CTMR基础知识

CT、MR基础知识影像中心王丽红CT成像一、CT的基本原理计算机断层扫描（computedtomograhy，简称CT），是计算机与X线检查技术相结合的产物。当高度准直的X线束环绕人体某一部位作断面扫描（通常是横断面）时，部分光子被吸收，X线强度因而衰减，未被吸收的光子穿透人体后，被检测器（detector)接收，然后经放大并转化为电子流，作为模拟信号输入电子计算机进行处理运算，重建成图像，由阴极线管显示出图像来，供诊断用。检测器接收射线信号的强弱，取决于人体截面内组织的密度，密度高的组织如骨吸收X线较多，检测器测得的信号信号弱；反之，如脂肪、含气的脏器吸收X线少，测得的信号强。这就是CT利用X线穿透人体后的衰减特征作为诊断病变的依据。计算机将检测器接受到的射线信号的强弱利用数学处理方法重组图像，显示到荧光屏上，就形成受检面的CT图。二、CT值CT的特点是能够分辨人体组织密度的轻微差别，所采用的标准是根据各种组织对X线的线性吸收系数来决定的。为了计算与论述方便，将线性衰减系数划分为2000个单位，称为CT值。以水为0值，最上界骨的CT值为1000；最下界空气的CT值为-1000。实际上，CT值是CT图像中各组织与X线衰减系数相当的对应值。CT值不是绝对不变的数值，它不仅与人体内在因素如呼吸、血流等有关，而且与X线管电压、CT装置、室内温度等外界因素有关，所以应经常校正，否则将导致误诊。三、窗宽、窗位人体组织CT值的范围为-1000到+1000共2000个分度，而人眼不能分辨这样微小灰度的差别，仅能分辨16个灰阶。为了提高组织结构细节的显示，能分辨CT值差别小的两种组织，操作员根据诊断需要调节图像的对比度和亮度，这种调节技术称为窗技术--窗宽、窗位的选择。窗宽是指显示图像时所选用的CT值范围。窗宽的宽窄直接影响图像的对比度；窄窗宽显示的CT值范围小，可分辨密度较接近的组织或结构，如脑组织；反之，窗宽加宽的CT值幅度大，对比度差，适用于分辨密度差别大的结构如肺、骨质。窗位是指窗宽上、下限CT值的平均数。窗位的高低影响图像的亮度；窗位低图像亮度高呈白色；窗位高图像亮度低呈黑色。四、影响CT图像的因素1、窗宽、窗位如果要获得较清晰且能满足诊断要求的CT图像，必须选用合适的窗宽、窗位，否则不仅图像不清楚，还难以达到诊断要求，降低了CT扫描的诊断效能。2、噪声和伪影噪声分扫描噪声和光子噪声。伪影有：患者在扫描中移动、呼吸、肠蠕动等可造成移动伪影；人体内、外金属异物，术后银夹、枕骨粗窿，鸡冠等过高密度影产生放射状告密度条状影；机器本身发生故障。3、部分容积效应和周围间隙现象。4、CT的分辨率分空间分辨率和密度分辨率五、CT的增强扫描经静脉给予水溶性碘造影剂使病变组织X线吸收率增高，加大了正常与病变组织间灰阶的差别，从而提高了病变的显示率。这种方法称之为造影增强检查。病变组织的强化是由于其含碘量增加而使局部密度增高，其机理主要与局部血流量增加（异常血管增生）或血液内碘含量增高；血脑屏障遭到破坏，造影剂漏出血管外等因素有关；病变组织内造影剂的代谢与正常组织代谢不同，造成病变组织与正常组织间灰阶差别。常用造影剂有①离子型造影剂，如泛影葡胺；②非离子型造影剂，如欧乃派克。造影剂的给药方法①一次性注射或集团注射法②静滴法③蛛网膜下腔给药作椎管或脑室造影扫描六、CT装置的基本结构由扫描装置、计算机系统、图像显示、记录、储存等部分组成。扫描装置包括X线球管、探测器与信号转换系统。七、螺旋CT通常的CT机X线球管做往返圆周运动。每次扫描都经过启动、加速、匀速采集数据、减数、停止几个过程，使扫描速度难以大幅度提高。且仅能获得二维（2D）信息。螺旋CT应用滑环技术，使得X线球管做单方向连续旋转运动，同时患者检查床以均匀速度平移前进或后退中，连续采集体积数据进行图像重建。能够获得三维（3D）信息。与普通CT机相比螺旋CT的优点是：①提高病变发现率②提高扫描速度③提高病变密度测定④可能减少造影剂用量⑤在造影剂最高时成像⑥可变的重建扫描层面⑦可建重叠扫描层面⑧可行多层面及三维重建MRI成像核磁共振（MagneticRasonanceImaging,MRI)的临床应用，进一步提高了影像学诊断，特别是脑、脊髓、骨骼和软组织等方面影像诊断的水平。它促进了现代医学影像学向更高层次的发展，是继CT应用以后影像学科的又一次飞跃。一、磁共振成像原理1、什么叫核磁？什么叫核磁共振？物质是由分子构成，分子由原子组成。原子是由质子和中子组成。其中质子与MRI成像有关。成物组织中含有1H、13C、23Na、31P等元素，这些元素的原子核均为带有奇数质子的原子核。其中1H是人体内数量最多的元素，且原子核只含一个质子，是人体内最活跃、最易受外界磁场影响的原子核，故目前设计的磁共振成像机大多数是采用氢质子成像的。氢质子广泛的存在于生物组织、水和脂肪中。和地球一样，氢质子也围绕自身轴自转。氢质子带正电荷，在自旋运动中，随之旋转的电荷则产生电流，由之产生质子自身的磁性及相应的磁场--核磁。如果把每一个质子看作为一个小磁体，它就具有自身的南、北极向及磁力。在自然状态，生物体质子处于无序状态，同一瞬间不同朝向质子的磁力相互抵消，物质也不显示磁性。当把物质置入一强的外磁场内（相当于MRI设备的磁体）时，无序排列的质子的南、北极向将与外磁场磁力方向平行排列，但方向可相反。依据量子物理学原理，具有较高能级的质子处于与外磁场反方向平行排列；具有较低能级的质子处于与外磁场同方向平行排列。这两种能级质子磁力几乎相互抵消，仅有少部分处于低能级的质子保持有磁力。其相互叠加形成纵向磁化矢量。质子沿自身轴做自旋运动。处于外加磁场内的质子自旋轴沿外磁场轴向，即磁力线方向，呈一种陀螺样旋转运动，质子的这种运动方式称为-进动。质子的进动有一定的频率，称为--进动频率，其与外磁场的场强相关。用一个频率与进动频率相同的射频脉冲（Radiofrequencypulse,简称RF）激发欲检查的物质的原子核，引起共振，即核磁共振。在RF的作用下，一些原子核不但相位发生变化，并且吸收能量跃迁到较高能态。在RF激发停止后，有关原子核的相位和能级都恢复到激发前的状态。这过程称为驰豫（Ralaxion)。这些能级变化和相位变化所产生的信号均能被接收器所侧得，传输到计算机内经过数据处理，产生MR信号图像。二、驰豫时间处于不同物理、化学状态下的质子在RF激发和激发停止后所发生的相位变化，能量传递与复原的时间各不相同。这段时间称为弛豫时间。弛豫时间有两种：T1和T2。T1弛豫时间又称纵向弛豫时间，即900RF后，质子从纵向磁化转为横向磁化之后恢复到原磁化矢量63%所需的时间，它反映了分子自然活动频率和Larmor频率之间的关系。当分子自然活动频率与Larmor频率相似或接近时，则这种分子的T1时间较短，相反T1时间较长。胆固醇分子的自然活动频率接近目前所用磁共振机的Larmor频率，故其T1时间甚短，反映在MR图像上为高信号；水分子和蛋白质分子的自然活动与Larmor频率相差较大，故两者的T1时间较长，反映在MR图像上为低信号。T2弛豫时间又称横向弛豫时间，T2表示在完全均匀的外磁场中横向磁化所维持的时间。即900RF后，共振质子保持相干性或保持在相位中旋进的时间。T2衰减为共振质子之间的相互磁作用引起，不涉及能量的传递，而只引起相位的变化。随着质子的活动频率增加，T2将变长。人体各组织、器官的T1、T2值有很大的差别，MRI的作用之一实际上就是利用这种差别来鉴别组织、器官和诊断疾病。三、T1加权像（T1WI）T2加权像（T2WI）MR图像构成和对比取决于两个因素：即来源于样本组织和结构的性质（内在的）对比和各种不同成像序列的参数造成的不同对比（外在的）所组成。构成样本组织和结构内在对比的基本因素是：T1、T2弛豫时间。利用各种不同成像序列的参数来突出某中因素的表达，称为加权像。在MRI中最常用的是T1WI、T2WI、质子加权（PdWI），另外还有现今提到最多的弥散加权图象（DWI）等。T1WI时，图象上的灰阶与T1时间成反比，即T1时间短，信号强度高，在图象上越亮（越白）；T1时间越长，信号强度越低，在图象上越黑。T2WI时，图象上灰阶与T2时间成正比，即T2时间越短，信号强度越低，在图象上越黑；T2时间越长，信号强度越高，在图象上越亮（越白）。四、磁共振成像机结构1、主磁体提供高磁场、高稳定性和高均匀度的磁场。分永磁型、常导型和超导型。按磁场强度分：超底磁场（＜0.1T）、低磁场（＜0.35T）、中磁场（0.5—1.0T）和高磁场（＞1.5T）。2、梯度磁场3、射频系统包括射频线圈和接受线圈4、计算机系统5、辅助设备包括操作台、工作站、磁体屏蔽等设备。五、磁共振成像扫描序列1、自旋回波序列（SE序列）2、快速自旋回波序列（FSE序列）3、反转恢复序列（IR序列）以TI表示反转间隔时间，常规为500—700ms。若TI值在100—200ms时，称为STIR法，有抑制脂肪的作用。若TI值在1500—2500ms时，称为FLAIR法，有抑制水的作用。4、梯度回波法（GRE序列）5、功能磁共振成像技术a、弥散加权成像（DWI）b、灌注成像（PWI）c、血液氧饱和水平检测（BOLD）d、磁共振波谱分析（MRS）六、磁共振成像的检查方法1、常规MR扫描一般以横轴位扫描为主，根据不同情况再选用矢状位或/和冠状位扫描。常规做T1WI、T2WI扫描，（脊柱横断位多采用GRE序列T2*扫描），根据情况加做脂肪抑制（STIR）扫描、水抑制（FLAIR）扫描。T1WI图象对不同软组织结构有良好的对比度，适于观察软组织的解剖结构；T2WI和PdWI显示病变的信号变化明显，利于观察病理变化。T1WI、T2WI或PdWI图象的结合则有助于病变的定位、定量和定性诊断。2、增强MR扫描增强MR对比剂化学名简称为Gd-DTPA，国产制剂如磁显葡胺。静脉给药后行T1WI扫描。增强MR扫描的主要用途：a、发现病变：平扫MR成像呈等信号病变，未显示的多发或细小病变、未确诊或可疑的病变等，增强MR扫描多数可进一步确定或排除病变的存在。b、病变定位：增强MRI有利于判断病变的起源，延伸范围及与周围组织结构的关系，为临床诊断、治疗提供依据。c、病变定性：增强MRI提供病变的内部结构、边缘状况、血液供应等信息，有助于肿瘤与非肿瘤病变、良性与恶性肿瘤的鉴别诊断，甚至可作出病理性质的预测。d、病变与水肿的鉴别：增强MR扫描上病变常有不同程度的强化，故可与无强化的水肿区鉴别。e、术后改变与肿瘤复发的鉴别：术后改变包括脑水肿、出血、软化、坏死、囊样、纤维化和钙化，与术后肿瘤复发的鉴别临床上十分困难。增强MR扫描上肿瘤复发常有不同程度的强化，从而可无强化或强化甚微的术后改变相鉴别。3、MR血管成像，简称MRA常用两种血管成像的模式：时间飞跃法（TOF法）和相位对比法（PC法）。MRA常应用于脑、头颈部、心血管、腹盆腔及四肢血管的成像检查，用于评价血管的解剖与变异，诊断血管性疾病，如动脉瘤、夹层动脉瘤、血管畸形、血管闭塞、肿瘤循环及肿瘤血管侵犯等病变。脑MRA的适应症是：①非常规血管造影适应症的者，如老人、幼儿、碘剂过敏者②评价脑血管手术后血管再通、开放或狭窄③寻找不明原因颅内出血的病因④脑血管疾病的普查与筛选⑤脑血管的解剖、变异和功能性研究4、MR水成像包括MR脑室成像、脊髓腔成像、胆道成像、尿路成像等。七、正常人体组织MR信号特征组织名称T1WIT2WI脂肪、骨髓白灰白肌肉黑灰灰肌腱、韧带黑黑灰骨骼、钙化黑黑纤维软骨黑黑灰透明软骨黑灰灰气体黑黑水分黑白血流黑黑注：灰度由低至高分为黑、灰黑、灰、灰白和白五级，分别表示不同组织的信号特征。八、异常病变的MR信号1、水肿分细胞性水肿、血管源性水肿和间质性水肿均使T1、T2值延长。2、血肿血肿分期与MR信号变化规律超急性期急性期亚急性期慢性期早期中期晚期T1WI等信号等信号外围见稍高信号高信号向中心扩展整体高信号逐渐下降T2WI等信号低信号低信