《MR诊断总论》PPT课件.ppt

磁共振成像（ MRI） 诊断学 阳江春江医院 张志军 电话 :13542684571 第一章 总 论 第一节 磁共振成像基本原理 第二节 磁共振成像技术 第三节 磁共振成像机结构 第四节 磁共振成像图像特点 第五节 磁共振成像临床应用 第六节 磁共振成像进展 第一章 总 论 发展概况： 1946年 美国斯坦福大学 Bloch与哈佛大学 Purcell 同时发现核磁共振现象（ NMR） 1952年 获诺贝尔物理学奖 1952 研究物质分子结构的化学分析技术 70年代 NMR与医学诊断联系起来 1976年 首先实现人体手部成像 1980年 第一台 MRI机问世 1985年 第一军医大学南方医院引进第一台 MRI机 1989年 国内开始生产 MRI机并投入临床应用 第一章 总 论 名词： 核磁共振： NMR nuclear magnetic resonance 磁共振成像 ： MRI magnetic resonance imaging 第一节 磁共振成像基本原理 定义： 利用人体内固有的原子 核，在外加磁场作用下产生共振 现象，吸收能量并释放 MR信号， 将其采集并作为成像源，经计算 机处理，形成人体 MR图像。 第一节 磁共振成像基本原理 成像条件： 人体内原子核 氢质子（ H） 外加磁场 主磁场（ B0） 梯度磁场（ Gy Gx Gz） 交变磁场（ RF） 中心控制系统 计算机 第一节 磁共振成像基本原理 自旋质子： 任何一个原子核，只要其所含质子或 中子任何一个为奇数时，原子核带有 “ 净 电荷 ” ，有绕着自旋轴自旋的特性，具备 磁性， 1H只有一个质子，没有中子，称为 自旋质子。 第一节 磁共振成像基本原理 氢原子磁矩进动学说（经典力学理论） 一、氢原子核磁矩平时状态 -杂乱无章 二、氢原子臵于磁场的状态 -磁矩按磁 力线方向排列 三、施加射频脉冲 -原子核获得能量 四、射频脉冲停止后 -产生 MR信号 原子核的能级跃迁学说（量子力学理论） 第一节 磁共振成像基本原理 弛豫过程： 射频脉冲去除后，在静磁场作用下，质 子从高能量状态（与磁场垂直位臵）到 低能量状态（与磁场平行位臵）的恢复 过程 弛豫时间： 射频脉冲去除后，有静磁场作用下，质 子恢复到平衡位臵所需时间为弛豫时间。 第一节 磁共振成像基本原理 一、纵向弛豫： 90射频脉冲停止后，磁化分量 Mz逐渐增大到最初值，呈指数规律缓慢增长， 由于是在 Z轴上恢复，称为纵向弛豫。 T1弛豫时间（纵向弛豫时间） 规定为 Mz达到 其最终平衡状态 63%的时间 二、横向弛豫： 90射频脉冲停止后，磁化分 量 Mxy很快衰减到零，呈指数规律衰减，称 为横向弛豫。 T2弛豫时间（横向弛豫时间） 是指磁化分量 Mxy衰减到原来值的 37%的时间。 第一节 磁共振成像基本原理 决定成像因素 1 组织内质子密度 2 T1值 3 T2值 4 流空效应 第一节 磁共振成像基本原理 信号强度与成像因素的关系 与组织内质子密度成正比 与 T1值成反比 与 T2值成正比 第一节 磁共振成像基本原理 MR信号空间定位 一、梯度磁场 在均匀的主磁场中， MR接收线圈所收集到的是 整个被成像区域内的质子发出的 MR信号，这些 信号不含有空间的信息。 如在主磁场中再加一个梯度磁场，则被检体各 部位质子的进动频率可因磁场强度不同而区别， 因此 MR空间定位靠梯度磁场。 通过梯度磁场达到选层目的，此梯度也称 选层 梯度 第一节 磁共振成像基本原理 MR信号空间定位 二、频率编码梯度和相位编码梯度 无法将同一层面内不同区域的 MR信号区分开， 需通过选层梯度，可获特定层面内质子的振信 号，但由于这些信号具有相同的频率，因此借 助与选层梯度垂直的另外两个梯度。 频率编码梯度 Gf， 相位编码梯度 Gp 使 XY平面中不同点中的质子 MR信号具有不同的 进动频率和不同的进动相位，通过二次 FT变换， 可实现 XY平面内 MR信号的空间定位 第一节 磁共振成像基本原理 MR信号空间定位 三、变换层厚的措施 变换 RF频率的范围：带宽与扫描范围有 关 ， 采用的带宽窄则扫描层厚薄 变换梯度增磁场坡度：梯度磁场坡度陡 峭则扫描层薄，坡度缓则厚。 第二节 MRI的基本结构 第二节 MRI的基本结构 一、磁体系统 主磁体 ：产生静磁场 永磁磁体 铝镍钴、铁氧体，造价低 维护方便， 场强较低 常导磁体 铜或铝导线，制造简单，耗电量大， 场强稍高 超导磁体 铌 -钛合金，场强高稳定，费用高， 消耗液氮 第二节 MRI的基本结构 梯度系统 ：扫描层面的空间定位 射频系统 ：发射射频脉冲，产生 MR信号并 接收 二、谱仪系统 包括梯度场、射频场的发生和控制， MR 信号接收和控制等， 三、计算计图像处理系统 第三节 磁共振成像技术 自旋回波序列（快速自旋回波序列） Spin Echo Sequence, SE（ TSE， FSE） 由一 90脉冲之后，发射 180 磁共振成像参数选择 TR 重复时间 Repetition Time, TR 两个 90脉冲之间的时间为重复时间 TE 回波时间 Echo Time, TE 90脉冲至测量回波时间称回波时间 第三节 磁共振成像技术 T1WI: T1加权像 T1 Weighted Imaging 在 MRI成像中，两种组织间信号强度的差 别主要取决于 T1弛豫时间的不同，所得图像 为 T1WI 短 TR(TR500ms) 短 TE(TE2000ms) 长 TE(TE90ms ) T2长：横向磁化强度衰减慢，信号强（ CSF） T2短：横向磁化强度衰减快，信号弱（肌肉） 第三节 磁共振成像技术 质子密度成像： PDWI 在 MRI中，信号强度的差别主要取决于 质子的数量，即质子密度，这种图像称质 子密度成像 长 TR（ 1500-2500）， 短 TE（ 15-35） 单位体积内质子的数目越多，产生 MR信号越强 含质子少的组织和区域（气腔）不产生 MR信号 或很弱 第四节 MRI图像特点 组织特性 T1WI T2WI 水 长 T1、很长 T2 低信号 明亮高 脂肪 T1短， T2长 很 高 中等高 肌肉 T1长， T2短 低 低 骨皮质 活动质子少 黑 黑 气体 无活动质子 黑 黑 流动血液 流动效应 SE 低（无） 低（无） GRE（ MRA） 高 高 出血 T1短， T2长 高 高 肿瘤 T1、 T2延长 低 高 第三节 磁共振成像技术 反转回复序列（ Inversion Recovery , IR） 采用多次 180 -90 -180脉冲组 第一个 180至 90间隔时间为回复时间 （ TI） ,具有较纯的 T1加权特性， TI较长 (400-600ms,大于多数组织的 T1值）， 短 T1者信号高 TI较短 (300ms,小于多数组织的 T1值），与上 述相反，短 T1者信号弱，称 STIR(short TI inversion recovery) 第三节 磁共振成像技术 部分饱序列（ Partial Saturation, PS） 由一组 90脉冲组成 如所设 TR时间长，为饱和恢复序列，所 得信号为质子密度像 所设 TR短则部分饱和，所得图像为 T1WI 第三节 磁共振成像技术 快速成像（ fast imaging) 小角度激励 梯度回波（ Gradient Echo , GRE) 利用梯度增磁场小角度激励脉冲代替 180脉冲产生的 回波称梯度回波序列 通过调节 TR、 TE和脉冲翻转角，可获得不同性质的加 权图像 GRET1WI： 短 TR（ 200）， 短 TE（ 10） 和较大翻转角 （ 70） GRET2WI： 长 TR（ 400）， 长 TE（ 20） 和较小翻转角 重聚 GRE： FISP， FAST， GRASS， SSFP， T2WI 分散 GRE： FLASH， SP-GRASS， T1WI 第三节 磁共振成像技术 快速成像（ fast imaging) FSE（ fast spin echo)序列， RARE， Turbo SE 主要获得 T2WI， 加权程度大于 SE-T2WI HASTE(half-Fourier acquisition single shot Turbo spin-echo) 半傅立叶采集单次激发快速自旋回波 EPI(echo planar imaging) 回波平面成像 是目前最快的 MR成像法。 正常颅脑 T1加权像（ T1WI） 正常颅脑 T2加权像（ T2WI） 正常腹部 T1WI及 T2WI 第三节 磁共振成像技术 特殊序列： 脂肪抑制成像（ Fat Suppression) 水抑制序列： 液体衰减反转回复 （ fluid attenuated inversion recovery,FLAIR) 属于重 T2WI， 是将自由水如脑脊液的信号 抑制为 0，又得到 T2WI序列对病灶检出敏 感的优点。 水抑制成像（ FLAIR） 第三节 磁共振成像技术 特殊序列： 水成像 （ hydrography)或液体成像 （ liquid imaging) 是采用长 TE技术，获得重 T2WI， 以 突出水的信号，合用脂肪抑制技术，使 含水器官清晰显影。 常用： MR胰胆管造影（ MRCP） MR尿路造影（ MRU） MR脊髓造影（ MRM） MR内耳成像 胆总管癌（ MR胰胆管造影， MRCP） 肾积水 -水成像技术 （ MRU） 第四节 MRI图像特点 伪影： 图像中的假影像称为伪影 与病人有关伪影： 生理性伪影：呼吸，心跳等 病人躁动 图像处理伪影 化学位移伪影 卷褶伪影 与梯度有关的伪影 涡流、非线性、几何畸变 金属异物伪影 第五节 临床应用 一：适应证 1 中枢神经系统各种病变（炎症肿瘤 先天畸形变性血管性病变），优于 CT 2 五官及颈部软组织病变 3 纵隔及心脏大血管病变 4 腹内实质器官及腹膜后血管病变 5 脊柱及四肢骨关节病变 第五节 临床应用 二： 禁忌征 1 带有心脏起搏器者 2 危重患者需要抢救者 3 严重心肺功能不全者 4 体内有磁性金属异物者 5 怀孕三个月以内之孕妇 6 幽闭恐怖症者 第五节 临床应用 MR的优势和限度 优势： 1 成像参数多（ T1、 T2、 质子密度、流空效应）， 能提供组织的物理和生物化学特性 2 流空效应，不需造影剂即可观察心脏和血管结构 3 无需移动病人即可作多方向的扫描 4 无电离辐射 5 顺磁性造影剂无毒性反应 6 无颅底骨伪影 第五节 临床应用 MR的优势和限度 限度： 1 扫描时间较长 2 危重病人，不能很好合作和配合病人不能检查 3 磁体扫描膛较小，少数病人会有幽闭恐怖症 4 带有心脏起博器或体内顺磁性医疗装臵病人不 能检查 5 费用较高 6 钙无信号，对钙化灶为病理特征的病变诊断受 影响 第六节 MR造影剂原理及临床应用 一： MR造影剂的分类 阳性造影剂 ： Gd-DTPA 顺磁性物质 Gd3+含 7个不成对电子，为顺 磁性很强的金属，能显著缩短组织弛豫时间 （尤其是 T1时间）。 剂量： 0.1-0.2mmol/kg 方式：静脉快速团注 成像序列： T1WI 第六节 MR造影剂原理及临床应用 一： MR造影剂的分类 阴性造影剂：超顺磁性和铁磁性粒子类 （ Fe3O4 ， SPIO） 顺磁性远强于 Gd-DTPA， 造成磁场的不均匀， 改变质子横向磁化的相位，缩短组织的横向弛豫 时间（ T2值） 剂量： 0.05mmol/kg 方式：静脉滴注 成像序列： T2WI+脂肪抑制 临床应用：主要用于肝脏及网状内皮系统 第七节 MRI进展 MR血管成像（ MRA， MR angiography） MRA是显示血管和血流信号特征的 一种技术，不仅可反映血管形态，而 且可反应血流方式和速度。 第七节 MRI进展： MRA 血流在 MRI的信号改变 一、血流呈低信号 1 流空效应： 快速流动的垂直于扫描层面的血流，氢质 子在选定扫描层面内停留时间太短，不形成回 波，不产生信号。 平行于切层面的血管内血流受 90脉冲激 励去相位，不能被 180脉冲翻转产生回波，从 而 MR信号减弱。 第七节 MRI进展： MRA 血流在 MRI的信号改变 一、血流呈低信号 2 涡流等： 水分子不规则运动，特定平面内质 子相位一致性丧失，引起相位弥散，不 能产生较强的信号 第七节 MRI进展： MRA 血流在 MRI的信号改变 一、血流呈高信号 1 流入性增强效应： 在脉冲过程中，充分弛豫的质子群流入切 层面代替部分饱和的质子群。前者可接受新的 脉冲而出现新的 MR信号，而后者信号低。 周围静止组织曾受过脉冲激励，不能接受 新的脉冲激励，因而信号低。血液流入了充分 弛豫的质子群形成了高信号 第七节 MRI进展： MRA 血流在 MRI的信号改变 一、血流呈高信号 2 舒张期伪门控致动脉高信号 动脉血流速度在心脏收缩期最快，舒张期 最慢，使用心电门控时舒张期动脉血流信号强 度增高。不使用心电门控时，如心动周期与 TR 偶然同步，可产生类似心电门控的结果，称伪 门控。此时舒张期扫描层面上的动脉内信号强 度增高。 第七节 MRI进展： MRA 血流在 MRI的信号改变 一、血流呈高信号 3 偶回波血流呈现高信号 在多回波成像时，平行于切层面的血管偶 数回波信号比奇数回波信号强，这种现象称为 “ 偶回波相位回归性 ” 信号增强。 4 梯度回波序列血液呈现高信号 此时流动质子群的相位回归不需要 180 脉冲，即使质子已离开切层面，所有被激励的 质子也形成 MR信号。 第七节 MRI进展： MRA MRA方法 一、时间飞越法 （ TOF， time of flight) 在流动的血流中，在某一时间被射频 脉冲激发，而其信号在另一时间被检出， 在激发与检出之间的血流位臵已有改变， 故称为 TOF。 TOF法的基础是纵向弛豫的作用 TOF法又有三维及二维成像 第七节 MRI进展： MRA MRA方法 二、相位对比法（ PCA， phase contrast) PC法的基础是流动质子的相位效应，当流 动质子受到梯度脉冲作用而发生相位移位，如 果此时再施以宽度相同极性相反的梯度脉冲， 由第一次梯度脉冲引出的相位就会被第二次梯 度脉冲全部取消， 这一剩余相位变化是 PC法 的基础。 PCMRA有 2D、 3D及电影。 第七节 MRI进展： MRA MRA临床应用 颅脑： 已常规应用，可检出颅内动脉瘤、脑血 管畸形等，观察肿瘤对血管侵犯情况。可部分 替代 DSA。 胸腹： 显示大血管较好，如动脉瘤及夹层动脉 瘤。因不受肠气干扰，对门静脉显示清楚。 四肢： 对较大血管阻塞有一定的诊断价值。 正常腹部 T1WI及 T2WI 正常颅脑 3DTOF法 MRA 颅脑 2D PC法 MRA 正常颅脑 MRA（ TOF） 正 常 颈 部MRA 正常体部 MRA 第七节 MRI进展 MR波谱（ MRS， MR spectroscopy） . 磁共振波谱学是利用 MR中的化学位 移来测定分子组成空间构型的一 种检测 方法 . 目前常用原子核有： 1H， 31P等 第七节 MRI进展 MR波谱（ MRS， MR spectroscopy） 1HMRS常用来检测体内许多微量代谢 物如肌酸 (Cr)、 胆碱 (Cho)、 谷氨酸 (Glu)、 谷氨酰氨 (Gln)、 乳酸 (Lac)、 N-乙酰天门 冬氨酸 (NAA)等，可根据这些代谢物的多 少，分析组织代谢改变，以诊断疾病及判 断疗效。常用于颅脑肿瘤及癫痫的诊断及 研究。 第七节 MRI进展 MR波谱（ MRS， MR spectroscopy） 31PMRS被广泛应用于研究组织能量代谢 和生化改变。可检测出 7条不同的共振峰： 磷酸单酯（ PME）、 磷酸二酯（ PDE）、 磷酸肌酸（ PCr）、 无机磷（ Pi） 和三磷 酸腺苷（ ATP） 中 、 、 磷原子。 临床应用较多的是骨骼肌和心脏。 正常脑 1HMRS 1HMRS临床应用 星形细胞瘤 1HMRS Cho、 Cr及 Lac 轻 度升高， NAA显著 降低 32PMRS临床应用 正常心肌 32PMRS 犬心肌缺血 32PMRS 冠脉结扎 1h。 Pi明 显增高， Pcr、 ATP 明显减少 正常脑组织 1HMRS 放射性脑病 1HMRS 1HMRS临床应用 第七节 MRI进展 MR弥散加权图像 （ Diffusion Weighted MRI) . 是以图像来显示分子微观运动的检查技术。 . 弥散是分子的任意热运动即布朗运动。受分子结 构和温度的影响。物质的弥散特性是由弥散系数 D来描述的。 . 弥散加权主要根据 D值分布成像，由于组织之间 弥散系数不同而形成图像。目前使用表观弥散系 数（ ADC） 来描述生物分子在体内的扩散量。 . 目前多应用于脑缺血、脑梗死，特别是急性脑梗 死的早期诊断 第七节 MRI进展 MR灌注成像（ perfusion weighted MRI) . 灌注成像是用来反映组织微循环的分布 及其血流灌注情况，评估局部组织的活 力和功能的技术。 . 目前主要用于脑梗死的早期诊断，心脏、 肝脏和肾脏功能灌注及肿瘤的良恶性鉴 别诊断 第七节 MRI进展 MR灌注成像（ perfusion weighted MRI) 对比剂首过灌注成像 当顺磁性对比剂通过团注瞬间首过毛细 血管时，可导致成像组织 T1T2值缩短。利 用超快速成像方法可得到信号强度 -时间曲 线，并计算相对脑血容量 rCBV、 相对脑血 容量图 rCBVm 动脉血质子自旋标记法 血氧水平依赖对比增强技术（ BLOD） 第七节 MRI进展 脑功能 MRI检查（ fMRI） fMRI是以 MRI研究活体脑神经细胞 活动状态的崭新的检查技术。它主要借助 于快或超快速 MRI扫描技术，测量人脑在 思维、视、听觉或肢体活动时相应脑区脑 组织的 CBF、 CBV、 血氧含量及局部灌注 状态等变化，并显示于 MRI图像上。 第七节 MRI进展 脑 fMRI主要方法为 血氧水平依赖对比法 （ BLOD） 。 是以脱氧血红蛋白的磁敏感性为 基础的成像技术。当局部血流量增加时，血氧 成份增加，缩短 T2时间，通过减影刺激前后 的 T2WI图像即可得到该区域血流灌注情况的 图像 脑 fMRI日前更多仍在研究脑组织的功能部位。 临床主要用于脑部手术前计划的制定，如癫痫 手术时通过 fMRI识别并保护功能区，了解卒 中偏瘫病人脑的恢复能力的评估及精神疾病神 经活动的研究等。