第九-1章MRI原理及进展

MRI检查技术MRI检查技术的主要内容1、影像显示：显示技术检查方法2、生物化学分析：磁共振波谱分析(magneticresonancespectroscopyMRS)一、探索新的成像对比度，提高成像的组织分辨力。二、加快成像的速度。

这两方面的进步贯穿着磁共振成像的整个过程。但它们都是在磁共振的一些基本扫描序列基础上通过磁共振硬件的发展和计算机软件的突飞猛进来改进而实现的。磁共振技术发展的两个方向：MRI原理及进展襄樊职业技术学院

一、MRI扫描仪的基本硬件构成一般的MRI仪由以下几部分组成主磁体梯度线圈脉冲线圈计算机系统其他辅助设备主磁体

磁共振最基本的构建产生磁场的装置最重要的指标为磁场强度和均匀度MRI按磁场产生方式分类永磁电磁常导超导主磁体0.35T永磁磁体1.5T超导磁体MR按主磁场的场强分类MRI图像信噪比与主磁场场强成正比低场:小于0.5T中场：0.5T－1.0T高场:1.0T－2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）超高场强：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）梯度线圈作用：空间定位产生信号梯度线圈性能的提高磁共振成速度加快没有梯度磁场的进步就没有快速、超快速成像技术脉冲线圈作用：如同无线电波的天线激发人体产生共振（广播电台的发射天线）采集MR信号（收音机的天线）脉冲线圈的分类激发并采集MRI信号（体线圈）仅采集MRI信号，激发采用体线圈进行（绝大多数表面线圈）3D-FFEMatrix512×512FOV2.5cm利用2.3cm显微线圈采集的指纹MR图像计算机系统及谱仪数据的运算控制扫描显示图像其他辅助设备空调检查台激光照相机液氦及水冷却系统自动洗片机等二、MRI的基本原理、基本概念

1、人体MR成像的物质基础原子的结构电子：负电荷中子：无电荷质子：正电荷原子核总是绕着自身的轴旋转－－自旋(Spin)

地球自转产生磁场原子核总是不停地按一定频率绕着自身的轴发生自旋(Spin)原子核的质子带正电荷，其自旋产生的磁场称为核磁，因而以前把磁共振成像称为核磁共振成像（NMRI）。自旋与核磁地磁、磁铁、核磁示意图用于人体MRI的为1H（氢质子），原因有：1、1H的磁化率很高；2、1H占人体原子的绝大多数。通常所指的MRI为氢质子的MR图像。何种原子核用于人体MR成像？人体内有无数个氢质子（每毫升水含氢质子3×1022）每个氢质子都自旋产生核磁现象人体象一块大磁铁吗？通常情况下人体内氢质子的核磁状态通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小的磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，人体并不表现出宏观磁化矢量。把人体放进大磁场2、人体进入主磁体发生了什么？没有外加磁场的情况下，质子自旋产生核磁，每个氢质子都是一个“小磁铁”，但由于排列杂乱无章，磁场相互抵消，人体并不表现出宏观的磁场，宏观磁化矢量为0。进入主磁场前后人体组织质子的核磁状态处于高能状态太费劲，并非人人都能做到处于低能状态的略多一点进入主磁场后人体被磁化了，产生纵向宏观磁化矢量不同的组织由于氢质子含量的不同，宏观磁化矢量也不同磁共振不能检测出纵向磁化矢量？MR能检测到怎样的磁化矢量呢？？？MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量如何才能产生横向宏观磁化矢量？？？？90度脉冲激发后产生横向宏观磁化矢量3、什么叫共振，怎样产生磁共振？共振：能量从一个震动着的物体传递到另一个物体，而后者以前者相同的频率震动。体内进动的氢质子怎样才能发生共振呢？给低能的氢质子能量，氢质子获得能量进入高能状态，即核磁共振。？怎样才能使低能氢质子获得能量，产生共振，进入高能状态？90度脉冲激发后产生的宏观和微观效应低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态，高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生宏观横向磁化矢量90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接收线圈，MR仪可以检测到。氢质子多氢质子少无线电波激发后，人体内宏观磁场偏转了90度，MRI可以检测到人体发出的信号氢质子含量高的组织纵向磁化矢量大，90度脉冲后偏转道横向的磁场越强，MR信号强度越高。此时的MR图像可区分质子密度不同的两种组织检测到的仅仅是不同组织氢质子含量的差别，对于临床诊断来说是远远不够的。我们总是在90度脉冲关闭后过一定时间才进行MR信号采集。4、射频线圈关闭后发生了什么？无线电波激发使磁场偏转90度，关闭无线电波后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向)射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为核磁弛豫。核磁弛豫又可分解为两个部分：横向弛豫

纵向弛豫横向弛豫也称为T2弛豫，简单地说，T2弛豫就是横向磁化矢量减少的过程。90度脉冲不同的组织横向弛豫速度不同不同的组织T2值不同纵向弛豫也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。90度脉冲不同组织有不同的纵向弛豫速度不同组织T1值不同重要提示不同组织有着不同质子密度横向(T2)弛豫速度纵向(T1)弛豫速度这是MRI显示解剖结构和病变的基础？5、磁共振“加权成像”T1WIT2WIPD所谓的加权就是“重点突出”的意思T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别质子密度加权成像（PD）－突出组织氢质子含量差别何为加权？？？在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横向的磁化矢量越大，MR信号越强T2加权成像（T2WI)T2值小

横向磁化矢量减少快

MR信号低（黑）T2值大

横向磁化矢量减少慢

MR信号高（白）水T2值约为3000毫秒

MR信号高脑T2值约为100毫秒

MR信号低反映组织横向弛豫的快慢！T2WI平衡状态90度激发后采集信号时刻脑水T1加权成像(T1WI)T1值越小

纵向磁化矢量恢复越快

MR信号强度越高（白）T1值越大

纵向磁化矢量恢复越慢

MR信号强度越低（黑）脂肪的T1值约为250毫秒

MR信号高（白）水的T1值约为3000毫秒

MR信号低（黑）反映组织纵向弛豫的快慢！T1WI脂水平衡状态90纵向弛豫90重要提示!!!人体大多数病变的T1值、T2值均较相应的正常组织大，因而在T1WI上比正常组织“黑”，在T2WI上比正常组织“白”。如何区分T1WI、T2WI1、看TR、TE

T2WI：长TR（>2000毫秒）、长TE（>50毫秒）T1WI：短TR（400-800毫秒）短TE（10-15毫秒）T2WIT1WI如何区分T1WI、T2WI2、看水和脂肪T1WI：水（如脑脊液、胃液、肠液、尿液）呈低信号（黑）脂肪呈很高信号（很白）T2WI：水呈很高信号（很白）脂肪信号有所降低（灰白）T2WIT1WI3、看其他结构脑组织：T1WI:白质比灰质信号高T2WI:白质比灰质信号低腹部：T1WI:肝脏比脾脏信号高T2WI:肝脏比脾脏信号低如何区分T1WI、T2WIT2WIT1WIT1WIT2WI三、MRI进展方向成像速度更快常规SE、T2WI序列15-25分钟快速超快速梯度回波1秒以内EPI100毫秒以内４分５３秒１秒空间分辨率更高常规：256256高分辨：512512，10241024512512从单纯形态学分析向功能成像转变脑功能成像心功能成像肝功能成像肾功能成像磁共振波谱分析（MRS）脑功能成像磁共振波谱分析应用范围逐步扩大早期：颅脑、脊柱目前：可用于全身各部位四、MRI的基本技术和新技术

常规MRI超快速MRIMRA扩散成像灌注加权MR水成像脑功能成像

MRI仿真内窥镜

MRI电影

MR频谱分析介入性MRI1、常规MRI包括常规T1WI、T2WI、质子加权成像临床工作中最常用的ＭＲＩ技术单层成像时间短于1秒，适用于：不能控制运动或神志不清病人胸部、腹部屏气扫描动态增强扫描各器官功能成像２、超快速成像技术３、MR血管成像（MRA）不用造影剂的MRA（常规MRA）：适用于全身血管病变的显示，也可用于血管血液流速、流量分析。对比增强MRA：能提高常规MRA的准确性和真实性。适用于动脉瘤、大血管疾病的MRA检查。对于大血管疾病的检查，对比增强MRA已经能基本取代血管造影。ＭＲＡ４、水分子扩散加权成像检测组织内水分子热运动水平，适用于：超急性期脑梗塞的诊断和鉴别诊断，可检出发病6小时内甚至2小时以内的脑梗塞ＣＴ１２－２４小时以后常规ＭＲＩ６－１２小时以后T2WIT1WI扩散成像静脉快速注射造影剂后，利用超快速成像序列进行扫描，可反应组织的血流灌注和血液动力学改变，适用于：超急性期脑梗塞，大面积梗塞于血管闭塞后可立刻检出心肌血流灌注分析，检出早期心肌缺血５、血流灌注成像Ｔ２ＷＩ灌注成像T2WI６、MRI水成像技术利用人体内的水作为天然对比剂清晰显示含水器官的解剖和病变。内耳水成像MR延腺管造影MR脊髓造影（MRM）MR胆胰管造影（MRCP）MR尿路造影（MRU）ＭＲＣＰ内耳水成像3DFRFSE-MRCP水成像序列不用造影剂快速得到高分辨率磁共振胰胆管水成像利用人工刺激（听觉、运动、视觉等）配合特定的MRI序列标识出脑组织的各功能区，适用于：避免手术损伤脑科学研究７、脑功能成像利用MRI薄层扫描技术及特定的软件进行重建，模拟纤维内窥镜对空腔脏器进行腔内观察，有利于鼻腔、鼻咽部、气管、支气管、胃肠道、血管等部位病变的显示。８、MRI仿真内窥镜能对心脏、关节等进行运动、功能分析９、MRI电影10、MR频谱分析能对组织的化学元素含量进行分析，反应组织的代谢、功能状态。1H：检测脑组织某些低浓度代谢产物31P：ATP、ADP含量分析13C：酶缺乏性疾病的诊断19F：5-FU的作用机理研究23Na：肿瘤细胞生长评价利用MRI作为监视手段进行介入性放射学手术，避免医生病人遭受放射线损害。MRI导向活检MRI导向射频消融MRI导向微波治疗MRI导向冷冻治疗MRI介导血管成型术和内支架植入术11、介入性MRI五、MRI的优点和缺点（与CT比较）

优点组织分辨率较CT高，可检出更多的病变大多数病变不用造影剂就能较好显示不用造影剂就可较好显示血管没有骨性伪影，有利于后颅窝、椎管等部位病变的检查多参数成像，能为病变检出和鉴别诊断提供更多信息可任意断面成像，CT一般仅能进行横断面扫描无放射线损伤钙化显示不及CT空间分辨率一般不及CT，但现代先进的MRI的空间分辨率已与CT接近受磁场影响，一般监护仪器不能进入MR室，因而不适用危重病人价格比较昂贵操作较为复杂缺点MRI的优点和缺点（与CT比较）重要提示尽管MRI有很多优点，在定位诊断方面明显优于CT，在定性诊断方面也能提供更多的信息，但是部分病变的MRI信号变化仍缺乏特异性，因而有些病变的定性诊断仍较困难。MRI不是万能的！MRI与CT是互补的！六、MRI造影剂MRI可以获得良好的组织对比，但正常组织与病变组织的驰豫时间有较大的重叠，进行MRI平扫常达不到定性诊断要求，MRI对比剂，它能改变组织的驰豫时间，从而改变组织的信号强度，提高组织对比度一、分类生物分布性MRI对比剂的应用细胞外对比剂：

钆类制剂，在体内非特异性分布，可在血管内与细胞外间隙自由通过。细胞内对比剂：

以体内某一组织或器官的一些细胞作为

靶来分布。（如：网状内皮系统对比剂、肝细胞对比剂）特点：注入静脉后，立即从血中廓清并与相关组织结合优点：摄取对比剂组织与不摄取的组织间产生对比（一）细胞外、外对比剂：其作用与浓度有关：常用其T1效应作为T1加权像中的阳性对比剂。磁特性顺磁性对比剂由顺磁性金属元素组成，如钆、锰。超顺磁性对比剂铁磁性由氧化铁组成T2、T2*时间缩短MRI对比剂的应用（二）磁化强度分类：（三）组织特异性分类：组织特异性—对比剂被体内的某种组织吸收和在某种结构中停留较长时间1、肝细胞特异对比剂：体内由网状内皮系统（SPIO）肝细胞摄取（Gd-EOB-DTPA）两种2、血池对比剂：主要应用MR血管造影、心肌缺血时心肌生存率的评价、肿瘤血管性能和恶性度的评价（GdDTPA）303、淋巴结对比剂：用于观察体内淋巴结的改变（SPIO）4、其它组织特异性对比剂：胰腺特异性对比剂Mn-DPDP

肾上腺特异性对比剂Gd-D30A

（四）化学结构分类：Gd作为中心离子可分：离子型（Gd-DTPA）

非离子型（Gd-DT-RA-BMA）根据化学结构分：线形（Gd-DTPA）、巨形螯合物（Gd-DOPA）MRI对比剂的应用

二、增强机制使用目的：增加对比，显示病变

二、增强机制MRI对比剂的作用原理：

本身不显示MR信号，只对邻近质子产生影响和效应

对比剂浓度、对比剂积聚处组织驰豫性、对比剂在组织的相对驰豫性MR扫描序列参数等多种因素影响的影响MR信号强度的改变对比剂：可以改变成像质子驰豫特征的物质。MRI组织的信号强度取决于：

质子浓度和驰豫特性（T1,T2）一般来说：T1短－MR信号强T2短－MR信号弱MRI对比剂的作用：通过与周围质子相互作用来影响T1

和T2驰豫时间，一般是使T1和T2时间都缩短

（MRI对比剂的作用是间接的）T1缩短效应占优势：T1WI组织的信号强度有静增T2缩短效应占优势：T2WI组织的信号强度有静减

二、增强机制

（一）顺磁性对比剂的增强机制：作用原理：1、顺磁性物质（如：金属离子如钆Gd、锰Mn），其原子具有几个不成对的电子，具有持久的电子自旋，电子具有的磁距比质子大657倍，产生巨大的磁波动，它们的作用将500000（6572）倍于质子。2、顺磁性物质对T1、T2驰豫时间的影响和顺磁性物质中心到发生驰豫的氢原子核间距离的6次方成反比。3、为了发挥顺磁性物质缩短T1、T2的作用，不成对电子应靠近质子0.3nm之内。如果大于0.3nm质子驰豫增强效应立即变小直至到零。4、顺磁性造影剂必须在磁场作用下才能易于与氢原子核相互交换（或者这种造影剂必须容易与水分子十分接近）★目前被广泛使用的、最安全的是钆。*钆为一种顺磁性物质，在局部可形成一个小磁场，从而使其周围的质子驰豫时间缩短，包括T1和T2时间。由于钆的原子核具有7个不成对电子，驰豫时间长，有较大的磁矩，临床上主要利用其T1缩短效应---高信号。*游离的钆离子对肝脏、脾脏和骨髓有毒性作用，必须在形成螯合物后才使用。*临床最多用的是与DTPA的螯合物顺磁性对比剂缩短T1或T2驰豫时间与以下因素有关：1、顺磁性物质的浓度（浓度越高顺磁性越强）2、顺磁性物质的磁矩（取决于不成对电子数）3、顺磁性物质结合的水分子数（结合的水分子越多顺磁性越强）4、磁场强度、环境温度、金属离子周围结构（二）超顺磁性和铁磁性对比剂的增强机制

超顺磁性和铁磁性粒子类对比剂（简称微粒类对比剂）（或磁化率性对比剂）增强原理：1、超顺磁性和铁磁性对比剂的磁距和磁化率远远大于人体组织结构，也远大于顺磁性对比剂（SPIO的磁矩是Gd-DTPA的100倍），但它们的不成对电子与其造影剂环境中水质子间的距离很难达到0.3nm以下。2、这类对比剂可在体内形成局部不均匀磁场。当水分子通过此不均匀磁场扩散时就会使其质子横向磁化的相位发生变化，从而加速失相位过程，形成T2或T2*的驰豫增强。

这类对比剂对T1效应较弱，不常使用。3、磁化率性对比剂用于T2或T2*成像时，使质子的T2驰豫时间缩短，造成信号降低（黑色或暗色）又称MRI阴性造影剂（一）、钆螯合物1、体内分布与代谢：临床上常用

Gd-DTPA（化学名为钆-二乙三胺五乙酸）1982年由德国先灵公司研制成功，迄今约有二三百万人接受造影剂增强检查。★特点：亲水性、低分子量（500D）。

MRI对比剂的应用三、应用（一）、钆螯合物1、体内分布与代谢：★生物学特性：分布无专一性，不穿透细胞膜，主要在细胞外液。不易通过血脑屏障，只有血脑屏障破坏时，对比剂才进入脑组织和脊髓。在器官中的浓度与该组织的血液供应有关（对病变也是如此），血循环半衰期很短，主要由肾脏原形排除，仅少量自胃肠道排泄。

三、应用（一）、钆螯合物1、体内分布与代谢：对比剂进入体内迅速衰减：1）达到检出水平----12-14h2）血中浓度下降一半-----60-70min3）经肾小球滤过从尿中排除体外—90%4）分泌与胃肠道后随粪便排除体外----7%5）正常人：静注0.1mmol/kg--血中浓度最高为0.6mmol/L

45分钟后—降为0.25mmol/L

6h后注入量90%以上—经尿排泄

24h后98%---经尿排泄2、应用：

占位性病变：脑部肿瘤、纵隔肿瘤、腹部肿瘤、软组织肿物等，可作为良、恶性肿瘤的鉴别与定性诊断。

炎性疾病:

血管性疾病:

椎管内病变:

磁共振血管成像:（CEMRA）

其它:

MRI对比剂的应用2、应用：正常结构强化：如垂体、静脉窦病变强化：如脑瘤、梗塞、感染、急性脱髓鞘病变脊髓肿瘤、炎症病变等。3、

临床用药剂量

0.1mmol/kg1）多发硬化、转移瘤用量：0.2-0.3mmol/kg2）脑垂体用量（微腺瘤）：0.05

mmol/kg3）CEMRA用量：0.3

mmol/kg尚无绝对禁忌症，但对心衰、肾功不良者慎用。少数病人可出现不良反应：★禁忌症MRI对比剂的应用SPIO--超顺磁性氧化铁（FeO和Fe2O3）粒子小SPIO---直径50－150nm、半衰期8-10分钟超微SPIO（USPIO）直径＜50nm、半衰期200分钟

稳定物质构成包壳左旋糖酐、柠檬酸盐、甘露醇80%经网状内皮细胞（Kupfer细胞---枯否氏细胞）清除出体内

(二）、超顺磁性氧化铁（SPIO）

(二）、超顺磁性氧化铁（SPIO）MRI对比剂的应用80%超顺磁性氧化铁粒子被枯否氏细胞吞噬，造成局部强烈的不均匀微磁场，引起局部质子快速失相位，产生T2时间缩短的T2＊效应缩短T2时间较缩短T1时间强5倍以上在肝内浓度愈高，缩短T2时间愈明显超顺磁性氧化铁——Kupffer细胞造影剂检查意义：缩短T2，使含Kupffer细胞肝组织信号降低，与不含Kupffer细胞的肿瘤对比增大增加肝局灶性病变检出率和帮助定性诊断Ros等