MRI原理及临床应用课件

MRI的物理基礎

與臨床應用

MRI發展史上的重大事項時間事項作者或公司1946核磁共振現象的發現斯坦福大學Bloch(用於研究分子結構)哈佛大學Purcell1971腫瘤T1T2的時間延長Damadian1973兩個充水試管的NMR圖像Lauterbur

1974活鼠的NMR圖像Lauterbur

等1976人胸部NMR圖像Damadian

1977初期的NMR全身圖像Mallard1980MRI裝備商品化1989國產永磁型0.15T裝備商品化安科公司1946PurcellBloch發現核磁共振現象1952PurcellBloch獲諾貝爾物理獎1973Lauterber

完成MR成像1978Lauterber獲諾貝爾醫學獎一、MRI概述磁共振成像的物理基礎磁共振是如何成像的相關術語相關序列核磁共振構成1、MRI物理基礎1）物質的磁性——所有物質均有磁性。永磁——鐵、鎳、釓等為永磁體。

電磁——電流通過環形線圈形成磁場。

核磁——氫質子自旋，相當於正電荷在環形線圈中流動，產生的磁場。中子也可。原子核中的含有奇數質子/中子方有磁性。2）核磁---以氫原子為例KSHELL-電子原子核P質子+原子核是由質子和中子構成原子核以自身的旋轉軸做自旋運動質子=中子自旋運動抵銷

質子中子質子就會產生自旋運動奇數原子核會產生自旋運動

1H13C19F 23Na 31P3）用氫（H）質子成像的原由：為磁化最高的原子核占活體組織原子數量的2/3，形成MRI的氫原子大部分位於生物組織的水和脂肪中。4）人體中的磁場原子核以自身的旋轉軸做自旋運動質子=中子自旋運動抵銷

質子中子質子就會產生自旋運動質子朝不同方向作自旋運動，磁化向量相互抵消

施加B0

質子自旋B05）外加磁場後質子的自旋方向一致，人體有磁性質子在外加強磁場中,又以特定頻率(Larmor頻率)沿主磁場方向作圓周運動——進動6）進動(Precession)和拉莫爾頻率(Larmor)Inanexternalmagneticfield(B0)WithnomagneticfieldappliedB0進動:沿自身軸旋轉的同時又沿另外一個軸做迴旋的運動，其進動頻率為拉莫爾頻率。拉莫爾頻率:w=gBo7）核磁共振UUUUUU發射射頻脈衝共振產生必須滿足兩個條件：1.射頻場必須垂直與主磁場2.射頻頻率必須與原子核的進動頻率相同B0((()))產生共振能量交換(RF)

原子核吸收射頻能量，從低能級狀態躍遷到高能級狀態用Larmor頻率的射頻脈衝進行激發,質子吸收能量而共振——核磁共振8）核磁馳豫產生MR信號RFCOIL(RF)從質子中釋放的射頻場必須有接收線圈接收，才能產生信號核磁馳豫示意圖B0ZXY9）核磁馳豫縱向弛豫時間(T1)T1--90°脈衝停止後,質子恢復到縱向磁化激發前狀態（63%）所需的時間橫向弛豫時間(T2)T２--90°脈衝停止後,質子維持橫向磁化（37%）所需的時間10、MRI檢查步驟1、核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging,NMRI---MRI）檢查步驟人體置於強磁場中---------體外發射無線電波-------瞬間關掉無線電波---------接受人體內發出的磁共振信號----------用磁共振信號重建圖像(１)MR信號產生探測編碼:磁體,梯度線圈,射頻發射器,MR信號接受器(２)數據處理圖像重建顯示存儲:模擬轉換器,電腦,磁片

磁體:常導型,超導型,永磁型

梯度磁場——空間定位11）MRI設備磁體磁體射頻線圈接收線圈控制模數轉換電腦圖像顯示系統(１)MRI掃描參數自旋回波——SE回波時間——TE重複時間——TRT1加權像:短TR,短TET2加權像:長TR,短TE(2)MRA（磁共振血管呈像）(3)MR電影(4)MR增強12）MRI成像技術二、MRI圖像的特點如同CT圖像一樣，MRI圖像也是數位化圖像，是重建的灰階圖像，因此亦具有窗口技術顯示和能夠進行各種圖像後處理的特點。然而，與CT不同的是MRI圖像上的灰度並非表示組織和病變的密度，而是代表它們的MRI信號強度，反映的是弛豫時間長短。SE序列的T1WI和重T2WI像，由於所用的成像參數不同，脂肪組織在前者呈中高信號，後者僅顯示富有游離水的液體呈高信號，其他組織包括脂肪皆呈低信號表現；短時反轉恢復(STIR)序列，脂肪組織和類脂肪組織呈低信號。液體衰減反轉恢復(FLAIR)序列同屬IR序列，液體(如腦脊液)呈低信號。GRE序列，應用特定的成像參數，用以檢測組織中是否含有豐富的脂類物質；在常規SE序列T1WI或T2WI上疊加脂肪抑制技術，可使脂肪組織呈低信號，而保留其他組織的T1或T2對比。與CT檢查的單一密度參數成像不同，MRI檢查有多個成像參數的特點，即有反映T1弛豫時間的T1值、反映T2弛豫時間的T2值和反映質子密度的參數。MRI圖像若主要反映的是組織間T1值差別，為T1加權像；如主要反映的是組織間T2值差別，為T2加權像；如主要反映的是組織間質子密度的差別，為質子密度加權像常規圖像

T1WIT2WIT2WI看信號（異常或病變）

T1WIT2WI人體不同組織以及病變具有不同的T1、T2值和質子密度，因此，在T1WI、T2WI和PdWI像上產生不同的信號強度，具體表現為不同的灰度。MRI檢查就是根據這些灰度變化進行疾病診斷的。組織間以及組織與病變間弛豫時間的差別，是磁共振成像診斷的基礎。短的T1值呈高信號，例如脂肪組織；長的T1值為低信號，例如腦脊液；短的T2值為低信號，例如骨皮質；長的T2值為高信號，例如腦脊液。質子密度加權圖同T2。人體正常組織和病理組織的信號強度

組織T1WIT2WI組織T1WIT2WI腦白質白灰水腫低高腦灰質灰灰白含水囊腫低高腦脊液黑白瘤結節中低中高脂肪白白灰亞急性血腫高高骨皮質黑黑膽固醇中高高骨髓質白灰白三酸甘油酯高低腦膜黑黑鈣化低低MRI為高低信號的組織白影（亮）黑影（暗）高信號（短T1長T2）低信號（長T1短T2）蛋白骨鈣鐵亞急性出血含鐵血黃素（正鐵血紅蛋白）急性出血脂肪流空血管自旋回波（SE)序列快速自旋回波（FSE)序列梯度回波（GRE)序列反轉恢復(IR)序列平面回波成像(EPl)序列改變成像參數，可獲得更多的成像序列和產生更多的成像技術。同一組織或病變在不同成像序列具有不同的信號強度。MRI能夠多種序列成像多方位成像和常規CT通常獲取的軸位斷層圖像以及通過後處理得到的重組圖像不同，MRI檢查可以直接獲得軸位、冠狀位和矢狀位以及任何方位的傾斜斷層圖像。如此多方位成像就有利於顯示器官和結構的彼此關係、確定病灶的準確大小及其位置。15）流空現象不使用對比劑，即可使血管和血管病變成像，即磁共振血管造影(MRA)。MRA不但能顯示血管的形態學表現，而且可以反映血流方向和血流速度等方面的資訊。MRI還可利用重T2WI技術，使富含游離水的液體呈高信號，而T2值較短的實質器官和組織及流動的血流則表現為低信號，從而使富含游離水的器官結構顯影，此即磁共振水成(MRhydrography)。MRI功能成像fMRl可提供人體的功能資訊。包括擴散加權成像(DWl)、灌注加權成像(PWl)和腦活動功能成像。DWI可以顯示組織中水分子的擴散運動，PWI能夠通過計算灌注參數反映組織血流灌注功能，腦活動功能成像則是利用腦活動區局部血流中氧合與去氧血紅蛋的比例改變所引起的T2變化，指明腦組織的活動功能。磁共振波譜MRS是利用磁共振化學位移現象來測定組成物質的分子成分的一種檢測技術，是目前唯一可測得活體組織代謝物的化學成分和含量的檢查方法。常用的是氫質子(1H)波譜技術。H在不同化合物中的磁共振頻率存在差異，因此它們在MRS的譜線中共振峰的位置也就有所不同，據此可判斷化合物的性質，而共振峰的峰高和麵積反映了化合物的濃度，因此還可進行定量分析。三、信號異常的病理生理基礎MRI的信號強度是多重組織特徵參素的可變函數，它所反映的病理生理基礎較CT更廣泛，具有更大的靈活性，從而決定了這種檢查方法更具有開拓性。T1、T2時間、氫質子密度、血液（或腦脊液）的流動、化學位移對圖像對比度起了重要作用，它是區別不同正常組織，區分正常與異常組織的主要MRI診斷基礎。信號異常的病理生理基礎水1、MR信號的80%來自細胞內，20%源自細胞外間隙。2、自由水：有較高的自由運動頻率，T1長，呈低信號。

結合水：依附大分子如蛋白質周圍構成水化層，自由運動頻率大幅減小，接近拉摩爾共振頻率（6--65MHz），T1時間也很長，但比自由水稍高。信號異常的病理生理基礎自由水和結合水的意義：囊性星形膠質細胞瘤與囊腫，CT均表現為低密度，不易區別。MRI在T1圖上由於囊性星形膠質細胞瘤中的囊液富含蛋白質，T1短於腦脊液，所以信號較腦脊液高。信號異常的病理生理基礎星形膠質細胞瘤T1低信號，T2高信號。信號異常的病理生理基礎腦外腫瘤T1和T1增強造影劑透過血腦屏障，致腫瘤組織T1縮短，信號增強明顯。信號異常的病理生理基礎MRI較CT更能顯示腦軟化灶，因腦軟化灶在顯微鏡下由腦實質分隔的小囊組織組成；靠進蛋白質表面的膜狀結構，有較多結合水，T1較短，圖像較CT清楚。所以MRI更接近病理所見。信號異常的病理生理基礎梗阻性腦積水時，腦脊液滲漏到周圍腦白質，變成結合水，信號高於腦脊液。病變內蛋白質含量高，結合水含量也高，T1縮短，信號增高。如垂體膿腫。信號異常的病理生理基礎水腫（

T1低信號，T2高信號）腦水腫分為三類血管源性細胞毒性間質性最常見，血腦屏障破壞所致。缺血所致，常見於腦梗塞梗阻性腦積水，腦脊液外滲所致血漿由血管內漏出進入細胞外間隙細胞腫脹，細胞外間隙減少。腦脊液經室管膜遷移到腦白質信號異常的病理生理基礎血管源性腦水腫：主要發生在腦白質，呈手指狀，在腫瘤、出血、梗塞、炎症以及外傷中常見。TE延長，水腫信號增高Gd-DTPA增強時，水腫無對比增強。最初為T2顯示，呈高信號。信號異常的病理生理基礎細胞毒性腦水腫常見於急性腦梗塞的周圍，灰白質同時受累。T2圖象上邊緣部分信號較高。

間質性腦水腫T2圖象上腦室周圍邊緣光整的高信號帶。信號異常的病理生理基礎出血急性血腫（2天）——T2出現中心低信號。亞急性（3天）--週邊T1出現高信號。亞急性中期（6-8天）--週邊T1出現的高信號向中央推進。T2出現高信號。亞急性後期（10-14天）-血腫周圍出現低信號，T2明顯。（含鐵血黃素所致）信號異常的病理生理基礎血流異常SE—垂直於層面的靜脈血流高信號。平行的低信號。Gd-DTPA後—小動、靜脈、靜脈竇出現對比增強。信號異常的病理生理基礎腦脊液異常運動腦脊液可出現流空效應，發生於室間孔，導水管、枕大孔和椎管。T2顯示好。近於停滯的腦脊液呈高信號（T2），為毛盾性增強，稱礁湖。信號異常的病理生理基礎鐵沉積過多高場強的MR機，蒼白球、紅核、黑質、殼核、尾狀核和丘腦在T2呈明顯低信號。為高鐵物質聚集。信號異常的病理生理基礎骨胳肌T1長骨皮質H密度低T1抑脂圖抑脂後皮下脂肪呈低信號正常髓腔低信號腫瘤呈高低混雜信號信號異常的病理生理基礎T2圖水腫T2長高信號含鐵血黃素T2短低信號轉移瘤軟骨肉瘤肌肉低信號腫瘤混雜稍高信號信號異常的病理生理基礎3T腦的MRA血管信號強弱與掃描脈衝序列所使用的掃描參數有關信號異常的病理生理基礎頸部椎管內腫瘤腫瘤多呈T1短T2長的組織特性，增強表現同CT。增強前增強後T1平掃T1增強四、檢查前準備檢查前的準備直接關係到檢查的品質及機器設備的安全。強磁場可以使心臟起搏器失靈，動脈瘤夾和眼球內的金屬異物移位，放置有心髒起搏器、動脈瘤夾和眼球內有金屬異物的病人不能進入MRI檢查室。孕婦不建議行MRI檢查。磁性金屬物品將嚴重影響檢查品質，並造成病人及機器設備的損傷，不能帶入檢查室。如：硬幣、鑰匙、髮夾、假牙、胸罩、打火機等。強磁場還會使手錶、磁卡信用卡、手機失靈，故不能帶入檢查室。金屬扣、拉鏈等金屬品以及發膠、身上油膩會影響圖象品質，檢查前最好穿全棉衣服。檢查前您還應將其他的檢查資料（如實驗室資料、X線片、CT片、MRI片等）帶上，以利於醫生的診斷。１、神經系統

應用最早,是最佳影像學診斷方法。

磁共振頻譜（MRS）的應用，為顱腦代謝性疾病、中毒性疾病、遺傳性疾病的診斷提供了新的手段，它還可以通過生化物質的動態檢測判斷對腫瘤、缺血、炎症臨床治療的效果，及腫瘤的復發。五、MRI的臨床應用彌散成像（DWI）、灌注成像(ASL)、功能成像(fMRI)可以更早期的檢測急性腦缺血，為臨床的治療贏得有效的時間；對白質纖維束的各個方向及走行的顯示，為神經外科制定手術方案，避免功能性纖維的損傷提供了可靠的手段；對病變血流量的檢查為疾病的判斷及治療方案的選擇提供了更新的手段。高解析度的影像可以清晰地顯示細小的顱神經及血管對神經的壓迫，高解析度的水成像顯示內耳的耳蝸及半規管。神經束顯示技術２、肺與縱隔縱隔病變,肺門淋巴結,中央型肺癌、腫瘤胸膜侵犯甚有價值,肺內小病灶顯示欠佳。３、心臟大血管無需造影劑直接顯示解剖及病變。可反映解剖及形態學的改變並可評估心功能、心肌灌注、心肌活性等情況。3D冠脈成像：即時導航，高解析度、無需造影劑即時顯示心臟及大血管收縮及舒張期影像４、腹(盆)部應用廣泛,診斷實質性臟器病變,腫瘤分期俱佳。肝臟、腎臟的三維容積超快速多期動態增加檢查技術(LAVA)提高了早期微小肝癌及腎臟腫瘤的檢出率；水成像技術可以清楚地顯示膽管系統、胰腺管及泌尿系統的腎盂、輸尿管和膀胱的影像。直腸內前列腺專用線圈的使用可以獲得高解析度的前列腺圖象，使前列腺腫瘤的早期檢測及診斷上了一個臺階。MRI肝臟及肝臟血管T1增強T2門脈肝靜脈顯示肝腫瘤T1T1增強（抑脂）延遲肝臟MRT1加權增強掃描清晰顯示肝內膽管擴張及多發病灶MRCPMRI胰膽管造影不同方式的結腸成像５、骨關節與軟組織MRI能很好的顯示骨、關節和軟組織的解剖形態和關節軟骨、關節盤、關節囊內外韌帶、椎間盤和骨髓，以及軟組織中的血管、脂肪、肌纖維束、部分外周神經，是診斷關節及軟組織病變的最佳手段。正常膝關節半月板半月板撕裂肩關節橫斷及冠狀位MRI圖前交叉韌帶完全撕裂臂神經叢,MRI冠狀位(抑脂)顯示由於牽拉損傷所致的C8神經根腫大Brachialplexus,coronalSTIR.ArrowshowsaswollenC8nerverootduetotractioninjury.冠狀位顯示C7神經根腫大延伸致中幹.Onthecoronalimages,thearrowindicatesdiffuseneuraledemaoftheC7nerverootextendingintothemiddletrunk.

矢狀影像顯示斜角肌內側C7、C8、T1神經根腫脹水腫SagittalimagesshowswellingandedemaoftheC7,C8andT1nerverootsatthelevelofthecervicalroots,intheinterscaleneregion.臂神經叢牽拉性損傷Brachialplexus,tractioninjuryNormalproximalsciaticnerve斜位圖示近段坐骨神經呈束條狀，正常神經與鄰近肌肉近乎等信號．梨狀肌在側下緣Arrowsonobliqueimagesshowthecrosssectionoftheproximalsciaticnerves,notethefascicularpattern.Thepiriformismuscleisinferiorandlateraltothenerve.Thenormalnervewillbenearisointensewithadjacentmuscle.正常近段坐骨神經冠狀位顯示右梨狀肌下緣典型右坐骨神經呈條紋狀，由於束間神經膜分隔，其中含脂肪．8、MRI腦功能成像、頻譜分析、彌散/灌注成像110987543261234567891012345678910前列腺癌，頻譜分析（MRS）解剖圖像檸檬酸鹽代謝圖6、乳腺乳腺專用技術(VIB-BANT)有著極高的空間解析度與時間解析度，一次注射造影劑即可採集雙側乳腺矢狀位圖象，清楚顯示乳腺腫瘤和乳腺中的血管網路，進行多種形式的功能成像，從而實現超早期乳腺微小病變的診斷與鑒別診斷。左側乳腺腫瘤，乳腺血管清晰顯示7、磁共振血管造影（TRICKS）實現了高解析度的即時磁共振血管造影(MR-DSA)，這是目前MRI血管造影最先進的技術，可以實現100%血管造影的成功率。快速腦血管成像（MRA）頸動脈海綿竇瘺TotalvolumeMIP‘sofdynamicsofa4D-TRAKscanat1.5T腦MR即時灌注成像MRI優越性１、軟組織對比度明顯高於CT２、成像係數多３、可任選方位斷層４、可直接顯示心臟大血管５、無創傷,無Ｘ線損傷,無碘過敏,無顱骨偽影MRI缺陷及禁忌征１、易產生運動偽影,金屬偽影２、對鈣化不敏感３、心臟起搏器等切忌４、危重病人不宜造影劑氣體空氣CO2鋇劑硫酸鋇碘劑碘油碘笨酯碘水無機碘有機碘磁共振造影劑——順磁性物質Gd-DTPA(釓-二乙烯五胺乙酸)平掃增強後腫瘤高信號T2T1+C腫瘤稍高信號水腫區高信號水腫區低信號多發強化灶六、疾病診斷腦梗塞MRI表現>6h，T1WI低信號，T2WI高信號>24h：T1WI低信號，T2WI高信號，逐漸出現占位效應及強化，其中腦回樣強化是梗塞處於亞急性期的特徵表現。>4w：T1WI低信號，T2WI為高信號，與腦脊液信號一致出血性腦梗死--T1WI低信號灶內不規則條片狀高信號腦梗塞T1WIFLAIRT2WI+C低信號高信號增強無強化腦出血(亞急性期3-14天)T1WIT2WI環狀高信號高信號,周邊低信號AVM（動靜脈畸形）低信號T1T2MRA亂線纏繞的高信號膠質瘤T1T2+C+C低信號高信號環狀及結節強化腦膜瘤T1T2+C+C等信號顯著強化腦膜瘤水腫高信號T1T2等信號稍高信號顯著強化疾病診斷垂體瘤腺瘤CT鞍內向外擴展，密度較均勻，強化明顯，鞍底骨質吸收MRI鞍內向鞍上、鞍旁生長，信號近似腦灰質，強化明顯，最先影響鞍上池及視交叉垂體微腺瘤CT低密度，強化不明顯垂體微腺瘤MRIT1低信號強化不明顯T1T1+C垂體腺瘤CT垂體腺瘤MRIT1低信號低信號無名顯強化鞍上生殖細胞瘤SE序列T1加權增強前、後疾病診斷聽神經瘤最常見的顱神經瘤，起源於神經鞘膜CT橋小腦角區稍低或稍高密度，有強化內聽道錐形擴大MRI橋小腦角區T1WI較低信號、T2WI高信號，強化較明顯，但常囊變聽神經明顯增粗並強化聽神經瘤CT聽神經瘤混雜信號高信號T1T2不均質強化面聽神經增粗腦轉移T1T2T1+C小腦半球稍低信號混雜高信號轉移灶強化腦轉移T1T2T1+C等信號病灶高信號環狀強化室管膜瘤T1T2T1T1T1低信號，T2高信號神經鞘瘤T1T2T2T1+CT1+C低信號高信號不均質環狀強化脊膜瘤T1T2T1+CT1+C腦膿腫T1T2T1+C大片混雜信號，中央低信號大片高信號，中央信號最高中央病灶環狀強化亞急性硬膜下出血T1T1T2T1，T2均呈高信號胸部MRI畸胎瘤CT畸胎瘤CT異位甲狀旁腺腺瘤T1胸腺瘤T1T1胸腺囊腫T2抑脂T1心包囊腫T1T2支氣管源性囊腫CT類似實性腫瘤，但無強化支氣管源性囊腫T2T1結節病兩肺門及縱隔淋巴結腫大T1T2左上神經源性腫瘤CT表現神經源性腫瘤MRI表現T1T2抑脂

神經源性腫瘤T2T2（三）MRI表現

腎髒SE序列T1WI：週邊腎皮質信號稍高，與肝臟信號強度相仿；內圍腎髓質信號稍低，兩者分界欠清楚。採用脂肪抑制技術，腎皮髓分界清楚。T1T1抑脂SE序列T2WI：整個腎實質信號均增高，腎皮、髓分界相難以分辨。T2抑脂T2抑脂快速多層梯度回波T1WI

（FMPSPGR）動態增強掃描：

(1)動脈早期腎皮質明顯強化，腎皮髓分界相顯示清晰。(2)動脈晚期腎皮質仍繼續強化，髓質開始強化，腎皮髓分界趨於模糊。T1T1+CT1+C平掃動脈早期動脈晚期(3)實質期腎實質均勻強化，腎皮髓質信號大致相等。

(4)腎盂期腎實質信號稍降低，腎盞腎盂內造影劑濃縮而呈高或低信號。T1+CT1+C實質期腎盂期膀胱SE序列T1WI：

膀胱壁的信號強度高於尿液。SE序列T2WI：

膀胱壁的信號強度低於尿液。膀胱內尿液呈長T1低信號和長T2高信號。T1T2低信號膀胱壁稍高信號膀胱壁T2WI抑脂T1WI抑脂增強膀胱壁信號低於尿液膀胱壁強化尿