磁共振成像剖析.ppt

1、,磁共振成像是一种较新的医学成像技术，国际上从一九八二年才正式用于临床。它采用静磁场和射频磁场使人体组织成像，在成像过程中，既不用电子离辐射、也不用造影剂就可获得高对比度的清晰图像。它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变。X-CT图像是组织对X射线吸收的空间分布图像，当病变组织与周围正常组织的吸收系数相同时，就无法提供有价值的信息。只有当病变发展到改变了器官形态、位置和自身增大到给人以异常感觉时才能被发现,同时也不能够提供人体器官的生理状态信息。,磁 共 振 成 像 (magnetic resonance imaging, MRI),磁共振成像为近二十年来飞速发展起来的一种医学成像技

2、术，具有多平面、多方位、多参数成像的特点，为组织的解剖、病理、代谢及流动提供一种全新的无创的评价方法。核磁共振的“核”即即氢原子核；“磁”即一个强大的静磁场和在此静磁场上按时叠加一个小的射频（radiofrequency ,RF）脉冲磁场以及进行空间定位的梯度磁场。,基 本 原 理,物体绕自身轴旋转称为自旋，自旋是自然界普遍存在的现象，带电物质的自旋具有磁效应，其产生的磁场方向与自旋轴的方向一致，每一个具有自旋特性的物质都是一个磁体。无外加磁场存在时，自旋系统中单个自旋矢量的方向是随机分布的，所以净磁化为零，不显磁性。,在外加磁场作用下，正在旋转的原子核，沿主磁场方向作圆周运动，其运动频率为L

3、armor频率。如再施加一射频脉冲，当其频率与Larmor频率相同时，被激励的质子大幅度吸收能量，质子从低能态跃迁到高能态，当停止激励后，原子核又会逐渐恢复到原来的位置，并释放出射频信号，将核子释放出的射频信号（磁共振信号）采集起来，经过空间编码，计算机处理，以矩阵（Matrix）形式把图像显示出来，即磁共振成像。,弛豫 是指系统从非平衡态恢复至其平衡态的一个动态过程。在MRI中弛豫包括纵向磁化Mz的恢复及横向磁化Mxy的衰减。 纵向弛豫 是指射频终止后，纵向磁化逐渐恢复至平衡态的过程。纵向磁化Mz的弛豫速率呈指数曲线形式： MzM（1e-t/T1）Mz为纵向磁化值，M为平衡态纵向磁化，t为弛

4、豫时间，T1为纵向弛豫时间常数。当tT1时，则Mz/M1e-163%。,它是纵向磁化恢复快慢的一个量度，T1长则纵向磁化恢复慢，MR信号低；T1短则纵向磁化恢复快，MR信号高。不同组织T1时间不同，释放所吸收的射频能量的速度各不相同。在纵向弛豫期间，自旋核子释放出所吸收的射频能量至周围环境（晶格）中，因此纵向弛豫也称为自旋-晶格弛豫。,T1时间即纵向磁化恢复至平衡态的63%时所经历的时间。,横向弛豫指脉冲停止后，单个自旋磁体间的相互作用所产生的局部磁环境不均匀致自旋磁体的旋进频率不同，相位各异，磁化矢量相互抵消，从而使横向磁化逐渐消失的过程。此过程无能量释放。横向磁化Mxy的弛豫速率也呈指数函

5、数： Mxy=Me-t/T2，Mxy为横向磁化值，M为平衡态宏观磁化，t为弛豫时间，T2为横向弛豫时间常数。当t=T2则Mxy/M=1/e=37%。,它是横向磁化衰减快慢的一个量度。T2长则横向弛豫较慢，保持的横向磁化矢量较多，MR信号高；T2短则横向弛豫较快，MR信号低。不同组织具有不同的T2值，它主要取决于分子间的相互作用，相对独立于外加磁场，不受其强度的影响，也称自旋-自旋弛豫。,T2时间即横向磁化矢量衰减至其最大值的37%时所经历的时间。,梯度磁场在均匀的主磁场中，组织中的质子的进动频率是一致的，在任意方向上叠加一线性梯度磁场，则该方向上的磁场并不均匀，而是以梯度方式由小至大，该方向上

6、受检部位的质子群的进动频率也呈线性梯度增加，因而有可能区别质子群的空间位置。梯度磁场可根据需要随时开关，并可联合运用，在任意方位成像。,层面选择在需要成像的方位上施加一梯度磁场，氢质子的频率也相对应地由低至高，选定某一频率的射频脉冲，仅使某一层面的质子群激励而产生共振，其他层面的质子不受影响，即层面选择。 MR所用的射频频率并不均匀，包括由低至高的一段频率（带宽），带宽越宽，层厚越厚。梯度强度越高，层厚越薄。,两个90脉冲之间的时间为重复时间（repetition time,TR）;发射90脉冲至产生回波的时间称回波时间（echo time,TE）。,自旋回波（SE）静磁场的不均匀性所致的自旋

7、磁体去相位效应， 可用180翻转脉冲重聚相位而产生回波信号，这种方法叫自旋回波。,T1加权像（T1WI）选取与T1时间相近的TR（300800ms），选取短的TE，尽量消除横向磁化对回波幅度的影响，故图像的对比主要取决于组织的T1值，即T1加权像。 或MR信号对比主要依赖T1的图像称T1WI。,T2加权像（T2WI）选用远大于组织T1时间的TR（15002500ms），T1弛豫效应对回波幅度影响很小，选用与组织T2值（30100ms）接近的TE（90120ms），则不同T2值的组织的信号强度差别明显，即T2WI。 或MR信号对比主要依赖T2的图像称T2WI。,质子密度加权像选用长的TR（150

8、02500ms），质子的纵向磁化矢量基本恢复，回波信号的幅度与组织的T1无关，选用短的TE（1525ms），减少T2弛豫对回波信号幅度的影响，回波信号幅度主要与质子密度有关，即质子密度加权像。,K空间 即傅立叶空间，它对应着一幅图像的空间频率的排列。使用二维傅立叶转换(2DFT)的方法进行空间编码，频率信息由读出梯度编码，相位编码则填充K空间线，从而对应相位编码梯度的每一个值。 K空间中心部分的决定着图像的对比，而外周部分决定了图像的细节。,快速SE(TSE ) 在90脉冲之后，连续发射多个180脉冲，相对应地形成多个自旋回波， 每个回波均用不同的相位编码，故每次90激发能得到多条K空间线，成

9、倍的缩短了成像时间。 在其它参数不变的情况下，TSE的成像时间仅为SE序列的1 /ETL（echo train length，ETL） 。,因回波链上每个回波的时间和幅度不同，反映组织的对比也不一样，一般将所需的某一回波的数据线排列在K空间中心，这一回波时间称为有效回波时间（TEeff），而其它回波的数据线则排列在K空间的周围部分。,TSE序列特点：,磁共振成像技术的临床应用进展（主要有五个方面） 磁共振水成像技术 （MR hydrography） 磁共振血管成像 （MR angiography） 磁共振功能成像 （functionalMRI fMRI) 磁共振波谱成像 （MR spectro

10、scopy MRS） 磁共振造影介入技术 （MR-guided interventional procedures）,CT与MRI影像的基本区别,硬件方面：磁体小型化、低磁场设备、专用型MR扫描仪。 开放式MR机：常规成像和介入操作兼容。 线圈：全相控阵列线圈、相控阵列线圈 与检查床一体化。,磁共振硬、软件的改进与发展:,超高速、时时重建、超高分辨率显示、将图像显示分辨率提高至微秒水平。一次屏气即可完成图像采集并快速重建。依次扫描完成采集原始数据后，即可在工作站进行图像后处理（包括图像分割、图像融合和MR内窥镜等）。,软件方面：,另外，对于不同扫描序列图像叠加成联合的图像（如MR胰胆管成像与M

11、R门脉血管成像相结合）。在图像获取方面，MRI具有多参数和多层面成像的特点，可用二维或三维获取任意方向、任意层面的影象，通过工作站也可作导航内窥镜技术，如MR仿真内窥镜。,包括：MR胰胆管成像（MRCP） MR泌尿系造影（MRU） MR脊髓成像（MRM） MR涎管造影（MRS） 等。,磁共振水成像技术（MR hydrography）：,原理：利用重T2的效果即长TR加特长TE使含水的器官显影。 优点：此技术为非侵袭性，不需要插管，无操作者的技巧问题。安全，不用造影剂，无造影剂副反应。,器官内的液体（水）是天然的对比剂，即使管道完全阻塞，亦可观察远端导管的影像。当有感染时，也可作此检查。对疑有管

12、道狭窄时，可在任何平面获取多层投影的影像。另外，小肠、结肠注水后成像以及输卵管成像和精囊曲精管成像等。,MRA新的进展是应用快速成像技术行大剂量造影剂对比增强MRA，在一次屏气时间内完成扫描。包括MOTSA、DCE-MRA、对比增强MRA伴磁化传递技术和螺旋MRA（spiral MRA）。造影剂团跟踪，可做动态及全身MRA。,磁共振血管成像（MR angiography）：,磁共振功能成像（functional MRI)： 包括：MR弥散成像（MR diffusion）、MR灌注成像（MR perfusion）、血氧水平依赖性皮层功能定位成像。,MR弥散成像-对水分子的布郎运动非常敏感，评价水

13、分子中质子的移动，能使缺血2h的水肿脑细胞显示异常的信号。 MR灌注成像-能动态显示脑组织内的血容量、血流量和流速，能早期显示脑血流灌注缺损区。,能够无创检测生理和生化代谢，提供生物体内化学组织部分的信息资料。临床常用的原子核是31P和1H。,磁共振波谱成像（MRS）:,PMRS可测出组织能量过程中的三磷酸腺苷（ATP）和磷酸肌苷（PCr）； 1HMRS较31PMRS敏感性高，可检测乳酸、N-乙酰门冬胺酸和胆碱等。,MRS可反映脑梗塞后脑细胞内酸中毒、能量代谢障碍以及脑内一些重要的生物物质是变化，较完整地反映缺血、梗塞、坏死和修复等整个脑梗塞的病理生理过程，对治疗和预后作出评估和判断。,1HM

14、RS有助于研究脑组织生理和疾病过程的脑生化改变，可用于脑肿瘤的分析，对治疗反应的评估以及提高脑肿瘤的定性诊断有帮助。MRS也可用于研究心肌代谢，评估心功能。,磁共振造影介入技术: MR导引下经皮活检和介入性治疗是近年来放射学发展中的重要先进技术之一。开展MR导引介入治疗多用开放式的低磁场（0.2-0.3T）MR扫描机。,明确病变相邻的重要血管和神经。好的软组织对比度。可提供多层面图像，在冠状位作穿刺活检；显示和监控治疗组织的弥散、灌注和温度等功能性改变。无放射性损伤。 在MR介入治疗中，术前3D定位，显示手术部位周围深层解剖，术中和术后实时成像，监视手术情况和结果，提高手术效果。,MR导引的优

15、点：,MRI and Molecule-image,磁共振成像是一种较新的医学成像技术，1982年正式用于临床。它采用静磁场和射频磁场使人体组织成像，在成像过程中，既不用电子离辐射、也不用造影剂就可获得高对比度的清晰图像。它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变。,MRI and X-CT,X-CT图像是组织对X射线吸收的空间分布图像，当病变组织与周围正常组织的吸收系数相同时，就无法提供有价值的信息。只有当病变发展到改变了器官形态、位置和自身增大到给人以异常感觉时才能被发现, 不能够提供人体器官的生理状态信息。,MRI除了具备CT图像的解剖类型特点外，还可借助核磁共振原理精确地测出原子

16、核弛豫时间T1和T2，能将人体组织中有关化学结构的信息反映出来即化学结构像，它可将同样密度的不同组织和同一组织的不同化学结构通过影像显示表征出来。这就便于区分脑中的灰质与白质，对组织坏死、恶性疾患和退化性疾病的早期诊断效果有极大的优越性，其软组织的对比度更为精确。,分子影像学是传统的医学影像技术与现代分子生物学相结合产生的一门新兴学科。分子影像技术能够从细胞、分子层面探测到疾病的初期变化，具有传统成像手段所没有的无创伤、实时、活体、特异、精细显像等优点。,在临床诊断中，CT、磁共振、放射性核素、超声和X射线数字成像等传统医学成像技术，只能反映肿瘤大小等疾病后期的状况；而分子影像技术则可检测癌前

17、分子改变、癌细胞早期转移、心血管初步纤维化的形成等早期疾病的生物特性变异，是对付肿瘤、冠心病和脑部疾病这三大威胁人类生命疾病的最优手段。,磁共振成像（MRI）特别是功能核磁共振成像（fMRI）技术能够从微观到宏观系统地探测活体大脑结构和功能，在揭示脑功能活动机制，脑疾病的诊断以及病理学和药理学研究方面取得了重大进展，成为一种脑科学研究新的重要手段而受到高度重视，是目前核磁共振研究的前沿和热点领域之一。,CASE,盲人阅读过程的fMRI研究：传统的观点认为人和动物新生儿时期缺少光刺激会影响视觉中枢的发育，成年后即使视觉通路完好, 视觉中枢也无法感受到视野内的物体. 这并不意味着视觉中枢 本身变成

18、无功能皮层，由于中枢神经系统功能上的巨大可塑性，在发育过程中或许被其他感觉系统激活，由视觉中枢变成“其他的中枢”。为此，采用fMRI方法探讨盲人从事盲文阅读这一高级神经活动时，大脑枕叶及其相关的神经网络结构所充当的角色与作用。,MRI的场强和各种分辨率逐渐增高，MRS的多核成像常规应用，MRS与常规MRI、MRA、弥散成像、灌注成像、fMRI相结合，1次检查可以得到解剖、生理、病理、血流动力学、生化和脑功能等信息,磁共振成像造影,细胞外（Extracellular）MRI造影剂：其特点是经血管注射后，造影剂分子迅速通过血管壁弥漫散于细胞外间隙，然后以“原型”（无任何形式或结构变化）返回血液并经

19、肾脏排泄。这类造影剂以Gd-DTPA商品名：马根维显、钆显葡胺为杰出代表，已广泛地应用于临床。 血池（Blood-pool）MRI造影剂：细胞外MRI造影剂由于分子量小，很快便从血管逸出至细胞包间隙，因此不利于血管及血池MRI显示。血池MRI造影剂是将小分子量的细胞外造影剂与大分子蛋白或其他大分子物质结合，使之不易通过血管到细胞外，从而能有更长的时间存留于血管及血池，达到诊断的目的。这类造影剂有：白蛋白（albuminGd-DTPA)，右旋糖酐(dextran-Gd-DTPA)，顺磁性脂质体等。,细胞内（Intracellular）或细胞结合(Cell-bound)MRI造影剂：造影剂分子可进入特定组织细胞内（如经肝细胞、网状内皮细胞、淋巴结等），然后再经相应的渠道和肾脏排泄。因此，借这些造影剂特殊的药代动力学特性，可增