颅脑MRI检查技术PPT课件

1 回顾1 CT影像设备包括哪三部分 2 回顾1 扫描系统 X线管 探测器和扫描架 计算机系统 数据储存 运算等 图像显示和存储 照相系统 3 回顾2 CT影像设备的主要性能指标 4 回顾2 1 X线球管的热容量与散热率2 探测器的数量3 扫描时间 重建时间和周期时间4 高对比度分辨力 也称空间分辨力5 低对比度分辨力 又称密度分辨力 5 回顾3 名词解释 CT值 窗宽 窗位 体素 像素 6 回顾3 1 CT值 是CT图像中各种组织与X线吸收系数 值 相当的对应值 它是从人体组织器官的 值换算出来的 CT值 ax w w 2 窗宽 指显示图像所包含的CT值范围 3 窗位 指观察某一组织结构细节时 以该组织的CT值为中心进行观察 4 体素 体素是体积单位 在CT扫描中 根据断层设置的厚度 矩阵的大小 能被CT扫描的最小体积单位 三维概念 5 像素 又称像元 是构成CT图像的最小单位 也是矩阵中的一个小方格 二维概念 像素与矩阵的关系 像素 mm 扫描野 FOV mm 矩阵 7 头颈部影像检查技术 头颅MRI检查技术 8 提要 MRI影像设备简述MRI设备主要性能指标及相关基本概念MRI技术的临床应用头颅MRI检查技术 9 第一节MRI影像设备简述 10 MRI影像设备的基本结构与工作原理流程 11 美国加州斯坦福大学的布洛克 Bloch 和麻省哈佛大学的普塞尔 Purcell 于1945年同时发现了磁共振的物理现象 即处在某一静磁场中的原子核受到相应频率的电磁波作用时 在它们的核能级之间发生共振跃迁现象 两位教授共同获得1952年诺贝尔物理学奖 一 MRI影像设备发展史 12 1971年纽约州立大学的达曼迪恩 Damadian 教授在 科学 杂志上发表了题为 核磁共振 NMR 信号可检测疾病 和 癌组织中氢的T1时间延长 等论文 1976年 得到了第一张人体MR图像 活体手指 1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段 13 二 MRI的主要四部分 主磁体系统 梯度磁场系统 射频系统 计算机系统 14 磁体系统是磁共振成像系统最重要 成本最高的部件 是磁共振系统中最强大的磁场 平时我们评论磁共振设备的大小就是指静磁场的场强数值 单位用特斯拉 Tesla 简称T 或高斯 Gauss 表示 1T 1万高斯 临床上磁共振成像要求磁场强度在0 05 3T范围内一般将 0 3T称为低场 0 3T 1 0T称为中场 1 0T称为高场 磁场强度越高 信噪比越高 图像质量越好 但磁场强度过高也带来一些不利的因素 为了获得不同场强的磁体 生产厂商制造出了不同类型的磁体 常见的磁体有永久磁体 常导磁体和超导磁体 1 主磁体系统 15 1 永久磁体 永久磁体是由永久磁铁 如铁氧体或铷铁 的磁砖拼砌而成 优点 造价低 场强可以达到0 3T 能产生优质图像 需要功率极小 维护费用低 可装在一个相对小的房间里 缺点 磁场强度较低 磁场的均匀度和强度欠稳定 易受外界因素的影响 尤其是温度 不能满足临床波谱研究的需要 1 主磁体系统 16 2 常导磁体常导磁体是根据电流产生磁场的原理设计的 当电流通过圆形线圈时 在导线的周围会产生磁场 常导磁体的线圈是由高导电性的金属导线或薄片绕制而成 它的结构主要由各种线圈组成 优点 造价较低 不用时可以停电 在0 2T以下可以获得较好的临床图像 缺点 磁场的不稳定性因素主要是受供电电源电压波动的影响 磁场均匀度差 另外易受环境因素 如温度 线圈绕组的位置或尺寸 的影响 1 主磁体系统 17 3 超导磁体荷兰科学家昂尼斯 KamerlinghOnnes 在1911年首先发现某些物质的电阻在超低温下急剧下降为零的超导性质 电阻的突然消失意味着物质已转变为某种新的状态 这些物质称为超导体 科学家昂尼斯获得了1913年诺贝尔物理学奖 优点 场强高 稳定性和均匀度好 因此可开发更多的临床应用功能 缺点 技术复杂和成本高 1 主磁体系统 18 梯度磁场系统 指磁场强度按其磁场的位置 距离 的变化而改变 它的产生是由梯度线圈完成的 一般在主磁体空间沿着X Y Z三个方向放置 梯度线圈有三组即GX GY GZ 叠加在静磁场的磁体内 当线圈通电时可在静磁场中形成梯度改变 梯度磁场系统作用 磁共振系统的坐标系 2 梯度磁场系统 19 射频脉冲磁场 简称射频脉冲 radiofrequency RF 是一种以正弦波震荡的射频电波 磁共振系统中应用的频率较低 相当于调频广播FM波段 根据静磁场的强度不同其RF频率也不同 射频系统作用 用来发射射频磁场 激发样品的磁化强度产生磁共振 同时 接收样品磁共振发射出来的信号 通过一系列的处理 得到数字化原始数据 送给计算机进行图像重建 它是由发射射频磁场部分和接收射频信号部分组成 3 射频系统 20 在MRI设备中 计算机系统包括各种规模的计算机 单片机 微处理器等 构成了MRI设备的控制网络 信号处理系统可采用高档次微型机负责信号预处理 快速傅立叶变换和卷积反投影运算 微机系统负责信息调度 如人机交互等 与系统控制 如控制梯度磁场 射频脉冲 4 计算机系统 21 1 主计算机系统及其功能功能 主要是控制用户与磁共振各系统之间的通信 负责对整个系统各部分的运行进行控制 使整个成像过程各部分的动作协调一致 产生所需的高质量图像 并通过运行扫描软件来满足用户的所有应用要求 如扫描控制 控制梯度磁场 射频脉冲 病人数据管理 归档图像 控制图像的重建和显示等 评价图像以及机器检测 包括自检 等 组成 主机 控制台 主图像显示器 主诊断台 辅助图像显示器 辅诊断台或工作站 存储器 图像硬拷贝输出设备 多幅相机 激光相机等 4 计算机系统 22 2 主计算机系统中运行的软件应用软件通过操作系统等系统软件与主计算机发生联系 从而控制整个MRI设备的运行 如图所示 4 计算机系统 23 1 系统软件 用于计算机自身的管理 维护 控制和运行 以及计算机程序的翻译 装载和维护的程序组 2 应用软件 指为某一应用目的而特殊设计的程序组 在MRI系统中 运行的应用软件就是磁共振成像的软件包 比如MRS PWI 三维重建 4 计算机系统 24 3 图像重建 是一个极其复杂的信号处理过程 必须在复杂且严格的程序软件控制下进行 图像重建的本质是对原始数据的高速数学运算 包括累加平均去噪声 相位校正 傅立叶变换等 4 计算机系统 25 4 图像显示 图像重建结束后 得到的是表示图像各点不同亮度的一组数据 这些图像数据立即被送入主计算机系统的海量存储器或硬盘中 并以图像的形式输出才能让人眼看到 4 计算机系统 26 第二节MRI设备主要性能指标及相关基本概念 27 1 磁场强度磁共振设备磁场强度的大小就是指静磁场的场强数值大小 单位用特斯拉 Tesla 简称T 或高斯 Gauss 来表示 1T 1万高斯 2 磁场均匀度所谓磁场均匀度是指在特定容积 常取球形空间 限度内磁场的同一性程度 即穿过单位面积的磁感应线是否相同 一 主磁场的性能指标 28 3 磁场稳定度 分时间稳定度和热稳定度两种 时间稳定度 指磁场随时间而变化的程度 磁场随时间变化会产生相位差 导致图像伪影 热稳定度 指磁场值随环境温度变化而漂移的程度 永磁体和常导磁体的热稳定度较差 超导磁体的时间稳定度和热稳定度都能满足要求 一 主磁场的性能指标 29 4 有效孔径及长度 指梯度线圈 匀场线圈 射频体线圈和内护板等部件均安装完毕后所得到的空间 全身MRI设备 磁体有效孔径须足以容纳人体为宜 一般来说 内径应大于65厘米 孔径较小可使病人产生幽闭恐惧感 近年来出现的开放式磁体使病人躺在半敞开的检查床上 不会产生幽闭恐惧感 并能开展磁共振介入治疗项目 一 主磁场的性能指标 30 5 磁场的逸散度强大的主磁体周围形成的逸散磁场 其逸散程度称为逸散度 它的危害是对附近的铁磁性物体产生很强的吸引力 对人体健康 医疗仪器设备受到不同程度的损害 干扰和破坏 降低逸散程度的措施是对磁体采取各种有效的屏蔽 一 主磁场的性能指标 31 1 梯度场强 指单位长度内磁场强度的差别 通常用每米长度内磁场强度的毫特斯拉 mT m 表示 2 梯度场变化率和梯度上升时间梯度场变化率 指单位时间及单位长度内的梯度场变化的量 即最大梯度与上升时间的比率 亦称梯度切换率 常用每毫秒每米长度内磁场强度变化的毫特斯拉 mT m ms 表示 梯度上升时间 指梯度场达到某一预定值所需的时间 梯度上升性能的提高 可开发更快速的成像序列 二 梯度磁场的性能指标 32 1 核磁 由带正电荷的磁性原子核自旋产生的磁场称为核磁 2 共振 为能量从一个振动着的物体传递到另一个物体 而后者以前者相同的频率振动 条件 频率相同 实质 能量传递 3 磁共振现象 以与质子进动频率相同的射频脉冲作用于处于主磁场中的人体 射频脉冲的能量传递给处于低能量的质子 低能量的质子获能跃迁到高能级 称为磁共振现象 三 基本概念 33 4 核磁弛豫 90 射频脉冲激发后关闭 组织中的宏观横向磁化矢量从最大值渐缩小 而宏观纵向磁化矢量从0渐恢复直至最大即平衡状态 这个过程称为核磁弛豫 5 T1值 以90 射频脉冲关闭后 某组织中的宏观纵向磁化矢量为0 以此为起点 以宏观纵向磁化矢量恢复到最大值的63 为终点 起点和终点的时间间隔即该组织的T1值 6 T2值 以90 射频脉冲关闭后 某组织中的宏观横向磁化矢量为最大值 以此为起点 以宏观横向磁化矢量衰减到最大值的37 为终点 起点和终点的时间间隔即该组织的T2值 三 基本概念 34 T1和T2 是组织在一定时间间隔内接受一系列脉冲后的物理变化特性 不同组织有不同的T1和T2 它取决于组织内氢质子对磁场施加的射频脉冲的反应 三 基本概念 35 TR和TE TR 重复时间 即射频脉冲的间隔时间 TE 回波时间 即从施加射频脉冲到接受到信号问的时间 TR和TE的单位均为毫秒 ms 三 基本概念 36 T1WI 短TR 短TET2WI 长TR 长TEPDWI 长TR 短TE T1 T2与TR TE的联系 三 基本概念 37 第三节MRI技术的临床应用 38 磁共振成像检查注意事项 1 避免带有含铁等顺磁性物质的物品 如手表 金属项链 假牙 金属钮扣 金属避孕环等进入检查室 因为这些带有顺磁性物质的物品 可使图像中产生大片的无信号伪影 不利于病灶的显示 2 带有心脏起搏器的病人 严禁做磁共振成像检查 3 对体内有金属弹片存留 术后有银夹残留 金属性内固定板 假关节等的病人 磁共振成像检查要持慎重态度 必需检查时要严密观察 病人如有局部不适 应立即中止检查 防止弹片 银夹等在高磁场中移动 以致损伤邻近大血管和重要组织 39 MRI检查禁忌症 1 心脏起搏器 2 耳蜗移植体 3 某些人工心脏瓣膜 4 骨骼生长刺激器和神经刺激器 TENs 5 动脉夹或圈 6 金属结构 框周 7 某些假体 8 胰岛素泵 9 怀孕前三月 40 MRI造影剂的种类及适应症 一 种类 1 顺磁性阳性造影剂 常用的有Gd DTPA 马根维显 磁显葡胺 等 其作用主要使T1缩短 在T1加权像上呈高信号 2 超顺磁性物质 常用的有纳米氧化铁颗粒 SPIO 等 其作用主要使T2缩短 在T2加权像上是低信号 二 适应症 1 某些肿瘤的鉴别诊断 2 确定血脑屏障是否被破坏 3 提高病变的发现率 41 MRI成像检查的优点 MRI优于CT 1 没有电离辐射 2 多方位成像 横断面 冠状面 矢状面和斜面 3 解剖结构细节显示较好 4 对组织结构的细微病理变化更敏感 如骨髓的浸润 脑水肿 5 由信号强度可以确定组织的类型 如脂肪 血液和水 6 组织对比优于CT 42 1 对一些不配合的病人的检查常感困难 2 对运动性器官 例如胃肠道因缺乏合适的对比剂 常常显示不清楚 3 对于肺部 由于呼吸运动以及肺泡内氢质子密度很低等原因 成像效果也不满意 4 磁共振成像对钙化灶和骨骼病灶的显示 也不如CT准确和敏感 5 磁共振成像术的空间分辨力 也有待进一步提高 MRI成像检查的缺点 43 磁共振成像检查常用的成像序列 目前 临床上最常用的是自旋 回波序列 SE序列 通过改变序列中的TR 射频重复时间 和TE 回波时间 两个参数 可分别获得PDWI T1WI和T2WI图像 三种不同成像参数的加权图像 分别代表了组织的三种不同的磁共振特性 借以分辨不同组织 并识别病变 44 第四节头颅MRI检查技术 45 优势明显 应用最广常规 横断T1WI T2WI DWI FLAIR 矢状 冠状T2WI新技术 BOLD MRS SWI适应症 几乎所有颅脑疾病 一 头颅MRI检查技术概述 46 常见颅脑疾病 脑肿瘤 脑膜瘤 胶质瘤 垂体瘤 转移瘤脑血管病 脑梗塞 脑出血 A瘤 血管畸形脑外伤 血肿 DAI脑变性 白质病 豆状核变性 多发性硬化感染 脑膜炎 脑脓肿颅内先天性畸形 胼胝体发育不全 Chiari畸形 一 头颅MRI检查技术概述 47 几点注意事项 T1WI压脂 鉴别出血和脂肪 T1WI上高信号 加做压脂 T2FLAIR 水抑制 利于显示脑室周围 脑沟旁皮质等邻近脑脊液的脑实质内病灶怀疑脑转移瘤 平扫 增强脑外伤 稳定者 MRI 脑挫伤 DAI 不稳定者 CT 出血 尤其是少量蛛血 骨折 一 头颅MRI检查技术概述 48 49 脑磁共振成像新技术 二 头颅MRI检查新技术 50 一 脑功能性磁共振成像 51 弥散加权成像 DWI 灌注加权成像 PWI 磁共振波谱成像 MRS 血氧饱和度水平检测 BOLD 广义功能性磁共振成像 52 特指血氧饱和度水平检测 BloodOxygenLeveDependent 简称BOLD 狭义功能性磁共振成像 53 采样过程中需设置两种状态 一种是活动 一种是休息 A 和 B 在两种状态下 收集由于代谢活动的改变而引起的血氧水平增加信息 作为原始数据将这些原始数据进行标准化 如动手实验中 要求受试者闭目 放松 停30秒 对掌运动30秒 停30秒 对掌运运动30秒 停30秒 依次类推 完成1分20秒的扫描过程 54 在工作站 将 A 状态和 B 状态中标化的原始数据进行类比 无代谢活动改变的区域即血氧水平无改变的感兴趣区域脑组织设为0 而有代谢活动改变的区域即血氧水平增高或减低的感兴趣区域脑组织数字化 并依据血氧水平增高或减低的情况作出伪彩图像 55 脑活动代谢变化功能图像 脑活动血管变化功能图像 56 手对掌运动 57 双手对掌运动 58 fMRI 59 60 二 磁共振弥散加权成像 DWI 61 DWI概念 弥散加权成像 DWI 依赖于水分子的运动而非组织的自旋质子密度 T1值 T2值 反映人体细胞水平水分子弥散运动的基本情况 数量 范围 程度强弱 扩散系数 D 指分子扩散运动的速度 即水分子单位时间内随机扩散运动的范围 水分子在不同的组织内D值不同 D与T1 T2参数一样可以被MRI用来产生组织对比 表观扩散系数 ADC 用于描述DWI中不同方向的分子扩散运动的速度和范围 由于MRI图像自身不能区分各种原因引起的信号衰减 故用ADC值代替D值 62 DWI概念 DWI图像对比主要由组织间弥散系数 及T2成分的对比产生 并受到微循环 渗透压 细胞外间隙的几何形状及主观运动等多种因素的影响 所以DWI的信号强度除与ADC相关外 还受T2的影响 基于DWI的对比特点 需结合ADC图分析病变的性质 组织T2值得延长及水分子扩散运动受限均可引起DWI上组织信号增高 ADC图主要的价值在于去除 T2效应 DWI与ADC的关系 63 DWI的应用 通常在脑缺血几分钟后Na K泵功能失调 导致细胞内钠水潴留 而梗死区含水量并未增加 所以在常规CT T1WI T2WI无异常显示 梗死区ADC值1 98正常脑实质ADC值6 76 X10 4mm2 s 64 DWI的应用 脑脓肿 DWI呈高信号 ADC呈低信号 囊性转移瘤 DWI呈低信号 ADC呈高信号 65 三 磁共振波谱成像 MRS 66 MRS的概念 磁共振波普成像 是一种利用核磁共振现象和化学位移作用对体内特定原子核和化合物进行定性定量分析的影像学检查方法 是目前惟一能无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术 化学位移 在相同的外在条件下 所处分子结构不同的相同原子 其进动频率不同 这一现象称为化学位移 化学位移是MRS的基础 67 MRS的概述 MRS在脑内所能探测的代谢物都是与三羧酸循环和 或 能量代谢相关 目前能探测到的主要代谢物包括 N 乙酰天门冬氨酸 NAA 是正常神经元的标志物 当脑外伤损及神经元时 其谱线峰值降低 胆碱化合物 Cho 与细胞膜磷脂合成和分解有关 参与细胞膜的构成 是反映髓鞘形成 细胞代谢和胶质增生的指标