《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、氢原子置于磁场的状态-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（与磁场垂直位置）到低能量状态（与磁场平行位置）的恢复过程 弛豫时间： 射频脉冲去除后，有静磁场作用下，质子恢复到平衡位置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(TE30ms) T1短：纵向磁化恢复快，MR信号强（脂肪） T1长：纵向磁化恢复慢，MR信号弱（CSF）,第三节 磁共振成像技术,T2WI: T2加权像 T2 Weighted Imaging 在MRI成像中，两种组织间信号强度的 差别主要取决于T2弛豫时间的不同，所得 图像称为T2WI 长TR(TR2000ms) 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置病人不 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置已有改变，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