核磁共振MRI 基本原理及读片

磁共振成像MagneticResonanceImaging中国石油中心医院磁共振室杨景震基本原理及读片主要内容医学影像学概况及磁共振技术的发展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影像学检查常见名词概念读片医学影像学的形成1895年Röentgen发现X线，形成放射诊断学（diagnosticradiology）20世纪50年代出现超声（ultrasonography,USG）检查20世纪60年代出现核素(ν-scintigraphy)扫描20世纪70年代出现CT(x-raycomputedtomography,CT)检查20世纪80年代出现MRI(magneticresonanceimaging,MRI)检查20世纪80年代出现发射体层成像（emissioncomputedtomography,ECT）20世纪90年代正电子发射体层成像（positronemissiontomography,PET)20世纪70年代以后兴起介入放射学(interventionalradiology)21世纪初出现CT-PETX线源体外放射源（核素）声能磁场微电子技术计算机技术医学影像学各种技术涉及：当今的医学影像学内容包括：传统X线诊断学透视照相（普通Ｘ摄影、体层摄影）造影计算X线摄影(computedradiography，CR)数字X线摄影（Digitalradiography，DR)X线CT(computedTomography，CT)数字减影血管造影（DigitalSubtractionAngiography，DSA）介入放射学（interventionalradiology)超声成像（UltrasonicImaging）发射型计算断（体）层摄影（EmissioncomputedTomography，ECT）正电子发射型计算断（体）层摄影（PositronEmissioncomputedTomography,PET）单光子发射型计算断（体）层摄影（SinglephotonEmissioncomputedTomography,SPECT）磁共振成像（MagneticResonanceImaging,MRI）分子影像学（MolecularImaging）21世纪最前沿课题技术：PET或PET-CT、MR、CT、光学成像（生物发光、荧光）信息放射学系统（radiologyinformationsystem)图像存档与传输系统（PictureArchivingandCommunicationSystem,PACS)影像科管理、qualitycontrol,QC、qualityassurance,QA.全新的医学影像学在医学领域的应用包括：★影像诊断学：X线、CT、DSA、MRI、US、ECT等。★影像介入性治疗学：DSA、超声、CT、MR等。★信息放射学：影像学工作管理、质控；影像的传输与存储（PACS）存储、传输、远程会诊（远程放射学teleradiology)1946发现磁共振现象BlochPurcell1971发现肿瘤的T1、T2时间长Damadian1973做出两个充水试管MR图像Lauterbur1974活鼠的MR图像Lauterbur等1976人体胸部的MR图像Damadian1977初期的全身MR图像Mallard1980磁共振装置商品化2003诺贝尔奖金LauterburMansfierd时间发生事件作者或公司磁共振发展史MR成像基本原理实现人体磁共振成像的条件: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有一个稳定的静磁场（磁体）：常导型、永磁型、超导型。0.15－3.0T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信号接收装置：各种线圈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MzMyx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ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脉冲前的磁化矢量MzB:施加90度RF脉冲后的磁化矢量Mxy.并以Larmor频率横向施进C:90度脉冲对磁化矢量的作用。即M以螺旋运动的形式倾倒到横向平面ABC在这一过程中，产生能量B0ZZZZZYYYYYXXXXX90度（3）－（5）该过程称弛豫(relaxation)，即将能量（MR信号）释放出来。整个弛豫过程实际上是磁化矢量在横轴上缩短（横向或T2弛豫），和纵轴上延长（纵向或T1弛豫）。而人体各类组织均有特定T1、T2值，这些值之间的差异形成信号对比（1）静磁场中（2）90度脉冲（3）脉冲停止后（4）停止后一定时间（5）恢复到平衡状态纵向弛豫或称自旋－晶格弛豫(T1弛豫)横向弛豫或称自旋自旋弛豫(T2弛豫)●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，即释放能量（形成MR信号），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弛豫为主，故称为T1加权像（weightedImagingWI）。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层面成像、成像参数多、任意多方位直接成像、血管流空效应人体不同组织的MR信号特点黑白灰度对比：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黑色素瘤：短T1、短T2磁共振成像检查方法MR检查方法普通检查：采用不同脉冲序列、不同方位，对病变部位进行扫描（包括脂肪或水抑制）。FSFLAIR（FluidAttenuatedInversionRecovery)抑制水的重度T2加权像,也称黑水技术。即抑制自由水，如脑脊液，对邻近脑脊液病变的显示更有利。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。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：血管成像（MagneticResonanceAngiographyMRA）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水成像胆道成像（MagneticResonanceCholangio-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。尿路成像（MagneticResonanceUrography）MRU不使用造影剂，利用尿液进行成像。硬膜囊成像（MagneticResonanceMyelography）MRM不使用造影剂，利用脑脊液进行成像。内耳膜迷路成像（MagneticResonanceLabyrinthography)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。仿真内窥镜：同CT一样，利用计算机所作的图像的后处理技术之一MRI三维重建MR电影成像（MagneticResonancecineMRC）: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）轻看flash功能MR成像(fMRI):从范围上有1、灌注加权成像(Perfusion-WeightedImaging)PWI包括外源性和内源性。2、弥散加权成像(Diffusion-WeightedImaging)DWI3、MR波谱分析(MagneticResonancespectroscopy)MRS神经元兴奋区兴奋性兴奋区静脉血中氧和血红蛋白相对去氧血红蛋白相对去氧血红蛋白的顺磁作用，可使T2*信号由于去氧血红蛋白的减少神经元兴奋区信号相对内源性PWI称血氧水平依赖法（BOLD）简单原理外源性灌注加权成像PWI：用超快速MR扫描技术，进行造影剂跟踪，显示造影剂首次通过的组织血流灌注情况并依需要作延迟增强（常用于脑、心肌的检查）弥散加权成像DWI：是以MR流动效应为基础的成像方法。与MRA不同的是：MRA观察的是宏观的血流现象，而DWI观察的是微观的水分子流动扩散现象脑发生缺血时,PWI先有异常,出在6小时内(超急期),此时溶栓治疗,疗效最佳；若出现DWI异常时,则易出血；若T2WI出现病灶时,则为不可逆的。PWI-DWI-T2WI脑弥散加权成像（DWI）是使用一对大小相等、方向相反的扩散敏感梯度场。该梯度场对静止组织作用的总和为零，但水分子在不断扩散，受该梯度场影响而产生相位变化。梗死区域水含量增加，其早期细胞毒性水肿使水分子扩散下降，而在产生T2信号改变之前，在DWI显示出早期的脑梗死。右侧急性轻瘫，症状4小时T2加权像无异常同一时间，弥散加权像（4秒）见大片高信号C-E同一时间，团注对比剂5-10秒内的灌注成像。缺血区显示对比剂到达延迟（C）。D为病变区对比剂消散延迟。E为45秒后灌注基本趋于正常理解弥散成像的原理细胞正常，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细水子分DTI的物理神经束对MR机的三个轴(X,Y,Z,)的关系形成其在MR成像中的方向性,并导致与方向有关的弥散测量(各向异性)3-D弥散呈椭圆形,三个本征矢量代表其弥散方向,本征值确定其形态本征矢量本征值本征值三个本征矢量的矩阵源于弥散方向性的张量(ADC’)弓形纤维的神经束图弓形纤维短联合纤维束a胼胝体的神经束图冠状面(与彩色编码的FA图融合）横断面矢状面胼胝体上纵束下纵束皮质脊髓束多神经束的神经束图矢状面横断面各神经束可随意标示为各种不同颜色FLAIRT2WIT1WIC+T1WIC-脑膜上皮型脑膜瘤常规MRI显示脑膜瘤的典型表现何神经束受犯？良性脑膜瘤瘤？较大量瘤细胞浸润？上纵束向下移位脑膜上皮型脑膜瘤彩色编码的FA图神经束成像图彩色编码的FA图在彩色编码的FA图和神经束成像图上显示一良性肿瘤所造成的神经束推移征，即上纵束和放射冠被推移，但仍保持原来色彩，符合脑膜瘤的诊断。显示胶元纤维所构成