磁共振成像基礎

1、磁共振成像Magnetic Resonance Imaging基礎(jch)部分 中國(zhn u)石油中心醫(yī)院磁共振室 楊景震1共八十頁主要(zhyo)內容醫(yī)學影像學概況及磁共振技術的發(fā)展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(xind)如何閱讀磁共振圖像影像學檢查常見名詞概念共八十頁醫(yī)學(yxu)影像學的形成1895年Rentgen發(fā)現(xiàn)X線，形成放射(fngsh)診斷學（diagnostic radiology）20世紀50年代出現(xiàn)超聲（ultrasonography,USG）檢查20世紀60年代出現(xiàn)核素(-scintigraphy) 掃描20世

2、紀70年代出現(xiàn)CT(x-ray computed tomography,CT)檢查20世紀80年代出現(xiàn)MRI(magnetic resonance imaging,MRI)檢查20世紀80年代出現(xiàn)發(fā)射體層成像（emission computed tomography,ECT）20世紀90年代正電子發(fā)射體層成像（positron emission tomography,PET)20世紀70年代以后興起介入放射學(interventional radiology)21世紀初出現(xiàn)CT-PET 共八十頁 X線源 體外放射源（核素） 聲能 磁場(cchng) 微電子技術 計算機醫(yī)學影像學各種( zhn)

3、技術涉及：共八十頁 當今的醫(yī)學影像學內容(nirng)包括：傳統(tǒng)X線診斷學透視 照相 （普通攝影、體層攝影） 造影計算X線攝影 (computed radiography，CR) 數(shù)字X線攝影 （Digital radiography，DR)X線CT (computed Tomography， CT)數(shù)字減影血管造影 （Digital Subtraction Angiography， DSA ）介入放射學 （interventional radiology)超聲成像（Ultrasonic Imaging）共八十頁發(fā)射型計算斷（體）層攝影（Emission computed Tomography

4、， ECT ） 正電子發(fā)射型計算斷（體）層攝影（PositronEmission computed Tomography, PET ） 單光子發(fā)射型計算斷（體）層攝影（Singlephoton Emission computed Tomography, SPECT ）磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ,MRI）分子影像學（Molecular Imaging）21世紀最前沿課題 技術： PET或PET-CT、MR、CT、光學成像（生物發(fā)光、熒光）信息放射學系統(tǒng)（ radiology information system) 圖像存檔與傳輸(chun sh)系統(tǒng)（Pi

5、cture Archiving and Communication System, PACS) 影像科管理、quality control,QC、quality assurance,QA. 共八十頁 全新的醫(yī)學影像學在醫(yī)學領域(ln y)的應用包括： 影像診斷學：X線、CT、DSA、MRI、US、 ECT等。 影像介入性治療學：DSA、超聲、CT、MR等。 信息放射學：影像學工作管理、質控；影像 的傳輸與存儲（PACS）存儲、 傳輸、遠程會診（遠程放射學 teleradiology)共八十頁1946 發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象(xinxing) Bloch Purcell 1971 發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時

6、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 Mansfierd時間(shjin)發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史共八十頁MR成像技術的發(fā)展(fzhn)：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

7、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，進入 磁共振分子影像學階段。共八十頁共八十頁MR成像基本原理 共八十頁共八十頁實現(xiàn)人體(rnt)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）：常導型、永磁型、超導型。0.153.0T梯度場和射頻(sh pn)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

8、種線圈計算機系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等共八十頁 磁共振成像的過程(guchng)：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(shling)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(shling)聯(lián)合形成總磁矩M施加射頻（RF）脈沖后H核子狀態(tài)：靜磁場（B0）內的H核子的總磁化矢量與B0方向相同，當射頻線圈對人體施加特定頻率的RF脈沖，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核子的共振現(xiàn)象共八十頁 人體內的H核

9、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(cxng)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(chu)矢量MzMyx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M，即為MR信號基礎共八十頁ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量(shling)MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量 Mxy.并以Larmor頻率橫向施進C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中，產生(chnshng)能量共八十頁B0ZZZZZ

10、YYYYYXXXXX90度（3）（5）該過程稱弛豫(relaxation)，即將能量（MR信號）釋放出來。整個弛豫過程實際上是磁化矢量在橫軸上縮短（橫向或T2弛豫），和縱軸上延長（縱向(zn xin)或T1弛豫）。而人體各類組織均有特定T1、T2值，這些值之間的差異形成信號對比（1）靜磁場(cchng)中（2）90度脈沖（3）脈沖停止后（4）停止后一定時間（5）恢復到平衡狀態(tài)共八十頁ZYXXXXYYYZZZABCD 中斷RF脈沖后，質子逐一從高能態(tài)（指向下），返回到低能態(tài)（指向上），直至恢復(huf)到原狀態(tài)。縱向弛豫（自旋(z xun)晶格弛豫 spin-lattice relaxation

11、）共八十頁ZYZYZYXXXABC 橫向(hn xin)弛豫（自旋自旋弛豫 spin-spin relaxation ） 中斷RF脈沖后，質子不再被強制于同步狀態(tài)（同相位），由于質子各自的不同頻率，指向同一方向的質子散開（失去相位），致使(zhsh)橫向磁化逐漸減小至零。共八十頁縱向弛豫或稱自旋(z xun)晶格弛豫(T1弛豫)橫向(hn xin)弛豫或稱自旋自旋弛豫(T2弛豫)共八十頁 人體進入磁場磁化施加(shji)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

12、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

13、的圖像共八十頁磁共振常規(guī)檢查圖像(t xin)的特點層面成像、成像參數(shù)多、任意(rny)多方位直接成像、血管流空效應共八十頁人 體 不 同 組 織 的 MR 信 號 特 點共八十頁黑白灰度對比：X光片、CT均以密度高低為特征 MR圖象是以信號(xnho)高低/強弱為特征水： 長T1（黑）、長T2（白） 骨皮質、完全性的鈣化：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 黑色素瘤：短T1、短T2共八十頁 磁 共 振 成像 檢 查 方 法共八十頁MR檢查(jinch)方法普通檢查：采用不同脈沖序列、不同方位，

14、對病變部位(bwi)進行掃描（包括脂肪或水抑制）FS共八十頁FLAIR（Fluid Attenuated Inversion Recovery) 抑制水的重度T2加權像,也稱黑水技術(jsh)。即抑制自由水，如腦脊液，對鄰近腦脊液病變的顯示更有利共八十頁 增強檢查：靜脈(jngmi)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共八十頁 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

15、縮短強化（白），（稱間接增強） 影響因素：病變區(qū)的血流；灌注(gunzh)；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(bngbin)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 血腦屏障完整與否共八十頁共八十頁共八十頁 特殊(tsh)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(mqin)仍不能代替DSA 特點

16、：簡便、無創(chuàng)傷共八十頁共八十頁 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(gngz)檢查共八十頁尿路成像（Magnetic Resonance Urography）MRU 不使用造影劑，利用(lyng)尿液進行成像共八十頁硬膜囊成像（Magnetic Resonance Myelography）MRM 不使用(shyng)造影劑，利用腦脊液進行成像共八十頁內耳膜迷路成像（Magnetic Resonance Labyrinthography) MRL 不使用造影劑利

17、用(lyng)迷路內的淋巴液進行成像共八十頁結腸水成像:向結腸內注入水后，進行(jnxng)結腸人工水造影。胃、小腸也同樣可進行此項檢查共八十頁 仿真內窺鏡：同CT一樣，利用計算機所作的圖像(t xin)的后處理技術之一共八十頁 MRI三維重建共八十頁 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(lr)：關節(jié)、心臟等。共八十頁正常心臟(xnzng)電影（靜態(tài)圖）共八十頁動畫輕看flash共八十頁 功能MR成像(fMRI):從范圍上有 1、灌注加權成像(P

18、erfusion-Weighted Imaging) PWI包 括外源性和內源性 2、彌散加權成像(Diffusion-Weighted Imaging)DWI 3、MR波譜(bp)分析(Magnetic Resonancespectroscopy)MRS共八十頁神經元興奮(xngfn)區(qū)興奮(xngfn)性興奮區(qū)靜脈血中氧和血紅蛋白(xuhng dnbi)相對去氧血紅蛋白相對去氧血紅蛋白的順磁作用，可使T2*信號由于去氧血紅蛋白的減少神經元興奮區(qū)信號相對內源性PWI稱血氧水平依賴法（BOLD）簡單原理共八十頁 外源性灌注加權成像PWI：用超快速MR掃描技術，進行造影劑跟蹤，顯示造影劑首次(s

19、hu c)通過的組織血流灌注情況并依需要作延遲增強（常用于腦、心肌的檢查） 彌散加權成像DWI：是以MR流動(lidng)效應為基礎的成像方法。與MRA不同的是：MRA觀察的是宏觀的血流現(xiàn)象，而DWI觀察的是微觀的水分子流動(lidng)擴散現(xiàn)象 腦發(fā)生缺血時,PWI先有異常,出在6小時內(超急期),此時溶栓治療, 療效最佳；若出現(xiàn)DWI異常時,則易出血；若T2WI出現(xiàn)病灶時,則為不可逆的。 PWI-DWI-T2WI共八十頁 腦彌散加權成像（DWI）是使用一對大小相等、方向相反的擴散敏感梯度場。該梯度場對靜止組織作用(zuyng)的總和為零，但水分子在不斷擴散，受該梯度場影響而產生相位變化。梗

20、死區(qū)域水含量增加，其早期細胞毒性水腫使水分子擴散下降，而在產生T2信號改變之前，在DWI顯示出早期的腦梗死。共八十頁右側急性輕癱，癥狀(zhngzhung)4小時 T2加權像無異常(ychng)同一時間，彌散加權像（4秒）見大片高信號 C-E同一時間，團注對比劑5-10秒內的灌注成像。缺血區(qū)顯示對比劑到達延遲（C）。D為病變區(qū)對比劑消散延遲。E為45秒后灌注基本趨于正常共八十頁男，37歲，突發(fā)左下肢癱2h，同一時間作了T2、DWI（圖1、2）。圖3、4為發(fā)病12h后的PWI，示病灶區(qū)低灌注。圖5、6為發(fā)病2個月后的PWI，較前血供明顯改善。圖7為發(fā)病4hDSA顯示右大腦中A外側干閉塞。圖8為動

21、脈(dngmi)溶栓后，閉塞血管再通。圖9為發(fā)病后8h，右顳葉T2高信號。共八十頁理解彌散(msn)成像的原理細胞正常(zhngchng)，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共八十頁動作快的獲得(hud)的信息少！ 啊，今晚上課(shng k)哎！同學們，因故改在明晚上課水分子共八十頁DTI是一種用于研究中樞神經系統(tǒng)神經束彌散各向異性( xin y xn)和顯示白質纖維解剖的磁共振技術 神經束成像術（用連續(xù)跟蹤法制成）能顯示白質纖維的走行軌跡彌散(msn)張量磁共振成像共八十頁 DTI 的 物 理神經束對MR機的三個軸(X,Y,Z,)

22、的關系形成(xngchng)其在MR成像中的方向性,并導致與方向有關的彌散測量(各向異性)3-D彌散呈橢圓形,三個本征矢量代表其彌散方向(fngxing),本征值確定其形態(tài)本征矢量 本征值 本征值三個本征矢量的矩陣 源于彌散方向性的張量(ADC) 共八十頁弓形(n xn)纖維的神經束圖 弓形(n xn)纖維短聯(lián)合纖維束共八十頁a胼胝(pinzh)體的神經束圖冠狀面 (與彩色(cis)編碼的FA 圖融合）橫斷面 矢狀面 共八十頁胼胝(pinzh)體上縱束下縱束皮質脊髓束多神經(shnjng)束的神經束圖矢狀面橫斷面各神經束可隨意標示為各種不同顏色共八十頁FLAIRT2WIT1WI C+T1WI

23、C-腦膜(nom)上皮型腦膜(nom)瘤常規(guī)MRI顯示(xinsh)腦膜瘤的典型表現(xiàn)何神經束受犯？良性腦膜瘤瘤？較大量瘤細胞浸潤？共八十頁上縱束向下(xin xi)移位 腦膜(nom)上皮型腦膜(nom)瘤彩色編碼的FA圖 神經束成像圖彩色編碼的FA圖 在彩色編碼的FA圖和神經束成像圖上顯示一良性腫瘤所造成的神經束推移征，即上縱束和放射冠被推移，但仍保持原來色彩，符合腦膜瘤的診斷。顯示膠元纖維所構成之腫瘤包膜 （箭）腫瘤呈神經束推移型表現(xiàn)，提示瘤周無腫瘤細胞浸潤，為良性腫瘤，符合腦膜瘤診斷。放射冠膠元纖維構成的包膜。共八十頁 磁共振在評價(pngji)心肌灌注儲備中的應用 心肌灌注儲備(Myo

24、cardiol perfusion reserve)MPR是冠脈系統(tǒng)最大擴張狀態(tài)下與靜息狀態(tài)下心肌內血流量的比值。目前采用核素心肌灌注檢查（SPECT和PET），前者雖敏感性和特異性較高，但空間分辨率低,檢測不夠準確；PET視為金標準,但設備昂貴,且空間分辨率也較低 MR采用超快速掃描技術、擴冠藥物、造影劑可發(fā)現(xiàn)靜息狀態(tài)下早期如心內膜下缺血灶。（潘生丁-正常冠脈擴張-心外膜血流增加冠脈狹窄遠端血流不能相對(xingdu)增加-形成“冠脈竊血”狹窄遠端血管壓力降低心內膜下（冠脈遠端血供區(qū)）的缺血灶 隨著MR設備發(fā)展，在心肌缺血發(fā)生的任何階段，MR都可進行相應檢測。故有人將心臟MR檢查稱為“one

25、-stop-exmination”共八十頁MR心肌(xnj)灌注成像造影劑首次通過(tnggu)相造影劑延遲增強相 診斷 1、正常的心肌 2、缺血的心肌 3、心肌梗死后心肌存活狀況（頓抑心肌及冬眠心?。?4、死亡心肌 心肌缺血發(fā)現(xiàn)的敏感性和特異性：MR灌注成像：敏感性9294，特異性8796。ECT：敏感性65，特異性82共八十頁 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(zhndun) ，更敏感、更早期、更特異 MRS是一種化學位移技術。均勻磁場中，同種元素的同一種原子由于其化學結構

26、差異，拉莫爾頻率也不相同，這種頻率差異稱化學位移 MRS實際是某種原子的化學位移分布圖。橫軸：化學位移，縱軸：各種具有不同化學位移原子的相對(xingdu)含量共八十頁MR全身(qun shn)一次成像共八十頁水知道(zh do)：答 案共八十頁 磁 共 振 成 像 主 要 優(yōu) 點 與 限 度共八十頁MR檢查(jinch)的主要優(yōu)點 無射線、成像參數(shù)多、直接多方位成像 不使用造影劑可進行血管或流體成像，無創(chuàng)性 腦、脊髓、椎間盤檢查中具有其他(qt)任何影象檢查 不能取代的優(yōu)勢 骨關節(jié)系統(tǒng)顯示病變敏感，軟骨及軟組織分辨好 MR的生理、功能成像突破了影象學以大體病理形 為診斷依據(jù)的傳統(tǒng)模式 數(shù)據(jù)重

27、建技術做三維立體重建或仿真內窺鏡顯示共八十頁MR檢查的限度及存在(cnzi)的問題 某些病變定性困難 MR成像仍相對較長（主要是限于(xiny)信號采集） 運動偽影 某些部位的血管成像尚需DSA、如冠脈，某些血管 性病變術前的金標準仍借助DSA 引進和檢查費用相對昂貴 禁忌癥：帶心臟起搏器、胰島素泵、體內金屬 假肢、眼球內金屬異物，顱內動脈瘤銀夾術后 時間較短者 嚴重不合作者，精神病，危重病人，幽閉恐怖癥共八十頁怎樣閱讀常規(guī)(chnggu)檢查的MR圖像1、熟悉圖像上的常用標記：姓名、年齡、日期、左右、層厚以 及增強的標記等2、仔細觀察每一幀圖像，目的在于發(fā)現(xiàn)疾病或異常的征象3、當發(fā)現(xiàn)病變后，

28、應看其病變在T1加權、T2加權上的信號特 征，是高信號低信號等信號混雜信號無信號4、通過不同方位圖像觀察，確定病變形態(tài)、數(shù)量、大小、位置5、觀察病變鄰近器官或組織結構有無異常：受壓、移位（占位 效應）；擴張、增大（失空間效應）；破壞或吸收(xshu)；等等6、增強掃描觀察病變有無強化及強化程度；延遲掃描強化特點7、綜合MR所見，結合臨床及其他影像學檢查材料作出診斷共八十頁常用術語 陰影、密度(md)、回聲、信號 增強掃描 強化 高密度、低密度、等密度、混雜密度 高信號、低信號、等信號、混雜信號 占位效應、失空間效應 窗技術共八十頁 影像學中常見的名詞概念的一般性了解陰影、回聲、信號密度：影像學

29、術語。密度有雙重含義，即物質密度與影像密度二 種。物質密度系指單位體積內的物質質量，由物質的組成(z chn) 成分和空間排布情況決定。影像密度則指照片上模擬影像 的黑化程度，即對光的吸收程度高密度、低密度、等密度、混雜密度：影像學術語 在CT或X線檢查中，以相鄰結構作參照，進行興趣區(qū) 密度的判定。傳統(tǒng)的X線技術僅以肉眼作大致的分辨，而 CT則可獲得標定的密度值，即CT值，獲得病變密度的定量。CT值：影像學術語。在CT掃描中，X線衰減系數(shù)的單位。（CT 圖像中興趣區(qū)組織的密度單位）共八十頁窗技術：影像學術語。包括窗位（窗中心）、窗寬 數(shù)字成像使用的后處理技術。人眼密度分辨能力僅1620個灰階，不能同時區(qū)分數(shù)字影像全灰階（如CT有2000個灰階）。若在數(shù)字化影像上以某一灰階為中心點，使該中心上、下一定范圍內的灰階作選擇性顯示（獲得病變區(qū)最適宜肉眼觀察的灰度對比），該中心即為窗位處理（window level processing） 同理，僅選擇性顯示某一定范圍的部分灰階，而該范圍之上、下的灰階則均從圖像上刪除（全“白”或 “黑”），這稱為窗寬處理（window width processing）。這猶如在一面很寬的墻面上開