核磁共振技术黑血白血.ppt

磁共振基本概念 磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术 是一种新的 非创伤性的成像方法 它不用电离辐射而可以显示出人体内部结构 核磁共振 nuclearmagneticresonance NMR 是一种核物理现象 早在1946年Block与Purcell就报道了这种现象并应用于波谱学 Lauterbur1973年发表了MR成像技术 使核磁共振不仅用于物理学和化学 也应用于临床医学领域 近年来 核磁共振成像技术发展十分迅速 已日臻成熟完善 检查范围基本上覆盖了全身各系统 并在世界范围内推广应用 为了准确反映其成像基础 避免与核素成像混淆 现改称为磁共振成像 参与MRI成像的因素较多 信息量大而且不同于现有各种影像学成像 在诊断疾病中有很大优越性和应用潜力 磁共振技术 黑血 白血 核磁共振成像黑血技术概念 磁共振血管成像中 在血流进入成像容积之前施加一个饱合射频脉冲 使血流预饱和 当其流入成像容积时再施加射频脉冲 由于已被预饱合血流的纵向磁化矢量很小 几乎不产生MR信号 所以血流呈黑色低信号 而周围组织为高信号 从而产生对比 衬托出血管的影像 黑血技术又称预饱合技术 是磁共振血管成像的基本技术之一 核磁共振成像白血技术概念 磁共振血管成像中 白血技术即时间飞跃法 3DTOP 基于血液的流入增强效应 TR较短的快速扰相GRET1WI序列进行采集 成像容积或层面内的静止组织被反复激发而处于饱和状态 磁化矢量很小 从而抑制了静止的背景组织 而成像之外的血液没有受到射频脉冲的饱和 当血液流入成像容积或层面时就具有较高的信号 与静止组织之间形成较好的对比 磁共振图像特点 四多四高一无1 多参数成像2 多方位成像3 多种特殊成像4 多种伪影因素5 高的软组织对比6 高的成像速度7 高的组织学 分子学特征8 高额的运行 检查费用9 无电离辐射 无检查痛苦 无创伤 MRI的成像基本原理 质子自旋及在外加磁场中的状态 含单数质子的原子核 例如人体内广泛存在的氢原子核 其质子有自旋运动 带正电 产生磁矩 有如一个小磁体 右上图 小磁体自旋轴的排列无一定规律 但如在均匀的强磁场中 则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列 图右下 在这种状态下 用特定频率的射频 RF 进行激发 作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振 即发生了磁共振现象 MRI的成像基本原理 共振现象 共振现象为能量从一个物体传递到另一个物体 接受者与传递者以同样的射频振动的图像 这是一个常见的物理现象 要发生共振现象 前提必须是激励驱动者的能源频率与被激励系统的固有频率一致 MRI系统中 被激励者为生物组织中的氢原子核 激励者为射频脉冲 只有射频脉冲的频率与质子群的旋进频率一致时才能出现共振现象 以1 0T为例 1 0T 主磁场的强度 必须施加42 5MHz的射频脉冲方能使质子出现共振 MRI的成像基本原理 弛豫现象 停止发射射频脉冲 则被激发的氢原子核把所吸收的能量逐步释放出来 其相位和能级都恢复到激发前的状态 这一恢复过程称为弛豫过程 relaxationprocess 而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间 relaxationtime 弛豫时间 自旋 晶格弛豫时间 自旋 晶格弛豫时间 spin latticerelaxationtime 又称纵向弛豫时间 longitudinalrelaxationtime 反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要的时间 也是90 射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间 称T1 规定在90 脉冲结束后Mz达到其平衡状态的63 的时间为T1弛豫时间 弛豫时间 自旋 自旋弛豫时间 spin spinrelaxationtime 又称横向弛豫时间 transverserelaxationtime 反映横向磁化衰减 丧失的过程 即横向磁化衰减到原来值的37 所维持的时间 称T2 T2衰减是由共振质子之间相互磁化作用所引起 MRI成像系统 MRI的成像系统包括MR信号产生和数据采集与处理及图像显示两部分 MR信号的产生是来自大孔径 具有三维空间编码的MR波谱仪 而数据处理及图像显示部分 则与CT扫描装置相似 MRI设备 MRI设备包括磁体 梯度线圈 供电部分 射频发射器及MR信号接收器 这些部分负责MR信号产生 探测与编码 模拟转换器 计算机 磁盘与磁带机等 则负责数据处理 图像重建 显示与存储 如右图 主磁体 是MRI的主要部分 能够产生稳定的磁场 用以磁化病人体内的质子 使之以Larmor频率旋进 梯度磁场 由三个独立的梯度线圈产生 每个线圈均有独立的电源 并由计算机控制 用于层面选择及MRI图像所需要的空间定位 是MRI的灵魂 射频线圈 主要完成射频信号的传输以及接受以Larmor频率进动的质子产生的信号 图像处理 由于MRI图像完全是数字化图像 因此 需要一系列设备进行数字化处理 这一系统主要包括计算机 射频放大器 梯度放大器 存储器 摸数转换器 数模转换器及显示仪等 MRI设备 常导 超导 永磁 磁体有常导型 超导型和永磁型三种 直接关系到磁场强度 均匀度和稳定性 并影响MRI的图像质量 因此 非常重要 通常用磁体类型来说明MRI设备的类型 常导型的线圈用铜 铝线绕成 磁场强度最高可达0 15 0 3T 超导型的线圈用铌 钛合金线绕成 磁场强度一般为0 35 2 0T 用液氦及液氮冷却 永磁型的磁体由用磁性物质制成的磁砖所组成 较重 磁场强度偏低 最高达0 3T MRI设备 梯度磁场 梯度线圈 修改主磁场 产生梯度磁场 其磁场强度虽只有主磁场的几百分之一 但梯度磁场为人体MR信号提供了空间定位的三维编码的可能 梯度场由X Y Z三个梯度磁场线圈组成 并有驱动器以便在扫描过程中快速改变磁场的方向与强度 迅速完成三维编码 横轴位梯度 从人体自上而下矢状位梯度 从人体自左到右冠状位梯度 从人体自前到后 MRI设备 梯度磁场 梯度磁场的产生方法是在x y z轴上分别放置与主磁场垂直的2个环行或半环行线圈 该两个对应线圈中的电流想相反方向流动 根据右手定律 线圈电磁与主磁场方向一致的 使主磁场一侧场强增高 而对应侧电磁与主磁场方向相反 是相应侧磁场降低 从而在x y z轴上出现度梯度 如图 梯度磁场场强显著低于主磁场 MRI设备 梯度磁场 MRI设备 射频系统 数据采集 射频发射器与MR信号接收器为射频系统 射频发射器是为了产生临床检查目的不同的脉冲序列 以激发人体内氢原子核产生MR信号 射频发射器及射频线圈很像一个短波发射台及发射天线 向人体发射脉冲 人体内氢原子核相当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信号接受器则成为一台收音机接收MR信号 脉冲序列发射完全在计算机控制之下 MRI检查技术 脉冲序列 MRI的扫描技术有别于CT扫描 需获得T1WI和T2WI 因此 需选择适当的脉冲序列和扫描参数 常用多层面 多回波的自旋回波 spinecho SE 技术 扫描时间参数有回波时间 echotime TE 和脉冲重复间隔时间 repetitiontime TR 自旋回波序列 T1加权像 T1WI 是指组织的T1值 主要决定了图像的明亮或黑暗 T2加权像 T2WI 是指组织的T2值 主要决定了图像的对比度 自旋回波序列 组织的T1值越短 T1WI信号越亮 如脂肪 亚急性出血等 反之 组织的T1值越长 T1WI信号越黑 如新生物 水肿 脑脊液 感染等 在长TR 长TE的自旋回波序列 T2WI 组织的T2值越长 信号越亮 如新生物 水肿等 反之 组织的T2值越短 信号越黑 如铁沉积 钙化等 MRI检查技术 脉冲序列 MRI常用的SE脉冲序列 扫描时间和成像时间均较长 因此对患者的制动非常重要 采用呼吸门控和 或 呼吸补偿 心电门控和周围门控以及预饱和技术等 可以减少由于呼吸运动及血液流动所导致的呼吸伪影 血流伪影以及脑脊液波动伪影等的干扰 可以改善MRI的质量 为了克服MRI中SE脉冲序列成像速度慢 检查时间长这一主要缺点 近年来先后开发了梯度回波脉冲序列 快速自旋回波脉冲序列等成像技术 已取得重大成果并广泛应用于临床 此外 还开发了指肪抑制和水抑制技术 进一步增加MRI信息 MRI检查技术 质子密度加权像 应用长TR短TE 信号的差别主要由质子密度决定 其形成的图像为质子密度加权像 protondensityimage PDWI 采用比组织T1值显著长的TR 此时MR信号和组织T1无关 再选用比组织T2值明显短的TR 则T2信号也很弱 此时的回波信号反受质子密度的影响 MRI技术 回波平面成像 回波平面成像 EPI 是新开发的快速成像技术 获得一个层面时间 可以短到20ms EPI的优点 瞬时成像可去除运动伪影 每个TR可获得更多的扫描层次 可任意选择图像的对比度 可进行动能及形态成像 三维数据采集及高的时间分辨率有利于动态研究 EPI的临床应用 快速扫描 心脏成像 弥散成像 皮质功能区定位 流动成像 MRI技术 对比剂 MRI也可行造影增强 即从静脉注入能使质子弛豫时间缩短的顺磁性物质作为造影剂 以行MRI造影增强 常用的造影剂为钆 二乙三胺五醋酸 Gadolinium DTPA Gd DTRA 一般用量 0 1 0 3ml kg 这种造影剂不能通过完整的血脑屏障 不被胃粘膜吸收 完全处于细胞外间隙内以及无特殊靶器官分布 有利于鉴别肿瘤和非肿瘤的病变 中枢神经系统MRI作造影增强时 症灶增强与否及增强程度与病灶血供的多少和血脑屏障破坏的程度密切相关 因此有利于中枢神经系统疾病的诊断 MRI技术 水成像 水成像是采用长TE技术 获得重T2WI 突出水的信号 并应用脂肪抑制术 是含水的器官清晰显影 水成像优点 无创伤 无痛苦 影像较清晰 方法较简单 方便 水成像应用 胰胆管造影 MRCP 尿路造影 MRU MR内耳成像 MR涎腺成像 MRI技术 脂肪抑制技术 脂肪抑制技术 shortT1inversionrecovery SPIR 是将图像上由脂肪成分形成的高信号抑制下去 使其强度减低 而非脂肪成分的信号不被抑制 保持不变 用以验证高信号区是否是脂肪组织 优点 有助于出血 肿瘤 炎症等疾病的鉴别 MRI技术 水抑制技术 水抑制技术 fluidattenuatedinversionrecovery FLAIR 是一个有用的序列 其目的是抑制T2WI中的脑脊液高信号 使脑脊液附近组织中的高信号显示更为清楚 同样的道理 FLAIR序列也应用于脊髓的检查 可以清楚地显示病变范围和形态 MRI技术 水抑制技术 MRI技术 磁共振血管造影 MRI另一新技术是磁共振血管造影 magneticresonanceangiography MRA 血管中流动的血液出现流空现象 它的MR信号强度取决于流速 流动快的血液常呈低信号 因此 在流动的血液及相邻组织之间有显著的对比 从而提供了MRA的可能性 目前已应用于大 中血管病变的诊断 并在不断改善 MRA不需穿剌血管和注入造影剂 有很好的应用前景 MRA还可用于测量血流速度和观察其特征 MRI技术 磁共振血管造影 MRI技术 磁共振血管造影 MRA技术的方法 时间飞跃 Timeofflight TOF 三维时间飞跃 3D TOF 二维时间飞跃 2D TOF 相位对比法 PC法 黑血技术 2D TOF 3D TOF的比较 2D TOF 如右图 优点 对慢血流敏感 采集时间短 缺点 对层面内的流动不敏感 对病人的运动敏感脂肪及血液可能被误为血流 2D TOF 3D TOF的比较 3D TOF 如右图 优点 空间分辨率高 对中 高速血流敏感可以使用非常短TE有较高的信噪比缺点 对慢血流不敏感 血液可能被误为血流 相位对比法 PC法 2D PC 如右图 优点 扫描时间短 调节流速可以选择性的显示动脉或静脉 可以进行流速及流量测定 缺点 对病人运动敏感 体素较大可导致体素内去相位 相位对比法 PC法 3D PC 如右图 优点 对不同流速均敏感 背景抑制好 缺点 对病人的运动敏感 成像时间相对较长 黑血技术图像实例 BlackBloodImaging SEBlackBloodFSE MRI的临床应用 MRI诊断广泛应用于临床 时间虽短 但已显出它的优越性 MRI在神经系统应用较为成熟 三维成像和流空效应使病变定位诊断更为准确 并可观察病变与血管的关系 对脑干 幕下区 枕大孔区 脊髓与椎间盘的显示明显优于CT 对脑脱髓鞘疾病 多发性硬化 脑梗塞 脑与脊髓肿瘤 血肿 脊髓先天异常与脊髓空洞症的诊断有较高价值 纵隔在MRI上 脂肪与血管形成良好对比 易于观察纵隔肿瘤及其与血管间的解剖关系 对肺门淋巴结与中心型肺癌的诊断 帮助也较大 心脏大血管在MRI上因可显示其内腔 所以 心脏大血管的形态学与动力学的研究可在无创伤的检查中完成 MRI对腹部与盆部器官 如肝 肾 膀胱 前列腺和子宫 颈部和乳腺 MRI检查也有相当价值 在恶性