5 MRI信号分析基础：SWI-MRS-冯逢

SWI信号分析物质的磁敏感性•SWI信号分析物质的磁敏感性•物质的基本特性之一，可用磁化率表示，磁化率越大，物质的磁敏感性越大•某种物质的磁化率是指该物质进入外磁场后的磁化强度与外磁场强度的比率0反磁性物质的磁化率为负值0顺磁性物质的磁化率为正值，但一般较低0铁磁性物质的磁化率为正值，比较高梯度回波的特点•反映的是T2*弛豫信息而非T2弛豫信息0SE序列的180。脉冲可剔除主磁场不均匀造成的质子失相位从而获得真正的T2弛豫信息0GRE序列由于没有180°聚焦脉冲，因此不能抵消主磁场不均匀造成的质子失相位，因而获得的只能是组织的T2*弛豫信息而不是T2弛豫信息•GRE序列的固有信噪比较低•GRE序列对磁场的不均匀性敏感•GRE序列中血流常呈现高信号SWI信号分析及MRS谱线解读放射科：冯逢磁敏感加权成像磁敏感加权成像•梯度回波成像，独特的采集与数据重建的方式03D采集、高分辨、流动补偿、薄层重建0分别显示强度（幅度）和相位的信息0利用相位的差别，用于形成相位蒙片，增加强度影像的对比•新的对比，显示组织之间磁敏感性的差异•是指横向磁化的衰减0自旋-自旋弛豫0磁场的不均匀性强度及相位图强度及相位图铁沉积与钙化T2*敏感性比较•2DT2*WI0层厚较大0平面内矩阵较低•3DT2*WI0层厚较薄0平面内矩阵较高AirOxygenCarbogenRauscherARauscherA,etal.MRM,2005;54:87-95•动脉可以为高信号•CSF与脑实质的信号强度可调（FA）0脑脊液中等偏低信号0脑实质中等偏高信号•静脉低信号T2*WI低信号的物质•T2*WI低信号的物质•去氧血红蛋白•含铁血黄素沉积•铁蛋白沉积•其他金属物质eSWAN序列EnhancedT2-StarWeightedAngiography0T2*--权重0对组织间的磁化率差异敏感-检出磁敏感性差异大的组织0同时可以得到MRA的图像eSWAN的成像结果A.MRAB.强度图C.相位图D.T2*加权像E.强度图mIPF.相位mIPG.R2*•CNS出血性疾病•CNS血管异常及畸形•CNS运动障碍性疾病及变性疾病•铁代谢异常疾病的评价eSWAN的后处理readoutechoes12345678Phase&magnitudeMRA1TE=5msT2*&R2*eSWANeSWAN序列主要特点•T2*权重的GRE序列•3D模式采集，薄层（2mm）重建0T2*map定量分析0Phase0R2*map横向弛豫的测定•T2横向弛豫的测定•T2或R2，R2=1/T2•T2*或R2*，R2*=1/T2*•T2’或R2’，R2’=1/T2’主要应用于铁的定量研究各有其长短女/26岁，三脑室占位，偶然发现右侧小脑静脉异常58353毛细血管扩张症•CapillaryTelangiectasia0桥脑好发，直径约3cm0周围是正常脑组织，偶然发现0血管造影通常阴性，而增强MRI或增强CT可见0鉴别诊断包括：脱髓鞘、肿瘤、炎症等发育性静脉异常发育性静脉异常•Developmentalvenousanomaly•过去也称为静脉瘤，属静脉的正常变异•常无症状，不易出血，偶然发现或尸检时发现，发生率约2.6%•常位于脑室旁、皮层下、小脑•髓静脉扩张，呈“海蛇头”（medusa’shead）状或伞状，并流入深部或表面的静脉•正常脑静脉引流通路的补偿男/46岁，肺癌除外脑转移，偶然发现静脉瘤男/46岁，肺癌除外脑转移，偶然发现静脉瘤61445女/57岁，右眼胀痛1月女/57岁，右眼胀痛1月57327•脑三叉神经血管瘤病0•脑三叉神经血管瘤病0面部第V神经分布区“葡萄酒色”血管痣0软脑膜静脉血管瘤病0巩膜/脉络膜血管扩张，青光眼、眼积水（牛眼0癫痫、智力迟缓、偏瘫创伤后的评价•DiffuseAxonalInjury，DAI0由于受撞击后灰质与白质的惯性加速度不同，形成剪切力造成0轻者是脑震荡，重者则严重昏迷，植物人状态0部位：灰白质交界、胼胝体、脑干背外侧、小脑上脚、内囊DAI女女/14岁，间断性癫痫发作14年弥漫轴索损伤弥漫轴索损伤GE,TE=20msMarkHaacke,etal.JMRI:2005;22:439DAI治疗3月后复查，临床症状好转脑淀粉样变血管病男/74岁，行走不稳，记忆力减退半年，加重脑淀粉样变血管病男/74岁，行走不稳，记忆力减退半年，加重2月脑表面含铁血黄素沉积•superficialsiderosis•反复、慢性的蛛网膜或脑室内出血导致含铁血黄素及铁蛋白(ferritin)在脑表面沉积所致•临床表现为小脑功能障碍、锥体束征、听力下降等•T2WI可见脑表面极低信号覆盖，可累及大脑、小脑、脑干、颅神经及脊髓等处，好发于小脑、脑干（脑桥）等处•梯度回波序列显示病变更敏感高血压的微出血灶高血压的微出血灶女/70岁，高血压，反复头晕23年，双下肢乏力10月女/39岁，双眼视力模糊，听力减退1年，胡言乱语1月，颅压升高GREGREMRSMRS谱线解读基本概念•Larmorequation•旋磁比（GyromagneticRatio）Nuclearγ(MHz/T)42.5840.0531P17.2323Na11.2610.76相位位移值（PhaseShiftValue）MSA--0.206±0.14-0.290±0.14-0.274±0.24-0.043±0.04-0.040±0.04IPD-0.305±0.21-0.289±0.19-0.104±0.09-0.105±0.12-0.039±0.06-0.038±0.06Control-0.470±0.48-0.383±0.49-0.131±0.05-0.137±0.05-0.037±0.03-0.032±0.01FengF,etal.ChinJMedImagingTechnol,磁共振波谱磁共振波谱•磁共振波谱（magneticresonancespectroscopy,MRS），可以检测出具有生理及病生理意义的代谢物0在体、直接、无创•采集原理：遵循Larmor定律0MRI：信号的振幅随时间变化的函数0MRS：信号的振幅随频率分布的函数不同原子核的共振不同原子核的共振MRS：虚拟活检MRS：虚拟活检代谢物的频率差HHHHOOOOHHHHHHHH HHHHTesla的磁场条件下其进动频率是63.9MHz•而长链脂肪酸中的氢质子在同样磁场中的进动频率则是63.9MHz-224Hz•绝对频率差值难以记忆，实际意义并不直观1H-MRS谱线•移动脂肪0.9~1.3ppm•乳酸（Lac）1.33ppm•N-乙酰天门冬氨酸（NAA）2.02ppm•谷氨酸类化合物复合峰（Glu+Gln,Glx）2.1~2.4ppm,3.78ppm•总肌酸（Cr）3.03ppm•总胆碱（Cho）3.22ppm•肌醇（mI）3.56ppm化学位移化学位移•位于不同化学结构中的氢质子，其进动频率不同•这种由于所处的分子结构不同所致的同一原子核进动频率出现差异的现象被称为化学位移现象MRS谱线H2Ot以“百万分之”（partspermillion,ppm）来表示时，则化合物之间的频率差别是恒定的（无场强依赖）3.5ppmapartsApprox.447Hz,at3.0-TApprox.224Hz,at1.5-TApprox.74Hz,at0.5-T谱线的判读•谱线易读0信噪比好(SNR)0均匀性好0一致性好SNR通常在频率域定义为最大代谢物的峰高度除以无信号区噪声的振幅的均方根MRS采集技术MRS采集技术•准确采集感兴趣容积（volumeofinterest,VOI）体素内的信号，而不被VOI以外的信号污染，是MRS成功的关键前提0单体素技术0多体素技术•波谱采集的空间定位欠准确PRESS:TR=1500ms,TE=35ms谱线的基本概念••峰下面积与代谢物浓度成正比•线宽与化合物的T2*弛豫时间和磁场的均匀度有关，它决定谱线的频率分辨率•如果原子核之间存在共价健，其自旋磁矩之间的相互作用形成自旋－自旋耦联，则表现为特定形态的峰三甲基硅烷基溶液Trimethylsilane11H-MRS的技术考虑•不同的系统（1.5Tvs3.0T）•不同的序列（PRESSvsSTEAM）•不同的参数（如TE时间的不同）•所得的谱线均会有差别，代谢物比值亦有所不同TR=1500ms,TE=35msTR=1500TR=1500ms,TE=35ms不同TE时间的谱线肌体因素的影响•脑内不同部位•体温•肝、肾参与Cr合成，肝病时Cr下降•糖尿病、肾病、渗透压异常、移植后、输液均会影响MRS的结果•对比剂（Gd-DTPA）没有影响不同TR时间的谱线TR3000ms回波时间的影响•短回波(TE<50ms)•长回波(TE>50ms)+可看到短T2的代谢物，如mI,Glx,+信号强度最高+有已形成的正常值可参考LinA,HMRI,2004+基线平稳于观察乳酸峰+/-很少有脂肪信号-信号强度弱-丢失所有短T2的代谢物11H-MRS的技术考虑•开始运用1H-MRS技术前，应充分评价磁共振系统的MRS技术所能提供的质量，根据所需观察的代谢物来确定所用的序列及其所有参数影响比值的参数•序列：明显影响影响比值的参数•序列：明显影响•TE时间：明显影响•TR时间：有些影响•NAV：影响较小不同体素的谱线1H-MRS的定量•绝对定量与相对定量相对定量：以各代谢物峰的高度或峰下面积的比值来进行定量分析绝对定量：以内源性水或运用独立的外源性的标准浓度的物质作参照进行计算0数据后处理需要校正、截趾、过滤、添零填充、傅里叶转换、拟合等步骤0各有各的问题不同位置的谱线灰质NAANAA：1.69Cho：0.58mI：0.51NAA：1.63Cho：0.60mI：0.54NAA：1.73Cho：0.64mI：0.49NAA：1.72Cho：0.57mI：0.46绝对定量软件绝对定量软件单体素波谱2D多体素波谱MRS的伪影单体素波谱2D多体素波谱MRS的伪影•运动伪影0大部分不易观察，导致线宽增加，分辨率下降0代谢物在谱线上呈分裂的峰，多见于患者的头在两个不同的位置上来回移动0在波谱采集定位后患者头部移动，导致采集的体素并非设定的体素0Voxel：2*2*2cm0采集时间：3’48”0采集时间：4’20”•单体素波谱0容易实现0成像时间相对短0相对容易克服磁场不均匀的影响0谱线的基线稳定0谱线定性分析好•化学位移成像集可以获得较多信息0成像时间长0容易受到磁场不均匀的影响0谱线质量常受影响选定范围内所有代谢物浓度的总和要考虑部分容积效应的影响MRSMRS的伪影•化学位移伪影—通常只影响单体素采集0化学位移偏离，发生在谱线后处理时拟和算法0激发的化学位移伪影，出现在应用选层脉冲或读出梯度时MRS的伪影•磁敏感性伪影0MRS的伪影•磁敏感性伪影0是最容易观察到的MRS伪影，通常出现在3.5~4.0ppm区域。通常被称为鬼影（ghost）MRS的伪影•体素外的磁敏感性物质的干扰，不仅影响单体素采集也会影响多体素采集颅内肿瘤的定性•胶质瘤的诊断及分级•肿瘤边界的评价•鉴别原发肿瘤与转移瘤•鉴别肿瘤与某些感染性病变•胶质瘤放疗后坏死与复发的鉴别MRSMRS的伪影•涡电流伪影0常在谱线的1.0~2.0ppm出现一个尖锐的下降11HMRS的临床应用•局灶性病变的定性•代谢性脑病•缺氧脑病(HIE)•精神疾患的研究大脑