医学影像学概论 第一章 放射学.doc

第一篇 医学影像学概论 第一章 放射学 第四节 磁共振成像 一、概述： 磁共振成像（Magnetic resonance Imaging， MRI）是利用原子核在磁场内所产生的信号经重建成像的一种影像技术。二、MR发展简史1946年 发现磁共振现象 Purcell和Bloch1973年 两个充水试管的MR图像 Lauterbur 1974年 活鼠的MR图像 Lauterbur 1976年 人胸部的MR图像 Damadian1980年 MR设备商品化第一节 MRI成像基本原理与设备一、MRI成像基本原理和设备向患者发射短促的无线电波，称之为射频脉冲radiofrequency(RF) pulse 。质子吸收RF脉冲的能量，由低能级（指向上）跃迁到高能级（指向下）。氢原子核吸收射频能量并产生能级跃迁，能级跃迁即为核磁共振过程。向患者发射RF脉冲，如RF脉冲与质子进动频率相同，就能把其能量传给质子，出现共振。中止RF脉冲，则由RF脉冲引起的变化很快恢复的原来的平衡状态，即发生了弛豫(relaxation)。两种弛豫：纵向磁化恢复，其过程为纵向弛豫，横向磁化消失，其过程为横向弛豫。人体不同器官的正常组织与病理组织的T1、 T2是相对恒定的，而且它们之间有一定的差别。这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成像基础。 获得选定层面中各种组织的T1、T2值，就可获得该层面中各种组织影像的图像。用信号接收器收集信息，数字化后输入计算机处理，将获得的每个体素的T值进行空间编码，再经转换器将每个T值转为模拟灰度而重建图像。TR（repetition time）为重复时间，即两个激励脉冲的间隔时间；TR的长短决定着能否显示组织间的T1的差别。 TR1500ms为长TR。TE (echo time)为回波时间: 即90脉冲与 产生回波之间的时间。TE80ms为长TE。如何获得不同的MR图像，这要取决于所获得的层面中各种组织的T1、T2或Pd的差别。T1WI: 由T1差别形成的图像为T1加权像。T1信号及图像由TR决定。 T1WI选用短TR（500ms）；短TE（15-25ms） T2WI: 由T2差别形成的图像为T2加权像。T2信号及图像由TE决定。 T2WI选用长TR（1500-2500ms）长TE（90-120ms）。 PdWI: 由质子密度差别形成的图像为质子密度加权像。质子密度信号及图像由TR决定。PdWI选用长TR（1500-2500ms）；短TE（15-25ms）。MR成像的操作步骤：将患者摆入强的外磁场中；发射无线电波，瞬间即关掉无线电波；接收由患者体内发出的磁共振信号；利用磁共振信号重建图像。 MR设备中的数据采集、处理和图像显示，除图像重建用傅利叶变换代替了反投影以外，与CT设备相似。近年来，MR的硬件与软件发展很快，不断在改进与完善。MRI设备主磁体、梯度线圈、射频发射器及MR信号接收器，这些负责MR信号的产生、探测与编码； 模拟转换器、计算机、磁盘、磁带机 等负责数据处理、图像重建、显示与存储。 主磁体非常重要，磁场强度（场强单位为T或G，1T=10000G） 、磁场均匀性和稳定性影响MR图像的质量。通常用主磁体的类型来说明MR设备的类型。三种主磁体有： 永久磁体：永久带有磁性，运作时不耗能，但是热稳定性差，场强低，一般低于0.3T，重量大。 阻抗磁体：也称常导体。当电流通过线圈时产生磁场，故又称电磁体。 耗电能，须冷却，场强一般也不高。 超导磁体：主线圈用超导材料制成，当它冷却到-269时，导电材料失去对电流的阻力。只要通电一次，电流就持久地在线圈内流动，并产生一个恒定的磁场。其优点为场强高且均匀。场强在0.35-1.5T。高场强MR机空间分辨率好，但造价及冷却剂昂贵。三种线圈： 梯度线圈：改变主磁体的磁场，产生梯度场，用作选层和信息的空间定位。因为是三维空间，故需要三套相应的梯度线圈。 体积线圈：完全包绕需要成像的部位，大小与扫描部位的大小相仿。作为发射RF脉冲之用，也作为接收线圈。 表面线圈：直接放在兴趣区部分，形状与受检部位相适应，专用作接收线圈，接收来自附近结构的信号，对深部结构的信号接收能力差。射频发射器与MR信号接收器为射频系统，主要由线圈组成。射频发射器是为了产生不同的脉冲序列，以激发体内的氢原子核，产生信号。射频发射器很像一个短波发射台及发射天线，向人体发射脉冲。人体内的氢原子核相当于一台收音机接收脉冲。脉冲停止发射后，人体氢原子核变成一个短波发射台，而MR信号接收器则成为一台收音机接收MR信号。第二节 MR图像的特点一、多参数成像一个层面可有T1WI、T2WI、PdWI三种 MR图像。在T1WI显示解剖结构较好，在T2WI显示的病变影像较好。虽然MR与CT图像一样是以不同的灰度显示，CT图像的灰度是反映组织密度；而MR图像的灰度是反映组织的信号强度。二、多方位成像MR可获得人体横断面、冠状面、矢状面及任何方向断面的图像，有利于病变的三维定位。三、流动效应 在SE序列，对一个层面施加90脉冲时，该层面内的质子，如流动血液或脑脊液的质子，均受到脉冲的激发，中止脉冲后，接受该层面的信号时，血管内血液被激发的质子已流动离开受检层面，接收不到信号，这一现象称之为流空现象。流空的血管腔呈黑影。四、对比增强五、质子弛豫增强效应MR的成像优势：1、多参数成像（T1、T2、Pd等）；2、多方位成像；3、软组织对比分辨率高，无骨伪影干扰；4、流动效应，即血流成像；5、质子弛豫增强效应和对比增强；6、显示病变敏感、确定病变位置与定量诊断准确。MR信号强度的决定因素： 1. T1值 2. T2值 3.质子密度 4.血液流动效应第三节 MRI检查技术一、脉冲序列（一）自旋回波脉冲序列（ spin echo SE） SE序列有两个扫描参数，即TR与TE，改变TR与TE可以改变组织T1、T2或质子密度对影像灰度或亮度的影响和组织间的信号对比。 选择不同的TR与TE可分别获得T1WI、T2WI和PdWI。 快速SE和GRE序列同样可显著提高采样速度，缩短成像时间。（二）梯度回波序列 梯度回波序列（gradient echo sequence,GRE）是常用的快速成像脉冲序列。GRE序列既保持了图像较好的信噪比，又显著地缩短了检查时间。它可获得准T1WI、准T2WI和准PdWI。即缩短时间，但图像质量基本不下降。主要用于心脏血管成像、与流动液体相关的成像、骨关节成像和脑实质成像等。（三）回波平面成像回波平面成像（echo planar imaging, EPI）是新开发的快速成像技术，其特点是通过一次RF激发，即可获得整个层面成像的原始数据，从而缩短成像时间，其成像时间可以缩短到20ms。这样，可以不用门控技术，对于进行功能性MR成像是非常必要的。二、水成像 水成像又称液体成像，它是采用长TE技术，获得重T2WI，突出水的信号，合用脂肪抑制技术，使含水器官清晰显影。MR水成像技术无痛苦、无创伤、方便、实用价值较大。MR胰胆管造影（MR cholangiopancreatography, MRCP），可显示肝内外胆管及胰管，是梗阻性黄疸的首选的影像学方法，可明确梗阻部位并分析病因。MR尿路造影（MR urography, MRU）, MR脊髓造影（MRM）、MR内耳成像，MR涎腺成像等都有一定的价值。三、脂肪抑制序列 脂肪抑制序列是将图像上的由脂肪成分形成的高信号抑制下去，使其信号强度减低，而非脂肪成分的高信号不被抑制，保持不变，用以验证高信号是否是脂肪组织。如高信号被抑制则是脂肪组织，而显示高信号的正铁血红蛋白、顺磁性物质、如含铁血黄素颗粒的黑色素瘤及顺磁性对比剂强化的病灶不被抑制，保持不变。这样就有助于出血、肿瘤和炎症等疾病的鉴别。四、MRI对比增强检查是静脉内注入能使质子弛豫时间缩短的顺磁性物质作对比剂，行MRI对比增强。现用的对比剂为钆-二乙三胺五醋酸（Gadolinium-DTPA,Gd-DTPA）这种对比剂不能通过血脑屏障，不被胃粘膜吸收，完全在细胞外间隙内，又无特殊的靶器官分布，有利于鉴别疾病的性质。病灶强化与否及强化程度同病灶血供的多少和血脑屏障形成不良或破坏的程度密切相关五、MR血管造影MRI检查技术小结1、扫描技术一般为T1WI、T2WI、PdWI。2、扫描序列常用（1）SE、（2）梯度回波脉冲序列（3）EPI（回波平面成像）3、特殊技术：MRA（磁共振血管造影）、MRCP（磁共振胰胆管造影）MRUP（磁共振尿路造影）、MRM等水成像技术，以及DWI及PWI和 功能成像等。4、造影增强：钆喷酸葡胺、菲力磁。MR的成像的注意事项1.手机、传呼机、手表等勿带入机房；2.各种磁卡如储蓄卡、IP卡、就餐卡等勿带入机房；3.假牙、避孕环须摘除；4.各种金属首饰、皮带、带拉链的衣服勿带入 机房；6.克服幽闭恐惧感。 MR的成像禁忌：1.体内有金属弹片、人工关节、动脉瘤手术金属夹、心脏起搏器等，不能进行MR检查。 2.危重患者需使用生命监护和生命维护系统的患者也不能进行这种检查。 3.孕妇，尤其早期妊娠时应慎用； 4.高热或散热功能障碍患者慎用。第四节 MRI分析与诊断首先要了解MRI设备的类型、磁场强度和扫描技术条件，例如使用的脉冲序列，如TR与TE的长短，因为它们直接影响图像的对比，并有助于分辨T1WI、T2WI和PdWI。MRI显示解剖结构清晰