MR成像原理及全身应用

磁共振成像原理及临床应用郑州大学第一附属医院磁共振科张 勇,磁共振成像概述,磁共振成像 ( Magnetic Resonance Imaging )是利用人体内氢原子核在强磁场内共振产生影像的一种医学检查和诊断的方法。,磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是利用射频（radio frequency，RF）电磁波对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，发生核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR），用感应线圈采集磁共振信号，按一定数学方法进行处理而建立的一种数字图像。,磁共振成像的定义,MRI是什么？氢原子核成像MRI的特点？软组织分辨率最高的影像检查手段MRI的适应症？可适用全身检查功能MRI是什么？可提供活体的结构、代谢信息,1976年第一台MRI问世,MRI成像的基本原理,共振现象,自旋质子,外磁场B0,射频磁场,驰豫过程,1. 共振现象：,2. 磁共振现象：某些特定的原子核在外磁场内，受到一个适当的射频脉冲激励时，出现电磁能吸收和释放的现象。,3、自旋质子：,具有奇数质子或中子的原子核均可作为MRI的靶核氢质子是目前临床MRI最常用的靶核原子核具有自旋性、带电性及磁性,4、外（净）磁场BO： 自然状态下自旋质子任意取向的磁矩，沿外磁场方向排列。 在常温下顺磁场排列的质子数比逆向排列者多106倍。 自旋质子在外磁场中的进动频率（共振频率）符合拉莫尔（Larmor）方程：W0BO ：旋磁比常数;BO：外磁场强度（特斯拉，Tesla, T）,人体磁化,N,S,N,S,宏观微观,2005年5月16日北京,山东省医学影像学研究所,Macroscopic magnetisation,Bo,Mo = r.c .Bo,5、射频脉冲（RF脉冲）使在外磁场作用下重新取向排列的质子总核磁矩(M0)偏转获得一个XY平面横向磁矩(MXY)的电磁波。伴发质子吸收能量，从低能级跃迁到高能级。RF（radio frequency）脉冲频率应与自旋质子的共振频率相等。RF脉冲依使总核磁矩M0偏转角大小命名。常用的是90和180RF脉冲。,RFTransceiver,平行或反平行垂直,射频脉冲是一种振荡磁场，当发射到主磁场中的人体组织时使其发生了磁化作用，氢质子磁化向量离开主磁场方向围绕Z 轴进动，产生 XY 平面上横向磁化。射频脉冲一停止，组织磁化恢复原来的状态，即发生弛豫（Relaxation）。,6、弛豫过程： 受激励的质子释放能量恢复到未受激励前平衡状态的过程叫弛豫。伴发如下三种情况：接收线圈用作接收天线接收释放的能量并转化成MR信号。能量不可逆性地散发在周围组织中，化为热量。使局部体温升高或诱发分子运动，即T1驰豫。能量可逆性地转移到其它共振的质子上，使其相位一致性丧失，即T2弛豫。,RFTransceiver,MR Signal,after transmitting RF,弛豫,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),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。,核磁弛豫又可分解为两个部分横向弛豫 纵向弛豫（力的分解）,7、T1弛豫时间（T1值） 别名：纵向弛豫时间 自旋晶格弛豫时间 热弛豫时间 第一弛豫时间 规定：自旋质子受90RF脉冲激励后，横向磁矩渐缩小，纵向磁矩呈指数增长，纵向磁矩从零增长到其最大值的63%所需的时间。,重要提示,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,如何区分T1WI、T2WI,1、看TR、TE T2WI：长TR（2000毫秒）、长TE（50毫秒） T1WI ：短TR （400-800毫秒）短TE（10-15毫秒）,T2WI,T1WI,如何区分T1WI、T2WI,2、看水和脂肪T1WI：水（如脑脊液、胃液、肠液、尿液）呈低信号（黑）脂肪呈很高信号（很白）T2WI：水呈很高信号（很白）脂肪信号有所降低（灰白）,T2WI,T1WI,3、看其他结构脑组织：T1WI:白质比灰质信号高T2WI:白质比灰质信号低腹部：T1WI:肝脏比脾脏信号高T2WI:肝脏比脾脏信号低,如何区分T1WI、T2WI,T2WI,T1WI,T1WI,T2WI,总结一下MR成像的过程-1,第一步：病人进入磁场 人体被磁化产生纵向磁化矢量,总结一下MR成像的过程-2,第二步：发射射频脉冲 人体内氢质子发生共振从而产生横向磁化矢量,总结一下MR成像的过程-3,第三步：关掉射频脉冲 质子发生T1、T2弛豫（同时进行空间定位编码）,总结一下MR成像的过程-4,第四步：线圈采集人体发出的MR信号 计算机处理（傅里叶转换） 显示图像,磁共振成像的优点：多部位成像,多成像参数: 提供丰富的诊断信息,rMTT,rCBV,+ 6.8 h,+ 6.8 h,扩散、灌注成像、MRA和MRS全面评价右侧颈内动脉(ICA)梗塞,DWI,ADC,+ 6.8 h,+ 6.8 h,3D TOF,+ 6.8 h,MRS,+ 6.8 h,多序列扫描: 全面影像解决方案,多方位成像，可行横、冠、矢状面和斜面扫描,具有极好的软组织分辨力，无骨质伪影,生物安全性：胎儿成像,无电离辐射安全检查胎儿发育评估先天性畸形和 遗传疾病的检出,不需造影剂，即可观察心脏和血管结构,安全、高效的MRI造影剂（Gd-DTPA）,和CT增强扫描比较的优点：对比好，病变检出率高（颅脑、肝脏）更为安全（同等剂量下，其安全性是CT造影剂的20倍）使用剂量更小（一般为CT造影剂的1/10）肾毒性明显低于碘对比剂，可由于肾功能不全者可用于碘过敏者,正常组织的磁共振信号,颅脑正常磁共振表现,鼻咽部正常影像表现 MRI,颅底层面,正常胆囊和胆道,正常前列腺的MRI平扫表现,T1WI：均匀中等信号结构T2WI：各区带显示对比清晰横轴位是观察前列腺最佳的位置,31岁女性A 增生期子宫体分区清晰B 分泌中期子宫肌层信号增高C 月经期子宫体体积略减小，分区分带模糊，宫腔内可见低信号经血,A,B,C,1、水肿水肿区游离水较正常组织区增加，T1和T2值延长T1WI呈低信号，T2WI呈显著高信号。,超急性期、急性期：无异常或T2WI低信号亚急性期：高信号慢性早期：高信号慢性晚期：长T1长T2信号，含铁血黄素（低信号）,超急性期出血（24h)含氧血红蛋白，对MR信号影响轻微T1WI等信号，T2WI稍高信号，易与肿瘤混淆,CASE1发病1小时,CASE2发病3小时,急性期（2-3天）完整红细胞内的血红蛋白变为去氧血红蛋白仅影响T2不影响T1， T1呈等低信号，T2低信号周围脑水肿明显,亚急性期（4天-4周）早期（4-7天）：T1开始出现高信号，从周边开始向中心推进T2WI低信号：细胞内高铁血红蛋白不影响T2后期（7天后）：细胞外高铁血红蛋白：缩短T1，延长T2逐渐演变为双高信号,亚急性期血肿（5天）,CASE1：发病7天,CASE2：发病13天,慢性期（4周）巨噬细胞吞噬的铁大量沉积在血肿壁上形成含铁血黄素环，T2WI缩短，边缘出现环状低信号,第40天,2月,5月,脑出血MRI特点：小结一下,超急性期：与脑内肿瘤难以鉴别急性期：双黑亚急性期早期：T1先白，T2还黑亚急性期晚期：双白慢性期：边缘低信号,超急性梗死,亚急性脑梗死,陈旧性脑梗死,Pilocytic Astrocytoma毛细胞型星形细胞瘤,囊肿结节型，壁结节明显强化,7、肿瘤,多数肿瘤与病变器官相比，具有较长T1和较长T2值。脂肪瘤和分化较好的脂肪肉瘤具有较短T1值信号特点。含有脂肪或较多液态胆固醇的肿瘤具有短T1值特点。黑色素瘤具有短T1短T2值信号特点。肿瘤可出现坏死、囊变、出血和钙化等致肿瘤区信号不均。肿瘤周围可见水肿、供血血管或引流血管的流空影。瘤体内也可见流空血管影。,脊髓胶质细胞瘤矢状位 SE T1WI 显示C24节段脊髓增粗，随内病灶境界不清，呈弥漫性等或稍低信号；FSE T2WI 呈弥漫性不均匀高信号；钆对比剂后，矢状位 SE T1WI 病变显示轻微强化。,肝囊肿肝血管瘤肝癌,Malignant Giant cell tumor,中枢神经系统,肌肉骨骼系统,盆 腔,腹 部,胸 部,头 颈 部,磁共振成像新技术,F/66Y 左额叶胶质母细胞瘤,F/49Y 肺腺癌脑转移,对脑肿瘤的诊断,Pontine Glioma,基底动脉包埋征,Cerebral cysticercosis,垂体微腺瘤,Medulloblastoma髓母细胞瘤,T1WI,T2WI,FLAIR,Gd-DTPA,DWI,ADC,男性,8岁,小脑蚓部髓母细胞瘤,肿瘤呈类圆形,边界清晰图1T1WI呈略低信号,肿瘤前方可见弧形四脑室脑脊液信号图2同一层面T2WI呈略高信号图3FLAIR呈略高信号图4增强T1WI肿瘤呈明显对比增强图5DWI瘤体呈略高于脑实质信号,囊变区呈低信号,脊髓挫伤机动车事故致颈部摔伤，矢状位、轴位 SE T1WI、FSE 、FIR FS T2WI、FIR WS T2WI 显示 C35段椎管狭窄，对应段脊髓受压变细，髓内呈T2WI 高信号,脊髓胶质细胞瘤矢状位 SE T1WI 显示C24节段脊髓增粗，随内病灶境界不清，呈弥漫性等或稍低信号；FSE T2WI 呈弥漫性不均匀高信号；钆对比剂后，矢状位 SE T1WI 病变显示轻微强化。,脊膜瘤： T2WI T1WI +C sag T1WI +C cor,Chiari畸形矢状位 SE T1WI、FSE T2WI 显示小脑扁桃体下缘达枕大孔下1cm，颅底角约160度，空洞呈长T1、长T2信号。,2005年5月16日北京,山东省医学影像学研究所,脊髓空洞,脊髓栓系综合症矢状位 SE T1WI、FSE T2WI显示圆锥低位于骶1平面（红箭），背部纤维索条样皮窦（绿箭）。脊髓圆锥栓系轴位 FSE T2WI显示圆锥低位于骶1平面（红箭），背部纤维索条样皮窦，棘突缺如，椎板骨缺损（脊椎裂，黄箭）。,myelomeningocele脊髓脊膜膨出,MRI 临 床 应 用,中枢神经系统,肌肉骨骼系统,盆 腔,腹 部,胸 部,头 颈 部,Paraganglioma. Coronal CT reveals expansion and erosion of the left jugular foramen,颈静脉球瘤,Glomus Jugulare Tumor (GJT),发生在颅底颈静脉孔内及其附近的副神经节瘤,39-year-old woman with hearing loss,Schwannomas of the Jugular Foramen颈静脉孔区神经鞘瘤,CT仅显示骨质破坏,MRI明确显示肿瘤的存在,对颅底和颅内侵犯能作出清楚的显示，对放疗后纤维化组织和肿瘤残留、复发的鉴别,鼻咽癌,鼻咽癌向颅底及颅内（脑干）侵犯,腺样体肥大,Epidermoid cyst,T1WI,T2WI,增强,炎性假瘤,眼眶海绵状血管瘤,左侧泪腺混合瘤（冠状面）,T1WI,T2WI,鼻窦炎,Mycotic sinusitis鼻窦真菌病与常规鼻窦炎的信号不同,Sphenoidal sinus bursal cyst粘液囊肿,蝶窦癌,腮腺混合瘤,高信号的腮腺组织内出现混杂团块状异常信号病变,Supraglottic carcinoma声门上喉癌,颈部神经鞘瘤,MRI 临 床 应 用,中枢神经系统,肌肉骨骼系统,盆 腔,腹 部,胸 部,头 颈 部,Lung carcinoma,Malignant thymoma恶性胸腺瘤,扩张型心肌病,MR 黑血技术,心肌灌注延迟采像,a,b,心室腔扩大心室横径增大明显室间隔及心室游离壁不厚心室壁心肌信号无明显改变,肥厚型心肌病,黑血技术 心肌灌注延迟采像 ,a,直接观察肥厚心肌,致心律失常型右室心肌病ARVD,心肌灌注延迟采像A. 右室壁强化与心外膜脂肪难以区分B. 脂肪抑制序列，室壁强化显示清楚C. 采用体线圈，右室壁强化显示清楚,引自Tandri H 等,房间隔缺损（二孔型）,横断位Cine MRI，收缩期房间隔处低信号血流束由左房射入右房,横断位SE T1WI，房间隔中部不连续，右房右室增大,左前斜位SE T1WI，房间隔中部中断,Axial and oblique MRA depict the Patent ductus arteriosus,无活性梗死心肌：延迟强化,正常冠脉DSA与MRA对比,Left Atrial myxoma左房粘液瘤,Survey &SENSE reference,0min,20min,30min,10min,Stress,RestPerfusion MRI,Delayed enhanced MRI,bTFE cine MRI,40min,StressPerfusion MRI,50min,60min,Whole heart coronary MRA,Look-locker,Matsusaka Central Hospital,心脏MR一站式检查,負荷MRI心肌灌注,MRI电影,延迟造影 MRI,左室功能,心肌血流,心肌梗死,全心 3D 冠脉 MRA,冠脉形态,Pericardial effusion,主动脉夹层MRI,MRI平扫信号特点良性组,乳腺成像：1 平扫,纤维腺瘤 男性乳房发育 纤维腺瘤,b=1000s/mm2,ADC,DWI,b=500s/mm2,乳腺成像：2 扩散成像,导管内癌,浸润性导管癌,TIC曲线呈型（流出型），早期强化率121%，达峰时间增强后2分钟,乳腺成像：3 动态增强曲线,MRI 临 床 应 用,中枢神经系统,肌肉骨骼系统,盆 腔,腹 部,胸 部,头 颈 部,MRI动态增强,多时相动态增强 （动脉期、实质期、静脉期、延迟期）,Pre-contrast,Venous Phase,Arterial Phase,肝囊肿肝血管瘤肝癌,Liver siderosis铁沉着症,圆形、多边形、石榴子形,胆囊癌,胆囊内肿块，胆囊壁局限性和弥漫性增厚，边界不清T1WI上低至等信号，T2WI上为高信号增强早期不均匀强化临近器官（肝、十二指肠、胰腺等）可见侵犯，以及淋巴结转移等,软藤征 胰头癌并胆囊结石 胰头肿块伴胰管、胆总管扩张,肾上腺腺瘤,ganglioneuroma神经节细胞瘤,Carcinoma of kindeny,Cystic degeration of schwannoma,MR肠道成像(MRE),优点 无电离辐射对需连续多次检查的病人尤为重要综合性评价显示肠腔肠腔外病变无需肠道准备检查前禁食6小时,局限性MRI设备分辨率低于钡剂胃肠造影和CT有经验的诊断医师 费用较钡剂胃肠造影和CT贵,MRI 临 床 应 用,中枢神经系统,肌肉骨骼系统,盆 腔,腹 部,胸 部,头 颈 部,正常前列腺的MRI平