MRI总论.ppt

1、磁共振成像总论 magnetic resonance imaging，MRI 汕头大学医学院一附院放射科 刘 源,MRI的基本原理经典力学为主、量子力学为辅的解释 一、原子核 核磁 1. 原子核的构成 质子和中子-自旋 磁场- 磁矩(大小，方向) 2. 原子核具备核磁的条件 所含的质子或中子为奇数,3. 净磁矩M。的产生 在外磁场B0作用下-净磁矩M0（“大磁针”） 顺方向的“小磁针” 逆方向的“小磁针” （ 低能态1 H） （ 高能态1 H）,1 H,1 H,1 H,1 H,1 H,4. MRI选用的原子核 M0 的特性：=B。 Larmor频率 共振频率 氢原子核 1H 量多 “纯” 检测

2、敏感性,二、磁共振的发生 1、共振现象 2、在外磁场B0作用下 净磁矩M0 - 共振频率=B0,客体共振频率,供体外力频率,3、射频脉冲（RF） 外加小磁场（RF=） M0吸收RF能量 横向磁矩MXY 同相位,MXY,4、磁共振信号（MRS） MXY垂直切割B0（）感应电动势（接受线圈 MRS）,吸收RF光子能量（共振） 低能态1 H 高能态1 H 放出能量（光子，MRS）,5. 量子力学解释MR,三、弛豫（Relaxation） 回复“自由”的过程 1. 纵向弛豫（T1弛豫）： M0（MZ）的恢复 ，“量变” 高能态1 H 低能态1 H MRS、分子（H2O）热运动 （Brown运动磁波动）

3、 自旋晶格弛豫、热弛豫,吸收RF光子能量（共振） 低能态1 H 高能态1 H 放出能量（光子，MRS）,T1弛豫时间： MZ恢复到 M0的2/3所需的时间 T1愈小、M0恢复愈快 H2O热运动（Brown运动） T1长,2. 横向弛豫（T2弛豫）： MXY 的去相位(dephasing)，“质变”； 90oRF后瞬间，各1 H的横向磁矩相位一致（方向、频率），MXY最大 1 H周围环境使之旋进的方向、频率互变 ；自旋-自旋弛豫， BO影响小，,T2弛豫时间： MXY 丧失2/3所需的时间； T2愈大、同相位时间长 MXY持续时间愈长 游离水MXY 的去相位慢(纯) T2长；,MXY与S,一般组

4、织T1 T2值,MXY去相位明显快于M0回复,“先分散，后长高”,3、T1和T2的弛豫过程，与信号的关系： 有效的MXY减小， T2直接影响MXY， T1 - M0 - MXY,四、 影响T1和T2的物理因素 H2O热运动（Brown运动） ，T1长 1、温度的影响 温度- H2O热运动- 接近 - T1 2、分子大小的影响 自由H2O - 小分子 - Brown运动 高1H - 低1H 慢、 固态蛋白 - 大分子 - Brown运动 T1长、M0恢复慢。 水化层H2O，胆固醇，蛋白液体 - 中分子 - Brown运动 高1H 低1H 快、T1短、M0恢复快。,3. 顺磁性物质 Fe3+ Gd

5、（釓） T1 驰豫快，T1 缩短 在B0作用下带磁， 晶格磁波动、 高1H 低1H 快 在B0作用下带磁， 形成无数同向小磁针 促进M0恢复快,磁共振成像技术图像空间分辨力，对比分辨力 一、如何确定MRI的来源 （一）层面的选择 1. MXY产生（1H共振）条件 RF = =B0 2. 梯度磁场Z（GZ） GZB0 不同频率的RF 特定层面1H激励、共振 3. 层厚的影响因素 RF的带宽 GZ的强度 层厚,二体素信号的确定 1、频率编码 2、相位编码 M0-GZ、RF 相应层面MXY - GY沿Y方向1H有不同 各1H同相位 MXY旋进速度不同 同频率 一定时间后 GX 沿X方向1H有不同 沿

6、Y方向不同1H 的MXY MXY旋进频率不同 位置不同（相位不同）,三空间定位及傅立叶转换 GZ-某一层面产生MXY GX-MXY旋进频率不同 GY-MXY旋进相位不同 （不影响MXY大小） 某一层面不同的体素， 有不同频率、相位 MRS（FID）,二、脉冲序列和扫描参数-组织信号对比,脉冲序列(pulse sequence)： RF如何激励M0、产生MXY，何时采集S,（一） 部分饱和脉冲序列 TR(time of repetition) 900RF M0 900RF MXY M0 MXY M0 MXY,（二） 反转恢复脉冲序列 TI（time of inversion） 1800RF M0

7、=0 900RF MXY=0 M0 M0 M0 M0 MXY,TI某组织T1时，该组织无信号；脂肪抑制图像；STIR,（三）自旋回波脉冲序列（spin echo, SE）,激励与采集分离,（三）自旋回波脉冲序列（spin echo, SE） TR TE(time of echo) 900RF 1800RF S 900RF M0 - MXY - MXY0 - MXY - - - - - M0 -,单个SE,多个SE,四快速成像序列,MRI图像的特点 一、组织的MR特性 - 1H、T1、T2、等,表达方法 - sequence，序列 weighted image, WI，权重,（一）质子密度N（H

8、） 1. 如何反映组织N（H）差异质子加权像 ，N（H）WI M0- MXY - M0- MXY RF S RF S TE TE TR 长TR- 不论T1快慢，下一次RF各组织M0接近，T1影响很小； 短TE- 不论T2快慢，接收信号时MXY均较大，T2影响较小； （ SMXY大小 M0N（H）,2. N（H）小的组织结构 如含气腔、骨皮质、钙化灶、一般肌腱韧带 N（H）- M0- MXY小 任何序列其信号均低（小）,T2W I,T1W I,T1WI,T2WI,（二）T1弛豫时间T1加权像 ，T1WI M0、MXY - M0、MXY RF S RF S TE TE TR 短TE-不论T2快慢，

9、接收信号时MXY均较大，减小T2影响； 短TR-下一次RF时 T1短、弛豫快、M0恢复快（M0大）、MXY大、S强； T1长、弛豫慢、M0恢复慢（M0小）、MXY小、S弱； （T1弛豫- M0恢复- MXY大小）,短T1组织成份：脂肪组织、 胆固醇 、高蛋白囊液、血栓 长T1组织成份：游离水（T1最长）、肿瘤、炎症、梗死（游离水） 相对,（三）T2弛豫时间 T2加权像 ，T2WI M0、MXY - - - - MXY - - - - - M0、MXY - - - - MXY RF S RF S TE TE TR 长TR- 不论T1快慢，下一次RF各组织m0接近，减小T1影响； 长TE- 接收S

10、时：T2短、弛豫快、MXY小、S强； T2长、弛豫慢、MXY大、S弱；,长T2组织结构：游离水（T2最长）、一般囊肿； 肿瘤、炎症、梗死（游离水），相对性、敏感性,（四）小结 SE序列 TR、TE长短对显示组织N（H）、T1、T2 特性的影响： 长TR- 消除、减小T1影响； 短TR- 短T1者，M0大，MXY大，S强； 长T1者，M0小，MXY小，S弱； 短TE- 消除、减小T2影响； 长TE- 长T2者，MXY保留长、大，S强； 短T2者，MXY保留短、小，S弱；,部分组织的MR信号,二、流动效应（flow-effect, flow void effect） （一）无或低信号 1. 正常流

11、速（10cm/s）和流速快 1H受激发-信号录取过程尚未完成，1H已流出该层面。,2、涡流 1H相位一致性丧失；,900RF 1800反转聚焦 MXY、T2 血管外MXY 形成 血管内流入M0,二高信号（MRA)流动相关增强(flow-related enhancement) TOF（time of flight，时间飞越法）：血流相对慢、TR短； 1、“新鲜”的磁化1H（M0）进入层面，能完成一整个RF、S录取； 2、血管外经多次RF 短TR，M0恢复小,反复900RF,M0,PCA(phase contrast angiography，相位对比法） 固定组织质子经二个极性相反的梯度脉冲，

12、MXY相位抵消， 血管内因流入影响小。,三、伪影（artifact） 一体内因素 1、运动伪影 心脏跳动- 心电门控； 呼吸运动- 呼吸门控； 大血管波动； 肠蠕动； 2、血流和CSF流动伪影 二体外因素 1、金属物体 2、静电 三MR系统形成的伪影 1、化学移位伪影（chemical shift artifact） 2、折叠伪影(wrap-around artifact) 3、低信号伪影(low-intensity artifact) 四、门控（Gating Control）,五、MR造影剂（CONTRAST） 顺磁性物质（paramagnetic substance) 釓二乙烯三胺五乙酸

13、godolinium-DTPA (Gd-DTPA) 1、物理基础：+3 Gd，“无数方向与外加磁场一致的强小磁针” 周围T1缩短； 2、病理基础：同CT增强 病变组织异常循环； Gd-DTPA能透过正常的BBB； 超顺磁性物质(superparamagnetic)阴性造影剂 破坏磁场均匀，加速dephasing，缩短T2 超顺磁氧化铁(SPIO)Kupffer细胞吞噬，正常背景S改变；,MRI的设备 一、信号的产生、探测接受 1. 磁体（Magnet）: 静磁场B0 （ Tesla, T ）组织净磁矩M0 永磁型（permanent magnet） 常导型（resistive magnet）

14、超导型（superconducting magnet） 磁体屏蔽（magnet shielding） 2. 梯度线圈（gradient coil）: 形成X、Y、Z轴的磁场梯度 功率、切换率 3. 射频系统 （radio-frequence system， RF ） MR信号接收 二、信号的处理和图象显示 数模转换、计算机，等等；,MRI技术的优势 1、软组织分辨力强（判断组织特性） 2、多方位成像 3、流空效应（显示血管） 4、无骨骼伪影 5、无电离辐射，无碘过敏 6、不断有新的成像技术,MRI技术的禁忌证和限度 1.禁忌证 体内弹片、金属异物 各种金属置入：固定假牙、起搏器、血管夹、人造关

15、节、支架等 危重病人的生命监护系统、维持系统 不能合作病人，早期妊娠，高热及散热障碍 2. 其他 钙化显示相对较差 空间分辨较差（体部，较同等CT） 费用昂贵 多数MR机检查时间较长,颅脑MRI适应证 颅内良恶性占位病变 脑血管性疾病 梗死、出血、动脉瘤、动静脉畸形（AVM）等 颅脑外伤性疾病 脑挫裂伤、外伤性颅内血肿等 感染性疾病 脑脓肿、化脓性脑膜炎、病毒性脑炎、结核等 脱髓鞘性或变性类疾病 多发性硬化（MS）等 先天性畸形 胼胝体发育不良、小脑扁桃体下疝畸形等,脊柱和脊髓MRI适应证 1. 肿瘤性病变 椎管类肿瘤（髓内、髓外硬膜内、硬膜外）， 椎骨肿瘤（转移性、原发性） 2. 炎症性疾病

16、 脊椎结核、骨髓炎、椎间盘感染、硬膜外脓肿、 蛛网膜炎、脊髓炎等 3. 外伤 骨折、脱位、椎间盘突出、椎管内血肿、脊髓损伤等 4. 脊柱退行性变和椎管狭窄症 椎间盘变性、膨隆、突出、游离， 各种原因椎管狭窄，术后改变， 5. 脊髓血管畸形和血管瘤 6. 脊髓脱髓鞘疾病（如MS），脊髓萎缩 7. 先天性畸形,胸部MRI适应证 呼吸系统 对纵隔及肺门区病变显示良好，对肺部结构显示不如CT。 胸廓入口病变及其上下比邻关系 纵隔肿瘤和囊肿及其与大血管的关系 其他 较CT无明显优越性 心脏及大血管 大血管病变 各类动脉瘤、腔静脉血栓等 心脏及心包肿瘤，心包其他病变 其他（如先心、各种心肌病等）较超声心动图无优势，应用不广