磁共振成像基础知识PPT参考幻灯片

磁共振成像概述,1,磁共振成像的历史,1946年，美国斯坦福大学的Bloch和哈佛大学的Purcell发现了物质的核磁共振现象1978年，英国诺丁汉大学和阿伯丁大学的物理学家获得了第一幅人体头部的核磁共振图像后来为了区别核医学成像，不引起误解，将核磁共振成像（NMR）称为磁共振成像（MRI）,2,MRI扫描仪的基本硬件构成,3,一般的MRI仪由以下几部分组成主磁体梯度线圈脉冲线圈计算机系统其他辅助设备,4,主磁体,主磁体为一种外加磁场，磁共振成像就是在这种外加磁场内进行的。按主磁体的类型不同，可将磁共振成像仪分为以下三种类型：1.永磁型2.常导型3.超导型,5,永磁型优点：1.造价与维护费用更低，不耗电，不需冷冻剂；2.磁力线垂直于孔腔，使用螺旋管线圈，可提高信噪比。缺点：1.场强较低，0.3-0.35T；2.重量过大；3.磁场均匀性受室温的影响大，对室温要求高（波动范围1）；4.成像速度慢。,6,常导型优点：1.造价低；2.磁体重量轻；3.磁场可关闭缺点：1.耗电量大；2.场强低0.2-0.4T；3.产热量大，需大量循环水冷却；4.磁场均匀性受磁体温度的影响大。,7,超导型优点：1.场强高(0.5-3.0T)；2.磁场稳定均匀；3.成像速度快，图象质量好。缺点：1.造价高；2.需要补充液氦和液氮；日常维护费用高。,8,梯度线圈,梯度线圈性能的提高磁共振成像速度加快梯度线圈性能指标梯度场强20mT/m切换率50mT/m.s,9,脉冲线圈,作用：激发人体产生共振；采集MR信号脉冲线圈的进步显著提高了MR图像的质量,10,计算机系统,用于数据的运算、显示图像、控制扫描。,11,MRI的物理学基础,磁共振中的基本物理学概念1、物质是由原子构成的，而原子是由核外电子和原子核组成的。2、不同物质其原子核由不同数目的质子和中子组成。3、氢核内没有中子，只有单个质子，带正电，作自旋运动，产生磁场，并具有极性。人体内含有丰富的氢质子，各自极性排列杂乱无章。目前的MRI都是利用1H核成像,12,4、带正电荷的H质子围绕自身轴旋转,称“自旋”。该自旋轴亦围绕某一轴旋转，称“进动”。,13,5、人体进入均匀的磁场B0中,杂乱无章的H原子核逐渐按主磁场方向排列并继续进动（进动轴与B0一致），即“磁化”。,B0,14,6、在常温的状态下顺静磁场B0排列的氢质子数比逆向排列者多10-6倍。故净磁化矢量M在Z轴上的分量与静磁场B0方向一致，称“纵向磁化矢量（M0）”。由于各个氢质子进动不同步，故在XY平面上的分量相互抵消，为0。（矢量是具有一定方向和大小的物理量）,15,7、组织净磁化向量即受静磁场的作用（相当于陀螺受到重力作用），也受射频磁场的作用（相当于对陀螺顶端水平方向的弹力）。当有射频磁场（频率单一的电磁波）作用于H质子时，只要射频磁场频率与磁化矢量进动频率相同，H质子吸收其能量，磁化矢量进动角度将会越来越大。,16,8、射频脉冲（RF）愈长，进动角度愈大，可以使进动角度增加到900的RF称900RF。在垂直于主磁场的RF作用下，氢质子同步旋转进动，逐渐从Z轴倒向XY平面旋转，形成新的磁化矢量，称“横向磁化矢量”（或虽然没有完全倒向XY平面，但由于RF的作用，使氢质子旋转进动同步，净磁化矢量在XY平面形成的分量亦称）。,17,9、组织的磁化矢量是由许许多多质子的成分所构成的，每个质子的进动频率也直接取决于主磁场强度。主磁场强度和磁化矢量进动频率之间遵循拉摩尔方程f=B0/2f是进动频率，B0是主磁场强度，是磁旋比，对于每一种原子核，磁旋比是一个常数，氢质子的磁旋比约为42.58,18,10、磁化矢量在XY平面旋进，产生变化的磁场，根据法拉第定律，若在磁场内有一个线圈，则会在线圈内产生变化的电流，即MR信号，这是一个释放能量的过程。,19,11、撤消RF后，新建立的横向磁化矢量逐步消失，称“横向弛豫”，反映横向磁化衰减、丧失的过程。其消失至最大值37%所需的时间称该组织的“T2”。,20,13、纵向磁化矢量逐步恢复，称“纵向弛豫”。其反映自旋核把吸引的能量传递给周围晶格所需的时间。其恢复到原来大小的63%所用时间称该组织的“T1”。,21,提示,不同组织有着不同横向(T2)弛豫或/和纵向(T1)弛豫速度，是MRI显示解剖结构和病变的基础。,22,14、氢质子的上述吸收和释放能量的过程称“共振”，共振的条件是射频脉冲的频率和氢质子的拉莫尔频率一致。,23,MRI形成的基本理论,根据拉莫尔方程，质子的进动频率与场强成正比，若（利用梯度磁场）令病人体内空间各点的场强不同，不同空间位置的质子将以不同的频率进动,则产生的MR信号频率也不同，藉之就能确定MR信号产生的部位。梯度磁场由主磁体提供的静磁场，在成像空间内其磁场是均匀的，而梯度磁场却是在静磁场中放入通电线圈，产生新的磁场，使磁场中的一点的磁场比另一点强，从而获得MR成像的位置信息。,24,目前设计的梯度磁场有三种：层面选择梯度磁场，频率编码梯度磁场和相位编码梯度磁场。这三种梯度磁场由三个梯度磁场来完成，这三个梯度磁场的方向均按3个基本轴线（X、Y、Z轴）的方向，联合使用梯度磁场亦可获得任意斜面的图像。通常GZ指人体自头至脚的梯度磁场，GX指左右梯度磁场，GY指前后梯度磁场。,25,层面选择,在固定的主磁场上附加一个线性的梯度磁场，就会在受检体上形成不同共振频率的空间坐标。如右图，在1.0T的磁场中，加入一个梯度磁场，则一端场强高，氢质子共振频率也高，另一端场强低，氢质子共振频率也低。选用不同频率的RF去激励相应位置的质子，就可以达到选择层面的目的。,26,成像平面信号的定位,在平面内是采用频率梯度磁场改变氢质子的进动频率，运用相位梯度磁场短时间作用于氢质子来改变其相位，从而确定各自位置的。傅里叶变换傅里叶变换的功能是将信号从时间阈值转换为频率阈值，用于“翻译”频率与相位编码的信号成份。通过傅里叶变换每个复合信号都被分解成一系列具体与体素相应的频率成分。,27,就象一个乐队演出的乐曲，是一个多频率的复合信号，我们的耳朵能够分辨出每一个声调和频率，能区分出钢琴、小提琴及其它乐器，是因为我们的听神经具有傅里叶变换的能力。,28,图像重建,如前所述，傅里叶变换可将复合信号的频率和相位成分区分开。故沿着一个平面的两个垂直方向行相位（行）和频率（列）编码，便可得到该层面每个体素的信息。就象电影院座位按排、行编号那样，各个体素由不同的频率和相位组合，在矩阵中有其特有的位置,再由计算机计算出每个体素的灰阶值，就得出一幅MR图像。,29,脉冲序列：是一具有特定时序和幅度的射频脉冲。重要性：控制着系统施加RF脉冲、梯度和数据采集方式，并决定图像的加权、图像质量及对病变显示的敏感性。分类：分三类：SE、IR、GRE,脉冲序列,30,SE(Spinecho)脉冲序列,1、常规SE序列：是一个以900-1800为序列的脉冲序列，先施加一个900脉冲，继而施加一个1800复相位脉冲使质子相位重聚，产生自旋回波信号。,31,32,90脉冲间隔时间TR(TimeofRepetition，重复时间)；90至获取回波的时间TE(TimeofEcho，回波时间)。,33,所谓的加权就是“突出”的意思T1加权成像（T1WI）-突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别T2加权成像（T2WI）-突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别。在任何序列图像上，信号采集时刻横向的磁化矢量越大，MR信号越强。,T1加权成像、T2加权成像,34,短TR、短TET1加权像，T1像特点：组织的T1越短，恢复越快，信号就越强；组织的T1越长，恢复越慢，信号就越弱。,T1加权像,35,T2加权像,长TR、长TET2加权像，T2像特点：组织的T2越长，恢复越慢，信号就越强；组织的T2越短，恢复越快，信号就越弱。,36,长TR、短TE质子密度加权像，图像特点：组织的H越大，信号就越强；H越小，信号就越弱。脑白质：65%脑灰质：75%CSF：97%,质子密度加权像,37,常规SE序列的特点,最基本、最常用的脉冲序列。得到标准T1WI、T2WI图像。T1WI观察解剖好。T2WI有利于观察病变，对出血较敏感。伪影相对少（但由于成像时间长，病人易产生运动）。成像速度慢。,38,2、FSE脉冲序列,原理：FSE脉冲序列，在一次900脉冲后施加多次1800复相位脉冲，取得多次回波并进行多次相位编码，即在一个TR间期内完成多条K空间线的数据采集，使扫描时间大大缩短。在一次成像中得到同一层面的不同加权性质的图像。,39,FSE序列时序图,40,扫描参数：T1WI-短TE，20msTR,300600msETL26T2WI-长TE，100长TR，4000ETL812优点：时间短，显示病变。缺点：对出血不敏感，伪影多等。,41,FSE序列T1WI和T2WI,42,反转恢复序列(InverseRecovery,IR),IR序列是用来得到最佳T1像的成像序列。IR序列是由一个180反转脉冲使Mz0反转，此后脉冲同SE序列。,180-90-180-Echon,43,180脉冲反转脉冲结束后，无MXY的存在，MZ开始恢复，等MZ过了0点后，在时刻t=TI(TimeofInversion反转时间)，再施加一个90脉冲(此后的脉冲方式同SE)，再施加180脉冲，就可以得到回波信号。IR序列的TR一般为18002500ms，而TI=400600ms。,44,IR序列M的变化过程,45,IR序列特点,IR序列具有强T1对比特性；可设定TI，饱和特定组织产生具有特征性对比图像(STIR、FLAIR)；短TI对比常用于新生儿脑部成像；采集时间长，层面相对较少。,46,STIR序列(ShortTIInversionRecovery),在IR恢复过程中，组织的MZ都要过0点，但时间不同。利用这一特点，对某一组织进行抑制。如脂肪，由于其T1时间比其他组织短，取TI=0.69T1(T1为脂肪弛豫时间)，脂肪的信号好过0点，接收不到它的信号。突出其他组织。,47,STIR应用于膝关节,膝盖矢状像（脂肪抑制）,常规,48,FLAIR序列,当T1非常长时，几乎所有组织的MZ都已恢复，只有T1非常长的组织的MZ接近于0，如水，液体信号被抑制，从而特出其他组织。FLAIR(FluidAttenuationIR)常用于对CSF抑制。,49,FLAIR序列,SET2加权FLAIR，脑室水被抑制，白质信号更清楚,50,IR序列的运用,脑部IR的T1加权可使灰白质的对比度更大。眼眶部STIR能抑制脂肪信号，增加T2对比，使眼球后球及视神经能更好显示。脊髓采用FLAIR技术能抑制脑脊液搏动产生的伪影，以利于显示颈、胸段脊髓病变。肝部微小病变，使用IR能处到较好显示。关节使用IR能同时提高水及软骨的敏感性。,51,梯度回波(GradientEcho,GRE),GRE不采用180脉冲对相位聚合，而用一对极性相反去相位梯度场与相位聚合梯度场，采用小角度翻转角便纵向磁化快速恢复，缩短了TR时间，提高成像速度。,52,GRE有两个基本序列：FLASH(FastLowAngleShot)消除残余横向磁化矢量FISP(Fastimagingwithsteadstateprecession)增强残余横向磁化矢量,53,FLASH,采用“破坏(扰相)”残余横向磁化矢量。在数据采集结合后，在沿层面选择梯度方向施加“破坏”梯度，使用残存的横向磁化矢量加速去相位，从而消除上一周期残存的横向磁化。,54,颈5椎体陈旧性骨折伴颈髓外伤后软化。(2)FLASH(600/35/25)颈髓内病灶中长T2改变。,55,FISP,FISP(稳态FLASH)利用残余MXY，使其参与MR成像。数据采集结束后，在频率与相位编码方向施加极性相反的梯度，消除梯度磁场对残存的MXY去相位作用，使上一周期残存的MXY也保持相对幅度(稳态)。,56,GRE序列图像特性与序列参数关系,57,磁共振血管造影MRAngiography(MRA),58,MRA方法,TOFTimeofFlight时间飞越法PCPhaseContrast相位对比法“黑血”法预饱和技术,MRA成像方法是基于GRE梯度回波序列,59,时间飞越效应TOF,流动质子若在成像层内受激励，但在相位重聚(回波)前流出成像层未经复相位过程;或质子在激励后流入成像层内而未受激励但经历复相位过程,这两种状态均无信号产生。,60,预先对成像层面内的静止组织使用额外的RF，使H质子倒向XY平面进动，在下一个900RF到来时，只要TR很短，H质子尚未充分弛豫，而很少吸收并释放RF能量，回波信号很低，称“饱和”。而从外层流入的血液中的H质子由于未受前一个RF的影响，弛豫完全,吸收能量多,回波信号高。这种利用RF脉冲，预先饱和周围组织，达到使之信号减弱，而使流入血液信号增强的方法即TOF。,61,62,在2DTOF中，每次只激发一个层面，层厚小，通常流入血液处于未饱和，只要流动与层面垂直，快慢流动均可获得较好的信号。2DTOF具有较小的流入饱和效应,对于慢速，如静脉及静脉窦成像很好，对于血流方向一致的血管，显示良好。,2D-TOF,63,2D-TOF,64,3D-TOF,运用特殊的计算方法将多个层面的2D-TOF进行叠加，便构成了三维的容积成像3D-TOF。3D-TOF信号丢失少，空间分辨率高，采集时间短。对动脉瘤、血管狭窄等病变显示好。,65,3D-TOF,66,血流中的H质子流过梯度磁场时失去相位一致性而使信号减弱乃至消失，静止组织中的H质子相位仍保持一致而使信号较强，于是血管与静止组织之间形成了对比，再用一种称为双极流动编码梯度进行翻转，就可使血流呈高信号，周围组织呈低信号，这便是PCA。,PCA相位对比法,67,2DPC,68,3DPC,69,黑血法,使用RF脉冲在预定区域内饱和全部的磁化向量,使该区组织在MR图像上呈黑色低信号，血流流经此区即处于饱和状态，再进入成像容积时较少吸收和释放能量，呈黑色低信号。而成像容积内静止组织因未被饱和而呈较高信号。,70,黑血法,71,MRA临床应用,颅内血管MRA3D-TOF3D-PC用于动、静脉及复杂血流显示，时间长2D-TOF矢状窦等慢流显示2D-PC也可用于矢状窦成像及流速预测颈部血管MRA多层2D-TOF，2D，3D-PC用于动、静脉显示,72,MRA临床应用,胸部血管MRA主动脉及分支、肺动、静脉系用CE-MRA2D、3D-TOF用于主动脉显示2D-PC加心电同步技术常用于主动脉流量分析腹部血管MRA首选CE-MRA3D-TOF与PC可用于肾动脉四肢血管MRA3D-CE-MRA对四肢血管的动脉、静脉期显示好2D-TOF也可用于四肢血管显示,73,MRI水成像,利用人体内的水作为天然对比剂，用梯度回波重T2WI，清晰显示含水器官的解剖和病变。内耳水成像MR涎腺管造影MR脊髓造影（MRM）MR胆胰管造影（MRCP）MR尿路造影（MRU）,74,内耳水成像,75,76,MRU,77,MRI增强扫描技术,常用的造影剂为钆二乙三胺五醋酸（Gadolinium-DTPA，Gd-DTPA），与含碘剂造影剂相比，安全性相当高。根据病变有无强化、强化的程度、类型来鉴别诊断疾病。,78,T1像右侧顶叶皮层旁圆形等T1灶呈短T2信号增扫呈圆形均匀强化，境界清。,79,MRI的临床应用,80,MRI经过几十年的飞速发展，应用范围日益广泛，已成为最重要的诊断工具之一。MRI也几乎适用于全身各系统的检查。,81,MRI无骨性伪影，可随意作直接的多方向切层，对颅脑、脊柱和脊髓的解剖和病变的显示，尤优于CT。MRI可不用血管造影剂，显示血管结构，在对肿块、淋巴结和血管结构之间的相互鉴别方面，有独到之处。MRI的软组织分辨能力高于CT数倍，能敏感地检出组织成分中水含量的变化，常可比CT更有效和早期地发现病变。MRI的主要不足：扫描时间较长；胃肠道因缺乏合适的对比剂，常常显示不清楚；对于肺部，成像效果也不满意。MRI对钙化灶和骨骼病灶的显示，也不如CT准确和敏感。,82,颅脑与脊髓MRI对脑肿瘤、脑炎性病变、脑白质病变、脑梗塞、脑先天性异常等的诊断比CT更为敏感，可发现早期病变MRI通过多种方向的切层扫描,定位也更加准确，较CT更加全面的明确肿瘤的部位及周围结构的关系。,颅脑与脊髓MR应用,83,由于MRI不受骨质及空气伪影的影响，对颅底及脑干的病变显示得更清楚多发性硬化的CT扫描常为正常，MRI则几乎能发现绝大多数的病灶,尤其是T2WI成像更加敏感。目前MRI是脱髓鞘疾病的首选方法。,84,MRI可直接显示脊髓的全貌，因而对脊髓肿瘤或椎管内肿瘤、脊髓白质病变、脊髓空洞、脊髓损伤等有重要的诊断价值。对椎间盘病变，MRI可显示其变性、突出或膨出。显示椎管狭窄也较好。对于颈、胸椎，CT常显示不满意，而MRI显示清楚。另外，MRI对显示椎体转移性肿瘤也十分敏感。,85,MRI可不用造影剂显示脑血管，发现有无动脉瘤和动静脉畸形但急性期脑出血MRI信号不明显，多为等信号，而CT则表现为高密度，很容易发现，因此，脑出血急性期应首选CT检查。,86,亚急性硬膜外血肿,73,87,结节性硬化,Gd-DTPA+C,88,脑干胶质瘤,89,小脑梗塞,83,90,脑脓肿,122,91,垂体微腺瘤,285,92,脑室内囊,352,93,脑转移瘤,355,94,T2,T13椎体压缩性骨折、胸髓挫裂伤、椎管狭窄,95,髓内星形胶质细胞瘤,385,96,外伤性脊髓软化,382,97,C45椎间盘突出颈髓压迫,C4,98,C24神经鞘瘤,Gd-DTPA+C,99,Chiari畸形,55,100,头颈部MRI应用,由于MRI能做多种切面的成像，且不存在骨及牙齿的伪影，因此十分适合于头颈部肿瘤的检查，对眼耳鼻咽喉部的肿瘤性病变显示比CT更清晰更准确，特别是明确鼻咽癌侵犯范围、颈部淋巴结转移和鉴别鼻咽癌放疗后复发或纤维化，评价眼眶内肿瘤范围与结构的关系。MRI还可做颈部的血管造影，显示血管异常。对颈部的肿块，MRI也可显示其范围及其特征，以帮助定性。,101,高位颈静脉,102,鼻咽癌向粘膜下浸润生长,103,鼻咽癌侵犯咽旁间隙,104,3D-TOFMRA,105,胸部MRI应用,MRI特别适合于肺门及纵隔肿块或转移淋巴结的检查，可区别血管断面还是淋巴结。在显示肿块与肺门、纵隔血管关系方面优于CT，对纵隔肿瘤的定位定性也极有帮助。但观察肺门较小结节病灶和支气管的侵犯略差于CT。由于气体在MRI上无信号，肺内病变常不作MRI检查。用心电门控技术，MRI可直接显示心肌和左右心室腔，对纵隔内大血管的情况可清楚显示。,106,胸主动脉夹层,107,肺癌,461,108,纵隔畸胎瘤,464,109,先天性心脏病,472,110,476,先天性胸主动脉缩窄,111,478,主动脉夹层动脉瘤,112,腹部MRI,MRI对肝、肾、肾上腺、胰、脾、等实质性脏器疾病的诊断可提供十分有价值的信息，有助于确诊。对小病变也较易显示，因而能发现早期病变。MRI能明确肿瘤的大小、位置及其与肝门静脉关系，对肝海绵状血管瘤的诊断与核素肝血管扫描及动态CT扫描相似。MR胰胆道造影（MRCP）可显示胆道和胰管，可替代ERCP。,113,对肝囊肿检出较超声更敏感，MRI也能发现胆管扩张、胆囊结石及胆管肿块，但与CT及超声比较没有更多的优点。对肝硬化的诊断,CT是首选。MRI对肾及肾上腺的诊断价值与CT相当，能显示肿瘤大小、位置、信号变化及其与下腔静脉