MRI基本知识及技术进展

MRI的临床应用,磁共振成像（MagneticResonanceImaging,MRI）,是利用原子核在磁场内共振产生信号经重建成像的一种影像技术。是继CT之后医学影像技术的又一重大进展。以前称为“核磁共振”，其实，“核”指的是原子核，而不是放射性核素。为了避免人们产生恐惧心理，与核素成像混淆，现已将核磁共振成像改称为“磁共振成像”。,MR成像基本过程是将人体置于一定的磁场中发射射频脉冲（激发人体内原子核，引起核磁共振）终止射频脉冲（原子核释放能量，接受器收录能量）经电子计算机处理获得图像,磁共振仪基本硬件,主磁体梯度系统射频系统计算机系统及其它辅助设备,主磁体,类型永磁型电磁型常导磁体超导磁体,主磁体,场强主磁场的场强可采用高斯（Gauss，G）或特斯拉（Tesla，T）来表示；1T10000G地球磁场约为0.5GT是目前磁场强度的法定单位,超低场机：2.0T,梯度系统的主要作用,进行空间定位编码产生MR回波（梯度回波）施加扩散加权梯度场进行流体补偿进行流动液体相位编码,梯度系统的主要性能指标,梯度场强定义：单位长度内磁场强度的差别目前1.5TMRI：25mT/m（120mT/m.s）切换率定义：单位时间及单位长度内梯度磁场强度的变化率梯度线圈性能对MR超快速成像至关重要梯度磁场的剧烈变化可引起周围神经刺激,梯度场强及切换率示意图12,梯度场强（mT/m）=梯度场两端的磁场强度差值/梯度场的长度切换率（mT/m.s）梯度场预定强度/t,脉冲线圈,发射线圈作用：发射射频脉冲质子发生共振其能量与其强度和持续时间有关接收线圈接收人体内发出的MR信号；距离检查部位越近，信号越强线圈内体积越小，噪声越低,脉冲线圈,发射线圈和接收线圈可为同一个线圈；阵列（相控阵）线圈由多个子线圈（单元）构成，同时需要多个采集通道。,计算机系统及辅助设备,计算机系统(MRI仪的大脑)脉冲激发信号采集数据运算图像显示等等其他辅助设备检查床、制冷系统、相机等,基本原理,MR成像基本过程是将人体置于一定的磁场中发射射频脉冲（激发人体内原子核，引起核磁共振）终止射频脉冲（原子核释放能量，接受器收录能量）经电子计算机处理获得图像,磁场,共振现象：能量从一个客体或系统传送给另外一个，而接受者以与供应者相同的频率振动。这种能量传送，只有在供应者发送的频率与接受者本身固有的振动频率一致时，才能发生。,核磁共振：在MR成像中，能量接收者为生物组织中的氢原子团，供应者为外加的射频脉冲(电磁波）。射频脉冲的频率（能量）只有与质子群的旋进频率一致时，才能出现共振。生物组织处在不同的磁场环境中，其质子群发生共振所需要的射频脉冲是不一致的。比如在主磁场为1.0T时，只有42.5MHz的射频脉冲频率，方能使质子群出现核磁共振。,原子的结构,2H,自旋和核磁的概念,自旋：任何原子核总以一定的频率绕着自己的轴进行高速的旋转核磁：自旋形成电流环路，从而产生有一定大小和方向的磁化矢量（磁场）,磁性和非磁性原子核,并非所有原子核的自旋运动均能产生核磁，根据原子核内中子和质子的数目不同，不同的原子核产生不同的核磁效应。如果原子核内的质子数和中子数均为偶数，则这种原子核的自旋并不产生核磁，我们称这种原子核为非磁性原子核。反之，我们把自旋运动能产生核磁的原子核称为磁性原子核。,磁性和非磁性原子核,磁性原子核需要符合以下条件：（1）中子和质子均为奇数；（2）中子为奇数，质子为偶数；（3）中子为偶数，质子为奇数。,用于人体磁共振成像的原子,通常选择1H作为人体磁共振成像的原子核人体中1H的含量最多，占原子核总数的2/31H的磁化率最高,进入主磁场前人体质子的磁化状态,每个质子产生一个小磁场但排列杂乱无章磁化矢量相互抵消不产生宏观的磁化矢量,进入主磁场后人体质子的磁化状态,排列不再杂乱无章规律排列两种状态：低能级：与主磁场平行且方向相同高能级：与主磁场平行且方向相反,进入主磁场后人体质子的磁化状态,低能级略多于高能级形成与主磁场方向一致的宏观磁化矢量,进动和进动频率,自旋运动旋转摆动（进动）,进动：有序排列的质子沿旋转轴呈锥形旋转。进动频率质子每秒钟进动的次数。,进动和进动频率,进动频率：也称Larmor频率（）=.B0其中为磁旋比，B0为主磁场强度对于特定原子核为常数，质子的为42.5MHz/T,低能级高能级产生宏观的纵向磁化矢量不同质子相位不同不产生宏观的横向磁化矢量,坐标系统Z轴代表磁力线方向XY轴为与Z轴垂直的平面,MR成像基本过程是将人体置于一定的磁场中发射射频脉冲（激发人体内原子核，引起核磁共振）终止射频脉冲（原子核释放能量，接受器收录能量）经电子计算机处理获得图像,射频脉冲,发射与质子进动频率相一致的射频脉冲，使质子吸收能量而发生共振。射频脉冲能量的大小取决于其脉冲强度和持续时间。,射频脉冲,90脉冲：使得宏观纵向磁化矢量偏转90，即完全偏转到X、Y平面；90称为小角度脉冲；180脉冲则使其方向相反。,射频脉冲,Z,X,Y,Z,X,Y,90射频脉冲的效应,纵向磁化矢量等于零得到最大的横向磁化矢量,90脉冲产生的宏观磁化矢量大小与脉冲激发前的宏观纵向磁化矢量大小呈正相关；平衡状态下宏观纵向磁化矢量大小与组织中质子的含量呈正相关。,90射频脉冲的效应,MR成像基本过程是将人体置于一定的磁场中发射射频脉冲（激发人体内原子核，引起核磁共振）终止射频脉冲（原子核释放能量，接受器收录能量）经电子计算机处理获得图像,B0,Z,Z,Z,Z,Z,Y,Y,Y,Y,Y,X,X,X,X,X,90度,（1）静磁场中,（2）90度脉冲,（3）脉冲停止后,（4）停止后一定时间,（5）恢复到平衡状态,90脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐渐恢复到平衡状态，我们把这个过程称为核磁弛豫(relaxation)。即将能量（MR信号）释放出来。,核磁弛豫,横向弛豫纵向弛豫,核磁驰豫,横向弛豫：T2弛豫横向磁化矢量逐渐减小直至消失，称为横向弛豫。,T2驰豫,T2值：横向磁化矢量降低到最大值37所需的时间,横向弛豫和自由感应衰减,90脉冲关闭后，处于同相位的质子发生了相位的离散（失相位）。失相位的原因有两个：-主磁场的不均匀-质子周围磁环境随机波动,横向弛豫和自由感应衰减,T2弛豫：也称自旋自旋弛豫，剔除了主磁场不均匀的影响，其他原子核的的随机运动引起的宏观磁化矢量的衰减才是真正的横向弛豫，即T2弛豫。自由感应衰减（FID）：也称为T2*弛豫（包括主磁场不均匀和横向弛豫的双重影响）,自由感应衰减和横向弛豫,FID：快横向弛豫主磁场不均匀T2：慢横向弛豫主磁场不均匀,核磁驰豫,纵向弛豫：T1弛豫纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大值（平衡状态），称为纵向弛豫。,T1驰豫,T1值：纵向磁化矢量恢复到最大值的63所需的时间。,T1,纵向驰豫,原因：与周围分子的运动频率有关，两者越接近，纵向弛豫就越快；又称自旋晶格弛豫T1值受主磁场场强的影响较大：随场强增高，组织的T1值延长,磁共振加权成像,“加权”的含义T2加权成像T1加权成像,“加权”成像的含义,所谓加权(weighted)即“偏重于”的意思组织的各方面特征（包括质子密度，T1值，T2值）均对MR信号有贡献，不可能得到纯粹反映的某一特征的图像“加权”就突出某种特征，抑制其它特征。,T2加权成像,90脉冲相同的宏观横向磁化矢量脉冲后，发生横向弛豫（T2弛豫）T2值大衰减小信号高,T1加权成像,90脉冲纵向磁化矢量为零脉冲后，发生纵向弛豫（T1弛豫）T1值大衰减小恢复的纵向磁化矢量低再次90脉冲较弱的横向磁化矢量信号低,磁共振成像在各个系统中的应用,MR基本术语,信号：高信号白，低信号黑，等信号与周围组织信号一致/（X光片、CT均以密度高低为特征）血管流空影（血管走行径路显示为低信号）加权（或称为权重）weightedT1WI(T1-weightedimage)T2WI(T2-weightedimage)多方位矢状位sag冠状位cor横轴位tra斜位oblique,主要优势,主要优势,软组织分辨率高：如肌肉、韧带、软骨、半月板等显影优良，图象层次丰富。,主要优势,2，对组织含水量变化尤其敏感：如椎间盘变性，新鲜、陈旧性骨折的鉴别，早期Ca的发现等比较敏感。,骨髓瘤,主要优势,3，多方位、多参数成像：定位更精确，立体感强，更适合于一些只有矢状面、冠状面成像才满意显示的结构，如脊髓等。,STIRFLAIR,主要优势,4，无骨骼伪影干扰：如鞍区、后颅窝、小脑、脑干等病变的显示清晰满意。,主要优势,5，无须注射造影剂即可显示血管，属无创性血管检查。,主要优势,6，无碘过敏反应之虞。7，无X线辐射危害：更适合儿童，妇女以及需定期随访复查的患者。,主要不足,1，MRI在肺部成像方面还不成熟；2，显示胃肠道方面受到限制；3，对钙化显示不敏感，所以对骨肿瘤的定性诊断方面，还需要结合CT和X光平片；4，成像时间长（急诊患者：器械、扫描速度）。,相对禁忌症,1.体内装有心脏起搏器，金属动脉瘤夹的患者；2.妊娠三个月之内患者。,技术进展,全脊柱成像,全脊柱成像,MR全身成像,全身血管成像,冠脉成像（CoronaryMRA）,CourtesyPMSBest,类DSA技术（4DTrak）,DynamicangioscanningAVphase0.95sDSA1s4DTRAK(0.6s/dynon3.0T),类DSA技术（4DTrak）,磁敏感成像（SWI）,HemorrhageinGlioma,磁敏感成像（SWI）,肿瘤灌注（TumorPerfusion）,PerfusionanalysisT2*PrestoPerfusionNIMapIndexMapMTTMapChart,乳腺肿瘤灌注（BreastTumorPerfusion）,T1Perfusion,心功能分析软件可以清晰直观地显示：下壁中部异常高信号系心肌梗死区。,心肌梗塞,FiberTrackmergefMRI,弓形纤维的神经束图,弓形纤维,短联合纤维束,a,胼胝体的神经束图,冠状面(与彩色编码的FA图融合）,横断面,矢状面,胼胝体上纵束下纵束皮质脊髓束,多神经束的神经束图,矢状面,横断面,各神经束可随意标示为各种不同颜色,MRS,全身肿瘤筛查（类PET技术）,L:DWIBSR:PET,A,B,7名受试的冠状位平均脑激活图A：颜色知觉激活图（V4）B：运动知觉激活图（MT+）颜色柱表示统计值P,fMRI功能磁共振成像,Useofstemcellslabeledwithsuperparamagneticironoxidenanoparticlestodirectlydetectongoingangiogenesiswithintumors.A,Coronalspin-echoimageoftumorincontrolmouseinwhichlabeledstemcellshavenotbeeninfusedshowstumor(arrows)assubtleregionofabnormals