MRI基本原理與臨床應(yīng)用(2)劉起旺

磁共振成像（MagneticResonanceImageMRI）是利用原子核在磁場內(nèi)共振所產(chǎn)生的信號，經(jīng)重建成像的一種檢查技術(shù)。近年來，核磁共振成像技術(shù)發(fā)展十分迅速，臨床應(yīng)用日益廣泛，檢查范圍基本覆蓋了全身各系統(tǒng)。為了準(zhǔn)確反應(yīng)其成像基礎(chǔ)，避免與核素成像混淆，目前均稱為磁共振成像?，F(xiàn)在是1頁\一共有42頁\編輯于星期一發(fā)展史1946Bloch,Purcell核磁共振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1971Damadian腫瘤T1，T2時(shí)間延長1973Lauterbur兩個(gè)充水試管的NMR圖像1974Lauterbur活鼠NMR圖像1976Damadian人胸部NMR圖像1977Mallard初期的NMR全身圖像1980MRI裝備商品化1989安科公司國產(chǎn)永磁型0.15T裝備商品化現(xiàn)在是2頁\一共有42頁\編輯于星期一一、MRI成像基本原理1.物理基礎(chǔ)（1）原子結(jié)構(gòu)（6）共振現(xiàn)象（2）原子核自旋

（7）磁共振信產(chǎn)生（3）自由空間原子核狀態(tài)（8）弛豫現(xiàn)象（4）磁場對原子核的作用（9）磁共振信號測量（5）進(jìn)動與Larmor頻率現(xiàn)在是3頁\一共有42頁\編輯于星期一（1）原子結(jié)構(gòu)原子由原子核及核外電子組成，電子以特定的軌道繞原子核旋轉(zhuǎn)，原子核由質(zhì)子和中子組成。現(xiàn)在是4頁\一共有42頁\編輯于星期一(2)原子核自旋

原子核中的質(zhì)子并非處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)核內(nèi)質(zhì)子為奇數(shù)產(chǎn)生自旋（如：H1P31），偶數(shù)質(zhì)子能量抵消。自旋周圍電荷小磁場氫在人體含量豐富，含量為1019氫原子/mm3，為目前磁共振成像唯一利用的原子，是MRI信號主要來源?，F(xiàn)在是5頁\一共有42頁\編輯于星期一（3）自由空間原子核狀態(tài)

排列雜亂質(zhì)子間能量平衡無磁性現(xiàn)在是6頁\一共有42頁\編輯于星期一（4）磁場對原子核的作用外加一個(gè)磁場后，產(chǎn)生磁化，沿靜磁場方向排列現(xiàn)在是7頁\一共有42頁\編輯于星期一（5）進(jìn)動與Larmor頻率

在靜磁場中，氫核沿自身軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿靜磁場磁力線方向中心軸回旋，氫質(zhì)子在靜磁場中這種運(yùn)動如同陀螺運(yùn)動，我們將一個(gè)沿自身軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又沿另一軸作回旋的運(yùn)動稱為進(jìn)動。將其運(yùn)動頻率稱為進(jìn)動頻率，以拉莫爾公式表示又稱拉莫爾頻率。拉莫爾頻率：W0=r*B0

r旋磁比B0靜磁場強(qiáng)度H+在不同場強(qiáng)中共振頻率不同（0.5T，21.3MHZ）現(xiàn)在是8頁\一共有42頁\編輯于星期一現(xiàn)在是9頁\一共有42頁\編輯于星期一（6）共振現(xiàn)象能量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，接受者與傳遞者以同樣頻率振動的現(xiàn)象。條件：激勵(lì)驅(qū)動者的能源頻率與被激勵(lì)者的固有頻率一致。MRI系統(tǒng)中，被激勵(lì)者為生物體組織中的氫原子核，激勵(lì)者為射頻脈沖，只有射頻脈沖的頻率與質(zhì)子的進(jìn)動頻率一致時(shí)，才能產(chǎn)生共振。所施加射頻脈沖必須與Larmor頻率一致。1.0T為例，必須施加42。5MHz的射頻脈沖才能使質(zhì)子出現(xiàn)共振。現(xiàn)在是10頁\一共有42頁\編輯于星期一患者進(jìn)入MR機(jī)磁體內(nèi)，患者本身產(chǎn)生磁化，沿外磁場總之縱軸（Z軸）方向→縱向磁化，向患者發(fā)射短促無線電波（射頻脈沖RF）,如RF脈沖與質(zhì)子進(jìn)動頻率相同出現(xiàn)共振現(xiàn)在是11頁\一共有42頁\編輯于星期一（7）磁共振信號產(chǎn)生

H+靜磁場內(nèi)磁化

激發(fā)射頻脈沖（RF頻率一致）H+吸收能量，產(chǎn)生共振，停止激發(fā)，H+恢復(fù)原位，稱弛豫過程，產(chǎn)生能量相位變化電信號圖象形成基礎(chǔ)。現(xiàn)在是12頁\一共有42頁\編輯于星期一（8）馳豫現(xiàn)象射頻脈沖激勵(lì)質(zhì)子群產(chǎn)生共振→質(zhì)子群宏觀磁矢量M不在與原來主磁場平行，離開原來平衡狀態(tài)。其變化程度取決與施加射頻脈沖的強(qiáng)度和時(shí)間。MRI使用：90°、180°脈沖，如施加90°脈沖→宏觀磁化量M以螺旋形式離開原位；脈沖停止→宏觀磁化量M垂直于主磁場B。隨后自發(fā)回到平衡狀態(tài)，這個(gè)過程稱為核磁馳豫。現(xiàn)在是13頁\一共有42頁\編輯于星期一T1馳豫—縱向馳豫90°脈沖停止后，縱向磁化量Mz逐漸恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程。由于是在Z軸上的恢復(fù)，稱為縱向馳豫。質(zhì)子群通過釋放已吸收的能量而恢復(fù)原來的高低能態(tài)平衡過程能量轉(zhuǎn)移是從質(zhì)子轉(zhuǎn)移至周圍環(huán)境，稱自旋晶格馳豫?？v向磁化量(Mz)達(dá)到平衡狀態(tài)63%的時(shí)間為T1馳豫時(shí)間。獲得選定層面中各種組織的T1差別形成的組織圖像為T1加權(quán)像現(xiàn)在是14頁\一共有42頁\編輯于星期一現(xiàn)在是15頁\一共有42頁\編輯于星期一T2馳豫—橫向馳豫90°脈沖停止后，橫向磁化量Mxy逐漸衰減到零，該過程為橫向馳豫在橫向馳豫中，能量是在質(zhì)子間相互傳遞，但無能量散出，稱為自旋——自旋馳豫。橫向磁化量（Mxy）由最大減少原來值的37%的時(shí)間為T2馳豫時(shí)間由各種組織中T2差別形成的圖像為T2加權(quán)像現(xiàn)在是16頁\一共有42頁\編輯于星期一T1長與T2生物組織的馳豫時(shí)間，T1為300--2000ms,T2為30--150msT1的長短與組織成分、結(jié)構(gòu)和磁環(huán)境有關(guān)，與外磁場場強(qiáng)也有關(guān)系。T2的長短同外磁場和組織內(nèi)磁場的均勻性有關(guān)。現(xiàn)在是17頁\一共有42頁\編輯于星期一（9）磁共振信號測量在馳豫過程中測量橫向馳豫Mxy可以測得生物組織MR信號。橫向磁化矢量垂直并圍繞主磁場B。以Larmor頻率旋進(jìn)，其變化使環(huán)境在人體周圍的接受線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個(gè)可以放大的電流就是MR信號。其以指數(shù)形式衰減，稱自由感應(yīng)衰減。需要強(qiáng)調(diào)的是MR信號的測量只能在垂直與主磁場的Mxy平面進(jìn)行?，F(xiàn)在是18頁\一共有42頁\編輯于星期一現(xiàn)在是19頁\一共有42頁\編輯于星期一2、醫(yī)學(xué)成像基礎(chǔ)（1）正常組織、病理組織質(zhì)子密度不一（2）T1、T2豫弛時(shí)間不一現(xiàn)在是20頁\一共有42頁\編輯于星期一二、MRI設(shè)備1、靜磁場

單位Tesla“T”高斯（Gauss）1T=10000高斯(1)永磁型：用磁性物質(zhì)制成，較重，磁場強(qiáng)度低，最多達(dá)0.3T(2)常導(dǎo)型：用銅鋁線繞成，磁場強(qiáng)度達(dá)0.15--2.0T，耗水耗電(3)超導(dǎo)型：線圈用鈮鈦合金繞成，磁場強(qiáng)度達(dá)0.35～2.0T，需液氦及液氮冷卻?，F(xiàn)在是21頁\一共有42頁\編輯于星期一2、梯度磁場選層頻率編碼相位編碼作用MR信號與T1、T2旋進(jìn)頻率及相位有關(guān)，為了控制MR信號的旋進(jìn)頻率及相位，必須使用梯度磁場。從而決定MR信號在空間的定位?，F(xiàn)在是22頁\一共有42頁\編輯于星期一梯度磁場是一個(gè)在主磁場基礎(chǔ)上附加的磁場，其磁場強(qiáng)度隨距離不同而有微弱變化。這樣由于生物組織所處的位置不同，其磁場強(qiáng)度不同。典型的梯度磁場從1—10mT/m(0.1—1Gauss/cm)。梯度場在X、Y、Z軸均有。MR1掃描時(shí)分別開放層面選擇梯度、相位偏碼梯度、頻率偏碼梯度、后行圖像重建。獲得一幅MR1圖像.現(xiàn)在是23頁\一共有42頁\編輯于星期一3、射頻脈沖

發(fā)射與接收作用（稱表面線圈）：激發(fā)人體氫原子核，產(chǎn)生ＭＲ信號，并進(jìn)行接收。主要完成射頻信號的傳輸及接受質(zhì)子產(chǎn)生的信號。無線電廣播使用的短波頻率一般在3—26MHz，調(diào)頻廣播和電視頻率一般在54—216MHz，一臺1.5TMR機(jī)的主頻率為63.86MHz現(xiàn)在是24頁\一共有42頁\編輯于星期一4、計(jì)算機(jī)控制顯像系統(tǒng)5、磁屏蔽射頻屏蔽：防止磁場對外界影響及外界電磁波對磁場的影響現(xiàn)在是25頁\一共有42頁\編輯于星期一現(xiàn)在是26頁\一共有42頁\編輯于星期一現(xiàn)在是27頁\一共有42頁\編輯于星期一三、MR1檢查技術(shù)1、脈沖序列和加權(quán)像

脈沖序列是指射頻線圈開放和關(guān)閉的方式。一般包括90°、180°脈沖。使縱向磁化傾斜90°的脈沖為90°脈沖，而傾斜180°的脈沖為180°脈沖，連續(xù)施加脈沖稱為脈沖序列，脈沖序列將決定從組織中獲得何種信號

TR重復(fù)時(shí)間(Repetitiontime)：第一個(gè)90°RF到第二個(gè)90°RF出現(xiàn)的時(shí)間。TE回波時(shí)間(Echotime):自90°脈沖開始至測量回波出現(xiàn)的時(shí)間?，F(xiàn)在是28頁\一共有42頁\編輯于星期一（1）自旋回波序列（SE）（2）反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（IR）（3）梯度回波序列（GRE）（4）平面回波成像（EPI）2、脂肪抑制3、對比增強(qiáng)4、MRA5、水成像6、功能性MR1成像現(xiàn)在是29頁\一共有42頁\編輯于星期一現(xiàn)在是30頁\一共有42頁\編輯于星期一四、ＭＲ圖像

1.多參數(shù)成像TR、TE為形成不同圖像基本條件：（1）短TR短TE---T1像T1WI解剖結(jié)構(gòu)（2）長TR長TE---T2像T2WI病變定性（3）長TR短TE---質(zhì)子像PDI現(xiàn)在是31頁\一共有42頁\編輯于星期一

2、T1、T2鑒別

臨床常用T1和T2來進(jìn)行比較診斷，在具體分析圖像時(shí)，以SE序列為例，先應(yīng)區(qū)分哪幅圖像為T1加權(quán)像（T1weightedimage，T1WI），哪幅為T2加權(quán)像（T2weightedimage，T2WI）或質(zhì)子密度像（PDweightimage）；最簡易的方法是首先觀察腦脊液和眼球，兩張影像比較，哪一張呈現(xiàn)黑色（低信號）則就是T1加權(quán)像，如果兩張影像為不同序列掃描所獲得，哪一張眼球或腦脊液越黑則越趨于T1加權(quán)像，相反則趨向T2加權(quán)像。現(xiàn)在是32頁\一共有42頁\編輯于星期一了解SE序列的各加權(quán)像參數(shù)，能區(qū)分以上三種加權(quán)像SE序列各加權(quán)像的參數(shù)加權(quán)像 TR TE T1加權(quán)像 短（<500ms） 短（<25ms） T2加權(quán)像 長（>2000ms） 長（>75ms） 質(zhì)子加權(quán)像長（>2000ms） 短（<25ms）

一般認(rèn)為T1加權(quán)像基本上以發(fā)現(xiàn)病變?yōu)橹鳎姨貏e有助于定位診斷，而T2加權(quán)像則一般可對病變性質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，有助于定性診斷。現(xiàn)在是33頁\一共有42頁\編輯于星期一3、圖像特點(diǎn)A:灰階成像其反映的是ＭＲ信號強(qiáng)度的不同或弛豫時(shí)間的T1T2長短，而不同于ＣＴ灰度反映的是組織密度。

人體不同組織T1WI與T2WI上的灰度現(xiàn)在是34頁\一共有42頁\編輯于星期一現(xiàn)在是35頁\一共有42頁\編輯于星期一B:流空效應(yīng)

流空效應(yīng)(FlowingVoidEffect)：心血管內(nèi)的血液流動迅速，使發(fā)射MR信號的氫原子核離開接收范圍之外，測不到MR信號，T1WI與T2WI均呈黑影，即流空效應(yīng)，可使心臟與血管顯影?，F(xiàn)在是36頁\一共有42頁\編輯于星期一三維成像：MRI可獲得人體軸位、冠狀、矢狀及任何方位斷面成像，有利于病變?nèi)S定位,采用重建方法，可獲得三維重建立體像。C:三維成像現(xiàn)在是37頁\一共有42頁\編輯于星期一運(yùn)動器官成像：采用呼吸和心電門控(gating)成像技術(shù)，可獲得心臟大血管動態(tài)圖像。D:運(yùn)動器官成像