（参考课件）磁共振基础知识及3.0T磁共振素材.ppt

郑州大学附属郑州中心医院,磁共振室张新明,1,磁共振基础知识及相关临床应用,一、磁共振成像仪硬件基本知识二、磁共振成像物理学原理三、磁共振成像脉冲序列及临床应用四、磁共振成像快速采集技术五、临床磁共振成像常用技术六、磁共振血管成像技术七、MR水成像及排泄性腔道MR成像技术八、DWI及DTI九、磁共振灌注加权成像技术十、脑功能成像技术及磁敏感加权成像技术十一、磁共振波普技术十二、磁共振成像对比剂十三、MRI检查的注意事项及禁忌症十四、磁共振在临床各系统中的应用,2,一、磁共振成像仪硬件基本知识,磁共振设备的组成：1.主磁体：磁共振的分类的依据：永磁型磁体(低场磁共振)：0.5T电磁型磁体及超导型磁体（中高场磁共振）：1.5T、3.0T2.梯度系统3.射频系统4.计算机系统及其他辅助设备,3,西门子0.2T磁共振,4,西门子1.5T磁共振,5,西门子3.0T磁共振,6,二、磁共振成像物理学原理,1.磁共振成像的物质基础：人体由很多分子组成，分子由原子组成；所有原子的核心都是原子核；带正电荷和中性粒子的集合体；占原子质量的绝大部分；,7,质子带正电荷，它们象地球一样在不停地绕轴旋转，并有自身的磁场。,8,二、磁共振成像物理学原理,2.磁共振现象共振是一种常见的现象。指南针是我们最熟悉的磁体，地球是一个磁场。指南针在地球表面作定向排列，即在静止状态下指北。如果我们用手指轻击指南针，使之来回摆动，直到指南针从我们手指上得到的能量全部放出后，又回到原来的位置，指北。这就是共振现象。针摆动的频率为共振頻率。,9,二、磁共振成像物理学原理,3.磁共振成像核即原子核，磁有两种含义：外加静磁场B0；由射频脉冲产生的激励磁场B1。B0与B1有以下方面的不同：首先，B0的场强大约是B1的10000倍；其次，B0是恒定的，方向与磁体扫描膛平行，B1磁场迅速转动，方向总是与B0垂直。,10,用射频线圈做天线接收器，将释放出来的能量转化为信号。在进行人体磁共振成像时，信号的强度取决于质于的数量，也即质子的密度。脂肪、肌肉、血液以及骨胳中质子含量的不同，决定磁共振图像中各种组织信号的强弱和对比，这种图像即称为质于密度像。,11,除了组织中质于含量的不同对成像起作用以外，还有其他的组织特性对磁共振图像的信号有更为重要的影响，这就是组织磁化的弛豫时间。,12,与X线和CT成像的原理不同，MRI没有X线辐射，而主要利用质子密度与质子的弛豫时间（T1与T2）的差异成像，尤其是弛豫时间更为重要。因为质子在人体中的差异仅10，但弛豫时间可相差百分之数百。,13,三、磁共振成像脉冲序列及临床应用,磁共振成像是利用脉冲序列进行的，充分理解各种脉冲序列的基本构建和特点是保证MR图像技术质量和提高诊断准确率的前提。场强对脉冲序列的发展和应用起决定性作用。髙场磁共振,14,四、磁共振成像快速采集技术,快速采集是当今磁共振技术发展的主流，合理利用快速采集技术不但可以缩短MRI的检查时间，还可大大提高检查质量。起决定性作用的是软、硬件的发展与提高。髙场磁共振,15,五、临床磁共振成像常用技术,1.脂肪抑制技术:图1、22.化学位移成像及Dixon技术：图3、43.空间饱和及空间标记技术：图54.磁化传递技术：用于增加TORMRA5.倾斜优化非饱和激励技术：用于减少血流饱和6.流动补偿技术：用于减少血液、脑脊液流动伪影7.磁共振增强检查技术：缩短局部组织T1弛豫时间，所以增强图像均为T1WI8.磁共振成像生理门控及导航回波技术:心电门控、呼吸门控，用于减少呼吸运动伪影9.组织弛豫时间的测量：,16,图1：压脂序列显示前列腺占位,17,图2:压脂序列显示肝内占位,18,图3：化学位移同反相位成像,19,图4：Dixon技术水脂分离显示臂丛神经及淋巴结,20,图5：空间预饱和技术显示静脉畸形,21,六、磁共振血管成像技术,1.时间飞跃法MRA2.相位对比法MRA3.对比增强MRA4.其他MRA方法除对比增强MRA需要造影剂外，其他方法均不需要造影剂，无创、无辐射检查血管情况,22,动脉瘤及血管狭窄,血管狭窄,23,正常颈部MRA,24,主动脉夹层MRA,25,腹部MRA,26,下肢MRA,27,全身血管成像,28,七、MR水成像及排泄性腔道MR成像技术,1.MR胰胆管成像2.MR尿路成像3.MR内耳水成像4.其他水成像技术,29,30,31,八、DWI及DTI,1.DWI在神经系统的应用：图12.DWI在体部的临床应用：图23.全身DWI技术（类PET）：图34.扩散张量成像技术（DTI）：图4,32,图1：DWI在早期脑梗塞中的应用,33,图2：DWI在体部肿瘤诊断中的价值,34,图3：全身类PET,35,图4：DTI图像显示脑白质纤维素的走行方向,36,九、磁共振灌注加权成像技术,脑部疾病的灌注成像临床应用1.脑卒中2.脑肿瘤3.脑功能的研究4.其他应用,37,DWI+PWI显示缺血半暗带,38,PWI显示急性脑缺血,39,十、脑功能成像技术及磁敏感加权成像技术,1.fMRI的临床应用研究2.SWI成像技术及其临床应用,40,fMRI,fMRI躯体运动，感觉，视觉，语言，针灸镇痛,41,SWI显示微出血,42,43,44,45,十一、磁共振波普技术,1.MRS在神经系统的临床应用2.MRS在前列腺的临床应用研究3.MRS在乳腺的临床应用研究,46,脑胶质瘤波普分析图,47,前列腺癌波普分析图,48,十二、磁共振成像对比剂,1.阳性对比剂：钆喷酸葡胺、钆贝普安2.阴性对比剂：,49,脑膜瘤平扫及增强,50,脑转移瘤平扫及增强,51,十三、MRI检查的注意事项及禁忌症,（一）注意事项：1.病人进入检查室以前，必须取出身上的一切金属物品，如手表、钥匙、钢笔、硬币、眼镜以及各种磁卡等。2.对幼儿、烦躁不安和忧郁恐惧症病人给与适量镇静剂。3.腹盆部检查最好空腹、憋尿。,52,（二）禁忌症：1.下列情况为绝对禁忌症，不宜进行磁共振检查：带有心脏起搏器、神经刺激器者、胰岛素泵、人工心脏瓣膜等的患者；带有动脉瘤夹者（非顺磁性如钛合金除外）；有眼内金属异物、内耳植入金属假体者、金属假肢、金属关节、铁磁性异物（弹片等）者；妊娠三个月内的早期妊娠者。,53,2.下列情况为相对禁忌症，经适当处置可进行磁共振检查：带有金属避孕环的患者如必须进行MR检查，应取环后再行检查；危重病人需要使用生命支持系统者；癫痫患者（应在充分控制症状的前提下进行磁共振检查）；幽闭恐怖症患者，如必须进行MR检查，应在给于适量镇静剂后进行；不合作患者如聋哑人、小儿，应在给于适量镇静剂后进行；有活动性金属假牙者须取出后方可进行检查。,54,十四、磁共振在临床各系统中的应用,（一）颅脑的MRI检查（二）眼耳鼻喉、颌面部及颈部的MRI检查（三）脊柱脊髓及外周神经的MRI检查（四）心血管系统的MRI检查（五）胸部的MRI检查（六）胃肠道的MRI检查（七）肝胆胰脾的MRI检查（八）泌尿生殖系统及乳腺的MRI检查（九）骨关节系统及软组织的MRI检查,55,（一）颅脑的MRI检查,1.颅内先天性疾病的MRI检查2.脑血管病及脑外伤的MRI检查3.颅内感染性疾病的MRI检查4.脑白质病变的MRI检查5.脑变性病的MRI检查6.颅内肿瘤的MRI检查,56,MRI对脑肿瘤、脑炎性病变、脑白质病变、脑梗塞、脑先天性异常等的诊断比CT更为敏感，可发现早期病变，定位也更加准确。对颅底及脑干的病变因无伪影可显示得更清楚。MRI可不用造影剂显示脑血管，发现有无动脉瘤和动静脉畸形。MRI还可直接显示一些颅神经，可发现发生在这些神经上的早期病变。,57,（二）眼耳鼻喉、颌面部及颈部的MRI检查,1.眼部病变的MRI检查2.颞骨的MRI检查3.鼻及鼻旁窦病变的MRI检查4.鼻咽、口咽部的MRI检查5.喉部病变的MRI检查6.口腔及涎腺病变的MRI检查7.颈部软组织病变的MRI检查,58,MRI对眼耳鼻咽喉部的肿瘤性病变显示好，如鼻咽癌对颅底、颅神经的侵犯，MRI显示比CT更清晰更准确。MRI还可做颈部的血管造影，显示血管异常。对颈部的肿块，MRI也可显示其范围及其特征，以帮助定性。,59,（三）脊柱脊髓及外周神经的MRI检查,1.脊柱脊髓的MRI检查2.外周神经的MRI检查,60,MRI可直接显示脊髓的全貌，因而对脊髓肿瘤或椎管内肿瘤、脊髓白质病变、脊髓空洞、脊髓损伤等有重要的诊断价值。对椎间盘病变，MRI可显示其变性、突出或膨出。显示椎管狭窄也较好。对于颈、胸椎，CT常显示不满意，而MRI显示清楚。另外，MRI对显示椎体转移性肿瘤也十分敏感。,61,（四）心血管系统的MRI检查,1.心脏病变的磁共振形态学检查2.心脏病变的磁共振功能分析3.冠状动脉粥样硬化性心脏病的磁共振检查4.大血管病变的磁共振检查,62,MRI可直接显示心肌和左右心室腔（用心电门控），可了解心肌损害的情况并可测定心脏功能。对纵隔内大血管的情况可清楚显示。,63,（五）胸部的MRI检查,1.肺脏的MRI检查2.肺血管的MRI检查3.纵膈和肺尖病变的MRI检查4.胸膜及胸壁病变的MRI检查,64,MRI可显示肺水肿、肺栓塞、肺肿瘤的情况。对纵隔肿瘤的定位定性也极有帮助。可区别胸腔积液的性质，区别血管断面还是淋巴结。,65,（六）胃肠道的MRI检查,1.胃部病变的MRI检查2.小肠病变的MRI检查3.结肠病变的MRI检查4.直肠病变的MRI检查,66,（七）肝胆胰脾的MRI检查,1.肝脏的常规MRI检查2.磁共振特殊技术在肝脏的应用3.胆道的MRI检查4.胰腺及脾脏的MRI检查,67,（八）泌尿生殖系统及乳腺的MRI检查,1.肾上腺病变的MRI检查2.肾脏实质病变的MRI检查3.肾盂、输尿管病变的MRI检查4.膀胱病变的MRI检查5.子宫及附件病变的MRI检查6.前列腺病变的MRI检查7.阴囊及睾丸病变的MRI检查8.腹膜后间隙的MRI检查9.乳腺病变的MRI检查,68,MRI对肝、肾、胰、脾、肾上腺等实质性脏器疾病的诊断可提供十分有价值的信息，有助于确诊。对小病变也较易显示，因而能发现早期病变。MR胰胆道造影（MRCP）可显示胆道和胰管，可替代ERCP。MR尿路造影（MRU）可显示扩张的输尿管和肾盂肾盏，对肾功能差、IVU不显影的病人尤为适用。,69,MRI可显示子宫、卵巢、膀胱、前列腺、精囊等器官的病变。可直接看到子宫内膜、肌层，对早期诊断子宫肿瘤性病变有很大的帮助。对卵巢、膀胱、前列腺等处病变的定位定性诊断也有很大价值。,70,MRI对显示后腹膜的肿瘤以及与周围脏器的关系有很大价值。还可显示腹主动脉或其他大血管的病变，如腹主动脉瘤、布查综合征、肾动脉狭窄等。,71,（九）骨关节系统及软组织的MRI检查,1.肩关节的MRI检查2.肘关节的MRI检查3.腕关节的MRI检查4.髋关节的MRI检查5.膝关节的MRI检查6.踝关节的MRI检查7.颞下颌关节的MRI检查8.四肢骨骼和软组织的MRI检查,72,MRI对关节内的软骨盘、肌腱、韧带的损伤，显示率比CT高。由于对骨髓的变化较敏感，能早期发现骨转移、骨髓炎、无菌性坏死、白血病骨髓浸润等。对骨肿瘤的软组织块显示清楚。对软组织损伤也有一定的诊断价值。,73,休息一会,74,3.0T磁共振临床应用特点,在临床应用中有何优势？有何弊端？,75,3.0T临床应用优缺点,优点：1、信噪比明显提高，空间分辨率提高。2、扫描速度加快。3、T2WI对比加强。4、增强效果更好。5、血管成像明显较1.5T好。6、功能成像、频谱成像和磁敏感性更敏感和精确。缺点：1、伪影更明显，如运动伪影、化学位移。2、屏蔽效应使腹水病人或孕妇检查不利。3、对体内有金属物的患者检查限制更严格。4、T1WI对比下降。,76,1、信噪比、空间分辨率提高,由于磁场强度的升高，敏感性增加，SNR提高，空间分辨率增加。随着场强的增加，SNR几乎是线性增加但在临床实际应用当中，并非两倍场强就会产生两倍SNR：在高场中有很多物理障碍需要克服，而克服这些障碍通常是牺牲SNR来实现的，3.0T的SNR大约是1.5T的1.7到1.8倍一般情况下，扫描时间延长和降低空间分别率能提高信噪比。保持一定的空间分辨率而减少采集时间，或保持一定的采集时间而提高空间分辨率等，这些因素都会抵消一定的SNR,77,中枢神经系统高分辨率扫描PropellerT2512X512,78,分辨力,1.5T,3.0T,79,Figure9a:(a,b)FLAIRimagesina22-year-oldfemalepatientwithclinicallyisolatedsyndrome,3.0TTR/TE/IR:12000/140/2850;turbofactor,38;NEX1;acquisitiontime,4minutes,1.5T6000/110/2000;turbofactor,29;NEX2;acquisitiontime,3minutes,80,脑结构成像,3.0T高分辨率三维容积成像有助于发现细微皮质萎缩高分辨率T2WI有助于分辨颞叶癫痫病人的海马亚解剖结构,81,Figure10b:MRimagesin32-year-oldfemalepatientwithmedicallyrefractorycomplexpartialseizures,左侧海马信号强度增加，提示硬化体积变化不明显，提示尚无萎缩右侧海马所见的间隔样纹理结构丧失,右侧海马亚解剖结构可见黑线样的白质卷入海马内可能是海马白质（海马槽）,海马结构放大图,82,鼠脑成像,83,2、扫描速度加快,共振频率随场强线性增加：B0。1.5T的共振频率是63.9MHz，3.0T是127.8。更高（快）的共振频率能带来：更快的质子相位周期。这样，就可以用更短的TE，加快采集速度，有助于减少伪影。相同条件下，同一序列约节省20%时间。,84,脑结构成像,更快的成像速度：有利于意识不清及不配合的患者及儿童检查。应用flipanglesweepandparallelimaging的FSET2WI：成像时间从2分7秒降到8秒,85,MRimagesina19-year-oldmalepatientwithmultiplesclerosis,FSET2WIWithSENSEflipanglesweep60采集时间8s,86,3、T2WI对比加强,组织的T1、T2弛豫时间在不同程度上依赖于场强。在3.0T，纵向弛豫速率减慢，T1时间增加约30%，而横向弛豫出现更快，T2时间缩短约15%。T2时间缩短，T2WI对比加强,87,4、增强效果更好,Gd对比剂缩短（同一组织）T1的能力（T1弛豫效应）在1.5和3.0T中相对恒定。在3.0T，（平扫时）组织的T1时间比1.5T长，因此，即使T1弛豫增强效应相同，增强后组织的T1缩短比1.5T更多，因此，3.0T组织增强前后的对比优于1.5T。3.0T具有更高的SNR和CNR。相同足剂量造影剂的增强扫描，病变的CNR在3.0T是1.5T的双倍多，3.0T半剂量病变的CNR也比1.5T足剂量高得多，CNR高则探查增强病变的敏感性提高,88,a70-year-oldwomanwithatemporalhigh-gradeglioma，theleptomeningealspreadofthetumor(arrowhead),1.5Twith0.10mmol/kg,3.0Twith0.05mmol/kg,3.0Twith0.10mmol/kg,89,Contrast-enhancedT1-weightedMRimagesin46-year-oldmalepatientwithrightparietalhigh-gradeglioma,SET1WICE1.5T,SET1WICE3.0T,90,Contrast-enhancedT1-weightedMRimagesin46-year-oldmalepatientwithrightparietalhigh-gradeglioma,IRFSET1WICE3.0T,SET1WICE3.0T,91,Contrast-enhancedMRImaging增强MRI,SPIO（超顺磁性氧化铁）对比剂：主要缩短T2*在3.0T中，（平扫时）组织的T2*时间比1.5T短，这种更短的T2*部分抵消了SPIO的T2*增强效应至今，在肝脏局灶性病变的SPIO增强检查中，SPIO增强病变与正常组织之间的对比在3.0T中并未进一步增加,92,5、血管成像较1.5T好,SNR更高更短的TE时间（避免流动及磁敏感伪影）对比剂的T1缩短效应更明显与血液比较静态组织的T1时间延长（提高血管背景组织对比）使用平行成像技术,更短的采集时间,93,MRAngiography,TOFMRA：1.5T体素大小0.72mm3，3.0-T体素大小0.03mm3。3.0T的高空间分辨率意味着能显示更小的血管及血管的远侧分支。与平行采集技术结合，能明显减少采集时间、增加采集层面，扩大成像范围。,94,TOF(inflow)MRAat(a)1.5Tand(b)3.0Tinthesameindividual,1.5T,3.0T,28/6.9;50sections;time,2minutes34seconds;sectionthickness,2mm;fieldofview,160 x160;matrix,336x212;voxelsize,0.92mm3,26/3.5;100sectionstime,7minutes57secondssectionthickness,1mmfieldofview,250 x250mm2matrix,832x571voxelsize,0.13mm3,95,TOFMRangiogramsat(a)1.5Tand(b)3.0Tinapatientwithhigh-gradestenosisoftherightinternalcarotidartery,1.5T,3.0T,扫描参数分别同上一图像,96,MIPsfrom3DTOFMRangiographyina58-year-oldwomanshowmoyamoyavessels(arrows)fromICAs,TransverseMIP,3.0-T,1.5-T,97,lateralMIPoftherightside,3.0-T,1.5-T,showmoyamoyavessels(arrows)fromICAs,98,lateralMIPoftheleftside,3.0-T,1.5-T,showmoyamoyavessels(arrows)fromICAs,99,MRAngiography,3.0-TTOFMRA的高空间分辨率及广解剖覆盖范围，较小的脑供血动脉病变的检查成为可能。几乎与DSA相似的空间分辨率，以致有人乐观地预言其可大部分替代DSA检查。这方面的临床研究有待深入。,100,61-year-oldmalepatientwithdysarthria,3T3DTOF-MRAasegmentalhigh-gradestenosisatthecavernoussegmentofthedistalICA,DSAlateralviewalmostidenticalfeaturesofstenosisatthecorrespondinglocation,101,A70-year-oldfemalepatientwithinvoluntarymovementoftheleftside.,3T3DTOF-MRAflowvoidintheproximalportionoftherightmiddlecerebralartery,DSAanteroposteriorviewafocalhigh-degreestenosisatthecorrespondinglocation,102,A69-year-oldmalepatientwithdizziness,3T3DTOF-MRAafocalhigh-gradestenosisattheproximalportionofthebasilartrunk.,DSAobliqueviewafocalhigh-gradestenosisatthecorrespondinglocation,103,MRAngiography,Timeresolvedthree-dimensionalcontrast-enhancedMRA：4DMRA,104,four-dimensionaltime-resolvedangiographyusingkeyhole(4D-TRAK),DSAfindings,earlyarterial,earlyvenousphase,apatientwithlargefrontalarteriovenousmalformation,105,four-dimensionaltime-resolvedangiographyusingkeyhole(4D-TRAK),DSAfindings,earlyarterial,earlyvenousphase,apatientwithlargefrontalarteriovenousmalformation,106,IIIIIIIV,全身血流成像,扫描床的移动造影剂使用分辨率I:1.0 x1.0 x2.0mmII:0.8x0.8x1.3mmIII:0.8x0.8x1.5mmIV:0.8x0.8x1.0mm,107,6、磁敏感性、功能成像和频谱成像更敏感和精确,磁敏感性功能成像：弥散加权成像-DWI（fMRI）灌注成像-PWI脑皮层功能活动成像频谱成像-MRS,108,Susceptibility磁敏感性,磁敏感效应随场强增大而线性增加磁敏感性：是不同物质被磁化的能力不同组织的磁敏感性不同产生磁敏感效应,109,Susceptibility磁敏感性,人体不同组织的磁敏感性不一样，从而造成人体组织局部磁场场强不均匀根据拉莫定律，局部磁场的变化会引起相应质子的共振频率发生变化。MR的空间编码是基于：成像范围内的磁场是均匀一致的、只随梯度场的应用才发生变化。这种磁敏感性诱导的共振频率的变化会导致质子在空间位置编码上产生错误在没有1800再聚焦RF脉冲的GRE及EPI序列中，由此产生的磁敏感伪影更明显,110,Susceptibility磁敏感性,磁敏感效应的积极应用：对比剂首过灌注成像，BOLD脑功能成像，更有利于检测含铁血黄素、铁、钙等金属成分,111,Susceptibility-basedandPerfusionImaging,3.0T的磁敏感效应明显，有利于生理性铁成分的检测，如中脑黑质，理论上可早期诊断Parkinson有利于出血的探查，对小海绵状血管瘤内的慢性出血、弥漫性轴突损伤的小出血灶的检测更有价值,112,77-year-oldmanonthe2nddayaftertheonset,T2-weighted,FLAIR,T1-weighted,1.5T(A,C,andE),3.0T(B,D,andF),113,56-year-oldwomanonthe6thdayaftertheonset,T2-weighted,FLAIR,T1-weighted,1.5T(A,C,andE),3.0T(B,D,andF),114,Figure3:TransverseT2-weightedturboSE(a)1.5-T(repetitiontimemsec/echotimemsec,2500/100)and(b)3.0-T(3000/80)MRimagesina52-year-oldmalepatientwithpontinecavernoma,FSET2WI1.5T桥脑海绵状血管瘤,FSET2WI3.0T桥脑海绵状血管瘤含铁的小脑齿状核显示更清楚,115,微出血,116,117,118,Figure4:FunctionalbrainMRimagesinthesameindividuals,1.5-T(3000/50,90flipangle),3.0-T(3000/35,90flipangle),BOLD脑功能成像,119,fMRI躯体运动，感觉，视觉，语言，针灸镇痛,120,DWIandDiffusion-TensorImaging扩散加权及扩散张量成像,121,DWIandDiffusion-TensorImaging,DWI是脑梗塞的必备检查序列，常用单次激发EPI。3.0T的DWI能提高SNR，但同时磁敏感伪影也显著增加，同时应用平行采集技术有助消除伪影虽然可发现“3.0-Tonly”细小梗塞，但总体上其敏感性与1.5T差别不大,122,46-year-oldfemalepatientwithclinicalevidenceofsubacuteinfarction(72hoursafteronset),4345/82;matrix：128128sectionthickness：5-mmbvaluesof0,600,and1000sec/mm2,3.0T,1.5T,10分钟之内,123,DWIandDiffusion-TensorImaging,DTI和白质纤维束示踪图是了解神经纤维走行、结构及相互关系的诊断方法扩散编码方向越多，对神经纤维走行方向的确定越精确，但扩散编码方向越多扫描时间越长.除了高，可在临床可接受的扫描时间范围内尽可能多地采集扩散编码方向,124,1.5T,3.0T,125,3.0T,126,127,PerfusionImaging灌注成像,128,弥