核磁共振技術(shù)(黑血白血)

1、核磁共振技術(shù)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（nuclear magnetic resonance，NMR）是一種核物理現(xiàn)象。早在1946年Block與Purcell就報(bào)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

2、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(gè)飽合射頻脈沖，使血流預(yù)飽和。當(dāng)其流入成像容積時(shí)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(shí)間飛躍法（3D TOP），基于血液的流入增強(qiáng)效應(yīng)。TR較短的快速擾相GRE T1WI序列進(jìn)

3、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(shí)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(diǎn)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(yùn)行、檢查費(fèi)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(yùn)動，帶正電，產(chǎn)生磁矩，有如一個(gè)小磁體（右上圖）。

4、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(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，接受者與傳遞者以同樣的射頻振動的圖像。這是一個(gè)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(shí)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4

5、2.5MHz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（relaxation process），而恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)所需的時(shí)間則稱之為弛豫時(shí)間（relaxation time）。弛豫時(shí)間-自旋-晶格弛豫時(shí)間自旋-晶格弛豫時(shí)間（spin-lattice relaxation time）又稱縱向弛豫時(shí)間（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能傳給周圍晶格所需要的時(shí)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

6、縱向磁化激發(fā)前狀態(tài)所需時(shí)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(shí)間為T1弛豫時(shí)間。 弛豫時(shí)間自旋-自旋弛豫時(shí)間（spin-spin relaxation time），又稱橫向弛豫時(shí)間（transverse relaxation time）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(shí)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

7、、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(jì)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(gè)獨(dú)立的梯度線圈產(chǎn)生，每個(gè)線圈均有獨(dú)立的電源，并由計(jì)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(jì)算機(jī)、射頻放大器、

8、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)0.150.3T*。超導(dǎo)型的線圈用鈮-鈦合金線繞成，磁場強(qiáng)度一般為0.352.0T，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

9、，梯度場由X、Y、Z三個(gè)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(gè)環(huán)行或半環(huán)行線圈，該兩個(gè)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)

10、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(gè)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(gè)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(jì)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（spin echo，SE）技術(shù)。掃描時(shí)間參數(shù)有回波時(shí)間（echo time，TE）和脈沖重復(fù)間隔時(shí)間（repetition time，TR）。自

11、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(shí)間和成像時(shí)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(bǔ)償、心電門控和周圍門控以及預(yù)飽和技術(shù)等，可以減

12、少由于呼吸運(yùn)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(shí)間長這一主要缺點(diǎn)，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（proton density image、 PDWI）采用比組織T1值顯著長的TR，此時(shí)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(shí)的回波信

13、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(gè)層面時(shí)間，可以短到20ms。EPI的優(yōu)點(diǎn)：瞬時(shí)成像可去除運(yùn)動偽影，每個(gè)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(shí)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(shí)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

14、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(shí)，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(diǎn)：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)（short T1 inversion recovery;SPIR

15、）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(yàn)證高信號區(qū)是否是脂肪組織。優(yōu)點(diǎn)：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)(fluid attenuated inversion recovery;FLAIR)是一個(gè)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，F(xiàn)LAIR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（magnetic resonance angiography，M

16、RA）。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(shí)間飛躍（Time of flight、TOF）三維時(shí)間飛躍（3D-TOF）二維時(shí)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(diǎn)：對慢血流敏感，采集時(shí)間短。缺點(diǎn)：對層面內(nèi)的

17、流動不敏感，對病人的運(yùn)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(diǎn)：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(diǎn)：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(diǎn)：掃描時(shí)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(diǎn)：對病人運(yùn)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(diǎn)：對不同流速均敏感，背景抑制好。缺點(diǎn)： 對病人的運(yùn)動敏感，成像時(shí)間相對較長。黑血技術(shù)圖像實(shí)例(Black Blood Imaging) SE Black Blo

18、od FSEMRI的臨床應(yīng)用MRI診斷廣泛應(yīng)用于臨床，時(shí)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(jià)值?？v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(jià)值。在惡性腫瘤的早期顯示，對血管的侵犯以及腫瘤的分期方面優(yōu)于CT。骨髓在MRI上表現(xiàn)為高信號區(qū)，侵及骨髓的病變，如腫瘤、感染及代謝疾病，MRI上可清楚顯示。在顯示關(guān)節(jié)內(nèi)病變及軟組織方面也有其優(yōu)勢。MRI在顯示骨骼和胃腸方面受到限