磁共振成像总论培训课件

磁共振成像磁共振成像总论MRIMRI的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理经典力学为主、量子力学为辅的解释经典力学为主、量子力学为辅的解释一、原子核一、原子核核磁核磁1.原子核的构成原子核的构成质子和中子质子和中子-自旋自旋磁场磁场-磁矩磁矩(大小，方向大小，方向)2.原子核具备核磁的条件原子核具备核磁的条件所含的质子或中子为奇数所含的质子或中子为奇数2磁共振成像总论3.净磁矩净磁矩M。的产生。的产生在外磁场在外磁场B0作用下作用下-净磁矩净磁矩M0（“大磁针大磁针”）顺方向的顺方向的“小磁针小磁针”逆方向的逆方向的“小磁针小磁针”（低能态低能态1H）（高能态高能态1H）1H1H1H1H1H3磁共振成像总论4.MRI选用的原子核选用的原子核M0的特性：的特性：=B。Larmor频率频率共振频率共振频率氢原子核氢原子核1H量多量多“纯纯”检测敏感性检测敏感性4磁共振成像总论二、磁共振的发生二、磁共振的发生1、共振现象、共振现象2、在外磁场、在外磁场B0作用下作用下净磁矩净磁矩M0-共振频率共振频率=B0客体共振频率客体共振频率供体外力频率供体外力频率3、射频脉冲（、射频脉冲（RF）外加小磁场（外加小磁场（RF=）M0吸收吸收RF能量能量横向磁矩横向磁矩横向磁矩横向磁矩MMXYXY同相位同相位MMXYXY5磁共振成像总论4、磁共振信号（、磁共振信号（MRS）MXY垂直切割垂直切割B0（）感应电动势（接受线圈感应电动势（接受线圈MRS）吸收吸收RF光子能量（共振）光子能量（共振）低能态低能态1H高能态高能态1H放出能量（光子，放出能量（光子，MRS）5.5.量子力学解释量子力学解释量子力学解释量子力学解释MRMR6磁共振成像总论三、弛豫（三、弛豫（Relaxation）回复回复“自由自由”的过程的过程1.纵向弛豫（纵向弛豫（T1弛豫）：弛豫）：M0（MZ）的恢复）的恢复，“量变量变”高能态高能态1H低能态低能态1HMRS、分子（、分子（H2O）热运动）热运动（Brown运动运动磁波动）磁波动）自旋自旋晶格弛豫、热弛豫晶格弛豫、热弛豫吸收吸收RF光子能量（共振）光子能量（共振）低能态低能态1H高能态高能态1H放出能量（光子，放出能量（光子，MRS）7磁共振成像总论T1弛豫时间：弛豫时间：MZ恢复到M0的2/3所需的时间T1愈小、愈小、M0恢复愈快恢复愈快H2O热运动（Brown运动）T1长8磁共振成像总论2.横向弛豫（横向弛豫（T2弛豫）：弛豫）：MXY的去相位的去相位(dephasing)，“质变质变”；90oRF后瞬间，各后瞬间，各1H的横向磁矩相位一致（方向、频率），的横向磁矩相位一致（方向、频率），MXY最大最大1H周围环境使之旋进的方向、频率互变周围环境使之旋进的方向、频率互变；自旋；自旋-自旋弛豫，自旋弛豫，BO影响小，影响小，9磁共振成像总论T2弛豫时间：弛豫时间：MXY丧失丧失2/3所需的时间；所需的时间；T2愈大、同相位时间长愈大、同相位时间长MXY持续时间愈长持续时间愈长游离水游离水MXY的去相位慢的去相位慢(纯纯)T2长；长；MMXYXY与与S10磁共振成像总论一般组织一般组织T1T2值值CSF皮下大脑T11155235600T214580100MXY去相位明显快于去相位明显快于M0回复回复“先分散，后长高先分散，后长高”11磁共振成像总论3、T1和和T2的弛豫过程，与信号的关系：的弛豫过程，与信号的关系：有效的有效的MXY减小，减小，T2直接影响直接影响MXY，T1-M0-MXY12磁共振成像总论四、四、影响影响T1和和T2的物理因素的物理因素H2O热运动（热运动（Brown运动）运动），T1长长1、温度的影响、温度的影响温度温度-H2O热运动热运动-接近接近-T12、分子大小的影响、分子大小的影响自由自由H2O-小分子小分子-Brown运动运动高高1H-低低1H慢、慢、固态蛋白固态蛋白-大分子大分子-Brown运动运动T1长、长、M0恢复慢。恢复慢。水化层水化层H2O，胆固醇，蛋白液体，胆固醇，蛋白液体-中分子中分子-Brown运动运动高高1H低低1H快、快、T1短、短、M0恢复快。恢复快。13磁共振成像总论3.顺磁性物质顺磁性物质Fe3+Gd（釓）（釓）T1驰豫快，驰豫快，T1缩短缩短在B0作用下带磁，晶格磁波动、高1H低1H快在B0作用下带磁，形成无数同向小磁针促进M0恢复快14磁共振成像总论磁共振成像技术磁共振成像技术磁共振成像技术磁共振成像技术图像空间分辨力，对比分辨力一、如何确定一、如何确定MRI的来源的来源（一）层面的选择1.MXY产生（1H共振）条件RF=B02.梯度磁场Z（GZ）GZB0不同频率的RF特定层面1H激励、共振3.层厚的影响因素RF的带宽GZ的强度层厚15磁共振成像总论二体素信号的确定二体素信号的确定1、频率编码2、相位编码M0-GZ、RF相应层面MXY-GY沿Y方向1H有不同各1H同相位MXY旋进速度不同同频率一定时间后GX沿X方向1H有不同沿Y方向不同1H的MXYMXY旋进频率不同位置不同（相位不同）16磁共振成像总论三空间定位及傅立叶转换三空间定位及傅立叶转换GZ-某一层面产生MXYGX-MXY旋进频率不同GY-MXY旋进相位不同（不影响MXY大小）某一层面不同的体素，有不同频率、相位MRS（FID）17磁共振成像总论二、脉冲序列和扫描参数二、脉冲序列和扫描参数-组织信号对比组织信号对比脉冲序列脉冲序列(pulsesequence)：RF如何如何激励激励M0、产生、产生MXY，何时何时采集采集S组织特性组织特性成像参数成像参数Xray密度密度KV、mASMRI1H、T1、T2、流空、流空序列（序列（TR、TE、等）、等）18磁共振成像总论（一）部分饱和脉冲序列TR(timeofrepetition)900RFM0900RFMXYM0MXYM0MXY19磁共振成像总论（二）（二）反转恢复脉冲序列反转恢复脉冲序列TI（timeofinversion）1800RFM0=0900RFMXY=0M0M0M0M0MXYTI某组织某组织T1时，该组织无信号；脂肪抑制图像；时，该组织无信号；脂肪抑制图像；STIR20磁共振成像总论（三）自旋回波脉冲序列（三）自旋回波脉冲序列（spinecho,SE）激励与采集分离激励与采集分离21磁共振成像总论（三）自旋回波脉冲序列（三）自旋回波脉冲序列（spinecho,SE）TRTE(timeofecho)900RF1800RFS900RFM0-MXY-MXY0-MXY-M0-22磁共振成像总论单个单个SE多个多个SE23磁共振成像总论四快速成像序列24磁共振成像总论MRIMRI图像的特点图像的特点图像的特点图像的特点一、组织的一、组织的MR特性特性-1H、T1、T2、等、等组织特性组织特性成像参数成像参数Xray密度密度KV、mASMRI1H、T1、T2、流空、流空 序列（序列（TR、TE、等）、等）表达方法表达方法-sequence，序列，序列weightedimage,WI，权重，权重25磁共振成像总论（一）质子密度（一）质子密度N（H）1.如何反映组织N（H）差异质子加权像，N（H）WIM0-MXY-M0-MXYRFSRFSTETETR长TR-不论T1快慢，下一次RF各组织M0接近，T1影响很小；短TE-不论T2快慢，接收信号时MXY均较大，T2影响较小；（SMXY大小M0N（H）26磁共振成像总论2.N（H）小的组织结构）小的组织结构如含气腔、骨皮质、钙化灶、一般肌腱韧带如含气腔、骨皮质、钙化灶、一般肌腱韧带N（H）-M0-MXY小小任何序列其信号均低（小）任何序列其信号均低（小）T2WIT1WIT1WIT2WI27磁共振成像总论（二）（二）T1弛豫时间弛豫时间T1加权像，T1WIM0、MXY-M0、MXYRFSRFSTETETR短TE-不论T2快慢，接收信号时MXY均较大，减小T2影响；短TR-下一次RF时T1短、弛豫快、M0恢复快（M0大）、MXY大、S强；T1长、弛豫慢、M0恢复慢（M0小）、MXY小、S弱；（T1弛豫-M0恢复-MXY大小）28磁共振成像总论短T1组织成份：脂肪组织、胆固醇、高蛋白囊液、血栓长T1组织成份：游离水（T1最长）、肿瘤、炎症、梗死（游离水）相对29磁共振成像总论（三）（三）T2弛豫时间弛豫时间T2加权像加权像，T2WIM0、MXY-MXY-M0、MXY-MXYRFSRFSTETETR长TR-不论T1快慢，下一次RF各组织m0接近，减小T1影响；长TE-接收S时：T2短、弛豫快、MXY小、S强；T2长、弛豫慢、MXY大、S弱；30磁共振成像总论（四）小结（四）小结SE序列TR、TE长短对显示组织N（H）、T1、T2特性的影响：长TR-消除、减小T1影响；短TR-短T1者，M0大，MXY大，S强；长T1者，M0小，MXY小，S弱；短TE-消除、减小T2影响；长TE-长T2者，MXY保留长、大，S强；短T2者，MXY保留短、小，S弱；TRTEWI长（长（1500-2500mS）短（短（15-45mS）N（H）WI长长长（长（60-150mS）T2WI短（短（200-800mS）短短T1WI短短长长32磁共振成像总论组织T1WIT2WI组织T1WIT2WI脂肪很亮中等亮椎间盘正常中度亮亮囊肿水样很暗很亮变性中度黑黑蛋白亮很亮肺黑黑脑白质亮中度黑肝正常中度亮黑灰质中度黑中度亮肝癌黑中度亮CSF很黑很亮血管瘤黑亮骨黄骨髓很亮中等黑胰中度亮黑红骨髓中度亮较暗脾黑亮骨皮质很黑很黑血肿急性中度黑黑软骨纤维很黑很黑亚急性边缘亮亮透明中间中间慢性边缘黑边缘黑肌腱、韧带很黑很黑肌肉黑黑部分组织的部分组织的MR信号信号33磁共振成像总论二、流动效应（二、流动效应（flow-effect,flowvoideffect）（一）无或低信号无或低信号1.正常流速（10cm/s）和流速快1H受激发-信号录取过程尚未完成，1H已流出该层面。2、涡流1H相位一致性丧失；900RF1800反转聚焦MXY、T2血管外MXY形成血管内流入M034磁共振成像总论二高信号（二高信号（MRA)流动相关增强(flow-relatedenhancement)TOF（timeofflight，时间飞越法）：血流相对慢、TR短；1、“新鲜”的磁化1H（M0）进入层面，能完成一整个RF、S录取；2、血管外经多次RF短TR，M0恢复小反复900RFM035磁共振成像总论PCA(phasecontrastangiography，相位对比法）固定组织质子经二个极性相反的梯度脉冲，MXY相位抵消，血管内因流入影响小。36磁共振成像总论三、伪影（三、伪影（artifact）一体内因素一体内因素1、运动伪影心脏跳动-心电门控；呼吸运动-呼吸门控；大血管波动；肠蠕动；2、血流和CSF流动伪影二体外因素二体外因素1、金属物体2、静电三三MR系统形成的伪影系统形成的伪影1、化学移位伪影（chemicalshiftartifact）2、折叠伪影(wrap-aroundartifact)3、低信号伪影(low-intensityartifact)四、门控（四、门控（GatingControl）37磁共振成像总论五、五、MR造影剂（造影剂（CONTRAST）顺磁性物质顺磁性物质（paramagneticsubstance)釓二乙烯三胺五乙酸godolinium-DTPA(Gd-DTPA)1、物理基础：+3Gd，“无数方向与外加磁场一致的强小磁针”周围T1缩短；2、病理基础：同CT增强病变组织异常循环；Gd-DTPA能透过正常的BBB；超顺磁性物质超顺磁性物质(superparamagnetic)阴性造影剂破坏磁场均匀，加速dephasing，缩短T2超顺磁氧化铁(SPIO)Kupffer细胞吞噬，正常背景S改变；38磁共振成像总论MRI的设备的设备一、信号的产生、探测接受信号的产生、探测接受1.磁体（Magnet）:静磁场B0（Tesla,T）组织净磁矩M0永磁型（permanentmagnet）常导型（resistivemagnet）超导型（superconductingmagnet）磁体屏蔽（magnetshielding）2.梯度线圈（gradientcoil）:形成X、Y、Z轴的磁场梯度功率、切换率3.射频系统（radio-frequencesystem，RF）MR信号接收二、信号的处理和图象显示二、信号的处理和图象显示数模转换、计算机，等等；39磁共振成像总论MRI技术的优势技术的优势1、软组织分辨力强（判断组织特性）2、多方位成像3、流空效应（显示血管）4、无骨骼伪影5、无电离辐射，无碘过敏6、不断有新的成像技术40磁共振成像总论MRI技术的禁忌证和限度技术的禁忌证和限度1.禁忌证体内弹片、金属异物各种金属置入：固定假牙、起搏器、血管夹、人造关节、支架等危重病人的生命监护系统、维持系统不能合作病人，早期妊娠，高热及散热障碍2.其他钙化显示相对较差空间分辨较差（体部，较同等CT）费用昂贵多数MR机检查时间较长41磁共振成像总论颅脑颅脑颅脑颅脑MRIMRI适应证适应证适应证适应证1.颅内良恶性占位病变颅内良恶性占位病变2.脑血管性疾病脑血管性疾病梗死、出血、动脉瘤、动静脉畸形（梗死、出血、动脉瘤、动静脉畸形（AVM）等等3.颅脑外伤性疾病颅脑外伤性疾病脑挫裂伤、外伤性颅内血肿等脑挫裂伤、外伤性颅内血肿等4.感染性疾病感染性疾病脑脓肿、化脓性脑膜炎、病毒性脑炎、结核等脑脓肿、化脓性脑膜炎、病毒性脑炎、结核等5.脱髓鞘性或变性类疾病脱髓鞘性或变性类疾病多发性硬化（多发性硬化（MS）等等6.先天性畸形先天性畸形胼胝体发育不良、小脑扁桃体下疝畸形等胼胝体发育不良、小脑扁桃体下疝畸形等42磁共振成像总论脊柱和脊髓脊柱和脊髓脊柱和脊髓脊柱和脊髓MRIMRI适应证适应证适应证适应证1.肿瘤性病变肿瘤性病变椎管类肿瘤（髓内、髓外硬膜内、硬膜外），椎管类肿瘤（髓内、髓外硬膜内、硬膜外），椎骨肿瘤（转移性、原发性）椎骨肿瘤（转移性、原发性）2.炎症性疾病炎症性疾病脊椎结核、骨髓炎、椎间盘感染、硬膜外脓肿、脊椎结核、骨髓炎、椎间盘感染、硬膜外脓肿、蛛网膜炎、脊髓炎等蛛网膜炎、脊髓炎等3.外伤外伤骨折、脱位、椎间盘突出、椎管内血肿、脊髓损伤等骨折、脱位、椎间盘突出、椎管内血肿、脊髓损伤等4.脊柱退行性变和椎管狭窄症脊柱退行性变和椎管狭窄症椎间盘变性、膨隆、突出、游离，椎间盘变性、膨隆、突出、游离，各种原因椎管狭窄，术后改变，各种原因椎管狭窄，术后改变，5.脊髓血管畸形和血管瘤脊髓血管畸形和血管瘤6.脊髓脱髓鞘疾病（如脊髓脱髓鞘疾病（如MS），脊髓萎缩），脊髓萎缩7.先天性畸形先天性畸形43磁共振成像总论胸部胸部胸部胸部MRIMRI适应证适应证适应证适应证呼吸系统呼吸系统呼吸系统呼吸系统 对纵隔及肺门区病变显示良好，对肺部结构显示不如对纵隔及肺门区病变显示良好，对肺部结构显示不如CT。1.胸廓入口病变及其上下比邻关系胸廓入口病变及其上下比邻关系2.纵隔肿瘤和囊肿及其与大血管的关系纵隔肿瘤和囊肿及其与大血管的关系3.其他其他较较CT无明显优越性无明显优越性4.4.心脏及大血管心脏及大血管心脏及大血管心脏及大血管 5.大血管病变大血管病变各类动脉瘤、腔静脉血栓等各类动脉瘤、腔静脉血栓等6.心脏及心包肿瘤，心包其他病变心脏及心包肿瘤，心包其他病变7.其他（如先心、各种心肌病等）较超声心动图无优势，应用不广其他（如先心、各种心肌病等）较超声心动图无优势，应用不广44磁共振成像总论腹部腹部腹部腹部MRIMRI适应证适应证适应证适应证主要用于部分实质性器官的肿瘤性病变主要用于部分实质性器官的肿瘤性病变1.肝肿瘤性病变，提供鉴别信息肝肿瘤性病变，提供鉴别信息2.胰腺肿瘤，有利小胰癌、胰岛细胞癌显示胰腺肿瘤，有利小胰癌、胰岛细胞癌显示3.宫颈、宫体良恶性肿瘤及分期等，先天畸形宫颈、宫体良恶性肿瘤及分期等，先天畸形4.肿瘤的定位（脏器上下缘附近）、分期肿瘤的定位（脏器上下缘附近）、分期5.胆道、尿路梗阻和肿瘤，胆道、尿路梗阻和肿瘤，MRCP，MRU6.直肠肿瘤直肠肿瘤45磁共振成像总论骨与关节骨与关节骨与关节骨与关节MRIMRI适应证适应证适应证适应证X线及线及CT的后续检查手段钙质显示差和空间分辨力的后续检查手段钙质显示差和空间分辨力部分情况可作首选：部分情况可作首选：1.累及骨髓改变的骨病（早期骨缺血性坏死，早期骨髓炎、累及骨髓改变的骨病（早期骨缺血性坏死，早期骨髓炎、骨髓肿瘤或侵犯骨髓的肿瘤）骨髓肿瘤或侵犯骨髓的肿瘤）2.结构复杂关节的损伤（膝、髋关节）结构复杂关节的损伤（膝、髋关节）3.形状复杂部位的检查（脊柱、骨盆等）形状复杂部位的检查（脊柱、骨盆等）46磁共振成像总论