磁共振成像-基礎入門

1、 磁共振成像 Magnetic Resonance Imaging （基礎部分）1 主要內容磁共振技術的發(fā)展及概況簡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用磁共振成像的主要優(yōu)點及限度如何閱讀磁共振圖像2 1946 發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象 Bloch Purcell 1971 發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時間長 Damadian 1973 做出兩個充水試管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 諾貝爾獎金 Lauterbur Ma

2、nsfierd時間發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史3 MR成像技術的發(fā)展：四個階段 20世紀70年代中80年代初：初步認識、逐步完善成熟階段。 80年代初90年代初：廣泛應用，但僅限于T1T2層面成像。 注重于解剖結構及形態(tài)的變化。 90年代初90年代末：快速發(fā)展階段。檢查時間縮短、隨著 快速或超快速成像技術的應用，擴散加權、灌注加權、MRA、 水成像、功能成像等技術用于研究功能與活動機制。 90年代末21世紀至今天：上述技術不斷成熟的同時，有多 種成像方法進入臨床應用，并進入磁共振分子影像學階段。4 磁共振設備按照場強分為：低場強、 中場強、 高場強、 超高場強0.4T以下0.5-1.0T1.

3、5-3.0T7.0T以上磁體類型：永磁型、超導型（也有將3.0T列為超高場強）5 特斯拉（Tesla,T）Nikola Tesla (1857-1943), 奧地利電器工程師，物理學家，旋轉磁場原理及其應用的先驅者之一。1 T = 10000G（高斯）6 Raymond Damadian與第一臺MRI裝置（1977）7 8 MRI基本原理9 普通CT成像示意圖10 螺旋CT原理示意圖11 磁共振沒有射線12 實現(xiàn)人體磁共振成像的條件:利用人體內氫原子核作為磁共振中的靶子，它是人體內最多的物質。H核只含一個質子不含中子，最不穩(wěn)定，最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象。有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）：

4、永磁型、超導型 0.15- 0.4T、0.5-1.0T、1.5T、3.0T-7.0T或以上。梯度場和射頻場：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。信號接收裝置：各種線圈。計算機系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等。13 磁共振成像的過程：H核子自然狀態(tài)：磁矩和角動量互相抵消，人體不顯磁性。外加磁場中H核子狀態(tài)：人體處于輕度磁化狀態(tài)，在順逆主磁場方向的兩種排列方式中，順向者多，磁矢量經正負方向相互抵消后，保留7百萬的H核子用于MR信號接收，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（B0） 方向相同 。施加射頻（RF）脈沖后H核子狀

5、態(tài)：外加一個與主磁場成一定角度（90度）的短暫射頻脈沖。該脈沖的頻率與質子的進動頻率相同， 則H核子受到激勵，由原來的低能態(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)”質子以電磁波的形式將所吸收的能量散發(fā)出來。其橫向磁化消退，縱向磁化恢復。14 人體內的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。 自然狀態(tài)下， H核進動雜亂無章，磁性相互抵消。 按照單一核子進動原理,質子群在靜磁場中形成的宏觀磁化矢量M。zMZx進入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負方向），正負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

6、M，即為MR信號基礎。y15 zyyxB0 xMXYAB在 A-B 這一過程中，產生能量zB0MZ代表主磁場的方向90度對Mz施加90度的射頻脈沖16 B0C射頻脈沖激發(fā)使磁場偏轉90度，關閉脈沖后，磁場又慢慢回到平衡狀態(tài)（縱向)17 Relaxation弛豫放松、休息脈沖停止后，發(fā)生了一種物理學現(xiàn)象：弛豫18 射頻脈沖停止后，在主磁場的作用下，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)，這個過程稱為核磁弛豫。核磁弛豫又可分解為兩個部分：橫向弛豫 縱向弛豫19 不同組織的橫、縱向弛豫時間不同（T2、 T1值不同）T2弛豫T1弛豫很容易發(fā)現(xiàn)：20 橫向弛豫 也稱為T2弛豫

7、，簡單地說，T2弛豫就是橫向磁化矢量減少的過程。90度脈沖21 橫向磁化矢量的縮短即是相位散失的過程22 T2WI平衡狀態(tài)90度激發(fā)后采集信號時刻腦水T2WI兩種組織的信號差別是這樣獲得的采集時23 T2弛豫：減少到37%的時間，以腦灰質與腦脊液為例。腦灰質T2弛豫相對較短，又稱短T2較低信號；腦脊液T2弛豫長，又稱長T2高信號；24 縱向弛豫也稱為T1弛豫，是指90度脈沖關閉后，在主磁場的作用下，縱向磁化矢量開始恢復，直至恢復到平衡狀態(tài)的過程。90度脈沖25 T1WI脂水平衡狀態(tài)90縱向弛豫90采集時T1WI兩種組織的信號差別是這樣獲得的26 T1弛豫：到達63%的時間，以脂肪與腦脊液為例脂

8、肪T1弛豫短，又稱短T1高信號；腦脊液T1弛豫長，又稱長T1低信號；27 MR只能采集旋轉的橫向磁化矢量 MR不能檢測到縱向磁化矢量，但能檢測到旋轉的橫向磁化矢量在任何序列圖像上，信號采集時刻旋轉橫向的磁化矢量越大，MR信號越強28 人體進入磁場磁化施加射頻脈沖、H核磁矩發(fā)生90偏轉， 產生能量射頻脈沖停止、弛豫過程開始，釋放所產生的能量（形成MR 信號）信號接收系統(tǒng)計算機系統(tǒng) 在弛豫過程中，涉及到2個時間常數(shù)：縱向弛豫時間常數(shù)T1；橫向弛 豫時間常數(shù)T2 加權（weighted ）的概念：MR成像過程中，T1、T2弛豫二者同時存在， 只是在某一時間內所占的比重不同。如果選擇突出縱向（T1）弛

9、豫特征的 掃描參數(shù)（脈沖重復時間和回波時間，以毫秒計）用來采集圖像，即可得 到反映以T1弛豫為主的圖像，當然其中仍有少量T2弛豫成分，因是以T1 弛豫為主，故稱為T1加權像（weighted Imaging WI）。如果選擇突出橫 向（T2）弛豫特征的掃描參數(shù)采集圖像 加權或稱權重，有側重、為主的意思 因為人體各種組織如肌肉、脂肪、體液等，各自都具有不同的T1和T2弛豫 時間值，所以形成的信號強度各異，因此可得到黑白不同灰度的圖像29 磁共振常規(guī)檢查圖像的特點T1加權像、 T2加權像、質子加權像SE序列各加權像的參數(shù)匹配加權成像 TR（ms） TE（ms）T1WI 短（ 500） 短（ 30）

10、T2WI 長（ 2000） 長（ 60）PdWI 長（ 2000） 短（ 30）加權像（weighted imaging）30 T2weighted imaging ，T2WIT1weighted imaging ，T1WI31 MR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X線透視（影像重疊）X線照相（影像重疊）CT沒有影像重疊也屬于層面成像T1WI軸位T2WI軸位T1WI冠狀T1WI矢狀血管流空32 人 體 不 同 組 織 的 MR 信 號 特 點33 黑白灰度對比：X光片、CT均以密度高低為特征 MR圖象是以信號高低/強弱為特征水： 長T1（黑）、長T2（白） 骨皮質、完全

11、性的鈣化：黑（無信號）脂肪：短T1（白）、短T2（暗灰） 血流：常規(guī)掃描為流空（黑）肌肉：長T1（黑）、短T2（黑） 大多數(shù)腫瘤：長T1、長T2 T2WIT1WI34 磁 共 振 成像 檢 查 方 法35 MR檢查方法普通檢查： 采用不同方位、不同脈沖序列，例如軸位、冠狀或矢狀進行T1WI或T2WI掃描（包括常用的脂肪或水抑制技術）脂肪抑脂技術：目的是突出與脂肪背景重疊的病變 或者驗證是否為脂肪組織 T2WI（抑脂） T2WI（未抑脂） T2WI（未抑脂） T1WI（未抑脂） T1WI（抑脂）36 FLAIR（Fluid Attenuated Inversion Recovery) 抑制水的重

12、度T2加權像,也稱黑水技術。即抑制腦脊液，對除腦脊液以外“病變水”的顯示更有利.T1WIT2WIFLAIR37 同反相位T1WI：目的是利于顯示富含脂質的病變脂肪肝同反相位T1WI （正常）同相位反相位38 增強檢查：靜脈內注射造影劑進行掃描，用于鑒別診斷等。MR所用造影劑與CT的造影劑不同，除不是碘劑不存在過敏之外，其作用的原理也不同。 增強掃描一般都是在平掃后，根據(jù)病情需要而選擇。 增強檢查的方法： 傳統(tǒng)的常規(guī)增強 延時增強 動態(tài)增強 增強血管成像（CE-MRA） 排泌性造影39 MR造影劑 （順磁性物質）是改變病變部位磁環(huán)境，縮短H質子的T1、T2弛豫 （但T2的縮短不如T1明顯） 造影

13、劑入血行病變組織間隙 與病變組織大分子結合T1馳豫接近脂肪或Larmor頻率T1縮短強化（白），（稱間接增強） 影響因素：病變區(qū)的血流；灌注；血腦屏障。與血液內的藥濃度不絕對成正比，達一定濃度后不起作用直接提高病變區(qū)X線衰減值（稱直接增強） CT造影劑 （碘制劑） 血管豐富程度 血流灌注如何 血液內碘濃度高低 血腦屏障完整與否40 41 特殊檢查： 血管成像（Magnetic Resonance Angiography MRA）利用流動的血液進行血流的直接成像 可用于動脈或靜脈的檢查，若同時使用造影劑，稱增強血管成像（CE-MRA) 血管成像用于血管畸形、動脈瘤、血管狹窄或閉塞。但目前仍不能代

14、替DSA 特點：簡便、無創(chuàng)傷42 腦部動脈成像腦靜脈竇成像頸部動脈增強血管成像43 男，73歲，全身血管成像?？梢姸喟l(fā)性血管狹窄44 水成像 膽道成像（Magnetic Resonance Cholangio-pancreatography ）MRCP 不使用造影劑，利用膽汁（水）進行成像。用于膽道梗阻檢查壺腹癌膽總管結石膽管癌45 尿路成像（Magnetic Resonance Urography）MRU 不使用造影劑，利用尿液進行成像左側輸尿管遠端狹窄左側雙腎盂、輸尿管畸形46 硬膜囊成像（Magnetic Resonance Myelography）MRM 不使用造影劑，利用腦脊液進行成

15、像47 內耳膜迷路成像（Magnetic Resonance Labyrinthography) MRL 不使用造影劑利用迷路內的淋巴液進行成像48 結腸水成像:向結腸內注入水后，進行結腸人工水造影。胃、小腸也同樣可進行此項檢查49 MR電影成像（Magnetic Resonance cine MRC ）:對運動的臟器實施快速成像。采集臟器運動中的不同時段（時相）的“靜態(tài)”圖像，再利用計算機技術快速、連續(xù)顯示。例如：關節(jié)、心臟等。50 正常心臟電影（靜態(tài)圖）51 MR電影動態(tài)圖（放映模式下可顯示動態(tài)視頻）52 其他的特殊MR成像: 1、擴散加權成像( Diffusion-Weighted Im

16、aging， DWI) 2、磁敏感加權成像（susceptibility weighted imaging， SWI ） 3、MR波譜分析( Magnetic Resonancespectroscopy， MRS) 4、擴散張量成像 5、腦功能定位成像53 擴散加權成像（DWI）DWI是反映組織的微觀水分子的擴散活動（布朗運動）。提供兩種圖：擴散圖（DWI圖）、ADC圖）最常見的病理變化是病變區(qū)的擴散受限。擴散受限的表現(xiàn)是：擴散圖高信號、ADC圖低信號。最早用于超急期腦梗死的檢查（細胞毒性水腫時擴散受限）?，F(xiàn)逐漸用于一些部位的腫瘤檢查和診斷，常見是擴散受限（與細胞的密集度有關）。當惡性腫瘤或淋

17、巴結具有活性時，病灶可表現(xiàn)為擴散受限。對乳腺癌、前列腺癌的定性診斷有很大價值。搜尋小的癌灶敏感，例如，肝的微小癌灶。圖像看起來很孬，但有用。診斷膿腫（即膿液可表現(xiàn)擴散受限）。54 擴散加權成像（DWI）（從微觀下反映病變區(qū)水的異常變化）腦組織缺血、缺氧，10分鐘后腦細胞膜功能障礙細胞腫脹水腫常規(guī)MR的T1、T2信號和CT密度的改變細胞內水分子擴散受限擴散系數(shù)（ADC）下降在EPI上可見細胞內水腫的組織高信號（缺血發(fā)生15分鐘）細胞外間隙縮小致使 水分子的擴散受限擴散加權像：擴散圖上病變區(qū)高信號；ADC圖低信號出現(xiàn)細胞壞死（缺血12-48h）當缺血持續(xù)或加劇55 超急期腦梗死 0-6h缺血（Is

18、chemia，起病后60分鐘內）病理表現(xiàn)：Na+, K+-ATPase 功能降低, 細胞內水鈉潴留, 細胞中毒性水腫 , 細胞內容積增大， 擴散受限。影像表現(xiàn)：（超急期 ）T1- T2WI: 可表現(xiàn)正常信號FLAIR: 高 / 正常信號DWI:信號明亮（bright）/高信號ADC: 信號暗（dark）/低信號56 理解擴散成像的原理細胞正常，細胞內、外水分子游動自由。細胞毒性水腫時，較多的細胞外液進入細胞內，使細胞內、外水分子游動緩慢胞細水子分57 超急性期腦梗死CTT2壓水T1DWIADC圖頸部MRA58 T2增強DWI擴散圖ADC圖多形膠質母細胞瘤腦膿腫59 T2WIT1WIDWIADC

19、8月9月縮小11月又具活性腹膜后癌灶治療前后 三個月的變化。DWI對癌灶的活性檢測敏感60 前列腺癌的擴散成像T2WIDWI圖ADC圖61 磁敏感成像（susceptibility weighted imaging ，SWI）SWI是一項反映組織磁化屬性的新的對比度增強技術，主要提供了傳統(tǒng)的T1WI、T2WI、質子密度以及彌散成像之外的另一種對比度。原始數(shù)據(jù)有兩套,同時得到強度圖像（Magnitude image）和相位圖像(Phase image)。包含脂肪、鐵、去氧血紅蛋白等物質的組織磁化屬性與背景組織明顯不同，在強度圖像的后處理中使用相位蒙掩（phase mask）技術提高對磁敏感效應物

20、質的顯示，使其在SWI圖像相位對比明顯增強，因此稱SWI。磁敏感效應較強的物質（順磁性） ：去氧血紅蛋白、正鐵血紅蛋白、含鐵血黃素、鐵沉積（鐵蛋白）以及鈣沉積等，引起空間相位的改變，這些物質在SWI圖像上呈顯著的低信號。而動脈血內的含氧血紅蛋白屬于抗磁性，故不顯信號。SWI的應用：可用于常規(guī)不易發(fā)現(xiàn)的多種原因導致的腦微出血、靜脈血管畸形、海綿狀血管瘤等。62 FLAIR T2無法確定有否出血 SWI 明確顯示出血情況63 靜脈血管瘤SWIT1WIT2WI64 外傷性軸突損傷伴微出血65 毛細血管擴張癥MR平掃SWI66 磁共振波譜（MRS）：研究人體能量代謝病生理改變。通過顯示組織生化學波譜，發(fā)現(xiàn)病變，這種生化代謝異常更早于病理形態(tài)學異常。MRI + MRS = 診斷 ，更敏感、更早期、更特異目前比較常用的部位：腦部病變的鑒別、輔助于前列腺、乳腺檢查等67 正常腫瘤腦膜瘤譜線正常腦譜線68 采取T2加權像、擴散加權成像、MR波譜三種方法結合，使得前列腺癌的診斷敏感性、特異性分別是96.1%、96.5%。而MRS意義較大。T2DWIADC圖69 女，20歲。右肺腫塊大范圍成像檢查70 磁 共 振 成 像 主 要 優(yōu) 點 與 限 度71 MR檢查的主要優(yōu)點 無射線、成像參數(shù)多、直接多方位成像 不使用造影劑