磁共振成像(1)基础入门1.ppt

写在前面磁共振成像目前已经成为临床常用且依赖性很强的影像学磁共振成像目前已经成为临床常用且依赖性很强的影像学检查技术之一。医学生或年轻医师通过学习和了解，应该检查技术之一。医学生或年轻医师通过学习和了解，应该逐步熟悉或掌握其知识要点，这对于不同专业都非常重要。逐步熟悉或掌握其知识要点，这对于不同专业都非常重要。本课件分本课件分1-71-7部分，用于临床医学专业本科生选修课教学。部分，用于临床医学专业本科生选修课教学。.磁共振成像 Magnetic Resonance Imaging （基础部分）河北医科大学石油临床学院 影像学教研室 杨景震（注：内有动画设置，浏览时需采用幻灯放映模式）（2014修改版）.主要内容磁共振技术的发展及概况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如何阅读磁共振图像.l1946 发现磁共振现象 Bloch Purcelll 1971 发现肿瘤的T1、T2时间长 Damadianl 1973 做出两个充水试管MR图像 Lauterburl 1974 活鼠的MR图像 Lauterbur等l 1976 人体胸部的MR图像 Damadianl 1977 初期的全身MR图像 Mallardl 1980 磁共振装置商品化l 2003 诺贝尔奖金 Lauterbur Mansfierd时间发生事件作者或公司磁共振发展史磁共振发展史.MR成像技术的发展：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，有多 种成像方法进入临床应用，并进入磁共振分子影像学阶段。.磁共振设备按照场强分为：低场强、中场强、高场强、超高场强0.4T以下0.5-1.0T1.5-3.0T7.0T以上磁体类型：永磁型、超导型（也有将3.0T列为超高场强）.特斯拉（特斯拉（特斯拉（特斯拉（Tesla,TTesla,T）Nikola Tesla(1857-Nikola Tesla(1857-1943),1943),奥地利电器工程奥地利电器工程奥地利电器工程奥地利电器工程师，物理学家，旋转磁师，物理学家，旋转磁师，物理学家，旋转磁师，物理学家，旋转磁场原理及其应用的先驱场原理及其应用的先驱场原理及其应用的先驱场原理及其应用的先驱者之一。者之一。者之一。者之一。1 T=10000G（高斯）.Raymond Damadian与第一台MRI装置（1977）.MRI基本原理基本原理.普通CT成像示意图.螺旋CT原理示意图.磁共振没有射线.实现人体磁共振成像的条件:l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。l有一个稳定的静磁场（磁体）：永磁型、超导型 0.15-0.4T、0.5-1.0T、1.5T、3.0T-7.0T或以上。l梯度场和射频场：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。l信号接收装置：各种线圈。l计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等。.磁共振成像的过程：lH核子自然状态：磁矩和角动量互相抵消，人体不显磁性。l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）形成的磁矢量联合形成总磁矩 M，并与静磁场（B0）方向相同。l施加射频（RF）脉冲后H核子状态：外加一个与主磁场成一定角度（90度）的短暂射频脉冲。该脉冲的频率与质子的进动频率相同，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“共振”现象。l射频（RF）脉冲停止后H核子状态：射频脉冲停止，接受到能量后的“高能态”质子以电磁波的形式将所吸收的能量散发出来。其横向磁化消退，纵向磁化恢复。.人体内的H核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矢量M。zMZx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。y.zyyxB0 xMXYAB在 A-B 这一过程中，产生能量zB0MZ代表主磁场的方向90度对对Mz施加施加90度的射频脉冲度的射频脉冲.B0C射频脉冲激发使磁场偏转射频脉冲激发使磁场偏转90度，度，关闭脉冲关闭脉冲后，磁场又慢慢回到平衡状态后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向（纵向).Relaxation弛豫弛豫放松、休息放松、休息脉冲停止后，发生了一种物理学现象：弛豫脉冲停止后，发生了一种物理学现象：弛豫.射射频频脉脉冲冲停停止止后后，在在主主磁磁场场的的作作用用下下，横横向向宏宏观观磁磁化化矢矢量量逐逐渐渐缩缩小小到到零零，纵纵向向宏宏观观磁磁化化矢矢量量从从零零逐逐渐渐回回到到平平衡衡状状态态，这这个个过过程程称称为为核磁弛豫核磁弛豫。核磁弛豫又可分解为两个部分：核磁弛豫又可分解为两个部分：横向弛豫横向弛豫 纵向弛豫纵向弛豫.不同组织的不同组织的不同组织的不同组织的横横横横、纵纵纵纵向向向向弛豫时间不同弛豫时间不同弛豫时间不同弛豫时间不同（T2T2、T1T1值不同）值不同）值不同）值不同）T2弛豫T1弛豫很容易发现：很容易发现：.横向弛豫横向弛豫 也称为也称为也称为也称为T2T2弛豫弛豫弛豫弛豫，简单地说，简单地说，简单地说，简单地说，T2T2弛豫就是横向磁弛豫就是横向磁弛豫就是横向磁弛豫就是横向磁化矢量减少的过化矢量减少的过化矢量减少的过化矢量减少的过程程程程。9090度脉冲度脉冲度脉冲度脉冲.横向磁化矢量横向磁化矢量的缩短即是的缩短即是相相位散失位散失的过程的过程.T T2 2WIWI平平衡衡状状态态90度度激激发发后后采采集集信信号号时时刻刻脑脑水水T2WI两种组织的信号差别两种组织的信号差别是这样获得的是这样获得的采集时.T2弛豫：减少到弛豫：减少到37%的时间，的时间，以脑灰质与脑脊液为例。以脑灰质与脑脊液为例。脑灰质T2弛豫相对较短，又称短T2较低信号；脑脊液T2弛豫长，又称长T2高信号；.纵向弛豫纵向弛豫也称为也称为T1弛豫弛豫，是指，是指90度脉冲关闭后，在主度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程至恢复到平衡状态的过程。9090度度度度脉冲脉冲脉冲脉冲.T1WI脂脂水水平平衡衡状状态态90纵纵向向弛弛豫豫90采集时T1WI两种组织的信号差别两种组织的信号差别是这样获得的是这样获得的.T1弛豫：到达弛豫：到达63%的时间，以的时间，以脂肪与脑脊液为例脂肪与脑脊液为例脂肪T1弛豫短，又称短T1高信号；脑脊液T1弛豫长，又称长T1低信号；.MRMR只能采集旋转的横向磁化矢量只能采集旋转的横向磁化矢量只能采集旋转的横向磁化矢量只能采集旋转的横向磁化矢量 MRMRMRMR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转旋转旋转旋转的横向磁化矢量的横向磁化矢量的横向磁化矢量的横向磁化矢量在任何序列图像上，信号采集时刻在任何序列图像上，信号采集时刻在任何序列图像上，信号采集时刻在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横向的磁化矢旋转横向的磁化矢旋转横向的磁化矢旋转横向的磁化矢量越大量越大量越大量越大，MRMR信号越强信号越强信号越强信号越强.人体进入磁场磁化施加射频脉冲、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 2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 到反映以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 1 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的图像.磁共振常规检查图像的特点T T1 1加权像、加权像、T T2 2加权像、质子加权像加权像、质子加权像SE序列各加权像的参数匹配加权成像 TR（ms）TE（ms）T1WI 短（500）短（30）T2WI 长（2000）长（60）PdWI 长（2000）短（30）加权像（weighted imaging）.T2weighted imaging，T2WIT1weighted imaging，T1WI.MR为层面成像、成像参数多、任意多方位直接成像、血管流空效应X线透视（影像重叠）X线照相（影像重叠）CT没有影像重叠也属于层面成像T1WI轴位T2WI轴位T1WI冠状T1WI矢状血管流空.人人 体体 不不 同同 组组 织织 的的 MR MR 信信 号号 特特 点点.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 T2WIT1WI.磁磁 共共 振振 成像成像 检检 查查 方方 法法.MR检查方法普通检查：采用不同方位、不同脉冲序列，例如轴位、冠状或矢状进行T1WI或T2WI扫描（包括常用的脂肪或水抑制技术）脂肪抑脂技术：目的是突出与脂肪背景重叠的病变突出与脂肪背景重叠的病变 或者验证是否验证是否为脂肪组织为脂肪组织 T2WI（抑脂）T2WI（未抑脂）T2WI（未抑脂）T1WI（未抑脂）T1WI（抑脂）.FLAIR（Fluid Attenuated Inversion Recovery)抑制水的重度T2加权像,也称黑水技术。即抑制脑脊液，对除脑脊液以外“病变水”的显示更有利.T1WIT2WIFLAIR.同反相位T1WI：目的是利于显示富含脂质的病变脂肪肝同反相位T1WI（正常）同相位反相位.增强检查：静脉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。增强扫描一般都是在平扫后，根据病情需要而选择。增强检查的方法：增强检查的方法：传统的常规增强 延时增强 动态增强 增强血管成像（CE-MRA）排泌性造影.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缩短强化（白），（称间接增强）影响因素：病变区的血流；灌注；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.特殊检查：特殊检查：血管成像血管成像（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。但目前仍不能代替DSA 特点：简便、无创伤.脑部动脉成像脑静脉窦成像颈部动脉增强血管成像.男，73岁，全身血管成像。可见多发性血管狭窄.水成像 胆道成像胆道成像（Magnetic Resonance Cholangio-pancreatography）MRCP 不使用造影剂，利用胆汁（水）进行成像。用于胆道梗阻检查壶腹癌胆总管结石胆管癌.尿路尿路成像成像（Magnetic Resonance Urography）MRU 不使用造影剂，利用尿液进行成像左侧输尿管远端狭窄左侧双肾盂、输尿管畸形.硬膜囊成像硬膜囊成像（Magnetic Resonance Myelography）MRM 不使用造影剂，利用脑脊液进行成像.内耳膜迷路内耳膜迷路成像成像（Magnetic Resonance Labyrinthography)MRL 不使用造影剂利用迷路内的淋巴液进行成像.结肠水成像:向结肠内注入水后，进行结肠人工水造影。胃、小肠也同样可进行此项检查.MRMR电影成像电影成像（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：关节、心脏等。.正常心脏电影（静态图）正常心脏电影（静态图）.MR电影动态图（放映模式下可显示动态视频）.其他的特殊其他的特殊MRMR成像成像:1、扩散加权成像(Diffusion-Weighted Imaging，DWI)2、磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）3、MR波谱分析(Magnetic Resonancespectroscopy，MRS)4、扩散张量成像 5、脑功能定位成像.扩散加权成像（DWI）DWI是反映组织的微观水分子的扩散活动（布朗运动）。提供两种图：扩散图（DWI图）、ADC图）最常见的病理变化是病变区的扩散受限。扩散受限的表现是：扩散图高信号、ADC图低信号。最早用于超急期脑梗死的检查（细胞毒性水肿时扩散受限）。现逐渐用于一些部位的肿瘤检查和诊断，常见是扩散受限（与细胞的密集度有关）。当恶性肿瘤或淋巴结具有活性时，病灶可表现为扩散受限。对乳腺癌、前列腺癌的定性诊断有很大价值。搜寻小的癌灶敏感，例如，肝的微小癌灶。图像看起来很孬，但有用。诊断脓肿（即脓液可表现扩散受限）。.扩散加权成像（扩散加权成像（DWI）（从微观下反映病变区水的异常变化）脑组织缺血、缺氧，10分钟后脑细胞膜功能障碍细胞肿胀水肿常规MR的T1、T2信号和CT密度的改变细胞内水分子扩散受限扩散系数（ADC）下降在EPI上可见细胞内水肿的组织高信号（缺血发生15分钟）细胞外间隙缩小致使 水分子的扩散受限扩散加权像：扩散图上病变区高信号；扩散加权像：扩散图上病变区高信号；ADC图低信号图低信号出现细胞坏死（缺血12-48h）当缺血持续或加剧.超急期脑梗死 0-6h缺血（缺血（Ischemia，起病后，起病后60分钟内）病理表现：分钟内）病理表现：Na+,K+-ATPase 功能降低,细胞内水钠潴留,细胞中毒性水肿,细胞内容积增大，扩散受限。影像表现：（超急期）T1-T2WI:可表现正常信号FLAIR:高/正常信号DWI:信号明亮（bright）/高信号ADC:信号暗（dark）/低信号.理解扩散成像的原理细胞正常，细胞内、外水分子游动自由。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胞细细水水子子分分.超急性期脑梗死CTT2压水T1DWIADC图颈部MRA.T2增强DWI扩散图ADC图多形胶质母细胞瘤脑脓肿.T2WIT1WIDWIADC8月9月缩小11月又具活性腹腹膜膜后后癌癌灶灶治治疗疗前前后后 三三个个月月的的变变化化。DWI对对癌癌灶灶的的活活性性检检测测敏敏感感.前列腺癌的扩散成像T2WIDWI图ADC图.磁敏感成像（susceptibility weighted imaging，SWI）SWI是一项反映组织磁化属性的新的对比度增强技术，主要提供了传统的T1WI、T2WI、质子密度以及弥散成像之外的另一种对比度另一种对比度。原始数据有两套,同时得到强度图像（Magnitude image）和相位图像(Phase image)。包含脂肪、铁、去氧血红蛋白等物质的组织磁化属性与背景组织明显不同，在强度图像的后处理中使用相位蒙掩（phase mask）技术提高对磁敏感效应物质的显示，使其在SWI图像相位对比明显增强，因此称SWI。磁敏感效应较强的物质（顺磁性）：去氧血红蛋白、正铁血红蛋白、含铁血黄素、铁沉积（铁蛋白）以及钙沉积等，引起空间相位的改变，这些物质在SWI图像上呈显著的低信号。而动脉血内的含氧血红蛋白属于抗磁性，故不显信号。SWI的应用的应用：可用于常规不易发现的多种原因导致的脑微出血、静脉血管畸形、海绵状血管瘤等。.FLAIR T2无法确定有否出血 SWI 明确显示出血情况.静脉血管瘤SWIT1WIT2WI.外伤性轴突损伤伴微出血.毛细血管扩张症MR平扫SWI.磁共振波谱（磁共振波谱（MRSMRS）：）：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，更敏感、更早期、更特异目前比较常用的部位：脑部病变的鉴别、辅助于前列腺、乳腺检查等.正常肿瘤脑膜瘤谱线正常脑谱线.采取T2加权像、扩散加权成像、MR波谱三种方法结合，使得前列腺癌的诊断敏感性、特异性分别是96.1%、96.5%。而MRS意义较大。T2DWIADC图.女，20岁。右肺肿块大范围成像检查.磁磁 共共 振振 成成 像像 主主 要要 优优 点点 与与 限限 度度.MRMR检查的主要优点检查的主要优点 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.MRMR检查的限度及存在的问题检查的限度及存在的问题 某些病变定性困难 MR成像仍相对较长（主要是限于信号采集）运动伪影 某些部位的血管成像尚在开发中，如冠脉成像 引进和检查费用相对昂贵 禁忌症：带心脏起搏器带心脏起搏器、胰岛素泵、体内金属 假肢、眼球内金属异物，电子耳；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.怎样阅读怎样阅读MRMR常规检查的图像常规检查的图像1 1、核实图像上的常用标记：姓名、年龄、性别、日期、编号、左右、层厚以及增强的标记等2、连贯地观察诸帧图像，目的在于发现所有的异常征象3、当发现病变后，应看其病变在T1加权、T2加权上的信号特 征，是高低等混杂无信号？血流空信号有无异常？4、通过多方位观察，确定病变大小、形态、数量、边界、位置5、观察病变与邻近器官或组织结构关系：侵犯、受压、移位（占位效应）；扩张、增大（失空间效应）；破坏或吸收等等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.这三张图，看什么？.平扫与增强延时增强.形态的改变：脑室发育异常.认识：层面成像中的部分容积效应认识：层面成像中的部分容积效应病变大小与密度的失真病变大小与密度的失真大小不失真，密度失真大小及中心部密度不失真；周边密度失真大小不失真密度失真大小、密度均失真.占位效应与失空间效应.女，6岁，突发癫痫学会一种读片技巧学会一种读片技巧对称性观察右侧脑发育不良.再见！再见！.