磁共振成像(一)基础入门

1、写在前面磁共振成像目前已经成为临床常用且依赖性很强的影像学检查技术之一。医学生或年轻医师通过学习和了解,应该逐步熟悉或掌握其知识要点，这对于不同专业都非常重要。 本课件分1-7部分，用于临床医学专业本科生选修课教学。磁共振成像Magnetic Resonance Imaging（基础部分）河北医科大学石油临床学院影像学教研室杨景震注：内有动画设置，浏览时需采用幻灯放映模式）（2014修改版）主要内容 磁共振技术的发展及概况 简要介绍磁共振成像基本原理及概念 磁共振检查方法及临床应用 磁共振成像的主要优点及限度 如何阅读磁共振图像磁共振发展史时间发生事件作者或公司 1946发现磁共振现象Bloc

2、h Purcell 1971发现肿瘤的TL T2时间长Damadian 1973做出两个充水试管MR图像Lauterbur 1974活鼠的MR图像Lauterbur等 1976人体胸部的MR图像Damadian 1977初期的全身MR图像Mallard 1980磁共振装置商品化 2003诺贝尔奖金Lauterbur MansfierdMR成像技术的发展：四个阶段< 20世纪70年代中一80年代初：初步认识、逐步完善成熟阶段。« 80年代初一90年代初：广泛应用，但仅限于T1T2层面成像。 注重于解剖结构及形态的变化。< 90年代初一90年代末：快速发展阶段。检查时间缩短、

3、随着 快速或超快速成像技术的应用，扩散加权、灌注加权、MRA、 水成像、功能成像等技术用于研究功能与活动机制。« 90年代末一21世纪至今天：上述技术不断成熟的同时，有多 种成像方法进入临床应用，并进入磁共振分子影像学阶段。磁共振设备超局场强7.0T以上按照场强分为：低场强、中场强、高场强、0.4T 以下 0.5-L0T 1.5-3.0T磁体类型：永磁型、超导型（也有将3.0T列为超高场强）特斯拉(Tesla,T)Nikola Tesla (1857- 1943),奥地利电器工程 师，物理学家，旋转磁 场原理及其应用的先驱 者之一。1T = 10000G (高斯)Raymond Da

4、madian与第一台MRI装置(1977)MRI基本原理X线球管检测器普通CT成像示意图扫描架X线管螺旋扫描轨迹扫描床X线管 转动跳迹螺旋CT原理示意图光源物体成像板图八10在X线成像时，放射线穿透物体，到达物体后面的成像板。图2-12射频脉冲后，病人体内的自旋产生一个 可被接收器测量的信号。磁共振没有射线实现人体磁共振成像的条件： 利用人体内氢原子核作为磁共振中的靶子，它是人体内最 多的物质。H核只含一个质子不含中子，最不稳定，最易 受外加磁场的影响而发生磁共振现象。 有一个稳定的静磁场（磁体）：永磁型、超导型0.15- 0.4T> 0.5-1.0T, L5T、3.0T-7.0T或以上

5、。 梯度场和射频场：前者用于空间编码和选层，后者施加特 定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象。 信号接收装置：各种线圈。 计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等磁共振成像的过程: H核子自然状态：磁矩和角动量互相抵消，人体不显磁性。 外加磁场中H核子状态：人体处于轻度磁化状态，在顺/逆主磁场方向 的两种排列方式中，顺向者多，磁矢量经正负方向相互抵消后，保留7 /百万的H核子用于MR信号接收，这些顺向排列（低能态）形成的磁 矢量联合形成总磁矩M,并与静磁场（Bo）方向相同。 施加射频（RF）脉冲后H核子状态：外加一个与主磁场成一定角度（ 90度）的短暂射频脉冲。该脉冲的频率与质子的进

6、动频率相同， 则H 核子受到激励，由原来的低能态跃迁到高能态，形成了H核子“共振” 现象。射频（RF）脉冲停止后H核子状态:射频脉冲停止,接受到能量后的“高能态”质子以电磁波的形式将所吸收的能量散发出来。其横向磁化消 退，纵向磁化恢复。人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。 自然状态下，H核进动杂乱无章，磁性相互抵消。进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互 抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M,即为MR信号基础。zMz按照单一核子进动原理,质子群在静磁场中形成的宏观磁化矢量M。对Mz施加90度的射频脉冲Bo代表主磁场的方向ZM z tA -z

7、z AXV*在AB这一过程中，产生能量Boabcde射频脉冲激发使磁场偏转90度，关闭脉冲 后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向）脉冲停止后，发生了一种物理学现象：弛豫弛豫 |Relaxation放松、休息射频脉冲停止后，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|MxyT2弛豫CSF、Gray matter37%White matter，一一二.二 ，口1丽，8- -二 9 二4 92 1011400很容易发现：不同组织的横、纵向弛豫时间不同（T2、T1值不同）A MzFat,. Wh

8、ite matter2402500T1弛豫横向弛豫也称为T2弛豫, 简单地说，T2 弛豫就是横向 磁化矢量减少 的过程。zzz>Y横向磁化矢量 的缩短即是相 位散失的过程T2WI两种组织的信号差别是这样获得的90度激发后采集信号时刻平衡状态t2wi脑灰质T2弛豫相对较短，又称短T2较低信号;脑脊液T2弛豫长，又称长T2高信号；纵向弛豫蕾也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在 主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复, 直至恢复到平衡状态的过程。T1WI两种组织的信号差别是这样获得的平衡状态90纵向弛豫一90T1弛豫：到达63%的时间，以 脂肪与脑脊液为例Mz脂肪脑脊液脂肪T1弛豫短，又称短

9、T1高信号； 脑脊液T1弛豫长，又称长T1低信号; MR只能采集旋转的横向磁化矢量MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋带的横向磁化矢量在任何序列图像上，信号采集时刻量越大,MR信号越强人体进入磁场磁化施加射频脉冲、H核磁矩发生90 °偏转,产生能量射频脉冲停止、弛豫过程开始，释放所产生的能量（形成MR 信号）信号接收系统计算机系统 在弛豫过程中，涉及到2个时间常数：纵向弛豫时间常数一T横向弛 豫时间常数一 加权（weighted ）的概念：MR成像过程中，Tx、T2弛豫二者同时存在,只是在某一时间内所占的比重不同。如果选择突出纵向（T/弛豫特征的扫描参数（脉冲重复时间和回波时间，

10、以毫秒计）用来采集图像，即可得到反映以L弛豫为主的图像，当然其中仍有少量丁2弛豫成分，因是以L 弛豫为主，故称为T_加权像（weighted Imaging WI）。如果选择突出横 向（丁2）弛豫特征的扫描参数采集图像加权或称权重，有侧重、为主的意思 因为人体各种组织如肌肉、脂肪、体液等，各自都具有不同的Ti和弛豫 时间值，所以形成的信号强度各异，因此可得到黑白不同灰度的图像磁共振常规检查图像的特点T1加权像、12加权像、质子加权像SE序列各加权像的参数匹配加权成像TR (ms)TE (ms)Twi 短(w 500) m (< 30)T2WI长(> 2000)长(> 60)P

11、dWI长(> 2000)短(< 30)加权像(weighted imaging)T2weighted imaging ， T2WIT1 weighted imaging ， T1WIMR为层面成像、成像参数多、任意多方位直接成像、血管流空效应CT没有影像重叠也属于层面成像人体不同组织的MR信号特点黑白灰度对比：X光片、CT均以密度高低为特征M R图象是以信号高低/强弱为特征水：长Ti （黑）、长丁2 （白） 脂肪：短T1（白）、短T2 （暗灰） 肌肉；长T（黑）、短丁2 （黑）骨皮质、完全性的钙化：黑（无信号） 血流：常规扫描为流空（黑）大多数肿瘤：长T1、长丁2H .LFT2WI

12、T1WI磁共振成像检查方法MR检查方法采用不同方位、不同脉冲序列，例如轴位、冠状或矢状进行T1WI或T2WI扫描（包括常用的脂 肪或水抑制技术）脂肪抑脂技术：目的是突出与脂肪背景重叠的病变或者验证是否 为脂肪组织T2WI（抑脂）T2WI（未抑脂）T2WI（未抑脂）T1WI（未抑脂）T1WI（抑脂）FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery) 抑制水的重度T2加权像，也称黑水技术。即抑制脑 脊液，对除脑脊液以外“病变水”的显示更有利.T1WIT2WIFLAIR增强检查：静脉内注射造影剂进行扫描，用于鉴别诊断等。MR所用造影剂与CT的造影剂不同，除不是碘剂

13、不存在过敏之外，其作用的原理也不同。增强扫描一般都是在平扫后，根据病情需要而选择。增强检查的方法: 传统的常规增强 延时增强动态增强 增强血管成像（CE-MRA）排泌性造影血管丰富程度CT造影剂 （碘制剂）血流灌注如何血液内碘浓度高低血脑屏障完整与否直接提高 病变区X线衰减值（称直接增强）MR造影剂（顺磁性物质）是改变病变部位磁环 境，缩短H质子的T、丁2弛豫（但丁2的缩短不如T1明显 ）造影剂入血行病变组织间隙与病变组织大分子结合Ti驰豫接近脂肪或Larmor频率L缩短一强化（白），（称间接增强）影响因素：病变区的血流；灌注；血脑屏障。与血液 内的药浓度不绝对成正比，达一定浓度后不起作用特殊

14、检查:> 血管成像（Magnetic Resonance AngiographyMRA）利用流动的血液进行血流的直接成像可用于动脉或静脉的检查，若同时使用造影剂，称增强血管成像（CE-MRA）血管成像用于血管畸形、动脉瘤、血管狭窄或闭塞。但目前仍不能代替DSA特点：简便、无创伤脑部动脉成像脑静脉窦成像颈部动脉增强血管成像男，73岁，全身血管成像。可见多发性 血管狭窄水成像胆道成像(Magnetic Resonance Cholangiopancreatography )MRCP不使用造影剂，利用 胆汁(水)进行成像。用于胆道梗阻检查壶腹癌胆总管结石胆管癌尿路成像(Magnetic Resonance Urography)MRU不使用造影剂，利用尿液进行成像左侧输尿管远端狭窄左侧双肾盂、输尿管畸形硬