磁共振成像基础

1、磁共振成像Magnetic Resonance Imaging基础(jch)部分 中国(zhn u)石油中心医院磁共振室 杨景震1共八十页主要(zhyo)内容医学影像学概况及磁共振技术的发展简要介绍磁共振成像基本原理及概念磁共振检查方法及临床应用磁共振成像的主要优点及限度(xind)如何阅读磁共振图像影像学检查常见名词概念共八十页医学(yxu)影像学的形成1895年Rentgen发现X线，形成放射(fngsh)诊断学（diagnostic radiology）20世纪50年代出现超声（ultrasonography,USG）检查20世纪60年代出现核素(-scintigraphy) 扫描20世

2、纪70年代出现CT(x-ray computed tomography,CT)检查20世纪80年代出现MRI(magnetic resonance imaging,MRI)检查20世纪80年代出现发射体层成像（emission computed tomography,ECT）20世纪90年代正电子发射体层成像（positron emission tomography,PET)20世纪70年代以后兴起介入放射学(interventional radiology)21世纪初出现CT-PET 共八十页 X线源 体外放射源（核素） 声能 磁场(cchng) 微电子技术 计算机医学影像学各种( zhn)

3、技术涉及：共八十页 当今的医学影像学内容(nirng)包括：传统X线诊断学透视 照相 （普通摄影、体层摄影） 造影计算X线摄影 (computed radiography，CR) 数字X线摄影 （Digital radiography，DR)X线CT (computed Tomography， CT)数字减影血管造影 （Digital Subtraction Angiography， DSA ）介入放射学 （interventional radiology)超声成像（Ultrasonic Imaging）共八十页发射型计算断（体）层摄影（Emission computed Tomography

4、， ECT ） 正电子发射型计算断（体）层摄影（PositronEmission computed Tomography, PET ） 单光子发射型计算断（体）层摄影（Singlephoton Emission computed Tomography, SPECT ）磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ,MRI）分子影像学（Molecular Imaging）21世纪最前沿课题 技术： PET或PET-CT、MR、CT、光学成像（生物发光、荧光）信息放射学系统（ radiology information system) 图像存档与传输(chun sh)系统（Pi

5、cture Archiving and Communication System, PACS) 影像科管理、quality control,QC、quality assurance,QA. 共八十页 全新的医学影像学在医学领域(ln y)的应用包括： 影像诊断学：X线、CT、DSA、MRI、US、 ECT等。 影像介入性治疗学：DSA、超声、CT、MR等。 信息放射学：影像学工作管理、质控；影像 的传输与存储（PACS）存储、 传输、远程会诊（远程放射学 teleradiology)共八十页1946 发现磁共振现象(xinxing) Bloch Purcell 1971 发现肿瘤的T1、T2时

6、间长 Damadian 1973 做出两个充水试管MR图像 Lauterbur 1974 活鼠的MR图像 Lauterbur等 1976 人体胸部的MR图像 Damadian 1977 初期的全身MR图像 Mallard 1980 磁共振装置商品化 2003 诺贝尔奖金 Lauterbur Mansfierd时间(shjin)发生事件作者或公司磁共振发展史共八十页MR成像技术的发展(fzhn)：四个阶段 20世纪70年代中80年代初：初步认识、逐步完善成熟阶段。 80年代初90年代初：广泛应用，但仅限于T1T2层面成像。 注重于解剖结构及形态的变化。 90年代初90年代末：快速发展阶段。检查时

7、间缩短、随着 快速或超快速成像技术的应用，扩散加权、灌注加权、MRA、 水成像、功能成像等技术用于研究功能与活动机制。 90年代末21世纪至今天：上述技术不断成熟的同时，进入 磁共振分子影像学阶段。共八十页共八十页MR成像基本原理 共八十页共八十页实现人体(rnt)磁共振成像的条件:利用人体内氢原子核作为磁共振中的靶子，它是人体内最多的物质。H核只含一个质子不含中子，最不稳定，最易受外加磁场的影响而发生磁共振现象有一个稳定的静磁场（磁体）：常导型、永磁型、超导型。0.153.0T梯度场和射频(sh pn)场：前者用于空间编码和选层，后者施加特定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象信号接收装置：各

8、种线圈计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等共八十页 磁共振成像的过程(guchng)：H核子自然状态：磁矩和角动量互相抵消，人体不显磁性外加磁场中H核子状态：人体处于轻度磁化状态，在顺逆主磁场方向的两种排列方式中，顺向者多，磁矢量(shling)经正负方向相互抵消后，保留7百万的H核子用于MR信号接收，这些顺向排列（低能态）形成的磁矢量(shling)联合形成总磁矩M施加射频（RF）脉冲后H核子状态：静磁场（B0）内的H核子的总磁化矢量与B0方向相同，当射频线圈对人体施加特定频率的RF脉冲，则H核子受到激励，由原来的低能态跃迁到高能态，形成了H核子的共振现象共八十页 人体内的H核

9、子可看作是自旋状态下的小星球。 自然状态下， H核进动杂乱无章，磁性(cxng)相互抵消 按照单一核子进动原理,质子群在静磁场中形成的宏观磁化(chu)矢量MzMyx进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，即为MR信号基础共八十页ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脉冲前的磁化矢量(shling)MzB:施加90度RF脉冲后的磁化矢量 Mxy.并以Larmor频率横向施进C:90度脉冲对磁化矢量的作用。即M以螺旋运动的形式倾倒到横向平面ABC在这一过程中，产生(chnshng)能量共八十页B0ZZZZZ

10、YYYYYXXXXX90度（3）（5）该过程称弛豫(relaxation)，即将能量（MR信号）释放出来。整个弛豫过程实际上是磁化矢量在横轴上缩短（横向或T2弛豫），和纵轴上延长（纵向(zn xin)或T1弛豫）。而人体各类组织均有特定T1、T2值，这些值之间的差异形成信号对比（1）静磁场(cchng)中（2）90度脉冲（3）脉冲停止后（4）停止后一定时间（5）恢复到平衡状态共八十页ZYXXXXYYYZZZABCD 中断RF脉冲后，质子逐一从高能态（指向下），返回到低能态（指向上），直至恢复(huf)到原状态。纵向弛豫（自旋(z xun)晶格弛豫 spin-lattice relaxation

11、）共八十页ZYZYZYXXXABC 横向(hn xin)弛豫（自旋自旋弛豫 spin-spin relaxation ） 中断RF脉冲后，质子不再被强制于同步状态（同相位），由于质子各自的不同频率，指向同一方向的质子散开（失去相位），致使(zhsh)横向磁化逐渐减小至零。共八十页纵向弛豫或称自旋(z xun)晶格弛豫(T1弛豫)横向(hn xin)弛豫或称自旋自旋弛豫(T2弛豫)共八十页 人体进入磁场磁化施加(shji)射频脉冲、H核磁矩发生90。偏转，产 生能量射频脉冲停止、弛豫过程开始，释放所产生的能量（形成MR信 号）信号接收系统计算机系统 在弛豫过程中，涉及到2个时间常数：纵向弛豫时间

12、常数T1；横向弛 豫时间常数T2 加权（weighted ）的概念：MR成像过程中，T1、T2弛豫二者同时存在， 只是在某一时间内所占的比重不同。如果选择突出纵向（T1）弛豫特征的 扫描参数（脉冲重复时间和回波时间，以毫秒计）用来采集图像，即可得 到以 T1弛豫为主的图像，当然其中仍有少量T2弛豫成分，因是以T1 弛豫 为主，故称为T1加权像（weighted Imaging WI）。如果选择突出横向 （T2）弛豫特征的扫描参数采集图像 加权或称权重，有侧重、为主的意思 因为人体各种组织如肌肉、脂肪、体液等，各自都具有不同的T1和T2弛豫 时间值，所以形成的信号强度各异，因此可得到黑白不同灰度

13、的图像共八十页磁共振常规检查图像(t xin)的特点层面成像、成像参数多、任意(rny)多方位直接成像、血管流空效应共八十页人 体 不 同 组 织 的 MR 信 号 特 点共八十页黑白灰度对比：X光片、CT均以密度高低为特征 MR图象是以信号(xnho)高低/强弱为特征水： 长T1（黑）、长T2（白） 骨皮质、完全性的钙化：黑（无信号）脂肪：短T1（白）、短T2（暗灰） 血流：常规扫描为流空（黑）肌肉：长T1（黑）、短T2（黑） 大多数肿瘤：长T1、长T2 黑色素瘤：短T1、短T2共八十页 磁 共 振 成像 检 查 方 法共八十页MR检查(jinch)方法普通检查：采用不同脉冲序列、不同方位，

14、对病变部位(bwi)进行扫描（包括脂肪或水抑制）FS共八十页FLAIR（Fluid Attenuated Inversion Recovery) 抑制水的重度T2加权像,也称黑水技术(jsh)。即抑制自由水，如脑脊液，对邻近脑脊液病变的显示更有利共八十页 增强检查：静脉(jngmi)内注射造影剂进行扫描，用于鉴别诊断等。MR所用造影剂与CT的造影剂不同，除不是碘剂不存在过敏之外，其作用的原理也不同共八十页 MR造影剂 （顺磁性物质）是改变病变部位磁环境，缩短H质子的T1、T2弛豫 （但T2的缩短不如T1明显） 造影剂入血行病变组织间隙 与病变组织大分子结合T1驰豫接近脂肪或Larmor频率T1

15、缩短强化（白），（称间接增强） 影响因素：病变区的血流；灌注(gunzh)；血脑屏障。与血液内的药浓度不绝对成正比，达一定浓度后不起作用直接提高病变(bngbin)区X线衰减值（称直接增强） CT造影剂 （碘制剂） 血管丰富程度 血流灌注如何 血液内碘浓度高低 血脑屏障完整与否共八十页共八十页共八十页 特殊(tsh)检查： 血管成像（Magnetic Resonance Angiography MRA）利用流动的血液进行血流的直接成像 可用于动脉或静脉的检查，若同时使用造影剂，称增强血管成像（CE-MRA) 血管成像用于血管畸形、动脉瘤、血管狭窄或闭塞。但目前(mqin)仍不能代替DSA 特点

16、：简便、无创伤共八十页共八十页 水成像 胆道成像（Magnetic Resonance Cholangio-pancreatography ）MRCP 不使用造影剂，利用胆汁（水）进行成像。用于胆道梗阻(gngz)检查共八十页尿路成像（Magnetic Resonance Urography）MRU 不使用造影剂，利用(lyng)尿液进行成像共八十页硬膜囊成像（Magnetic Resonance Myelography）MRM 不使用(shyng)造影剂，利用脑脊液进行成像共八十页内耳膜迷路成像（Magnetic Resonance Labyrinthography) MRL 不使用造影剂利

17、用(lyng)迷路内的淋巴液进行成像共八十页结肠水成像:向结肠内注入水后，进行(jnxng)结肠人工水造影。胃、小肠也同样可进行此项检查共八十页 仿真内窥镜：同CT一样，利用计算机所作的图像(t xin)的后处理技术之一共八十页 MRI三维重建共八十页 MR电影成像（Magnetic Resonance cine MRC ）:对运动的脏器实施快速成像。采集脏器运动中的不同时段（时相）的“静态”图像，再利用计算机技术快速、连续显示。例如(lr)：关节、心脏等。共八十页正常心脏(xnzng)电影（静态图）共八十页动画轻看flash共八十页 功能MR成像(fMRI):从范围上有 1、灌注加权成像(P

18、erfusion-Weighted Imaging) PWI包 括外源性和内源性 2、弥散加权成像(Diffusion-Weighted Imaging)DWI 3、MR波谱(bp)分析(Magnetic Resonancespectroscopy)MRS共八十页神经元兴奋(xngfn)区兴奋(xngfn)性兴奋区静脉血中氧和血红蛋白(xuhng dnbi)相对去氧血红蛋白相对去氧血红蛋白的顺磁作用，可使T2*信号由于去氧血红蛋白的减少神经元兴奋区信号相对内源性PWI称血氧水平依赖法（BOLD）简单原理共八十页 外源性灌注加权成像PWI：用超快速MR扫描技术，进行造影剂跟踪，显示造影剂首次(s

19、hu c)通过的组织血流灌注情况并依需要作延迟增强（常用于脑、心肌的检查） 弥散加权成像DWI：是以MR流动(lidng)效应为基础的成像方法。与MRA不同的是：MRA观察的是宏观的血流现象，而DWI观察的是微观的水分子流动(lidng)扩散现象 脑发生缺血时,PWI先有异常,出在6小时内(超急期),此时溶栓治疗, 疗效最佳；若出现DWI异常时,则易出血；若T2WI出现病灶时,则为不可逆的。 PWI-DWI-T2WI共八十页 脑弥散加权成像（DWI）是使用一对大小相等、方向相反的扩散敏感梯度场。该梯度场对静止组织作用(zuyng)的总和为零，但水分子在不断扩散，受该梯度场影响而产生相位变化。梗

20、死区域水含量增加，其早期细胞毒性水肿使水分子扩散下降，而在产生T2信号改变之前，在DWI显示出早期的脑梗死。共八十页右侧急性轻瘫，症状(zhngzhung)4小时 T2加权像无异常(ychng)同一时间，弥散加权像（4秒）见大片高信号 C-E同一时间，团注对比剂5-10秒内的灌注成像。缺血区显示对比剂到达延迟（C）。D为病变区对比剂消散延迟。E为45秒后灌注基本趋于正常共八十页男，37岁，突发左下肢瘫2h，同一时间作了T2、DWI（图1、2）。图3、4为发病12h后的PWI，示病灶区低灌注。图5、6为发病2个月后的PWI，较前血供明显改善。图7为发病4hDSA显示右大脑中A外侧干闭塞。图8为动

21、脉(dngmi)溶栓后，闭塞血管再通。图9为发病后8h，右颞叶T2高信号。共八十页理解弥散(msn)成像的原理细胞正常(zhngchng)，水分子游动自由。细胞毒性水肿时，较多的细胞外液进入细胞内，使细胞内、外水分子游动缓慢胞细水子分共八十页动作快的获得(hud)的信息少！ 啊，今晚上课(shng k)哎！同学们，因故改在明晚上课水分子共八十页DTI是一种用于研究中枢神经系统神经束弥散各向异性( xin y xn)和显示白质纤维解剖的磁共振技术 神经束成像术（用连续跟踪法制成）能显示白质纤维的走行轨迹弥散(msn)张量磁共振成像共八十页 DTI 的 物 理神经束对MR机的三个轴(X,Y,Z,)

22、的关系形成(xngchng)其在MR成像中的方向性,并导致与方向有关的弥散测量(各向异性)3-D弥散呈椭圆形,三个本征矢量代表其弥散方向(fngxing),本征值确定其形态本征矢量 本征值 本征值三个本征矢量的矩阵 源于弥散方向性的张量(ADC) 共八十页弓形(n xn)纤维的神经束图 弓形(n xn)纤维短联合纤维束共八十页a胼胝(pinzh)体的神经束图冠状面 (与彩色(cis)编码的FA 图融合）横断面 矢状面 共八十页胼胝(pinzh)体上纵束下纵束皮质脊髓束多神经(shnjng)束的神经束图矢状面横断面各神经束可随意标示为各种不同颜色共八十页FLAIRT2WIT1WI C+T1WI

23、C-脑膜(nom)上皮型脑膜(nom)瘤常规MRI显示(xinsh)脑膜瘤的典型表现何神经束受犯？良性脑膜瘤瘤？较大量瘤细胞浸润？共八十页上纵束向下(xin xi)移位 脑膜(nom)上皮型脑膜(nom)瘤彩色编码的FA图 神经束成像图彩色编码的FA图 在彩色编码的FA图和神经束成像图上显示一良性肿瘤所造成的神经束推移征，即上纵束和放射冠被推移，但仍保持原来色彩，符合脑膜瘤的诊断。显示胶元纤维所构成之肿瘤包膜 （箭）肿瘤呈神经束推移型表现，提示瘤周无肿瘤细胞浸润，为良性肿瘤，符合脑膜瘤诊断。放射冠胶元纤维构成的包膜。共八十页 磁共振在评价(pngji)心肌灌注储备中的应用 心肌灌注储备(Myo

24、cardiol perfusion reserve)MPR是冠脉系统最大扩张状态下与静息状态下心肌内血流量的比值。目前采用核素心肌灌注检查（SPECT和PET），前者虽敏感性和特异性较高，但空间分辨率低,检测不够准确；PET视为金标准,但设备昂贵,且空间分辨率也较低 MR采用超快速扫描技术、扩冠药物、造影剂可发现静息状态下早期如心内膜下缺血灶。（潘生丁-正常冠脉扩张-心外膜血流增加冠脉狭窄远端血流不能相对(xingdu)增加-形成“冠脉窃血”狭窄远端血管压力降低心内膜下（冠脉远端血供区）的缺血灶 随着MR设备发展，在心肌缺血发生的任何阶段，MR都可进行相应检测。故有人将心脏MR检查称为“one

25、-stop-exmination”共八十页MR心肌(xnj)灌注成像造影剂首次通过(tnggu)相造影剂延迟增强相 诊断 1、正常的心肌 2、缺血的心肌 3、心肌梗死后心肌存活状况（顿抑心肌及冬眠心肌） 4、死亡心肌 心肌缺血发现的敏感性和特异性：MR灌注成像：敏感性9294，特异性8796。ECT：敏感性65，特异性82共八十页 磁共振波谱（MRS）：研究人体能量代谢病生理改变。通过显示组织生化学波谱，发现病变，这种生化代谢异常更早于病理形态学异常。MRI + MRS = 诊断(zhndun) ，更敏感、更早期、更特异 MRS是一种化学位移技术。均匀磁场中，同种元素的同一种原子由于其化学结构

26、差异，拉莫尔频率也不相同，这种频率差异称化学位移 MRS实际是某种原子的化学位移分布图。横轴：化学位移，纵轴：各种具有不同化学位移原子的相对(xingdu)含量共八十页MR全身(qun shn)一次成像共八十页水知道(zh do)：答 案共八十页 磁 共 振 成 像 主 要 优 点 与 限 度共八十页MR检查(jinch)的主要优点 无射线、成像参数多、直接多方位成像 不使用造影剂可进行血管或流体成像，无创性 脑、脊髓、椎间盘检查中具有其他(qt)任何影象检查 不能取代的优势 骨关节系统显示病变敏感，软骨及软组织分辨好 MR的生理、功能成像突破了影象学以大体病理形 为诊断依据的传统模式 数据重

27、建技术做三维立体重建或仿真内窥镜显示共八十页MR检查的限度及存在(cnzi)的问题 某些病变定性困难 MR成像仍相对较长（主要是限于(xiny)信号采集） 运动伪影 某些部位的血管成像尚需DSA、如冠脉，某些血管 性病变术前的金标准仍借助DSA 引进和检查费用相对昂贵 禁忌症：带心脏起搏器、胰岛素泵、体内金属 假肢、眼球内金属异物，颅内动脉瘤银夹术后 时间较短者 严重不合作者，精神病，危重病人，幽闭恐怖症共八十页怎样阅读常规(chnggu)检查的MR图像1、熟悉图像上的常用标记：姓名、年龄、日期、左右、层厚以 及增强的标记等2、仔细观察每一帧图像，目的在于发现疾病或异常的征象3、当发现病变后，

28、应看其病变在T1加权、T2加权上的信号特 征，是高信号低信号等信号混杂信号无信号4、通过不同方位图像观察，确定病变形态、数量、大小、位置5、观察病变邻近器官或组织结构有无异常：受压、移位（占位 效应）；扩张、增大（失空间效应）；破坏或吸收(xshu)；等等6、增强扫描观察病变有无强化及强化程度；延迟扫描强化特点7、综合MR所见，结合临床及其他影像学检查材料作出诊断共八十页常用术语 阴影、密度(md)、回声、信号 增强扫描 强化 高密度、低密度、等密度、混杂密度 高信号、低信号、等信号、混杂信号 占位效应、失空间效应 窗技术共八十页 影像学中常见的名词概念的一般性了解阴影、回声、信号密度：影像学

29、术语。密度有双重含义，即物质密度与影像密度二 种。物质密度系指单位体积内的物质质量，由物质的组成(z chn) 成分和空间排布情况决定。影像密度则指照片上模拟影像 的黑化程度，即对光的吸收程度高密度、低密度、等密度、混杂密度：影像学术语 在CT或X线检查中，以相邻结构作参照，进行兴趣区 密度的判定。传统的X线技术仅以肉眼作大致的分辨，而 CT则可获得标定的密度值，即CT值，获得病变密度的定量。CT值：影像学术语。在CT扫描中，X线衰减系数的单位。（CT 图像中兴趣区组织的密度单位）共八十页窗技术：影像学术语。包括窗位（窗中心）、窗宽 数字成像使用的后处理技术。人眼密度分辨能力仅1620个灰阶，不能同时区分数字影像全灰阶（如CT有2000个灰阶）。若在数字化影像上以某一灰阶为中心点，使该中心上、下一定范围内的灰阶作选择性显示（获得病变区最适宜肉眼观察的灰度对比），该中心即为窗位处理（window level processing） 同理，仅选择性显示某一定范围的部分灰阶，而该范围之上、下的灰阶则均从图像上删除（全“白”或 “黑”），这称为窗宽处理（window width processing）。这犹如在一面很宽的墙面上开