MRI的概述与发展应用.ppt

1、a,1,MRI原理及进展,蔡甫雨 1101910,a,2,目录,MRI扫描仪的基本硬件构成 MRI的基本原理、基本概念 MRI进展方向 MRI的基本技术和新技术 MRI的优点和缺点 安全注意事项,a,3,核磁共振现象发现 Purcell等, Bloch等（ 1945）; Physical Review: 核磁共振现象引入医学界 Damadian（1971 ）; Science, 171: 1151 -1153 核磁共振成像 Lauterbur（1973） ; Nature, 242: 190 -191 是利用原子核在磁场内所产生的信号经重建成像 的一种影像技术,核磁共振成像技术发展简史,a,4

2、,MRI扫描仪的基本 硬件构成,a,5,得到图像所需要用到的工具,a,6,一般的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,a,7,主磁体(Magnet),磁共振最基本的构造 产生磁场的装置 最重要的指标为磁场强度和均匀度,a,8,MRI按磁场产生方式分类,永磁permanent magnet,电磁,常导resistive magnet,超导superconducting magnet,主磁体,0.35T 永磁磁体,1.5T 超导磁体,a,9,MR按主磁场的场强分类 MRI图像信噪比与主磁场场强成正比 低场: 小于0.5T 中场：0.5T1.0T 高场: 1

3、.0T2.0T（1.0T、1.5T、2.0T） 超高场强：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）,a,10,梯度线圈(gradient coil),作用： 空间定位 产生信号 梯度线圈性能的提高 磁共振成像速度加快 没有梯度磁场的进步就没有快速、超快速成像技术,a,11,射频系统(radio-frequence system, RF ),作用：如同无线电波的天线 激发人体产生共振（广播电台的发射天线） 采集MR信号（收音机的天线）,a,12,脉冲线圈的分类 激发并采集MRI信号（体线圈） 仅采集MRI信号，激发采用体线圈进行（绝大多数表面线圈）,a,13,3D-FFE Matrix 5125

4、12 FOV 2.5cm,利用2.3cm显微线圈采集的指纹MR图像,a,14,计算机系统及谱仪,数据的运算 控制扫描 显示图像,a,15,其他辅助设备,空调 检查台 激光照相机 液氦及水冷却系统 自动洗片机等,a,16,MRI的基本原理、基本概念,a,17,人体MR成像的物质基础,原子的结构,a,18,自旋与核磁,地球自转产生磁场 原子核总是不停地按一定频率绕着自身的轴发生自旋 ( Spin ) 原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁场称为核磁，因而以前把磁共振成像称为核磁共振成像（NMRI）。,a,19,地磁、磁铁、核磁示意图,a,20,用于人体MRI的为1H（氢质子），原因有： 1、1H的磁

5、化率很高； 2、1H占人体原子的绝大多数。 通常所指的MRI为氢质子的MR图像。,何种原子核用于人体MRI成像？,a,21,人体组织内的质子存在状态,质子的运动：进动频率0 = 0,a,22,把人体放进大磁场,a,23,不同种类的原子核对应的旋磁比不同,a,24,进入主磁场前后人体组织质子的核磁状态,a,25,处于高能状态太费劲，并非人人都能做到,处于低能状态的略多一点,a,26,什么叫共振，怎样产生磁共振？,共振：能量从一个震动着的物体传递到另一个物体，而后者以前者相同的频率震动。,a,27,体内进动的氢质子怎样才能发生共振呢？,给低能的氢质子能量，氢质子获得能量进入高能状态，即核磁共振。,

6、？,a,28,塞曼效应,若无外加磁场，自旋核保持其基态E0的能量状态，且核自旋的取向是随机的；将自旋核置入外磁场中，自旋核的能量在E0的基础上出现量子化的特征。这种基态能级在外磁场中发生分裂的现象称为塞曼效应（Zeeman effect）。,其中mI只能取I、I-1、I-2、-I+1、-I等共2I+1个值。,a,29,磁共振现象,磁共振发生的射频频率必须为进动角频率相等。,a,30,磁共振现象,射频脉冲的角频率与原子核进动角频率相等时，射频脉冲能量才能被自旋核吸收，从低能级跃迁到高能级。 为了使得磁共振发生，可以采用扫频法、扫场法、脉冲法。 扫描法：改变频率； 扫场法：改变场强； 脉冲法：包含

7、各种频率成分的宽带脉冲去激励特定目标区域； 外磁场B0确定后，具有不同磁旋比的原子核其磁共振频率不同。意味着一种频率的射频脉冲仅能激发一种原子核。 对于同一种原子核，外磁场强度越高，进动频率越高，磁共振产生的共振拉莫尔频率越高。8-100 MHz的射频对人体无伤害。 可以用来测量磁旋比，从而确定原子核的种类，即NMR,a,31,怎样才能使低能氢质子获得能量，产生共振，进入高能状态？,a,32,射频脉冲,射频脉冲作用包括：由低能级向高能级跃迁，同时使得质子同相位。 在B0和B1的共同作用下，质子系统的纵向磁化强度M0减小到Mz，横向磁化强度由零增加到Mxy，质子系统总磁化矢量M为Mz和Mxy的矢

8、量和，其宏观表现就是最大纵向强度M0由B0方向向xoy平面翻转，当射频脉冲停止时，M0与z轴成Theta角。,a,33,90度脉冲继发后产生的宏观和微观效应,低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态，高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零,使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生宏观横向磁化矢量,a,34,磁共振成像原理,几种射频脉冲 小角度脉冲：使宏观纵向磁化矢量角度偏转90 90脉冲：使宏观纵向磁化矢量角度偏转90 180反转脉冲：使宏观纵向磁化矢量角度偏转180,a,35,90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接

9、收线圈，MR仪可以检测到。,a,36,检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，对于临床诊断来说是远远不够的。 我们总是在90度脉冲关闭后过一定时间才进行MR信号采集。,非常重要,a,37,射频线圈关闭后发生了什么？,a,38,无线电波激发使磁场偏转90度，关闭无线电波后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向),a,39,核磁弛豫: 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. 核磁弛豫又可分解为两个部分： 横向弛豫：横向磁化矢量减少的过程 纵向弛豫：在主磁场的作用下，纵向磁化矢量 恢复的过程,a,40,横向弛豫,也称为T2弛豫；横向矢量衰减到原

10、来值（Mxy）37%的时间,a,41,T2:自旋-自旋弛豫时间,T2衰减：由共振质子之间相互磁化作用所引起，它引起相位的变化。 不同的组织横向弛豫速度不同，T2值不同 长T2组织：游离水（T2最长）、一般囊肿； 短T2组织：肿瘤、炎症、梗死（游离水）；,a,42,纵向弛豫,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。,a,43,T1：自旋-晶格弛豫时间,T1衰减：纵向磁化适量恢复到原来的63% 不同组织有不同的纵向弛豫速度，T1值不同 短T1组织：脂肪组织、 胆固醇 、高蛋白囊液、血栓 长T1组织：游离水（T1最长）、肿瘤、炎症、梗死

11、（游离水）,a,44,磁共振“加权成像”,T1WI,T2WI,PD,a,45,在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横向的磁化矢量越大，MR信号越强,a,46,何为加权？,所谓的加权就是“重点突出”的意思 T1加权成像(T1WI)-突出组织T1弛豫差别 有利于观察组织的解剖结构 T2加权成像(T2WI)-突出组织T2弛豫差别 对显示病变组织较好 质子密度加权成像(PD)突出组织氢质子含量差别,a,47,T2加权成像（T2WI),T2值小 横向磁化矢量减少快 MR信号低（黑） T2值大 横向磁化矢量减少慢 MR信号高（白） 水T2值约为3000毫秒 MR信号高 脑T2值约为100毫秒 MR信号低,反

12、映组织横向弛豫的快慢！,a,48,T1加权成像(T1WI),T1值越小 纵向磁化矢量恢复越快 MR信号强度越高（白） T1值越大 纵向磁化矢量恢复越慢 MR信号强度越低（黑） 脂肪的T1值约为250毫秒 MR信号高（白） 水的T1值约为3000毫秒 ，MR信号低（黑）,反映组织纵向弛豫的快慢！,？,a,49,T1WI,a,50,重要提示!,人体大多数病变的T1值、T2值均较相应的正常组织大，因而在T1WI上比正常组织“黑”，在T2WI上比正常组织“白”。,a,51,90,180,回波,TE,TR,TE：回波时间TR：重复时间,如何区分T1WI、T2WI,a,52,如何区分T1WI、T2WI,1

13、、看TR、TE T2WI： 长TR(2000毫秒) 长TE（50毫秒） T1WI ： 短TR(400-800毫秒) 短TE（10-15毫秒）,T2WI,T1WI,a,53,如何区分T1WI、T2WI,2、看水和脂肪 T1WI： 水（如脑脊液、胃液、肠液、尿液）呈低信号（黑） 脂肪呈很高信号（很白） T2WI： 水呈很高信号（很白） 脂肪信号有所降低（灰白）,T2WI,T1WI,a,54,如何区分T1WI、T2WI,3、看其他结构 脑组织： T1WI:白质比灰质信号高 T2WI:白质比灰质信号低 腹部： T1WI:肝脏比脾脏信号高 T2WI:肝脏比脾脏信号低,T2WI,T1WI,T1WI,T2W

14、I,a,55,磁共振信号,磁共振信号即宏观横向磁化矢量切割接收线圈产生的信号。某组织的宏观横向磁化矢量越大，其切割接收线圈产生的电信号也越强。 自由感应衰减信号 射频脉冲激发后，由于受横向驰豫和静磁场不均影响，组织中的宏观横向磁化矢量较快以指数形式衰减，即自由感应衰减,a,56,磁共振信号,自旋回波信号 射频脉冲激发后，在一定的时间再发射一个180度聚焦脉冲，纠正因静磁场的恒定不均匀造成的质子失相位。,a,57,MRI进展方向,a,58,成像速度更快 常规SE 、T2WI序列 15-25分钟 快速超快速梯度回波 1秒以内 EPI 100毫秒以内,分秒,秒,a,59,空间分辨率更高 常 规：25

15、6256 高分辨：512 512，1024 1024,512 512,a,60,从单纯形态学分析向功能成像转变 脑功能成像 心功能成像 肝功能成像 肾功能成像 磁共振波谱分析（MRS）,脑功能成像,磁共振波谱分析,a,61,应用范围逐步扩大 早期：颅脑、脊柱 目前：可用于全身各部位,a,62,MRI的基本技术和新技术,a,63,常规MRI 超快速MRI MRA 扩散成像 灌注加权 MR水成像,脑功能成像 MRI仿真内窥镜 MRI电影 MR频谱分析 介入性MRI,a,64,常规MRI,包括常规T1WI 、T2WI、质子加权成像 临床工作中最常用的MRI技术,a,65,单层成像时间短于1秒，适用于

16、： 不能控制运动或神志不清病人 胸部、腹部屏气扫描 动态增强扫描 各器官功能成像,超快速成像技术,a,66,MR血管成像（MRA）,不用造影剂的MRA（常规MRA）：适用于全身血管病变的显示，也可用于血管血液流速、流量分析。 对比增强MRA：能提高常规MRA的准确性和真实性。适用于动脉瘤、大血管疾病的MRA检查。对于大血管疾病的检查，对比增强MRA已经能基本取代血管造影。,a,67,a,68,a,69,水分子扩散加权成像,检测组织内水分子热运动水平，适用于： 超急性期脑梗塞的诊断和鉴别诊断，可检出发病6小时内甚至2小时以内的脑梗塞 小时以后 常规 小时以后,T2WI,T1WI,扩散成像,a,7

17、0,血流灌注成像,静脉快速注射造影剂后，利用超快速成像序列进行扫描，可反应组织的血流灌注和血液动力学改变，适用于： 超急性期脑梗塞，大面积梗塞于血管闭塞后可立刻检出 心肌血流灌注分析，检出早期心肌缺血,灌注成像,T2WI,a,71,MRI水成像技术,利用人体内的水作为天然对比剂清晰显示含水器官的解剖和病变。 内耳水成像 MR延腺管造影 MR脊髓造影（MRM） MR胆胰管造影（MRCP） MR尿路造影（MRU）,内耳水成像,a,72,3D FRFSE-MRCP,水成像序列,不用造影剂快速得到高分辨率磁共振胰胆管水成像,a,73,脑功能成像,利用人工刺激（听觉、运动、视觉等）配合特定的MRI序列标

18、识出脑组织的各功能区，适用于： 避免手术损伤 脑科学研究,a,74,a,75,MRI仿真内窥镜,利用MRI薄层扫描技术及特定的软件进行重建，模拟纤维内窥镜对空腔脏器进行腔内观察，有利于鼻腔、鼻咽部、气管、支气管、胃肠道、血管等部位病变的显示。,a,76,MRI电影,能对心脏、关节等进行运动、功能分析,a,77,MR频谱分析,能对组织的化学元素含量进行分析，反应组织的代谢、功能状态。 1H：检测脑组织某些低浓度代谢产物 31P：ATP、ADP含量分析 13C：酶缺乏性疾病的诊断 19F：5-FU的作用机理研究 23Na：肿瘤细胞生长评价,a,78,介入性MRI,利用MRI作为监视手段进行介入性放

19、射学手术，避免医生病人遭受放射线损害。 MRI导向活检 MRI导向射频消融 MRI导向微波治疗 MRI导向冷冻治疗 MRI介导血管成型术和内支架植入术,a,79,MRI的优点和缺点 （与CT比较）,a,80,优 点,组织分辨率较CT高，可检出更多的病变 大多数病变不用造影剂就能较好显示 不用造影剂就可较好显示血管 没有骨性伪影，有利于后颅窝、椎管等部位病变的检查 多参数成像，能为病变检出和鉴别诊断提供更多信息 可任意断面成像，CT一般仅能进行横断面扫描 无放射线损伤,a,81,缺 点,钙化显示不及CT 空间分辨率一般不及CT，但现代先进的MRI的空间分辨率已与CT接近 受磁场影响，一般监护仪器

20、不能进入MR室，因而不适用危重病人 价格比较昂贵 操作较为复杂,a,82,MRI的优点和缺点（与CT比较）,重要提示,尽管MRI有很多优点，在定位诊断方面明显优于CT，在定性诊断方面也能提供更多的信息，但是部分病变的MRI信号变化仍缺乏特异性，因而有些病变的定性诊断仍较困难。 MRI不是万能的！ MRI 与CT是互补的！,a,83,MRI造影剂,a,84,钆贲酸葡甲胺（Gd-DTPA）,机理：是一种顺磁性物质,它具有不成对的电子, 当它接近共 振的H质子时,能改变H质子所处的磁场, 使T1值明显缩短。 作用：低剂量缩短组织的T1值；高剂量缩短组织的T2值。一般利用前者，表现为有增强的组织信号“变白”。 增强代表的意义：脑组织：血脑屏障的破坏。