影像诊断学总论第三部分

福鼎市医院放射科崔向军,影像诊断学总论,磁共振成像总论,磁共振成像是利用原子核在强磁场内发生共振所产生的信号经图像重建的一种成像技术（核）磁共振是一种核物理现象，（nuclear magnetic resonance, NMR）现象，是由美国斯坦福大学Bloch和哈佛大学Purcell在1946年分别在两地同时发现的，因此两人获得了1952年诺贝尔物理学奖20世纪50年代，NMR已成为研究物质分子结构的一项重要的化学分析技术20世纪60年代，人们开始用它进行生物组织化学分析，检测动物体内氢、磷和氮等的NMR信号,20世纪70年代，NMR技术才与医学诊断联系起来1976年Hinshaw首先实现了人体手部成像，并于1980年推出世界上首台NMR成像商品机。1980年初NMR成像用于临床以来，为了与放射性核素检查相区别，改称为磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）,磁共振成像的基本原理与设备,目前MRI多用氢核或质子来成像，人体内含有大量的氢核，成像效果好。每个质子均是一个小磁体，杂乱无章地排列，当加上外加磁场后呈有序排列，平行于外加磁场方向的质子处于低能状态，反平行于外加磁场的质子呈高能态（如图）,一、MR成像的基本原理,N,S,质子进入外磁场后的排列状态,图1,图2,进入外磁场前（图1）质子排列杂乱无章，外加外磁场后质子呈有序排列（图2），低能态的质子比高能态的略多,有序排列的质子呈快速锥形旋转运动，称为进动（Precession）,Z轴代表外磁场磁力线方向，XY轴为与Z轴垂直的平面。质子除自旋运动外，还作快速锥形的旋转运动，即进动,（一）纵向磁化,与外磁场平行的7个质子和与外磁场反向平行的4个质子的磁力互相抵消（A），只剩3个未抵消的质子，它们的磁力叠加起来，形成的磁矢量为纵向磁化（B）,A,B,射频脉冲：向患者发射短促的无线电波，称为射频脉冲radiofrequency (RF) 共 振：当RF脉冲与质子进动频率相同时，就可把能量传给质子，使其由低能态变为高能态，即为共振。质子进动频率由Larmor方程算出0=B0 其中0为进动频率（单位Hz）； 为旋磁比；B0为外磁场强度，场强单位为特斯拉（Tesla, T）,（二）纵向磁化减少及横向磁化,发射与质子进动频率相同的RF脉冲，产生两种效应：一些指向上的质子吸收能量跃迁至高能级而指向下。向上与向下的质子磁力相互抵消，使纵向磁化减小；同时导致质子同步、同速运动，即同相位，其磁力叠加起来而出现横向的磁矢量，即横向磁化,RF脉冲,（三）弛豫和弛豫时间,弛 豫：中止RF射频后，由RF所引起的变化恢复到原来的平衡状态。分为纵向弛豫（自旋晶格弛豫）和横向弛豫（自旋自旋弛豫），分别为纵向磁化恢复和横向磁化消失的过程纵向弛豫时间：纵向磁化由0恢复到原来数值的63所需的时间，为纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time），简称T1横向弛豫时间：横向磁化由最大减小到最大值的37所需的时间，为横向弛豫时间（transverse relaxation time），简称T2,T1、T2是时间常数，不是绝对值。T1长于T2生物组织的弛豫时间，T1为300ms2000ms，T2为30ms150ms水的T1、T2都长，而脂肪的T1、T2均短。病变组织如肿瘤常比周围组织含水量高，故T1、T2常较长T1的长短同组织成分、结构和磁环境有关，与外磁场强度也有关。T2的长短同外磁场和组织内磁场的均匀性有关,Z,X,Y,纵向弛豫,中断RF脉冲，质子逐一从高能状态返回到低能状态，纵向磁化逐渐增大，直至恢复到原来的状态。此过程称为纵向弛豫,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,横向弛豫,中断RF脉冲，质子不再被强制于同步状态（同相位），由于质子有各自的不同频率，指向同一方向的质子散开（去相位），导致横向磁化减小。此过程为横向弛豫。从A到B到C可见同相位的质子呈扇形逐渐散开,A,B,C,Z,X,Y,RF脉冲,Z,X,Y,Z,X,Y,纵向弛豫与横向弛豫,（四）弛豫时间与MR成像,人体不同器官的正常组织与病理组织的T1是相对恒定的，并有一定的差别，T2也是如此。这种组织上弛豫时间上的差别是MR成像的基础,人体正常与病变组织的T1值（ms）,正常颅脑的T1与T2值（ms）,MRI为多参数成像，成像参数包括组织T1、T2值和自旋质子密度（Proton density, Pd）等,（五）脉冲序列与加权图像,施加RF脉冲后，纵向磁化减小、消失，横向磁化出现。使纵向磁化倾斜900的脉冲为900脉冲，而倾斜1800的脉冲则为1800脉冲,RF脉冲,900脉冲,施加RF脉冲，纵向磁化消失，横向磁化出现，磁矢量倾斜了900，这个脉冲为900脉冲,脉冲序列：施加900脉冲，等待一定时间，再施加第二个900脉冲或1800脉冲，这种连续施加的脉冲称为脉冲序列重复时间：两个激励脉冲间的间隔时间为重复时间（repetition time, TR）回波时间：900脉冲与产生回波之间的时间为回波时间（echo time,TE）加权图像：主要由组织的某种成像参数的差别所形成的图像称为某种参数的加权图像。如由T1差别形成的图像称为T1加权图像（T1 weighted image, T1WI），同理则有T2加权图像（T2WI）、质子密度加权图像（PdWI）,TE,MR图像,（六)自旋回波脉冲序列,900,900,1800,1800,900脉冲等待TE/21800脉冲等待TE/2记录信号，称为自旋回波序列spin echo (SE) pulse sequence,SE,二、 MRI设备,根据主磁体的结构分为永久磁体、阻抗磁体和超导磁体三种MR信号产生、探测与编码主磁体、梯度线圈、射频发射器及MR信号接收器数据处理、图像重建、显示与存储模拟转换器、计算机、磁盘、存储设备,数据处理,电源,操作与显示,扫描孔,主线圈,射频线圈,梯度线圈,MRI设备示意图,MR图像特点,一、 多参数成像：MR图像反映的是组织间的T1、T2和质子密度的差别,人体正常组织在T1WI、T2WI上的灰度,MRI表现为高信号和低信号的组织,病理组织的信号强度,二、 多方位成像,垂直于激励层面的快速流动的血液团不能在SE序列时接受900、1800两个脉冲激励产生回波，因此，流动的血液无信号（流空效应）,三、 流空效应,四、 质子弛豫增强效应与对比增强,弛豫增强效应：一些顺磁性和超顺磁性物质使局部产生磁场，而缩短周围质子弛豫时间的现象。利用这一效应可进行MR增强扫描,五、MR成像的优点高的软组织对比分辨力无骨伪影干扰多参数成像任意方位成像流空效应增强扫描效果好，副作用少,MRI对钙化、骨化的显示不够敏感，并有某些伪影,六、MR成像的检查适应证,一、颅脑疾病：脑肿瘤、炎症、脑血管病（脑梗塞出血、动脉瘤、动静脉畸形等）、脑白质病、脑退行性病变、脑室系统疾病和先天性畸形等。 二、脊柱和脊髓疾病：特别是椎管内病变和脊髓病变，MRI应作为首选检查方法。适用于肿瘤、感染、炎症、血管畸形、脊髓空洞、脊髓变性萎缩、椎间盘突出等。 三、头颈部疾病：尤其适用于头颈部肿瘤和肿瘤样病变的诊断与鉴别诊断。对眼球黑色素瘤有定性价值。 四、心脏大血管：常规MRI、心脏电影和磁共振血管成像的应用使MRI在心脏大血管疾病检查中独具优势。可用于各种先天性心脏病、心肌疾病、心脏肿瘤、心包疾病和主动脉等大血管疾病的诊断。 五、腹部盆腔：腹部盆腔器官如肝脏、胆囊、脾脏、胰腺、肾脏、肾上腺、子宫、卵巢、膀胱、前列腺以及腹膜后腔是MRI检查的优势部位。主要用于这些部位的肿瘤以及肿瘤样病变的诊断和鉴别诊断。是子宫、前列腺病变的首选影像学检查。 六、肺和纵隔：肺部病变应首选CT，但肺门病变、胸膜病变和邻近纵隔和胸壁的肺病变可选用MRI。七、骨关节病变和软组织病变：特别是对关节内结构如膝关节半月板、交叉韧带的显示，MRI可与关节镜相媲美。MRI适用于软组织和骨骼肿瘤、炎症等疾病的诊断。MRI对骨髓病变的检出十分敏感，早于x线平片和CT。,七、MR成像的检查禁忌证,MRI是强磁场设备，安装下列医疗装置者禁止靠近：（1）心脏起搏器者；（2）脑内动脉瘤夹；主动脉夹；人工金属心脏瓣膜；（3）各种人工关节及假体；金属内固定物；（4）冠状动脉及各种血管支架；胆道支架、食道支架及其它金属内支架；（5）电子耳蜗；化疗泵、胰岛素泵；眼球内异物不能除外金属异物者；（6）活动性假牙，体内残留金属异物；（7）其它因手术等原因植入体内的金属物品；（8）轮椅、平车、金属拐杖、输液装置、呼吸机、吸引器及其他医疗装置； 另外，相对禁忌症，如体内有金属异物，需要经过医师确认无危险后方可进行检查。,MRI检查技术,一、脉冲序列（一）SE序列、快速SE序列,（二）梯度回波序列 梯度回波序列（gradient echo sequence, GRE）是常用的快速成像序列。空间分辨力和信噪比均较高，可获得准T1WI、准T2WI及准PdWI，主要用于腹部、心血管、与流动液体相关成像及骨关节成像（三）回波平面成像 回波平面成像（echo planar imaging, EPI）是新开发的快速成像技术，获得一个层面可短至20ms，主要用于功能成像,二、脂肪抑制 抑制由脂肪引起的高信号，以区别其它原因如出血、黑色素颗粒及对比增强所致的高信号三、MRI对比增强 静脉注射使质子弛豫时间缩短的顺磁性物质作为对比剂，行MRI对比增强。常用的对比剂为钆-二乙三胺五醋酸（Gadonilium-DTPA, Gd-DTPA）四、 MR血管造影（MRA） 平扫： 时间飞跃（time of flight, TOF）法和相位对比（phase contrast, PC）法 增强MRA,五、水成像 水成像（hydrography）又称液体成像（liquid imaging） 是采用长TE技术，获得重T2WI，突出水的信号，并用脂肪抑制技术，使含水器官清晰显影。具体有： MR胰胆管造影（MR cholangiopancreatography, MRCP） MR尿路造影（MR urography, MRU） MR脊髓造影（MR myelography, MRM）六、功能性MR成像 功能性MR成像（functional MRI, fMRI）