MRI的概述與發(fā)展應(yīng)用

MRI原理及進(jìn)展

蔡甫雨11019102021/5/91目錄MRI掃描儀的基本硬件構(gòu)成MRI的基本原理、基本概念MRI進(jìn)展方向MRI的基本技術(shù)和新技術(shù)MRI的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)安全注意事項(xiàng)2021/5/92核磁共振現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)

Purcell等,Bloch等（1945）;PhysicalReview:

核磁共振現(xiàn)象引入醫(yī)學(xué)界

Damadian（1971）;Science,171:1151-1153

核磁共振成像

Lauterbur（1973）;Nature,242:190-191

是利用原子核在磁場內(nèi)所產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)重建成像的一種影像技術(shù)核磁共振成像技術(shù)發(fā)展簡史2021/5/93

MRI掃描儀的基本

硬件構(gòu)成2021/5/94得到圖像所需要用到的工具…2021/5/95一般的MRI儀由以下幾部分組成主磁體梯度線圈脈沖線圈計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他輔助設(shè)備2021/5/96主磁體(Magnet)

磁共振最基本的構(gòu)造產(chǎn)生磁場的裝置最重要的指標(biāo)為磁場強(qiáng)度和均勻度2021/5/97MRI按磁場產(chǎn)生方式分類永磁permanentmagnet電磁常導(dǎo)resistivemagnet超導(dǎo)superconductingmagnet主磁體0.35T永磁磁體1.5T超導(dǎo)磁體2021/5/98MR按主磁場的場強(qiáng)分類MRI圖像信噪比與主磁場場強(qiáng)成正比低場:小于0.5T中場：0.5T－1.0T高場:1.0T－2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）超高場強(qiáng)：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）2021/5/99梯度線圈(gradientcoil)作用：空間定位產(chǎn)生信號(hào)梯度線圈性能的提高磁共振成像速度加快沒有梯度磁場的進(jìn)步就沒有快速、超快速成像技術(shù)2021/5/910射頻系統(tǒng)(radio-frequencesystem,RF)作用：如同無線電波的天線激發(fā)人體產(chǎn)生共振（廣播電臺(tái)的發(fā)射天線）采集MR信號(hào)（收音機(jī)的天線）2021/5/911脈沖線圈的分類

激發(fā)并采集MRI信號(hào)（體線圈）僅采集MRI信號(hào)，激發(fā)采用體線圈進(jìn)行（絕大多數(shù)表面線圈）2021/5/9123D-FFEMatrix512×512FOV2.5cm利用2.3cm顯微線圈采集的指紋MR圖像2021/5/913計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及譜儀數(shù)據(jù)的運(yùn)算控制掃描顯示圖像2021/5/914其他輔助設(shè)備空調(diào)檢查臺(tái)激光照相機(jī)液氦及水冷卻系統(tǒng)自動(dòng)洗片機(jī)等2021/5/915MRI的基本原理、基本概念

2021/5/916人體MR成像的物質(zhì)基礎(chǔ)原子的結(jié)構(gòu)電子：負(fù)電荷中子：無電荷質(zhì)子：正電荷2021/5/917自旋與核磁地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場原子核總是不停地按一定頻率繞著自身的軸發(fā)生自旋(Spin)原子核的質(zhì)子帶正電荷，其自旋產(chǎn)生的磁場稱為核磁，因而以前把磁共振成像稱為核磁共振成像（NMRI）。2021/5/918地磁、磁鐵、核磁示意圖2021/5/919用于人體MRI的為1H（氫質(zhì)子），原因有：1、1H的磁化率很高；2、1H占人體原子的絕大多數(shù)。通常所指的MRI為氫質(zhì)子的MR圖像。何種原子核用于人體MRI成像？2021/5/920人體組織內(nèi)的質(zhì)子存在狀態(tài)

TopviewX’y’質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)：進(jìn)動(dòng)頻率0=02021/5/921把人體放進(jìn)大磁場2021/5/922不同種類的原子核對應(yīng)的旋磁比不同不同的原子核(MHz/T)1H42.5831P17.2523Na11.2713C10.7114N3.082021/5/923進(jìn)入主磁場前后人體組織質(zhì)子的核磁狀態(tài)2021/5/924處于高能狀態(tài)太費(fèi)勁，并非人人都能做到處于低能狀態(tài)的略多一點(diǎn)2021/5/925什么叫共振，怎樣產(chǎn)生磁共振？共振：能量從一個(gè)震動(dòng)著的物體傳遞到另一個(gè)物體，而后者以前者相同的頻率震動(dòng)。2021/5/926體內(nèi)進(jìn)動(dòng)的氫質(zhì)子怎樣才能發(fā)生共振呢？給低能的氫質(zhì)子能量，氫質(zhì)子獲得能量進(jìn)入高能狀態(tài)，即核磁共振。？2021/5/927塞曼效應(yīng)若無外加磁場，自旋核保持其基態(tài)E0的能量狀態(tài)，且核自旋的取向是隨機(jī)的；將自旋核置入外磁場中，自旋核的能量在E0的基礎(chǔ)上出現(xiàn)量子化的特征。這種基態(tài)能級(jí)在外磁場中發(fā)生分裂的現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)（Zeemaneffect）。其中mI只能取I、I-1、I-2、…-I+1、-I等共2I+1個(gè)值。2021/5/928磁共振現(xiàn)象磁共振發(fā)生的射頻頻率必須為進(jìn)動(dòng)角頻率相等。2021/5/929磁共振現(xiàn)象射頻脈沖的角頻率與原子核進(jìn)動(dòng)角頻率相等時(shí)，射頻脈沖能量才能被自旋核吸收，從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。為了使得磁共振發(fā)生，可以采用掃頻法、掃場法、脈沖法。掃描法：改變頻率；掃場法：改變場強(qiáng)；脈沖法：包含各種頻率成分的寬帶脈沖去激勵(lì)特定目標(biāo)區(qū)域；外磁場B0確定后，具有不同磁旋比的原子核其磁共振頻率不同。意味著一種頻率的射頻脈沖僅能激發(fā)一種原子核。對于同一種原子核，外磁場強(qiáng)度越高，進(jìn)動(dòng)頻率越高，磁共振產(chǎn)生的共振拉莫爾頻率越高。8-100MHz的射頻對人體無傷害?？梢杂脕頊y量磁旋比，從而確定原子核的種類，即NMR2021/5/930怎樣才能使低能氫質(zhì)子獲得能量，產(chǎn)生共振，進(jìn)入高能狀態(tài)？2021/5/931射頻脈沖射頻脈沖作用包括：由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，同時(shí)使得質(zhì)子同相位。在B0和B1的共同作用下，質(zhì)子系統(tǒng)的縱向磁化強(qiáng)度M0減小到Mz，橫向磁化強(qiáng)度由零增加到Mxy，質(zhì)子系統(tǒng)總磁化矢量M為Mz和Mxy的矢量和，其宏觀表現(xiàn)就是最大縱向強(qiáng)度M0由B0方向向xoy平面翻轉(zhuǎn)，當(dāng)射頻脈沖停止時(shí)，M0與z軸成Theta角。x’y’z’B0B1(RFcoil)x’y’z’B1RFpulse2021/5/93290度脈沖繼發(fā)后產(chǎn)生的宏觀和微觀效應(yīng)低能的超出部分的氫質(zhì)子有一半獲得能量進(jìn)入高能狀態(tài)，高能和低能質(zhì)子數(shù)相等，縱向磁化矢量相互抵消而等于零使質(zhì)子處于同相位，質(zhì)子的微觀橫向磁化矢量相加，產(chǎn)生宏觀橫向磁化矢量2021/5/933磁共振成像原理幾種射頻脈沖小角度脈沖：使宏觀縱向磁化矢量角度偏轉(zhuǎn)＜90°90°脈沖：使宏觀縱向磁化矢量角度偏轉(zhuǎn)＝90°180°反轉(zhuǎn)脈沖：使宏觀縱向磁化矢量角度偏轉(zhuǎn)＝180°2021/5/93490度脈沖激發(fā)使質(zhì)子發(fā)生共振，產(chǎn)生最大的旋轉(zhuǎn)橫向磁化矢量，這種旋轉(zhuǎn)的橫向磁化矢量切割接收線圈，MR儀可以檢測到。氫質(zhì)子多氫質(zhì)子少2021/5/935檢測到的僅僅是不同組織氫質(zhì)子含量的差別，對于臨床診斷來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們總是在90度脈沖關(guān)閉后過一定時(shí)間才進(jìn)行MR信號(hào)采集。非常重要2021/5/936射頻線圈關(guān)閉后發(fā)生了什么？2021/5/937無線電波激發(fā)使磁場偏轉(zhuǎn)90度，關(guān)閉無線電波后，磁場又慢慢回到平衡狀態(tài)（縱向)2021/5/938核磁弛豫:

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).核磁弛豫又可分解為兩個(gè)部分：

橫向弛豫：橫向磁化矢量減少的過程

縱向弛豫：在主磁場的作用下，縱向磁化矢量恢復(fù)的過程2021/5/939橫向弛豫也稱為T2弛豫；橫向矢量衰減到原來值（Mxy）37%的時(shí)間90度脈沖2021/5/940T2:自旋-自旋弛豫時(shí)間T2衰減：由共振質(zhì)子之間相互磁化作用所引起，它引起相位的變化。不同的組織橫向弛豫速度不同，T2值不同長T2組織：游離水（T2最長）、一般囊腫；短T2組織：腫瘤、炎癥、梗死（游離水↑）；2021/5/941縱向弛豫也稱為T1弛豫，是指90度脈沖關(guān)閉后，在主磁場的作用下，縱向磁化矢量開始恢復(fù)，直至恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程。90度脈沖2021/5/942T1：自旋-晶格弛豫時(shí)間T1衰減：縱向磁化適量恢復(fù)到原來的63%不同組織有不同的縱向弛豫速度，T1值不同短T1組織：脂肪組織、膽固醇、高蛋白囊液、血栓長T1組織：游離水（T1最長）、腫瘤、炎癥、梗死（游離水↑）2021/5/943磁共振“加權(quán)成像”T1WIT2WIPD2021/5/944在任何序列圖像上，信號(hào)采集時(shí)刻旋轉(zhuǎn)橫向的磁化矢量越大，MR信號(hào)越強(qiáng)2021/5/945何為加權(quán)？？？所謂的加權(quán)就是“重點(diǎn)突出”的意思T1加權(quán)成像(T1WI)----突出組織T1弛豫差別

有利于觀察組織的解剖結(jié)構(gòu)T2加權(quán)成像(T2WI)----突出組織T2弛豫差別

對顯示病變組織較好質(zhì)子密度加權(quán)成像(PD)－突出組織氫質(zhì)子含量差別2021/5/946T2加權(quán)成像（T2WI)T2值小

橫向磁化矢量減少快

MR信號(hào)低（黑）T2值大

橫向磁化矢量減少慢

MR信號(hào)高（白）水T2值約為3000毫秒

MR信號(hào)高腦T2值約為100毫秒

MR信號(hào)低反映組織橫向弛豫的快慢！2021/5/947T1加權(quán)成像(T1WI)T1值越小

縱向磁化矢量恢復(fù)越快

MR信號(hào)強(qiáng)度越高（白）T1值越大

縱向磁化矢量恢復(fù)越慢

MR信號(hào)強(qiáng)度越低（黑）脂肪的T1值約為250毫秒

MR信號(hào)高（白）水的T1值約為3000毫秒，MR信號(hào)低（黑）反映組織縱向弛豫的快慢！？2021/5/948T1WI脂水平衡狀態(tài)90縱向弛豫902021/5/949重要提示!!!人體大多數(shù)病變的T1值、T2值均較相應(yīng)的正常組織大，因而在T1WI上比正常組織“黑”，在T2WI上比正常組織“白”。2021/5/95090180回波回波90180TETRTE：回波時(shí)間TR：重復(fù)時(shí)間如何區(qū)分T1WI、T2WI2021/5/951如何區(qū)分T1WI、T2WI1、看TR、TE

T2WI：長TR(>2000毫秒)長TE（>50毫秒）

T1WI：短TR(400-800毫秒)短TE（10-15毫秒）T2WIT1WI2021/5/952如何區(qū)分T1WI、T2WI2、看水和脂肪T1WI：水（如腦脊液、胃液、腸液、尿液）呈低信號(hào)（黑）脂肪呈很高信號(hào)（很白）T2WI：水呈很高信號(hào)（很白）脂肪信號(hào)有所降低（灰白）T2WIT1WI2021/5/953如何區(qū)分T1WI、T2WI3、看其他結(jié)構(gòu)腦組織：T1WI:白質(zhì)比灰質(zhì)信號(hào)高T2WI:白質(zhì)比灰質(zhì)信號(hào)低腹部：T1WI:肝臟比脾臟信號(hào)高T2WI:肝臟比脾臟信號(hào)低T2WIT1WIT1WIT2WI2021/5/954磁共振信號(hào)

磁共振信號(hào)即宏觀橫向磁化矢量切割接收線圈產(chǎn)生的信號(hào)。某組織的宏觀橫向磁化矢量越大，其切割接收線圈產(chǎn)生的電信號(hào)也越強(qiáng)。

自由感應(yīng)衰減信號(hào)射頻脈沖激發(fā)后，由于受橫向馳豫和靜磁場不均影響，組織中的宏觀橫向磁化矢量較快以指數(shù)形式衰減，即自由感應(yīng)衰減2021/5/955磁共振信號(hào)

自旋回波信號(hào)射頻脈沖激發(fā)后，在一定的時(shí)間再發(fā)射一個(gè)180度聚焦脈沖，糾正因靜磁場的恒定不均勻造成的質(zhì)子失相位。2021/5/956MRI進(jìn)展方向2021/5/957成像速度更快常規(guī)SE、T2WI序列15-25分鐘快速超快速梯度回波1秒以內(nèi)EPI100毫秒以內(nèi)４分５３秒１秒2021/5/958空間分辨率更高常規(guī)：256256高分辨：512512，102410245125122021/5/959從單純形態(tài)學(xué)分析向功能成像轉(zhuǎn)變腦功能成像心功能成像肝功能成像腎功能成像磁共振波譜分析（MRS）腦功能成像磁共振波譜分析2021/5/960應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大早期：顱腦、脊柱目前：可用于全身各部位2021/5/961MRI的基本技術(shù)和新技術(shù)2021/5/962

常規(guī)MRI超快速M(fèi)RIMRA擴(kuò)散成像灌注加權(quán)MR水成像

腦功能成像

MRI仿真內(nèi)窺鏡

MRI電影

MR頻譜分析介入性MRI2021/5/963常規(guī)MRI包括常規(guī)T1WI、T2WI、質(zhì)子加權(quán)成像臨床工作中最常用的MRI技術(shù)2021/5/964單層成像時(shí)間短于1秒，適用于：不能控制運(yùn)動(dòng)或神志不清病人胸部、腹部屏氣掃描動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描各器官功能成像超快速成像技術(shù)2021/5/965MR血管成像（MRA）不用造影劑的MRA（常規(guī)MRA）：適用于全身血管病變的顯示，也可用于血管血液流速、流量分析。對比增強(qiáng)MRA：能提高常規(guī)MRA的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。適用于動(dòng)脈瘤、大血管疾病的MRA檢查。對于大血管疾病的檢查，對比增強(qiáng)MRA已經(jīng)能基本取代血管造影。ＭＲＡ2021/5/9662021/5/9672021/5/968水分子擴(kuò)散加權(quán)成像檢測組織內(nèi)水分子熱運(yùn)動(dòng)水平，適用于：超急性期腦梗塞的診斷和鑒別診斷，可檢出發(fā)病6小時(shí)內(nèi)甚至2小時(shí)以內(nèi)的腦梗塞ＣＴ１２－２４小時(shí)以后常規(guī)ＭＲＩ６－１２小時(shí)以后T2WIT1WI擴(kuò)散成像2021/5/969血流灌注成像靜脈快速注射造影劑后，利用超快速成像序列進(jìn)行掃描，可反應(yīng)組織的血流灌注和血液動(dòng)力學(xué)改變，適用于：超急性期腦梗塞，大面積梗塞于血管閉塞后可立刻檢出心肌血流灌注分析，檢出早期心肌缺血Ｔ２ＷＩ灌注成像T2WI2021/5/970MRI水成像技術(shù)利用人體內(nèi)的水作為天然對比劑清晰顯示含水器官的解剖和病變。內(nèi)耳水成像MR延腺管造影MR脊髓造影（MRM）MR膽胰管造影（MRCP）MR尿路造影（MRU）ＭＲＣＰ內(nèi)耳水成像2021/5/9713DFRFSE-MRCP水成像序列不用造影劑快速得到高分辨率磁共振胰膽管水成像2021/5/972腦功能成像利用人工刺激（聽覺、運(yùn)動(dòng)、視覺等）配合特定的MRI序列標(biāo)識(shí)出腦組織的各功能區(qū)，適用于：避免手術(shù)損傷腦科學(xué)研究2021/5/9732021/5/974MRI仿真內(nèi)窺鏡利用MRI薄層掃描技術(shù)及特定的軟件進(jìn)行重建，模擬纖維內(nèi)窺鏡對空腔臟器進(jìn)行腔內(nèi)觀察，有利于鼻腔、鼻咽部、氣管、支氣管、胃腸道、血管等部位病變的顯示。2021/5/975MRI電影能對心臟、關(guān)節(jié)等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、功能分析2021/5/976MR頻譜分析能對組織的化學(xué)元素含量進(jìn)行分析，反應(yīng)組織的代謝、功能狀態(tài)。1H：檢測腦組織某些低濃度代謝產(chǎn)物31P：ATP、ADP含量分析13C：酶缺乏性疾病的診斷19F：5-FU的作用機(jī)理研究23Na：腫瘤細(xì)胞生長評價(jià)2021/5/977介入性MRI利用MRI作為監(jiān)視手段進(jìn)行介入性放射學(xué)手術(shù)，避免醫(yī)生病人遭受放射線損害。MRI導(dǎo)向活檢MRI導(dǎo)向射頻消融MRI導(dǎo)向微波治療MRI導(dǎo)向冷凍治療MRI介導(dǎo)血管成型術(shù)和內(nèi)支架植入術(shù)2021/5/978MRI的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)（與CT比較）

2021/5/979優(yōu)點(diǎn)組織分辨率較CT高，可檢出更多的病變大多數(shù)病變不用造影劑就能較好顯示不用造影劑就可較好顯示血管沒有骨性偽影，有利于后顱窩、椎管等部位病變的檢查多參數(shù)成像，能為病變檢出和鑒別診斷提供更多信息可任意斷面成像，CT一般僅能進(jìn)行橫斷面掃描無放射線損傷2021/5/980缺點(diǎn)鈣化顯示不及CT空間分辨率一般不及CT，但現(xiàn)代先進(jìn)的MRI的空間分辨率已與CT接近受磁場影響，一般監(jiān)護(hù)儀器不能進(jìn)入MR室，因而不適用危重病人價(jià)格比較昂貴操作較為復(fù)雜2021/5/981MRI的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)（與CT比較）

重要提示盡管MRI有很多優(yōu)點(diǎn)，在定位診斷方面明顯優(yōu)于CT，在定性診斷方面也能提供更多的信息，但是部分病變的MRI信號(hào)變化仍缺乏特異性，因而有些病變的定性診斷仍較困難。MRI不是萬能的！MRI與CT是互補(bǔ)的！2021/5/982MRI造影劑2021/5/983釓賁酸葡甲胺（Gd-DTPA）機(jī)理：是一種順磁性物質(zhì),它具有不成對的電子,當(dāng)它接近共振的H質(zhì)子時(shí),能改變H質(zhì)子所處的磁場,使T1值明顯縮短。作用：低劑量縮短組織的T1值；高劑量縮短組織的T2值。一般利用前者，表現(xiàn)為有增強(qiáng)的組織信號(hào)“變白”。增強(qiáng)代表的意義