头颅MRI基础知识1-硬件结构

头颅MRI读片基础知识内容磁共振成像机理相关概念正常磁共振图像的特征异常磁共振成像的特点颅脑MRI检查一、磁共振成像机理1.磁共振成像机硬件基本知识2.磁共振成像物理学原理3.磁共振现象4.磁共振信号产生5.磁共振加权成像磁共振成像机的基本结构稳定的静磁场——磁体产生磁场变化的梯度磁场——梯度系统存在流动的氢质子——成像基础发射射频脉冲激发能量的装置——射频系统接受物体放出能量的装置——表面线圈检测能量并转化为图象——计算机系统1.主磁体（1）主磁体是磁共振成像（MRI）仪基本构件，是产生磁场的装置，其性能直接影响磁共振图像的质量。（2）主磁体的两个重要特性：1）磁场强度B０；2）B０对时间和位置的不变性，即Ｂ０的稳定性和均匀性。（3）性能指标1）磁场强度2）磁场均匀度3）磁场稳定性4）符合需要的有效孔径1)磁场强度①定义：指主磁场B0的强度。其强度越大，图像的信噪比越高，但B0过大也会产生不利的影响。②场强的划分：一般诊断用设备B0通常在0.02—3.0T之间。并称小于0.5T的为低场机，0.5—1.0T的为中场机，1.0—2.0T的为高场（1.5T为代表），大于2.0T的为超高场机（3.0T为代表）。2)磁场均匀性：①定义：指主磁场有效容积内（即直径为50厘米的球形空间）磁场强度的同一性。即穿越单位面积的磁力线是否相同。②量纲：通常用来量度均匀度的偏差单位是B0强度的10-6，用ppm表示。③标准：对直径为50厘米的有效容积而言，其偏差值为10ppm。另一种是给定偏差范围，即偏差范围为±5ppm。2)磁场均匀性：④测量方法：测量前要精确定出磁体的中心，在一定半径的空间球体上放置场强测量仪探头，并逐点测量其场强，记录数据。⑤影像因素：磁屏蔽、房间的大小位置、钢架结构、楼上楼下移动设备等。3）磁场稳定性①定义：指主磁场强度B0和它的均匀度随时间而发生的变化程度，通常称此为磁场漂移。②量纲：每小时磁场的变化，单位是ppm/h。通常短时间（1-2小时）漂移不能大于5ppm，长时间（8小时）不能大于10ppm。③热稳定性：即B0和它的均匀度还随工作温度变化而发生漂移。热稳定性不好同样会使图像质量变差。4)符合需要的有效孔径用于检测不同物体或人体的不同部位的MRI设备，主磁体的孔径也不相同。对于全身成像的主磁体，需要相当大的空间，直径大约为1~1.2m之间；对于动物或人体四肢成像的主磁体，可采用较小的孔径，通常直径为0.3m。（2）作用处于该磁场中的人体内氢原子核被磁化而形成磁化强度矢量。（3）分类1）根据磁场产生方式分为永磁型（采用永久磁铁制成的磁砖拼砌而成，包括两种结构：闭合式和开放式。其中闭合式又分环形和轭形两种。）和电磁型（由线圈绕制而成，根据绕制线圈材料不同，又可分为常导磁体和超导磁体。A永磁型B常导型C超导型D混合型永磁型常导型常导型：选择高导电性能的金属导线或薄片绕制而成。基本结构：四个或六个互为平行通电线圈缺点：功耗大：通常这种四线圈磁体仅产生0.2T左右的横向磁场，消耗的功率高达80kW。线圈产生的热量须用线圈两旁的冷水系统带至磁体外散发掉。稳定性差：线圈电源的波动将直接影像磁场的稳定，常导磁体需要专门的高精度恒稳直流电源供电，生产这种电源是很困难的。均匀度差：常导体磁场的均匀度受到线圈大小和定位精度的影像。一般来说线圈越大，成像区域的均匀性越好，但为了降低功耗线圈会做的很小。而且同轴定位也会存在误差。受环境因素影响大：室温的变化或线圈之间作用力引起绕组尺寸或位置变化，都会影像磁场的稳定性。超导磁体电磁型中常导型磁体的线圈通常是铜线，由于耗能大，对电源稳定性要求很高等缺点，目前几乎被永磁型磁体和超导体磁体取代。超导磁体的线圈导线采用超导材料制成，置于接近绝对零度的超低温环境中，导线内的电阻抗几乎消失，一旦通电后在无需继续，供电的情况下导线内的电流，一直存在，并产生稳定的磁场，目前中高场强度减低。最常用的圆筒型磁体，其超导磁体产生的磁场通常为水平磁场，其超导磁体产生的磁场通常为水平磁场，磁力线与平卧的人体长轴平行。超导磁体临界温度：又称转变温度，是指超导材料发生突变时的。常用的超导材料有水银和铌。临界磁场：当为家磁场达到一定数值时，超导体的超导性即被破坏，物质从超导态转变为常态。临界电流：在一定的温度和磁场下，超导体的电流达到某一数值后超导性也会遭到破坏，这一数值就是临界电流。①基本结构：采用铌钛合金超导材料制成的超导线圈。结构包括四线圈，六线圈及螺线管式。②工作特点：铌钛合金在20K时变成超导体，可负载7000A的电流。由于线圈工作电流大，因此其安装固定强度要求高。同时维护低温费用较高。场强高，均匀性好，稳定性好。其磁体的屏蔽比其他种设备要求更高。③如何保障低温环境：将磁体线圈浸泡在液氦里，液氦在标准大气压下的沸点时4.3K。④线圈的安装过程：超导线圈经液氦冷却后，通入励磁电流，当达到预期磁场时，切断电源。超导体的屏蔽方法无源屏蔽：采用铁磁性屏蔽体，但会影像磁场的均匀度。其他还有房屋屏蔽、定向屏蔽、铁轭屏蔽会用到无源屏蔽。有源屏蔽：是由一个线圈或线圈系统组成的磁屏蔽。在磁体外部用载有反向电流的线圈来降低杂散磁场，但要求线圈排列合理，电流控制准确。场强的选择1.原则：应用型MRI设备一般选择低中场，应用兼研究型MRI设备一般采用高场；研究型MRI设备选用超高场。2.高场MRI设备的利弊利：一般来说随着场强的升高，图像的清晰度也会提高弊：场强升高时，化学位移造成的伪影严重。化学位移：同一种原子核在不同的化学环境中所产生的共振频率的偏移。虽然说脂肪于水中都还有氢质子，但脂肪中的氢与碳相连，而水中的氢是与氧原子相连，这就使共振时候的进动频率存在差异，这个差异与主磁场的强度是成正比的。（0.5T—73.5Hz，1.5—220）Page25医学仪器教研室医学影像设备学匀场技术主磁场必须通过匀场调整才能达到足够的均匀性。调整分无源匀场和有源匀场两种方法，一般磁共振设备都同时采用两种匀场技术。1.无源匀场：①方法：通过在磁体内壁放置一些铁片来达到提高磁场均匀性。②技术流程：磁体励磁（充磁）~测量场强数据~计算匀场参数~去磁~在相关位置贴补不同尺寸的小铁片③特点：可根据机型在不同位置放置铁片，可校正高次谐波磁场的不均匀，材料便宜，不用电。2.有源匀场①方法：指通过调整匀场线圈的电流强度改变其周围局部磁场强度达到调整主磁场均匀性。②组成：由若干个小线圈组成，分辨在骨架表面。③特点：可调节，通常在软件控制下进行的。但必须配备匀场电源，受外界影响较大。2.梯度系统梯度系统是指与梯度磁场相关的电路单元和相关系统。1973年美国纽约州立大学石溪分校化学和放射学系教授保罗·劳特布尔(PaulC.Lauterbur)提出在主磁场内附加一个不均匀的磁场（梯度磁场）来改变MRI成像空间各点的磁场强度，再用适当的电磁波照射这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物体某个截面内部的二维核磁共振图像。3.成像基础4.射频系统5.表面线圈6.计算机及其他辅助系统二、磁共振相关概念1.磁共振图像的基本参数2.磁共振成像的读片顺序3.正常轴位图像脑叶定位4.常见磁共振成像扫描序列5.其他扫描序列影响磁共振成像信号强度的因素组织特异性因素（内因）氢质子密度氢质子运动速度T1弛豫T2弛豫操作因素（外因）–外磁场强度与均匀性–射频脉冲序列–序列定时参数–信号叠加次数磁共振图像的基本参数成像参数1、重复时间TR2、回波时间TE3、反转时间TI4、层面厚度5、层间距6、重建野7、矩阵8、激励次数9、扫描层数10、扫描时间图像参数–1、MRI编号（MRI号）–2、系统编号（Ex）–3、序列号（Se号）–4、图像号（Im号）–5、姓名、性别、年龄–6、日期、时间–7、窗宽、窗位TR、TE构成T1WI、T2WITR＞1000TE＞50T2WITR＜500TE＜50T1WITR＞1000TE＜50PdWITI构成反转恢复序列层厚与间隔构成分辨率FOV构成图像大小矩阵构成图像清晰度NEX构成清晰度和扫描时间在一定的TR时间内层数与时间无关影响扫描时间的参数有TR、矩阵、激励次数磁共振图像上的标记的意义OAx-轴位OSag-矢位OCor-冠位S-`0`位线上I-`0`位线下R-`0`位线右L-`0`位线左A-`0`位线前P-`0`位线后磁共振图像上的标记的意义中央沟大脑外侧裂磁共振成像的读片顺序1、按时间排列图片；2、按序列排列图片；3、先读平扫再读增强；4、先读T1WI，T2WI，再读其他序列；5、功能图象只是诊断的参考。正常轴位图像脑叶定位了解中央沟的位置；了解大脑外侧裂的位置；额叶占大脑半球的3/5；在大脑半球上层面，额叶占2/3；颞叶位于外侧裂之外，枕叶位于侧脑室后角附近，基底节位于脑室前角和三角区之间。上层面中央沟位置中央沟额叶顶叶半卵圆中心脑室层面中央沟位置中央沟额叶顶叶放射冠基底节区与枕叶范围尾状核额叶颞叶岛叶丘脑枕叶内囊豆状核外囊外侧裂与颞叶位置大脑外侧裂颞叶后颅凹与枕叶的关系小脑枕叶常见磁共振成像扫描序列SE（FSE）-自旋回波（快速自旋回波）T1WIT2WIGRE-梯度回波T2*WIIR-反转回波（包括T2FLAIR和T1FLAIR）弥散加权（DWI）脂肪抑制（T1脂肪抑制、T2脂肪抑制）MT-磁化传递TOF-时空飞跃血管成像其他扫描序列灌注加权（PWI）弥散张量成像（DTI）质子波谱成像（MRS）三维容积成像脑功能成像（fMRI）磁共振成像的基本序列是T1加权成像（T1WI）和T2加权成像（T2WI），任何磁共振检查都必需有T1和T2图像；T1图像—了解脑内结构T2图像—发现病变脑内同一扫描方向上，各个序列扫描的参数是匹配的，即层厚、间隔、位置是相同的，这样才能有效的对比不同序列的信号特点。三、正常磁共振图像的特征脑组织结构完整脑组织界面清晰中线及中线旁结构居中脑室系统的形态、大小及位置完好脑沟、脑池的形态、大小无改变各扫描序列中脑内未见异常信号正常血管流空现象存在颅骨结构无破坏与增生脑内无异常强化正常轴位T1WI正常轴位T2WI液体衰减反转恢复序列（Flair）该序列是近年发展起来的扫描序列，分为T1Flair和T2Flair两种，T1Flair主要有显著的灰白质对比度，图像的组织界面清晰。T2Flai是T2WI序列重要的补充，主要是通过编制扫描序列中不同的脉冲方式，达到抑制自由水，突出显示结合水的目的。T2Flai序列能够充分显示脑室旁、脑沟旁病灶。除对脑血管病的诊断具有重要作用，对多发性硬化、脑炎、囊肿与实质性病灶鉴别、肿瘤与水肿的区分以及脑外伤的诊断非常有效。目前该序列已经是常规扫描序列。在T2Flai图像上，正常脑室与脑沟、脑池为低信号。正常情况下脑室旁可以有少许室管膜下渗出为高信号，除此之外一旦发现高信号即为异常。正常轴位T2Flair正常轴位T1Flair弥散加权成像（DWI）•弥散加权成像的基本原理是分子的不规则随机运动，单位是mm2/s；•MR弥散成像的宏观表现用表观弥散系数ADC表示，正常组织的ADC值在6~8×10-4mm2/S。在正常脑组织中水分子的弥散方向是均匀的，所表现的ADC值是相对稳定的；脑梗死发生时，首先是细胞毒性水肿，细胞内水份增加，水分子的弥散受限制，即ADC值降低，故弥散加权成像上病灶表现为高信号，而ADC图上表现为低信号。在脑梗死后期，细胞破裂和血管源性水肿，水分子的弥散又恢复正常，表现为弥散加权上高信号逐渐减低，ADC值逐渐增高，在1周至10天左右恢复正常，即假正常化。一般DWI上信号恢复慢于ADC的恢复，当DWI仍是高信号，而ADC未见低信号是，即为亚急性期。弥散加权成像最早用于检出超早期脑梗死，目前还用于对肿瘤、脱髓鞘病、脑炎等的诊断。正常轴位DWI梯度回波（GRE）采用小反转角度，得到T2*WI图