第三章-磁共振成像..ppt

1、第三章磁共振成像(MRI )是利用原子核的磁共振现象重构人体断层图像的成像技术，1946年Block和Purcal发现了原子核的磁共振现象。 1973年Lauterbur将磁共振现象应用于医学影像学领域，发明了磁共振成像技术。 PS的应用促进了医学影像学的发展，因此Lauterbur荣获2003年度诺贝尔生理医学奖。 近十几年来，磁共振成像是医学影像学中发展最快的领域，新的成像设备层出不穷，新的检测序列和检测技术层出不穷，新的对比剂也不断开发，应用于临床，扩大了MRI应用领域，明确了医学影像学的诊断水平内容，第一节MRI图像的基本原理和设备第二节MRI检测技术第三节MRI临床应用，第一节MRI

2、图像的基本原理和设备，第一节MRI图像的基本原理第二，MRI检测设备，第一，MRI图像的基本原理，基本原理：将人体置于特殊的磁场中，用射频脉冲激发人体内的氢原子核，引起氢原子核共振停止高频脉冲后，氢原子核以特定的频率发射电波，释放吸收的能量，容纳在体外的感受器中，用电子计算机处理得到图像称为核磁共振图像。 MRI图像的基本原理很复杂，可分为以下过程：1.人体置于强外磁场内，纵向磁化量具有奇数质子的原子核，如1H、19F、31P等具有自旋特性和磁矩。 其中氢质子(1H )含量最高，因此目前医用MRI设备采用的是1H图像。 有磁矩的1H就像一个小磁铁。 通常，体内的这些无数小磁铁的排列是不规则的，

3、磁力被抵消，但一旦进入强的外磁场内，就根据外磁场的磁力线的方向而有规则地排列。 出现纵向磁化量(图3-1-1 )。 同时，强外磁场内1H呈急速的锥形旋转运动，被称为前进(procession )，其频率与外磁场的电场强度成正比。 2 .如果向人体发射与质子进入相同频率的射频(RF )脉冲，就会产生磁共振现象。 当在强外磁场内向人体发射与质子进入频率一致的射频脉冲时，质子被激发，产生磁共振现象。 它包括同时出现的两个变化：一个是某质子的吸收能量排列在反外磁场磁力线的方向，纵磁化量减少，另一个是这些进入的质子进行同步、同步运动、即同相位运动，出现横磁化量(图3-1-2 )， 3 .停止rf脉冲后使

4、质子恢复到原来的平衡状态，产生MR信号，停止rf脉冲后，被激发的质子迅速恢复到原来的平衡状态的过程被称为缓和过程，所需时间被称为缓和时间。 在弛豫时间中表示纵磁化量恢复的时间，也称为纵弛豫时间(longitudinal relaxation time )，也被称为T1弛豫时间，简称为T1的另一个是表示横磁化量的衰减和消失的时间，称为横弛豫时间(transverse relaxation time 激发质子在纵向弛豫和横向弛豫的过程中会产生表示T1和T2值的MR信号。 4 .收集并处理Mr信号，在接收线圈收集到在重建后的MRI图像中包含组织T1和T2的值信息的Mr信号之后，经过一系列的复杂处理，

5、能够重建为MRI图像。 在MRI图像拍摄中，RF脉冲的类型、间隔时间和信号收集时间不同，所获得的图像表示T1值或T2值的权重也不同。 其中，将相同RF脉冲的间隔时间称为重复时间(repetition time，TR )，将从发送RF脉冲到收集信号的时间称为回波时间(echo time，TE )。如果在MRI图像的经典序列(SE序列)中使用短TR和短TE，则所获得的图像主要反映T1值，代表组织之间的T1值的差异，并且使用被称为T1加权图像(T1 weighTEd imaging，T1WI )的长度TR和长度te 表示组织间T2值的差异，使用被称为T2加权成像(T2WI )的长度TR、短TE，图像

6、主要不是T1值或T2值，而是反映质子密度，表示组织间质子密度的差异MRI图像和CT图像虽然是相同的灰度图像，但与CT图像不同，CT图像的黑白灰度反映了组织器官间的密度差异，MRI图像上的黑白灰度反映了组织器官间的T1值、T2值或质子密度差异。 MRI检查显示，人体内各组织器官及其病变具有相对一定的T1值和T2值。 MRI检查通过灰度比较反映组织器官的T1值和T2值及其异常变化，检测病变，进行诊断和鉴别诊断。 另外，将MRI图像上的灰度称为信号强度，将图像白称为高信号，将图像黑称为低信号或者无信号，将图像灰称为中信号。 在T1WI影像上，高信号表示T1缓和时间短的组织，经常称为短T1高信号或短T

7、1信号，例如被称为脂肪组织的低信号表示T1缓和时间长的组织，经常被称为长T1低信号或长T1信号，例如脑脊髓液。 在T2WI影像中，高信号表示T2弛豫时间长的组织，经常被称为长T2高信号或长T2信号，例如被称为脑脊髓液的低信号表示T2弛豫时间短的组织，通常被称为短T2低信号或短T2信号，例如骨皮质。 表3-1-1列举了T1WI和T2WI像上的几个组织的灰度。 二、MRI检查装置、磁共振成像装置主要包括主磁铁、梯度系统、射频系统、计算机和数据处理系统、辅助设施部分。 1 .主磁铁的作用是产生强的外磁场。 目前，超导型磁铁和永磁型磁铁经常使用，结构、性能和成本不同。 永磁型磁铁的制造和运行成本虽然低

8、，但产生的磁场强度低，最高为0.3Tesla(T )，磁场的均匀性和稳定性不好。 超导磁铁目前为主流型，电场强度高达7.0T，常用者为1.5T和3.0T，磁场均匀性和稳定性好，但制造、运行和维护费用高。 由于超导型和永磁型磁铁的电场强度和性能参数不同，与超导型相比，永磁型装置无法得到良好的功能磁共振成像(fMRI )图像，或者很难得到。 2 .梯度系统的作用生成梯度磁场，并为体内MR信号的空间定位提供三维代码信息。 主要由x、y、z三组线圈构成。 梯度系统中最重要的参数是梯度磁场强度和梯度切换率，它与成像速度和质量有关。 3.RF系统发射RE脉冲，并接收MR信号。 主要由发送线圈和接收线圈构成

9、。 同一线圈还兼有收发功能。 MRI图像摄影装置有全容积线圈(磁头线圈、体线圈)、表面线圈、腔内线圈、相控阵线圈等各种种类，适合检查不同的部位、范围、组织器官的需求。 4 .计算机和处理系统控制MR设备的运行，负责MR信号的采集、处理、图像重建、显示和存储等工作。 5 .辅助设施包括图像显示、照片和各种存储设施。 工作站是PS机器的重要辅助设施，具有多种图像后处理功能。几个典型的MRI、核磁共振现象、1945年两个独立的组在几天内同时发现了核磁共振现象：1)Bloch Stanford大学(1946 ) physics review 69，127 ) purpcellmit，(1946 ) p

10、hysics 37 Felix Bloch 1905-1983，edwardsmillspucell 1912-1997，1952 nobelprizeforphysics，标准通用，MIT， 摘要1973年两个独立小组利用磁场梯度解决了空间信息获取问题：成像Lauterbur，State University of New York(85年univ.of Illinois ) (1973 ) nature 242， 736管理通知通用(1973 ) j.phys.C6，L422，Lauterbur，1929，mansfied1933， 2003 nobelprizeinphysiologyo

11、rmedicine paulc.lauter burprizeawardphoto，sirpetermanfieldprizeawardphoto，10/6，2003，第二节MRI检测MR血管成像四、MR电影成像技术五、MR水成像技术六、MR光谱技术七、功能性MRI成像、MRI检测技术种类繁多，分别具有特点和应用目的。 包括各种MRI检查序列、MRI对比度增强检查、MR血管造影检查、MR电影成像技术、MR水成像技术、MR光谱技术、功能性MR成像技术等。 另一方面，MRI检验序列、一.旋转回波(spin echo，SE )序列为MRI经典图像序列。 通过在90和180脉冲的组合下选择不同的TR和

12、TE，能够得到T1WI、T2WI和PdWI图像。 T1WI像解剖结构好，T2WI像容易发现病变。 高速自旋回波(turbo SE、TSE； fast SE，FSE )序列大幅缩短了图像形成时间。 2 .反转恢复(IR )序列也是临床上常用的序列。 在采用180、90和180脉冲的组合，第一个180个反相脉冲之后经过一段时间(即，反相时间)，还施加90个脉冲。 根据TI长度，液体衰减反转恢复(FLAIR )序列可分为短TI反转恢复(STIR )序列和长TI反转恢复序列。 STIR序列可以抑制T1值短的组织信号，例如脂肪的FLAIR抑制T2WI上的自由水信号强度，揭示相邻的T2高信号病变，例如脑室

13、周围和脑沟相邻的小病灶。 另外，MRI检查序列是指利用特定的RF脉冲的组合、收集时间和编码方式等进行的MRI检查技术。 如果这些参数不同，则构成不同的MRI检查序列，获得不同性质的MRI图像，用于不同检查目的的需要。 3 .梯度回声(gradient echo，GRE )序列可提高磁共振成像速度，常用于临床。 在GRE序列中，激励脉冲小于90，施加梯度磁场代替180脉冲，大幅度缩短了成像时间。 高速梯度回波序列可以进一步提高成像速度。 主要用于MRI动态增强检查及心血管成像。 4 .平面回波成像(echo planar imaging，EPI )是当前MRI速度最快的成像技术，在TR期间内使用

14、射频脉冲激励来收集多个梯度回波。 EPI几乎可以与常规成像序列组合在一起。 例如，与SE序列组合，90脉冲和180脉冲后就能进行平面回波数据收集。 由此，摄影时间大幅度缩短，可以获得高品质的图像。 EPI适用于心脏快速图像、腹部快速图像和脑功能图像，以及介入MRI的实时监测。 除了上述常用检查序列外，预饱和脂肪抑制技术和GRERE序列T1WI的同位、反位检查在临床工作中也常用。 脂肪中的质子和水中的质子有不同的移动频率，被称为化学位移。 预饱和脂肪抑制技术也被称为频率选择性脂肪抑制(frequency-selective fat-suppression )技术。 与前述STIR序列不同，该脂肪

15、抑制技术对脂肪组织的特定特异性，而STIR序列则非特异性。GRE序列T1WI的同相(in phase，IP )和反相(OPposed phase，op )的检测技术在脂质中的质子和水中的质子的运动分别为同相和反相时成像，同相成像时采集的MR信号在两者的信号之和、反相时两者的信号的因此，如果同一体素内含有丰富的脂质和水，与同相位相比，反相位的信号强度显着下降。 同样，反相图像在临床上主要用于脂肪肝的检查和肾上腺腺瘤和非腺瘤的区别。图3-2-1 MR多种成像技术a.b .同一例子，a.T1WI检查，骨盆右后部直肠旁高信号肿块，b .预饱和脂肪抑制技术T1WI检查，上述骨盆肿块高信号发生抑制，低信号

16、化，肿块中含有脂肪组织，二、MRI比较增强检查但是，为了更清楚地显示病灶，明确其形态学表现、血液供给情况和血流动态的变化，便于正确的诊断，临床上经常使用MR对比剂，人为地改变组织器官和病灶T1和T2的缓和时间，增加其间的信号对比度和病灶的信号变化特征MRI的比较增强检查方法很常用，通常在MRI扫描检查发现病变后采用。 普遍应用的是静脉注入顺磁性对比剂Gd-DTPA。 与CT增强方法相似，MRI的比较增强也可分为普通增强检查、多期增强检查、灌注成像等方法。 MRI对比度增强检测一般采用T1WI图像序列，而以MR灌注成像或超常磁性氧化铁为对比度增强检测则采用T2WI图像序列。图3-2-1 MR多项成像技术c.d同一例，c.T1WI检查，额区中线部稍低信号肿块，d .增强T1WI检查，上述肿块明显增强，三、MR血管造影，磁共振血管造影(magnetic resonance angiography 此外，还可以提供血管周围的解剖信息。 MRA在临床上有很高的实用价值。 一般MRA有两种基本成像技术，即时间跳跃(TOF )和相位对比度(PC )技术。 这些图像都与血液的流动相关，但原理不同，TOF法依赖于与流入相关的增强现象，PC法依赖于速度诱导的流动质子的相位变化进