lì)，由原來(lái)的低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，形成了H核子“共振” 現(xiàn)象。射頻（RF）脈沖停止后H核子狀態(tài):射頻脈沖停止,接受到能量后的“高能態(tài)”質(zhì)子以電磁波的形式將所吸收的能量散發(fā)出來(lái)。其橫向磁化消 退，縱向磁化恢復(fù)。人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。 自然狀態(tài)下，H核進(jìn)動(dòng)雜亂無(wú)章，磁性相互抵消。進(jìn)入靜磁場(chǎng)后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負(fù)方向），正負(fù)方向的磁矢量相互 抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M,即為MR信號(hào)基礎(chǔ)。zMz按照單一核子進(jìn)動(dòng)原理,質(zhì)子群在靜磁場(chǎng)中形成的宏觀磁化矢量M。對(duì)Mz施加90度的射頻脈沖Bo代表主磁場(chǎng)的方向ZM z tA -z

7、z AXV*在AB這一過(guò)程中，產(chǎn)生能量Boabcde射頻脈沖激發(fā)使磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)90度，關(guān)閉脈沖 后，磁場(chǎng)又慢慢回到平衡狀態(tài)（縱向）脈沖停止后，發(fā)生了一種物理學(xué)現(xiàn)象：弛豫弛豫 |Relaxation放松、休息射頻脈沖停止后，在主磁場(chǎng)的作用下，橫向宏觀磁化矢量逐漸縮小到零,縱向宏觀磁化矢量從零逐漸回到平衡狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱為 核磁弛豫。核磁弛豫又可分解為兩個(gè)部分:橫向弛豫縱向弛豫|MxyT2弛豫CSF、Gray matter37%White matter，一一二.二 ，口1麗，8- -二 9 二4 92 1011400很容易發(fā)現(xiàn)：不同組織的橫、縱向弛豫時(shí)間不同（T2、T1值不同）A MzFat,. Wh

8、ite matter2402500T1弛豫橫向弛豫也稱為T2弛豫, 簡(jiǎn)單地說(shuō)，T2 弛豫就是橫向 磁化矢量減少 的過(guò)程。zzz>Y橫向磁化矢量 的縮短即是相 位散失的過(guò)程T2WI兩種組織的信號(hào)差別是這樣獲得的90度激發(fā)后采集信號(hào)時(shí)刻平衡狀態(tài)t2wi腦灰質(zhì)T2弛豫相對(duì)較短，又稱短T2較低信號(hào);腦脊液T2弛豫長(zhǎng)，又稱長(zhǎng)T2高信號(hào)；縱向弛豫蕾也稱為T1弛豫，是指90度脈沖關(guān)閉后，在 主磁場(chǎng)的作用下，縱向磁化矢量開(kāi)始恢復(fù), 直至恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過(guò)程。T1WI兩種組織的信號(hào)差別是這樣獲得的平衡狀態(tài)90縱向弛豫一90T1弛豫：到達(dá)63%的時(shí)間，以 脂肪與腦脊液為例Mz脂肪腦脊液脂肪T1弛豫短，又稱短

9、T1高信號(hào)； 腦脊液T1弛豫長(zhǎng)，又稱長(zhǎng)T1低信號(hào); MR只能采集旋轉(zhuǎn)的橫向磁化矢量MR不能檢測(cè)到縱向磁化矢量，但能檢測(cè)到旋帶的橫向磁化矢量在任何序列圖像上，信號(hào)采集時(shí)刻量越大,MR信號(hào)越強(qiáng)人體進(jìn)入磁場(chǎng)磁化施加射頻脈沖、H核磁矩發(fā)生90 °偏轉(zhuǎn),產(chǎn)生能量射頻脈沖停止、弛豫過(guò)程開(kāi)始，釋放所產(chǎn)生的能量（形成MR 信號(hào)）信號(hào)接收系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 在弛豫過(guò)程中，涉及到2個(gè)時(shí)間常數(shù)：縱向弛豫時(shí)間常數(shù)一T橫向弛 豫時(shí)間常數(shù)一 加權(quán)（weighted ）的概念：MR成像過(guò)程中，Tx、T2弛豫二者同時(shí)存在,只是在某一時(shí)間內(nèi)所占的比重不同。如果選擇突出縱向（T/弛豫特征的掃描參數(shù)（脈沖重復(fù)時(shí)間和回波時(shí)間，

10、以毫秒計(jì)）用來(lái)采集圖像，即可得到反映以L弛豫為主的圖像，當(dāng)然其中仍有少量丁2弛豫成分，因是以L 弛豫為主，故稱為T_加權(quán)像（weighted Imaging WI）。如果選擇突出橫 向（丁2）弛豫特征的掃描參數(shù)采集圖像加權(quán)或稱權(quán)重，有側(cè)重、為主的意思 因?yàn)槿梭w各種組織如肌肉、脂肪、體液等，各自都具有不同的Ti和弛豫 時(shí)間值，所以形成的信號(hào)強(qiáng)度各異，因此可得到黑白不同灰度的圖像磁共振常規(guī)檢查圖像的特點(diǎn)T1加權(quán)像、12加權(quán)像、質(zhì)子加權(quán)像SE序列各加權(quán)像的參數(shù)匹配加權(quán)成像TR (ms)TE (ms)Twi 短(w 500) m (< 30)T2WI長(zhǎng)(> 2000)長(zhǎng)(> 60)P

11、dWI長(zhǎng)(> 2000)短(< 30)加權(quán)像(weighted imaging)T2weighted imaging ， T2WIT1 weighted imaging ， T1WIMR為層面成像、成像參數(shù)多、任意多方位直接成像、血管流空效應(yīng)CT沒(méi)有影像重疊也屬于層面成像人體不同組織的MR信號(hào)特點(diǎn)黑白灰度對(duì)比：X光片、CT均以密度高低為特征M R圖象是以信號(hào)高低/強(qiáng)弱為特征水：長(zhǎng)Ti （黑）、長(zhǎng)丁2 （白） 脂肪：短T1（白）、短T2 （暗灰） 肌肉；長(zhǎng)T（黑）、短丁2 （黑）骨皮質(zhì)、完全性的鈣化：黑（無(wú)信號(hào)） 血流：常規(guī)掃描為流空（黑）大多數(shù)腫瘤：長(zhǎng)T1、長(zhǎng)丁2H .LFT2WI

12、T1WI磁共振成像檢查方法MR檢查方法采用不同方位、不同脈沖序列，例如軸位、冠狀或矢狀進(jìn)行T1WI或T2WI掃描（包括常用的脂 肪或水抑制技術(shù)）脂肪抑脂技術(shù)：目的是突出與脂肪背景重疊的病變或者驗(yàn)證是否 為脂肪組織T2WI（抑脂）T2WI（未抑脂）T2WI（未抑脂）T1WI（未抑脂）T1WI（抑脂）FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery) 抑制水的重度T2加權(quán)像，也稱黑水技術(shù)。即抑制腦 脊液，對(duì)除腦脊液以外“病變水”的顯示更有利.T1WIT2WIFLAIR增強(qiáng)檢查：靜脈內(nèi)注射造影劑進(jìn)行掃描，用于鑒別診斷等。MR所用造影劑與CT的造影劑不同，除不是碘劑

13、不存在過(guò)敏之外，其作用的原理也不同。增強(qiáng)掃描一般都是在平掃后，根據(jù)病情需要而選擇。增強(qiáng)檢查的方法: 傳統(tǒng)的常規(guī)增強(qiáng) 延時(shí)增強(qiáng)動(dòng)態(tài)增強(qiáng) 增強(qiáng)血管成像（CE-MRA）排泌性造影血管豐富程度CT造影劑 （碘制劑）血流灌注如何血液內(nèi)碘濃度高低血腦屏障完整與否直接提高 病變區(qū)X線衰減值（稱直接增強(qiáng)）MR造影劑（順磁性物質(zhì)）是改變病變部位磁環(huán) 境，縮短H質(zhì)子的T、丁2弛豫（但丁2的縮短不如T1明顯 ）造影劑入血行病變組織間隙與病變組織大分子結(jié)合Ti馳豫接近脂肪或Larmor頻率L縮短一強(qiáng)化（白），（稱間接增強(qiáng)）影響因素：病變區(qū)的血流；灌注；血腦屏障。與血液 內(nèi)的藥濃度不絕對(duì)成正比，達(dá)一定濃度后不起作用特殊

14、檢查:> 血管成像（Magnetic Resonance AngiographyMRA）利用流動(dòng)的血液進(jìn)行血流的直接成像可用于動(dòng)脈或靜脈的檢查，若同時(shí)使用造影劑，稱增強(qiáng)血管成像（CE-MRA）血管成像用于血管畸形、動(dòng)脈瘤、血管狹窄或閉塞。但目前仍不能代替DSA特點(diǎn)：簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)傷腦部動(dòng)脈成像腦靜脈竇成像頸部動(dòng)脈增強(qiáng)血管成像男，73歲，全身血管成像?？梢?jiàn)多發(fā)性 血管狹窄水成像膽道成像(Magnetic Resonance Cholangiopancreatography )MRCP不使用造影劑，利用 膽汁(水)進(jìn)行成像。用于膽道梗阻檢查壺腹癌膽總管結(jié)石膽管癌尿路成像(Magnetic Resonance Urography)MRU不使用造影劑，利用尿液進(jìn)行成像左側(cè)輸尿管遠(yuǎn)端狹窄左側(cè)雙腎盂、輸尿管畸形硬