MRI核磁共振的新进展.ppt

山西医科大学一院山西医科大学一院MR室室刘起旺刘起旺MRIMRI新进展新进展一、一、MRI设备技技术进展展二、磁共振血管成像二、磁共振血管成像三、磁共振水成像三、磁共振水成像四、快速成像技四、快速成像技术五、弥散加五、弥散加权磁共磁共振成像振成像六、六、扩散散张量成像量成像七、磁共振七、磁共振脑血流血流灌注加灌注加权成像成像八、八、MR波波谱分析分析九、新型九、新型MRI对比比剂的研制的研制十、十、MR介入治介入治疗十一、十一、MR仿真内仿真内镜技技术十二、功能磁共像十二、功能磁共像概述概述 MRI应用十多年来，其用十多年来，其发展异常迅展异常迅速，技速，技术上的不断改上的不断改进，软件的相件的相继开开发，使其技，使其技术不断深入，不断深入，应用日用日趋广泛。目前主要表广泛。目前主要表现为在在设备硬件硬件发展的基展的基础上，成像速度的提高和成像上，成像速度的提高和成像方式的方式的扩展。以下展。以下简要予以介要予以介绍。一、一、MRIMRI设备技术进展设备技术进展1、3T设备趋于于实用化，用化，7T设备开始研制开始研制2、开放式磁体的开放式磁体的发展展3、专用用MR设备4、其他技其他技术：降噪技降噪技术双梯度双梯度场及切及切换率的提升率的提升线圈研制圈研制功能的功能的扩展展 等等二、磁共振血管成像二、磁共振血管成像 磁共振血管成像（磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）现已广泛已广泛应用于用于临床，其成像原理基床，其成像原理基于血液的流于血液的流动效效应，即在非常，即在非常规SE序列成像序列成像时，快速流，快速流动的血流不的血流不产生生MR信号，称之信号，称之为“流空流空现象象”。但是但是这种流种流动效效应对于用其他脉冲序列，如梯度回波于用其他脉冲序列，如梯度回波序列（序列（GRE）或快速成像技）或快速成像技术时，则表表现不同。采用不同。采用这些序列些序列时，只用，只用单一一RF脉冲（脉冲（900或少于或少于900）来）来产生信号，横向磁化在施加每一次生信号，横向磁化在施加每一次RF时已失相位，固定已失相位，固定的的组织在接收重复激励在接收重复激励时，那么只有在两次脉冲之，那么只有在两次脉冲之间，能恢复能恢复纵向磁化的固定向磁化的固定质子才能子才能产生信号。生信号。如果如果纵向磁化恢复不完全，向磁化恢复不完全，则信号不是最大。相反，信号不是最大。相反，血管内流血管内流动的的质子通子通过成像成像层面面时，饱和的和的质子不断子不断为新流入的，充分新流入的，充分纵向磁化的向磁化的质子所代替，受到一个子所代替，受到一个或多个或多个RF脉冲，在脉冲，在这种情况下，血管种情况下，血管获得的信号得的信号强度度就大。就大。这称之称之为时间飞跃（time-of-flight，TOF）效）效应，亦称，亦称“流流动相关增相关增强”（flow-related enhancement）。）。利用利用“流流动相关增相关增强”原理血管原理血管成像，成像，为时间飞越法越法MRA，称，称TOF法。另一种法。另一种MRA为相位相位对比比MRA（phase contrast MRA，PCMRA），它是利用流），它是利用流动血液中的血液中的相位分散或相位位移与固定不相位分散或相位位移与固定不动的的组织相比的差异来成像。相比的差异来成像。上述上述时间飞越法和相位越法和相位对比法都可以比法都可以用二用二维（2 dimensional，2D）的叠）的叠层切面成像或三切面成像或三维（3 dimensional，3D）的容）的容积采集法成像。一般采集法成像。一般选用二用二维来来观察大的范察大的范围，而三，而三维技技术则提供提供较精精细的分辨力的分辨力图像，范像，范围较小。小。MRA技技术的新的新进展方面如利用磁化展方面如利用磁化传递（magnetization transfer）技）技术来来进一步减低背景信号，从而改一步减低背景信号，从而改变血管与固血管与固定定组织的的对比；采用多比；采用多层面重叠薄面重叠薄层采集法（采集法（multiple overlapping thin section acquisitions，MOTSA）将高分）将高分辨力的辨力的3D-TOF与覆盖范与覆盖范围较好的好的2-D图像采集相像采集相结合，提高合，提高了了图像像质量，改量，改进了了观察范察范围。MRA现已广泛用于已广泛用于头颈部、腹部、胸部、四肢血管的成部、腹部、胸部、四肢血管的成像，部分已代替普通血管造影像，部分已代替普通血管造影术。Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Orthogonal Imaging Planes Transverse(Axial)Coronal PlaneCoronal PlaneSagittal PlaneSagittal PlaneThirty second,breath-held pulmonary MRA Thirty second,breath-held pulmonary MRA demonstrating anomalous left pulmonary venousdemonstrating anomalous left pulmonary venous三、磁共振水成像三、磁共振水成像 磁共振水成像（磁共振水成像（MR hydrography）技）技术，由于其技，由于其技术手段先手段先进和无和无创伤性的特点，已性的特点，已为临床所关注，床所关注，该项技技术目前目前应用范用范围日日趋广泛，包括磁共振胰胆管造影广泛，包括磁共振胰胆管造影（MR cholangio-pancreatography，MRCP），磁共），磁共振泌尿系造影（振泌尿系造影（MR urography，MRU），磁共振椎管），磁共振椎管水成像（水成像（MR myelography，MRM），磁共振涎管造影），磁共振涎管造影（MR sialography，MRS）。）。其成像基本原理以其成像基本原理以MRCP为例，由于胆汁含有大量水，例，由于胆汁含有大量水，具有具有T2时间长的特点，而胆系周的特点，而胆系周围系系实质性性脏器，其器，其弛豫弛豫时间不同于水，不同于水，T2时间短。短。MRCP成像即利用二成像即利用二者在弛豫者在弛豫时间上的差异，采取延上的差异，采取延长TR，TE的方法，的方法，获得重度加得重度加权像，使含水多的胆汁突出像，使含水多的胆汁突出显示，而示，而软组织结构背景信号被抑制。构背景信号被抑制。MR水成像能水成像能显示出胰胆管、泌尿系示出胰胆管、泌尿系集合系集合系统和脊髓硬膜囊影像，以及腮和脊髓硬膜囊影像，以及腮腺、腺、颔下腺下腺导管系管系统，同，同时能展示狭能展示狭窄，窄，扩张和充盈缺和充盈缺损，准确性，准确性较高。高。MR水成像主要水成像主要优点点为它是一种安它是一种安全，无全，无创，非侵，非侵袭性的性的检查方法，方法，它不用造影它不用造影剂，避免了碘副反，避免了碘副反应。MR水成像技水成像技术与常与常规MR断面断面扫描描相相结合作出合作出综合合诊断，是理想的影断，是理想的影像像检查方法。方法。腮腮腺腺成成像像内耳成像内耳成像脑脊液水成像 四、快速成像技术四、快速成像技术 MR扫描描时间长，易受生理运，易受生理运动的的影响仍是目前影响仍是目前MR成像成像诊断中的一个断中的一个主要主要问题。如果屏气一次或数次即。如果屏气一次或数次即可完成可完成图像采集，像采集，则胸腹部的成像胸腹部的成像质量就能得到改善。量就能得到改善。目前已目前已应用的回波平面成像（用的回波平面成像（echo planar imaging，EPI）就是一种快速成像技）就是一种快速成像技术，利用，利用该种技种技术可在可在20ms这样短的短的时间内内获取一取一层图像，一次多像，一次多层图像采像采集可在集可在20s内完成。其所以如此迅速是因内完成。其所以如此迅速是因为使用使用单一一RF激励，即能完成所有空激励，即能完成所有空间编码（spatial encoding information）的采集，而常）的采集，而常规MR成像要求多个成像要求多个RF激激励。励。EPI的成像的成像应用，开辟了新的用，开辟了新的临床床应用用领域，由于域，由于EPI扫描快速而无需描快速而无需加加门控技控技术，即可用于胸腹部成像，即可用于胸腹部成像而不受生理运而不受生理运动的影响，另外，的影响，另外，该项技技术现已用于功能成像已用于功能成像（functional imaging）的研究。）的研究。GRASETSEEPI 五、弥散加权磁共振成像五、弥散加权磁共振成像 在活体内用弥散共振成像（在活体内用弥散共振成像（MR diffusion-weighted imaging，DW-MRI）来）来测定出水的定出水的质子微子微观运运动的的图像是近年来集中研究的像是近年来集中研究的课题之一。之一。其基本原理是：人体内其基本原理是：人体内H+绝大多数大多数存在于水分子中，水分子存在于水分子中，水分子处于运于运动状状态，而，而这种运种运动状状态是无序的，是无序的，随机的，即所随机的，即所谓的布朗运的布朗运动；使分；使分子运子运动的的动能来自能来自压力梯度，力梯度，浓度度梯度，渗透梯度，渗透压梯度和温度梯度等。梯度和温度梯度等。综合所有的合所有的动能使分子在空能使分子在空间的的移移动即弥散。由于在即弥散。由于在实际上我上我们并并不能确定是哪一种不能确定是哪一种动能能驱动分子运分子运动，对所表所表现的弥散的弥散现象，我象，我们称称之之为表表观弥散，可弥散，可测得表得表观弥散常弥散常数（数（apparent diffusion coefficient，ADC）。）。当分子的当分子的ADC在各个方向均相同在各个方向均相同时，为各向同性弥散；不相同各向同性弥散；不相同时则称称为各向异性弥散。正常各向异性弥散。正常时脑组织的水的水分子大部分存在于分子大部分存在于细胞外胞外间隙，弥隙，弥散基本不受限制。当散基本不受限制。当脑梗塞梗塞时，受，受损的的脑组织因缺氧因缺氧发生生细胞毒性水胞毒性水肿，大量水分子从，大量水分子从细胞外胞外转入入细胞胞内，内，细胞内的水分子由于胞内的水分子由于细胞膜的胞膜的限制而不能弥散。限制而不能弥散。正由于正由于脑梗塞后缺血梗塞后缺血脑组织有此独有此独特的病理改特的病理改变，用，用MRI手段将此手段将此时期期已已发生的生的细胞毒性水胞毒性水肿的病的病变组织显示出来，示出来，这种以突出弥散效种以突出弥散效应为主要目的的主要目的的MRI脉冲序列，称脉冲序列，称为弥散弥散加加权MRI。目前，目前，该项技技术已用于已用于对急性急性脑梗梗塞的塞的诊断，由于断，由于DW-MRI是基于是基于发现分子水平运分子水平运动异常的技异常的技术，尤其，尤其应用于用于单次激次激发EPI技技术，全，全脑扫描可描可在在1分分钟之内完成。文献曾之内完成。文献曾报道道诊断断急性急性脑梗塞的敏感性在梗塞的敏感性在94%以上，以上，特异性达到特异性达到100%。扩扩散加散加散加散加权权DWDW成像成像成像成像超急性超急性 6H6H急性急性 6D6DT2 DW ADCT2 DW ADCFSE SE-EPIFSE SE-EPI六、六、扩散散张量成像量成像 磁共振弥散磁共振弥散张量成像量成像(diffusion tensor imaging DTI)是近是近年来在常年来在常规MRI技技术和弥散加和弥散加权成像（成像（diffusion weighted imaging DWI）技）技术基基础上上发展而来的一种新的磁共振成展而来的一种新的磁共振成像技像技术。原理是利用水分子在不均原理是利用水分子在不均质组织中的弥散具有各向异中的弥散具有各向异性特征，通性特征，通过改改变弥散梯度的方向，弥散梯度的方向，测量体素内水分子在量体素内水分子在各个方向的弥散各个方向的弥散强度，利用所得多种参数度，利用所得多种参数值成像，在三成像，在三维空空间内定量分析内定量分析组织内水分子的弥散运内水分子的弥散运动。DTI应用应用DTI主要用来主要用来评价价组织结构的完整性、病理生理构的完整性、病理生理改改变及及组织结构和功能构和功能间的关系，是功能的关系，是功能MR成成像的一个重要像的一个重要组成部分。成部分。DTI在在临床中主要用于床中主要用于脑部尤其是部尤其是对白白质束的束的观察追踪，目前仍然是察追踪，目前仍然是测定活体神定活体神经纤维走行的唯走行的唯一无一无创方法。通方法。通过FA图和和FA值的的测定，可以在定，可以在早期早期发现颅内病内病变，了解主要，了解主要传导通路受通路受损程度，程度，病程病程监测，疗效及效及预后的后的评估，是估，是对传统磁共振磁共振T1WI、T2WI和其它和其它f-MRI的有力的有力补充。充。DTI是目前最有吸引力的无是目前最有吸引力的无创性性检查方法。方法。扩散散张量成像量成像（diffusion tensor imaging DTI）其成像其成像过程是，首先在至少个不同非共程是，首先在至少个不同非共线方向上方向上进行弥散行弥散加加权成像，另外再采集一幅具有同成像，另外再采集一幅具有同样参数而未施加梯度脉冲像。参数而未施加梯度脉冲像。从弥散加从弥散加权像和非弥散加像和非弥散加权像的信号像的信号强度衰减的差异中可以得度衰减的差异中可以得到幅表面弥散系数（）像素到幅表面弥散系数（）像素图。每一像素的。每一像素的eff可从可从这些些图中得到，一旦得到中得到，一旦得到eff，即可，即可获得各种得各种DTI图像，从而像，从而对组织中水分子弥散的各向异性做出中水分子弥散的各向异性做出检测。与常。与常规MRI不同，不同，DTI主要是以多种数主要是以多种数值而不是以灰而不是以灰阶反映反映组织特征，它特征，它们从不从不同的同的侧面反映体素内水分子的平均位移、分子位移差面反映体素内水分子的平均位移、分子位移差别及其主及其主要方向。要方向。扩散散张量成像量成像 其中主要的参数有其中主要的参数有FA（fractionalanisodropy各各向异性分数）、向异性分数）、RA（redativeamisotropy 相相对各向异各向异性）、性）、VR（volumeratio 体体积比）、比）、AI（anisofopyindex 各向异性指数）等，利用各向异性指数）等，利用这些数些数值可以形成各种可以形成各种组织结构构图，如，如脑白白质纤维束示踪束示踪图，其中最常用的是。，其中最常用的是。DTI脑白白质纤维示示踪踪图DTI脑白白质纤维示示踪踪图 三三维彩彩色色编码七、磁共振脑血流灌注加权成像七、磁共振脑血流灌注加权成像 灌注加灌注加权磁共振成像（磁共振成像（MR perfusion-weighted imaging，PW-MRI）是采用快速静脉注射）是采用快速静脉注射顺磁性磁性对比比剂，进行快速成像（目前行快速成像（目前多采用多采用EPI技技术）。）。根据根据时间变化的信号下降化的信号下降恢复恢复规律，得到信号律，得到信号时间曲曲线（S-T曲曲线）。曲）。曲线下面与下面与脑组织血容量呈血容量呈正相关。理想的正相关。理想的脑血流灌注血流灌注图应该利用定量利用定量计算所得算所得的各个体素血流的各个体素血流动力学参数，按一定灰力学参数，按一定灰阶比例再次成比例再次成像；分像；分别形成形成 CBV像（局部像（局部脑血容量像）、血容量像）、CBF像像（局部（局部脑血流量像）和血流量像）和MTT图（平均通（平均通过时间像）。像）。局部局部脑组织血流遵循中央容血流遵循中央容积定定理：理：CBF=CBF/MTT，其成立条，其成立条件是件是组织内微循内微循环保持保持稳定，当血定，当血脑屏障破坏后，三个参数屏障破坏后，三个参数间的相互的相互关系关系发生改生改变，对这些参数些参数进行行综合分析，可了解合分析，可了解脑组织微循微循环血流血流动力学状况。力学状况。PW-MRI除能早期除能早期发现缺血区外，缺血区外，还可了解可了解脑梗塞梗塞发生后再灌注和生后再灌注和侧枝枝循循环建立和开放情况，建立和开放情况，对急性急性脑缺血缺血的的诊断以及治断以及治疗监察具有重要作用。察具有重要作用。FLAIR DW CBV TTPFLAIR DW CBV TTP5 5小小时时7 7天天灌注与扩散成像对中风的诊断T2 FLAIR ADCT2 FLAIR ADCCBV TTP Gd-DTPA PCACBV TTP Gd-DTPA PCA2.52.5小小时时灌注与扩散成像对中风的诊断八、八、MRMR波谱分析波谱分析 常常规MRI虽可可对很多病很多病变的的发现和和鉴别起重要作用，但仍然起重要作用，但仍然对病病变的特的特异性异性诊断不足；断不足；MR波波谱（magnetic resonance spectrum，MRS）在分）在分析病析病变的定性方面，起一定作用。的定性方面，起一定作用。近年来，随着空近年来，随着空间定位方法的定位方法的发展，可以从展，可以从MR图像所像所标识的体的体积内内提取代提取代谢产物的相物的相对水平。水平。这样就就可以利用可以利用MRI所得的解剖学和病理学所得的解剖学和病理学信息，并信息，并结合合MRS所反映的生物化所反映的生物化学信息来学信息来进行行综合分析。合分析。这种由解种由解剖信息和代剖信息和代谢信息相信息相结合，可合，可对疾疾病病进行更行更为深入的研究和深入的研究和诊断。断。MRS 一神一神经胶胶质瘤患者在外科和放射治瘤患者在外科和放射治疗后。后。NAA减少和胆碱减少和胆碱Choline、乳酸、乳酸盐和脂和脂质lactate and lipid增加，提示有残留增加，提示有残留肿瘤。瘤。Cho/Naa分布分布这里向里向NAA比率胆碱的地比率胆碱的地图被叠加被叠加向前向前T2-Flair，T1-Flair和和T2 FSE像中，胆碱信号像中，胆碱信号大的区域示有完整的大大的区域示有完整的大脑血液障碍。血液障碍。Cho-NaaCho-NaaNaaNaaFlairFlairT T1 1T T2 2MRSMRSMRST T1 1 Flair with Cho-Flair with Cho-NaaNaaT T2 2 Flair with Cho-Naa Flair with Cho-NaaFSE with Cho-NaaFSE with Cho-NaaMRSNaaNaaChoCho 九、新型九、新型MRIMRI对比剂的研制对比剂的研制 新型新型MRI对比比剂的研制是近年来的研制是近年来MRI最活最活跃的研究的研究领域之一。新型域之一。新型对比比剂的研制主要着眼于的研制主要着眼于组织器官特器官特异性异性对比比剂，这些些对比比剂与非特异与非特异性性细胞外液胞外液对比比剂（即（即Gd类对比比剂）相比，在体内具有不同的生物学分相比，在体内具有不同的生物学分布和排泄途径。布和排泄途径。它它们可以通可以通过正常的生理活正常的生理活动以以被被动方式到达靶器官，如肝、脾、方式到达靶器官，如肝、脾、胰等，从而达到胰等，从而达到对病病变的的进一步一步显示和示和诊断。目前，正在探索研究的断。目前，正在探索研究的有：肝特异性有：肝特异性对比比剂、胰腺、胰腺对比比剂、血池血池对比比剂、肿瘤瘤对比比剂和抗原特和抗原特异性异性对比比剂。MR造影造影剂(Contrast Agent)注射注射GD-DTPAGD-DTPA前后同一前后同一层层面面图图像像对对比比SE(500/30)SE(500/30)MR造影造影剂(Contrast Agent)胶胶质质瘤注射瘤注射GD-DTPAGD-DTPA后同一后同一层层面不同序列面不同序列对对比比左：左：SE(500/30)SE(500/30)右：右：IR(1500/30,TI=600ms)IR(1500/30,TI=600ms)MR造影造影剂(Contrast Agent)转转移瘤注射移瘤注射GD-DTPAGD-DTPA后同一后同一层层面不同序列面不同序列对对比比左：左：SE(500/30)SE(500/30)右：右：IR(1500/30,TI=600ms)IR(1500/30,TI=600ms)十、十、MRMR介入治疗介入治疗优势：（1）多平面三多平面三维立体定位立体定位（2）比比CT更好的更好的软组织对比度比度（3）明确明确显示病示病变相相邻血管、神血管、神经结构，构，有利于穿刺介入治有利于穿刺介入治疗（4）可可显示病示病变及周及周围组织功能功能变化，化，如：如：扩散、灌注、温度等散、灌注、温度等变化，利于化，利于监控介入治控介入治疗Siemens Siemens inteventioninteventionGE inteventionGE inteventionPhilips XMRPhilips XMRPhilips XMRThe XMR system partners the 1.5T MR Scanner with Varcular angiography system in the same room It was installed in Uni.Of California,San Francisco Medical Center to enhance treatment for stroke and cardiovascular diseasePhilips XMRPhilips XMRPhilips XMR十一、十一、MRMR仿真内镜技术仿真内镜技术 结肠镜关关节镜血管内血管内镜等等十二、功能磁共振成像（十二、功能磁共振成像（fMRIfMRI）方法：方法：通通过血氧血氧饱和度和度对比比变化而化而实现的成像方法，称血氧水平依的成像方法，称血氧水平依赖功能功能成像（成像（BOLD）fMRIfMRI原理：原理：脑组织活活动增增强时局部局部CBF和耗和耗氧量增加不成比例，氧量增加不成比例，CBF增加增加约30%-50%，耗氧量增加，耗氧量增加约5%，其，其结果果导致在局部毛致在局部毛细血管床和静脉血管床和静脉床中血氧床中血氧饱和度增加，和度增加，导致致T2*和和T2驰豫豫时间延延长，获得相得相应的的脑功能功能图。fMRIfMRI 应用：用：显示人体生理和病生理示人体生理和病生理过程，提程，提供供动态和功能信息，目前用于和功能信息，目前用于对感感觉运运动、听、听觉、视觉、语言等方面的研言等方面的研究。究。MRIMRI功能成像功能成像MRIMRI功能成像功能成像MRIMRI功能成像功能成像MRIMRI功能成像功能成像 对对左和右左和右左和右左和右侧视觉侧视觉分分分分别别刺激，刺激，刺激，刺激，对视觉脑对视觉脑皮皮皮皮层层的作用的作用的作用的作用红红色区域指刺激色区域指刺激色区域指刺激色区域指刺激时时血液的灌注量大。血液的灌注量大。血液的灌注量大。血液的灌注量大。刺激左刺激左刺激左刺激左侧侧面面面面视觉脑视觉脑皮皮皮皮层层 刺激右刺激右刺激右刺激右侧侧面面面面视觉脑视觉脑皮皮皮皮层层.