MRI诊断学总论

MRI 诊断学总论,1,1.了解MRI成像原理及其新进展 2.掌握常用MRI-SE序列、图像特点、应用范围、优缺点及MRI读片方法。,重点内容,2,MRI历史1946年美国Purcell Bloch发现MR 现象1952年获诺贝尔物理学奖1973年美国Lautenber发明了第一幅MR图像1978年Mallard Hutchison 及Lautebur等用0.040.05T的MR机取得第一幅人体头、胸和腹部图像1980年以后应用于临床,3,MRI设备,磁体 永磁型、阻抗型、超导型梯度系统（X、Y、Z）射频系统计算机系统附属设备 射频屏蔽、磁屏蔽等,4,一、MRI的物理学原理,5,1、人体MR成像的物质基础,原子的结构,6,原子核总是绕着自身的轴旋转自旋 ( Spin ),7,地球自转产生磁场原子核总是不停地按一定频率绕着自身的轴发生自旋 ( Spin )原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁场称为核磁，因而既往把磁共振成像称为核磁共振成像（NMRI ）现简称MRI,自旋与核磁,8,所有的原子核都可产生核磁吗？,质子为偶数，中子为偶数,质子为奇数，中子为奇数质子为奇数，中子为偶数质子为偶数，中子为奇数,产生核磁,不产生核磁,9,+H（氢质子）原因： 1、磁化率很高 2、占人体原子的绝大多数通常所指的MRI为氢质子的MR图像,目前用于人体MR成像是何种原子核？,10,人体元素1H14N31P13C23Na39K17O2H19F,摩尔浓度99.01.60.350.10.0780.0450.0310.0150.0066,相对磁化率1.00.0830.0660.0160.0930.00050.0290.0960.83,11,人体内有无数个氢质子（每毫升水含氢质子31022）每个氢质子都自旋产生核磁现象人体象一块大磁铁吗？,12,人体内氢质子的平时状态,尽管每个质子自旋均产生一个小的磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，人体并不表现出宏观磁化矢量。,13,2、人体进入主磁体发生了什么？,没有外加磁场的情况下，质子自旋产生核磁，每个氢质子都是一个“小磁铁”，但由于排列杂乱无章，磁场相互抵消，人体并不表现出宏观的磁场，宏观磁化矢量为0。,14,进入主磁场前后人体组织质子的核磁状态,15,Precessing (进动),16, = .B,：进动频率 Larmor 频率,：磁旋比 42.5兆赫 / T,B：主磁场场强,17,3、什么叫共振，怎样产生磁共振？,共振：能量从一个震动着的物体传递到另一个物体。其先决条件是后者的震动频率必须与前者相同。,18,体内进动的氢质子怎样才能发生共振呢？,给低能的氢质子能量，氢质子获得能量进入高能状态，即核磁共振。,19,怎样才能使低能氢质子获得能量，产生共振，进入高能状态？,20,磁共振现象是靠射频线圈发射无线电波（射频脉冲）激发人体内的氢质子来引发的，这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同，低能的质子获能进入高能状态,微观效应,21,射频脉冲激发后的效应是使宏观磁化矢量发生偏转射频脉冲的强度和持续时间决定射频脉冲激发后的效应,低能量,中等能量,高能量,宏观效应,22,90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接收线圈，MR仪可以检测到。,23,1.无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了90度，MRI可以检测到人体发出的信号.2. 氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，90度脉冲后偏转到横向的磁场越强，MR信号强度越高.3.此时的MR图像可区分质子密度不同的两种组织.,非常重要,24,非常重要,检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，对于临床诊断来说是远远不够的。,我们总是在90度脉冲关闭后过一定时间才进行MR信号采集。,25,4、射频线圈关闭后发生了什么？,26,无线电波激发使磁场偏转90度，关闭无线电波后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向),27,射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为核磁弛豫。该过程所需时间称为：弛豫时间 核磁弛豫分为两个部分：横向弛豫 纵向弛豫,5、 核磁弛豫,28,Relaxation,弛 豫,放松自己,29,（1）横向弛豫,也称T2弛豫，即为横向磁化矢量减少的过程。,30,T2弛豫的原因自旋质子磁场暴露在大磁场与临近自旋质子的小磁场中，由于分子的运动，质子周围的小磁场不断波动，每个质子感受的磁场不均匀,磁场高质子进动快,场强低质子进动慢,同相位进动的质子失相位,根据Lamor定律,31,32,不同的组织横向弛豫速度不同（T2值不同）,衰减至最大值的37%时所经历的时间即为一个T2时间,33,（2）纵向弛豫,也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。,不同的组织纵向弛豫速度不同（T1值不同）,34,纵向弛豫的机理,90度激发,低能的质子获能进入高能状态,纵向弛豫,高能的质子释放能量,35,晶格震动频率低于质子进动频率能量传递慢含高浓度大分子蛋白,晶格震动频率接近于质子进动频率能量传递快脂肪，含中小分子蛋白质,高能的质子把能量释放给周围的晶格（分子）,晶格震动频率高于质子进动频率 能量传递慢纯水,36,T1弛豫是由于高能质子的能量释放回到低能状态用T1值来描述组织T1弛豫的快慢,T1值规定为纵向磁化矢量达到其最终平衡状态63%的时间（类似化学元素的半衰期）,37,不同组织有不同的T1弛豫时间,38,人体各种组织的T2弛豫要比T1弛豫快得多,T2 T1,39,不同组织有着不同质子密度横向(T2)弛豫速度纵向(T1)弛豫速度这是MRI显示解剖结构和病变的基础,40,总结一下MR成像的过程,把病人放进磁场 人体被磁化产生纵向磁化矢量 发射射频脉冲（同时进行空间定位编码） 人体内氢质子发生共振从而产生横向磁化矢量 关掉射频脉冲 质子发生T1、T2弛豫 （同时进行空间定位编码） 线圈采集人体发出的MR信号 计算机处理（付立叶转换） 显示图像,41,MRI成像原理,是利用人体内+H质子在磁场和射频磁场中被激发，使其发生能级转换，由接收线圈获得释放（在质子弛豫过程中释放能量并产生MR信号）的MR信号，经计算机进行图像重建，从而获得相应部位的MRI影像。,42,二、MRI成像的相关因素,43,（一）组织因素,质子密度T1弛豫时间T2驰豫时间流空效应,44,45,（二）技术因素,1、脉冲序列SE 系列特点（90 -180 -90 -180 ）IR 系列特点（180 -90 -180 -90 ）SR 系列特点（90 -90 -90 -90 ） 快速成像 FSE （快速自旋回波）、FLASH（快速小角度激发成像）、GRASS（稳态梯度-回返采集成像）及GE（梯度回波）等,46,（1）SE序列产生的MR信号,能反映组织的三个特性:T1和T2及质子密度TR:整个脉冲序列在一定间隔后加以重复称重复时间TE:从起始90脉冲到回波信号之间的时间称回波时间,47,（2）自旋-回波的加权参数,TR TET1WI 短(500ms) 短(30ms)T2WI 长(18003000ms) 长(90120ms)质子密度 长(1800ms) 短(30ms),48,所谓的加权就是“重点突出”。T1加权成像（T1WI）-突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别T2加权成像（T2WI）-突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别质子密度加权成像（PD）突出组织氢质子含量差别,（3）何为加权？,49,T1值越小 纵向磁化恢复越快 MR信号越（强）高（白）T1值越大 纵向磁化恢复越慢 MR信号越（弱）低（黑）脂肪组织的T1值约为：250毫秒 MR信号高（白）水的T1值约为：3000毫秒MR信号低（黑）,T1加权成像(T1WI),反映组织纵向弛豫的快慢！,50,反映组织 横向弛豫的快慢！,T2加权成像（T2WI),T2值小 横向磁化矢量减少快 MR信号低（黑）T2值大 横向磁化矢量减少慢 MR信号高（白）水的T2值约为：3000毫秒 MR信号高脑组织的T2值约为：100毫秒 MR信号低,51,注意！,人体大多数病变的T1值、T2值均较相应的正常组织大，因而在T1WI上较正常组织“黑”，在T2WI上较正常组织“白”。,52,（4）正常组织的MRI信号,水：长T1 （黑-低信号）、长T2 （白-高信号）软组织：等T1 （灰-等信号）、等T2 （灰-等信号）空气及骨皮质：无信号（黑）脂肪：短T1 （白-高信号） 、较长T2 （灰白-较高信号）,53,2、饱和成像技术,采用特殊的方法，使某种组织的信号减少或消失，而另一种组织的信号得以提高即饱和技术。由于各种组织的TI值不同，其纵向磁化到达0值的时间也各不相同。如选择一个特定时间T1进行信号激发与采集，则在MR信号激发与采集时无法产生该组织的信号即被饱和。这种技术又称为抑制技术。如STIR和FLAIR序列等,54,1）脂肪抑制技术,常用短恢复时间反转恢复法（STIR）进行脂肪抑制。因脂肪在MRI上通常呈高信号（白色），影响了某些部位（如球后）病变的显示。使用该技术后，使脂肪呈低信号（黑色），较好的显示了病变。主要用于眼眶、肝脏、关节等部位病变的诊断。,55,56,2）自由水抑制技术（FLAIR）,该技术实为反转恢复技术，其原理是利用各种组织的T1值不同，将180度脉冲提前，使脑脊液在90度脉冲作用时纵向磁化矢量为0，从而不产生信号，采用长TR，TE，并采用FSE序列，再缩短扫描时间，所产生的图像是脑脊液信号为零的极重度T2加权像。适用于脑缺血病变的检出，特别是避免脑室旁与临近蛛网膜下腔的病灶的漏检，对临床上常规MRI检查阴性者意义更大。,57,58,1、脑功能成像（FMRI）,弥散成像（DWI）灌注成像（PWI）脑活动功能成像（BOLD）,三、MRI新进展,59,ADC图示病灶呈高信号,同层面DWI示病灶呈低信号,60,T2WI,DTI,Healthy Volunteer,61,Tractography of Tumor (WIP),Images Courtesy of University of Tokyo,Stereoscopic Fused Views,Advanced Neuro Applications,62,63,（ a）首过灌入曲线,（ b ） TTP图,64,MRI在 心脏1)解剖结构,能准确显示心脏内外壁的解剖，从以观察形态学改变为主，发展为电影磁共振和磁共振血管成像，能提供静态与动态的心脏影像。尤其是工作站的各种图像后处理，以伪彩和3D方式更直观病变，对拟定手术方案有价值，主要用于肥厚性心脏病、心脏肿瘤及心肌梗塞等,65,66,2)功能评价：,MRI的白血技术及电影磁共振方式的播放，可更形象地观察心肌，并评价血流情况。心肌网格标记技术，心肌灌注成像技术等，使心脏功能的评价成为现实。可判断心脏的收缩功能，评价心肌的区域性运动，瓣膜功能等。,67,68,磁共振波谱成像(MRSI),是目前唯一能够无创探测活体组织细胞代谢（分析生化物质结构及含量）情况的影像学检查，尤其是了解肿瘤的代谢变化。因组织学成分及恶性程度不同的肿瘤内，N-乙酰天门冬安酸（N-AA），肌酸（Cr）,胆碱复合物（Cho）,乳酸（Lac）及肌醇（Ml）等代谢物数值的升高与降低，波谱成像能较敏感地反映出来，故可早期发现病变。主要用于代谢性疾病及脑肿瘤等方面的研究。,69,多体素 MRS,70,单体素 MRS,71,72,2、MR血管成像,73,74,3、MR水成像,75,76,磁共振胆管成像（MRCP）,是一种非侵袭性观察胆胰管系统解剖与病理形态的技术，其成像理是利用人体内生理聚集的液体，采用特别的成像技术，显示重T2加权的效果。其图像类同经内镜逆行胆胰管造影（ERCP）。对胆管先天异常，结石，肿瘤及良性狭窄显示极好。,77,78,79,磁共振泌尿系造影（MRU）,是该系统疾病影像检查的补充，其图像类似于IVP和逆行肾盂造影。尤其适用于肾功能不全和碘过敏的患者，以及儿童和孕妇。,80,81,MR椎管水成像（MRM）,类似于椎管造影，且优于脊髓造影。能立体显示脑脊液呈柱状高信号，环绕于呈等信号脊髓的四周，脊髓、马尾、终丝、神经根及神经根鞘均能清晰显示，对认识正常解剖及发现异常征象极为有利。适用于先天性异常、退行性变、外伤、感染及肿瘤等病变的诊断。,82,83,MRI造影剂的应用,84,无创伤、无X线辐射、有极高的软组织分辨率通过流空效应来评价血流无骨伪影，全身无死角 多方位、多层面、多参数成像等,MRI优点,85,神经系统 脑脱髓鞘疾病（多发性硬化）、脑梗塞、脑肿瘤；脊髓肿瘤、外伤、先天性异常等 胸 、腹部 纵隔大血管及心