《MRI基本原理及讀》課件2

MRI基本原理及讀書筆記探索醫(yī)學(xué)影像技術(shù)中最重要的核磁共振成像(MRI)的基本原理與應(yīng)用。了解影像背后的科學(xué)原理和圖像讀取技術(shù)，增強對這一先進診斷工具的認知。MRI成像的基本原理相對論基礎(chǔ)量子力學(xué)和相對論理論為MRI成像的基本原理奠定了理論基礎(chǔ)。相對論理論解釋了原子核在強磁場下的行為特性。磁性質(zhì)及自旋人體組織中的氫原子核具有磁性質(zhì)和自旋特性。在磁場作用下,這些自旋會產(chǎn)生磁化效應(yīng),從而產(chǎn)生可檢測的信號。信號檢測和編碼通過梯度磁場的線性作用,可以實現(xiàn)對自旋信號的空間編碼。脈沖序列的設(shè)計更能優(yōu)化信號的采集和重建。圖像重建采集到的自旋信號通過傅里葉變換可以重建出二維或三維的斷層圖像,展現(xiàn)人體內(nèi)部的解剖結(jié)構(gòu)。磁共振成像的發(fā)展歷程11970年代磁共振成像技術(shù)首次問世21980年代臨床應(yīng)用廣泛開展31990年至今成像質(zhì)量和掃描速度不斷提升磁共振成像技術(shù)自1970年代問世以來,經(jīng)歷了從探索到廣泛臨床應(yīng)用的發(fā)展歷程。隨著科技的不斷進步,成像質(zhì)量和掃描速度不斷提高,為醫(yī)療診斷和科學(xué)研究提供了強大的工具。磁場的基本概念地球磁場地球內(nèi)部存在一個強大的磁場,這個磁場被稱為地球磁場。它是由地球內(nèi)部的液體鐵核產(chǎn)生的,起到保護生命免受來自太空的有害輻射。磁場線磁場由磁場線描述,磁場線從磁北極出發(fā),穿過地球到達磁南極。這些磁場線定義了磁場的方向和強度,是理解磁場的關(guān)鍵。磁通量密度磁通量密度是衡量磁場強度的重要參數(shù),用磁感應(yīng)強度B表示。它決定了磁場對周圍物質(zhì)的作用大小,是MRI成像的關(guān)鍵因素之一。相對論和原子核的性質(zhì)相對論基礎(chǔ)愛因斯坦提出的相對論理論，改變了我們對時空的理解。相對論揭示了宇宙的本質(zhì)規(guī)律。原子核特性原子核由質(zhì)子和中子組成,具有獨特的性質(zhì)。研究原子核的特性有助于我們理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)。粒子物理學(xué)相對論與原子核理論為粒子物理學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。粒子物理研究粒子的本質(zhì)及其相互作用。磁化與自旋1原子核自旋原子核內(nèi)部質(zhì)子和中子的自旋運動產(chǎn)生微小磁矩,這些磁矩會在外部磁場中產(chǎn)生定向排列。2磁化強度外部磁場作用下,這些原子核磁矩會集中排列,形成整體的磁化強度。這種磁化現(xiàn)象是MRI成像的基礎(chǔ)。3順磁性與反磁性不同物質(zhì)在外磁場中會產(chǎn)生不同的磁化效應(yīng),有順磁性和反磁性之分。這是造成組織成像對比的關(guān)鍵因素。共振現(xiàn)象磁共振的核心就是共振現(xiàn)象。當外加磁場頻率與原子核磁矩的自然頻率一致時，會發(fā)生共振現(xiàn)象。此時原子核會吸收外加磁場的能量，并轉(zhuǎn)移到高能級狀態(tài)。在高能級狀態(tài)下，原子核會不穩(wěn)定，最終會釋放出能量并返回到低能級。這種能量釋放就產(chǎn)生了磁共振信號。磁共振信號的產(chǎn)生1裝置準備將受檢者放入強大的磁場中,使原子核受磁場影響進入共振狀態(tài)。2射頻脈沖激勵施加合適頻率的射頻脈沖,使原子核吸收能量并產(chǎn)生可測量的磁共振信號。3信號接收與處理通過梯度磁場對信號進行編碼,經(jīng)計算機處理后可重構(gòu)出斷層圖像。磁場梯度空間編碼利用不同的磁場梯度對磁共振信號進行編碼,從而實現(xiàn)對目標空間進行定位。三維成像在x、y、z三個空間維度上應(yīng)用不同的磁場梯度,可以實現(xiàn)三維空間的成像。圖像分辨率磁場梯度的強度決定了MRI圖像的空間分辨率,梯度越強則分辨率越高?？臻g編碼1梯度磁場在主磁場上施加梯度磁場，使得磁場強度隨空間位置而變化。2相位編碼通過在一個方向上施加梯度磁場，使得旋轉(zhuǎn)磁矩呈現(xiàn)不同的相位。3頻率編碼通過在另一個方向上施加梯度磁場，使得旋轉(zhuǎn)磁矩呈現(xiàn)不同的頻率。通過梯度磁場、相位編碼和頻率編碼三種方式,可以對MRI信號進行空間編碼,從而實現(xiàn)3D成像。這樣就可以根據(jù)信號的頻率和相位特征,定位出信號的具體來源位置。編碼自旋空間編碼為了確定信號源的位置,需要在磁場中施加線性梯度,使得不同空間位置的核自旋頻率不同。通過采集這些不同頻率的信號,就可以確定信號源的位置。相位編碼在加入線性梯度的同時,還可以通過改變射頻脈沖的相位來實現(xiàn)空間編碼。不同位置的核自旋將有不同的相位變化,從而確定信號源的位置。頻率編碼在信號采集過程中,通過改變磁場梯度的大小,可以使得不同位置的核自旋產(chǎn)生不同的共振頻率。通過分析這些頻率差異就可以判斷信號源的位置。回波技術(shù)產(chǎn)生射頻脈沖射頻脈沖可以擾亂原子核的自旋狀態(tài),使之偏離平衡態(tài)。自由誘導(dǎo)衰減受擾亂的自旋會自發(fā)往平衡態(tài)回歸,產(chǎn)生自由誘導(dǎo)衰減信號。回波形成施加梯度磁場,可以獲得回波信號,從而對成像信息進行編碼。脈沖序列射頻脈沖通過射頻脈沖激發(fā)核磁共振信號。梯度磁場利用梯度磁場對核自旋進行空間編碼。回波采集采集由自由誘導(dǎo)衰減產(chǎn)生的回波信號。序列時序通過精細控制各種脈沖的時間順序來獲得所需的信號。常見脈沖序列1自由進動序列（GradientEcho）無需180度反轉(zhuǎn)脈沖,采用梯度磁場進行相位編碼和頻率編碼,成像速度快,但T2*對比較差。2自旋回波序列（SpinEcho）利用180度反轉(zhuǎn)脈沖產(chǎn)生自旋回波,能夠補償T2*效應(yīng),獲得更好的對比度,但成像較慢。3快速自旋回波序列（FastSpinEcho）采用多次180度反轉(zhuǎn)脈沖,大幅縮短掃描時間,保持良好的T2加權(quán)對比度。4FLAIR序列抑制腦脊液信號,增強病變對比度,廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)成像。T1加權(quán)與T2加權(quán)成像T1加權(quán)成像T1加權(quán)成像依據(jù)組織的不同T1弛豫時間,呈現(xiàn)出不同的信號強度,使得組織之間的對比度和分辨率更高。這種成像技術(shù)可以清晰顯示中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉和脂肪等組織的結(jié)構(gòu)細節(jié)。T2加權(quán)成像T2加權(quán)成像依據(jù)組織的不同T2弛豫時間,呈現(xiàn)出不同的信號強度。這種成像技術(shù)可以更好地顯示水分含量豐富的病變組織,如腫瘤、水腫和炎癥等。組織病變識別T1和T2加權(quán)成像可以提供互補的信息,通過分析兩種成像的對比度差異,有助于準確識別并診斷組織病變。橫向磁化與縱向磁化橫向磁化磁共振過程中，原子核會在橫向受激產(chǎn)生磁化。這種橫向磁化可以被接收線圈檢測到，從而產(chǎn)生磁共振信號。橫向磁化是MRI成像的關(guān)鍵?？v向磁化在強外加磁場中，原子核會產(chǎn)生縱向磁化。這種縱向磁化遵循自旋動力學(xué)規(guī)律，在施加脈沖后會逐漸恢復(fù)到初始狀態(tài)?？v向磁化的恢復(fù)過程同樣重要。T1加權(quán)和T2加權(quán)橫向磁化和縱向磁化的不同恢復(fù)特性,決定了T1加權(quán)和T2加權(quán)兩種基本的MRI成像方式,用于獲取不同的組織對比度。這是MRI診斷的基礎(chǔ)。自由誘導(dǎo)衰減自由誘導(dǎo)衰減概念自由誘導(dǎo)衰減(FID)是核磁共振成像中的關(guān)鍵概念。當射頻脈沖結(jié)束后，激發(fā)出的磁化矢量會逐漸返回到平衡狀態(tài)，這個過程就稱為自由誘導(dǎo)衰減。T1和T2弛豫過程自由誘導(dǎo)衰減是由于T1和T2弛豫過程造成的。T1弛豫決定了縱向磁化的恢復(fù)過程,T2弛豫決定了橫向磁化的衰減過程。信號采集通過檢測自由誘導(dǎo)衰減的信號,可以獲得用于重建圖像的數(shù)據(jù)。整個過程是從激發(fā)磁化開始,到磁化逐漸恢復(fù)平衡結(jié)束。影響因素自由誘導(dǎo)衰減的信號強度和衰減過程會受到多種因素的影響,如組織性質(zhì)、磁場強度、脈沖序列等。弛豫時間磁共振成像中涉及兩種重要的弛豫時間:T1弛豫時間和T2弛豫時間。這兩種參數(shù)不僅決定了組織的信號強度,也影響整個掃描過程的時間。參數(shù)T1弛豫時間T2弛豫時間含義縱向磁化恢復(fù)到平衡狀態(tài)的時間常數(shù)橫向磁化衰減到0的時間常數(shù)影響因素組織中氫原子核密度、分子間相互作用等氫原子核自身的磁性相互作用臨床意義可以用于區(qū)分組織病變可反映組織的代謝狀況成像參數(shù)的選擇1掃描時間掃描時間需要平衡圖像質(zhì)量和病人耐受度?？焖賿呙杩蓽p少偽影,但可能降低信噪比。2場強選擇1.5T或3T場強是常見選擇,能平衡解析度和成本。更高場強可獲得更佳圖像質(zhì)量。3切片厚度切片越薄越好,但過薄會降低信噪比。多數(shù)臨床應(yīng)用選擇3-5mm厚度。4矩陣尺寸矩陣越大,分辨率越高,但成像時間也會延長。必須在圖像質(zhì)量和掃描時間間權(quán)衡。軟組織對比分辨率的優(yōu)勢高對比度與骨骼和脂肪組織相比,軟組織在MRI圖像中表現(xiàn)出色,可以清晰地顯示不同的解剖細節(jié)。細節(jié)豐富MRI能夠提供軟組織的三維立體信息,可觀察到肌肉、韌帶、神經(jīng)等微小結(jié)構(gòu)。組織差異鑒別通過調(diào)節(jié)參數(shù),MRI可以增強不同軟組織之間的信號強度差異,提升對比度和分辨率。常見的組織對比及臨床應(yīng)用大腦組織對比MRI可以清楚地顯示大腦灰質(zhì)、白質(zhì)、腦脊液等組織的細微差異,有助于診斷各種腦部疾病。關(guān)節(jié)組織對比MRI可以精細地成像關(guān)節(jié)軟骨、韌帶、肌肉等結(jié)構(gòu),被廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)疾病的診斷和治療評估。腹部器官對比MRI對肝臟、脾臟、胰腺等腹部器官的成像精度很高,有助于發(fā)現(xiàn)腫瘤、炎癥等病變。顱腦MRI的基本解讀1腦部構(gòu)造MRI能清晰顯示大腦皮質(zhì)、白質(zhì)、腦室、腦干及小腦等結(jié)構(gòu)。利用不同的序列可以評估大腦組織的病理改變。2疾病診斷MRI在腦部腫瘤、腦血管病、外傷、退行性疾病等領(lǐng)域有重要診斷價值,能提供解剖及功能信息。3專業(yè)閱讀充分理解各種序列圖像特征并結(jié)合臨床表現(xiàn),能夠為醫(yī)生診斷提供有效依據(jù)。頸部MRI的基本解讀解剖結(jié)構(gòu)頸部MRI可全面展示出頸椎、頸動脈、頸靜脈、甲狀腺、淋巴結(jié)等重要解剖結(jié)構(gòu)的細節(jié)。常見病變頸椎退行性病變、頸椎間盤突出、頸動脈狹窄、甲狀腺腫塊、淋巴結(jié)腫大等常見于頸部MRI檢查。影像診斷仔細觀察每層截面,結(jié)合臨床表現(xiàn),可對病變的性質(zhì)、范圍、侵犯程度做出準確診斷。胸腹部MRI的基本解讀1肺部成像MRI可清晰顯示肺部病變，如肺結(jié)節(jié)、肺炎等。2心臟成像MRI能有效評估心肌結(jié)構(gòu)和功能，如心肌梗死。3腹部成像MRI可清晰顯示肝、膽、胰、腎等腹部器官。4骨盆成像MRI對腰椎、髖關(guān)節(jié)等骨盆結(jié)構(gòu)有很好成像能力。胸腹部MRI在臨床診斷中有重要地位。它可以清晰顯示肺部、心臟、肝膽等器官的詳細解剖結(jié)構(gòu)和病變特征，為疾病的診斷提供有價值的信息。同時MRI還有良好的骨盆成像能力，為診斷腰椎、髖關(guān)節(jié)等疾病提供幫助。四肢骨骼MRI的基本解讀1關(guān)節(jié)評估明確關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、骨骼、韌帶和肌腱的異常情況。2肌肉評估檢查肌肉損傷、發(fā)炎和肌肉萎縮等病變。3韌帶和肌腱精確診斷韌帶撕裂、腱鞘炎等常見運動損傷。4骨質(zhì)病變觀察骨質(zhì)密度和結(jié)構(gòu)異常,發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松、腫瘤等。四肢骨骼MRI可全面評估關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶和骨骼的病變情況,為臨床診斷和治療提供重要依據(jù)。通過對各組織結(jié)構(gòu)的詳細觀察,可以及時發(fā)現(xiàn)骨折、韌帶撕裂、肌肉損傷等常見運動損傷,為臨床治療方案的制定提供重要信息。MRI掃描的注意事項安全檢查進行MRI檢查前需要仔細檢查是否攜帶金屬物品,以免受傷或影響掃描結(jié)果。隔離屏蔽MRI設(shè)備使用強磁場,檢查時需要遠離其他電子設(shè)備,保持隔離以確保安全。合理配合檢查時需要保持身體靜止,避免移動和噪音,以獲得最佳圖像質(zhì)量。合理用時不同檢查項目需要的時間有所不同,需根據(jù)具體情況合理安排時間。MRI造影劑的種類與特點釓酸鹽造影劑這類造影劑可以顯著增強目標組織的信號強度,廣泛應(yīng)用于腫瘤、感染、外傷等診斷。但需要注意可能出現(xiàn)的過敏反應(yīng)。鐵氧化物造影劑這類造影劑能夠?qū)Π衅鞴佼a(chǎn)生特異性標記,廣泛用于肝臟、脾臟、淋巴結(jié)等疾病的診斷。對于神經(jīng)系統(tǒng)也有獨特的應(yīng)用。蛋白結(jié)合造影劑這類造影劑能夠長時間停留在靶器官或組織,為腫瘤、炎癥、血管等提供更清晰的影像。但需要密切監(jiān)測患者情況。MRI造影的適應(yīng)癥與注意事項適應(yīng)癥MRI造影常用于腫瘤、血管、骨骼等疾病的診斷和評估。可以幫助更好地發(fā)現(xiàn)細小病變和觀察病情變化。注意事項患有腎臟疾病、甲狀腺功能亢進或者對造影劑過敏者需要特殊護理。造影檢查前需要做好溝通和準備。禁忌癥對造影劑過敏、心力衰竭、肝腎功能不全的患者存在一定禁忌。檢查前需要進行風(fēng)險