核磁共振成像新技术及其应用

核磁共振成像新技术及其应用（上）概述磁共振现象是1946年由美国斯坦福大学布洛赫（F.Bloch)和哈佛大学珀赛尔（E.M.Purcell)各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖2003年美国科学家保罗.劳特布尔（PaulC.Lauterbur)和英国科学家彼得.曼斯菲尔德(Peter.Mansfield)因磁共振成像卓越贡献被授予诺贝尔生理学或医学奖磁共振成像（MRI）磁共振成像定义一种生物磁自旋成像技术，利用氢核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激发后产生信号，用接收线圈检测并输入计算机，经处理转换形成图像。磁共振系统组成磁体梯度场射频系统计算机系统辅助设备场强分类低场（＜0.5T〕代表有0.15T-0.35T永磁型MR高场（1.0T－2.0T）代表有超导型1.5TMR超高场(＞2.0T）代表有超导型3.0TMR中场（0.5－1.0T)代表有0.5TMR为什么要选择高场强MR高场强MR优势：提高质子磁化率，增加信噪比（成平方倍数提高）扫描时间缩短增加化学位移效应使MRS对代谢物分辨力提高增加化学位移效应使脂肪饱和技术更易实现增加BOLD效应，使脑功能成像的信号变化更明显临床应用大幅扩展不足：成本增加、噪声增加、SAR值增大、各种伪影可能增加MR临床应用优势项目：中枢神经系统骨关节、软组织眼、耳、鼻、喉实质脏器血管、心脏乳腺有待改进或不足：肺部胃肠道冠状动脉MR检查安全性铁磁性物质体内置入物MRI噪声幽闭恐惧症妊娠（妊期≤3月、不主张用钆类对比剂）致冷剂安全性MRI新技术临床应用中枢神经系统1.弥散加权成像（DWI）2.弥散张量成像（DTI）3.脑灌注成像（PWI）4.磁化率敏感成像（SWI）5.脑血管成像（MRA、MRV）6.波谱分析（MRS）7.脑功能成像（f-MRI）8.刀锋伪影校正技术（BLADE）弥散加权成像(DWI)DWI是目前惟一能够检测活体组织内水分子扩散运动的无创方法原理为射频脉冲使体素内质子的相位一致，射频脉冲关闭后，由于组织的T2弛豫和主磁场不均匀将造成质子逐渐失相位，从而造成宏观横向磁化矢量的衰减临床应用：最早用于超急性、急性脑缺血诊断，目前应用不断扩展至各实质脏器病变诊断DWI男，49岁，突发右侧肢体无力1hDWI病史：男，73y，右侧肢体乏力6hDWI（b=1000)显示病变范围较T2WI广泛DWI弥散加权成像生成ADCmap图，可进行定量检查兴趣区的ADC值，藉此推断组织的水分子弥散情况ADC图弥散张量成像（DTI）利用组织中水分子弥散的各向异性(anisotropy)来探测组织微观结构的成像方法脑白质的各向异性是由于平行走行的髓鞘轴索纤维所致，脑白质的弥散在平行神经纤维方向最大，即弥散各向异性FA最大，接近于1这一特性用彩色标记可反映出脑白质的空间方向性，即弥散最快的方向指示纤维走行的方向DTI是一种用于研究中枢神经系统解剖神经束弥散各向异性和显示白质纤维解剖的磁共振技术弥散张量成像（DTI）DTIDTI在神经系统疾病诊断方面的作用1.胶质瘤对于高级别胶质瘤和转移瘤的DTI研究表明：高级别胶质瘤水肿周边正常白质的ADC值明显高于转移瘤组，而FA值要低于后者。因此可以通过对水肿周边正常白质的ADC值和FA值的测量来区分高级别胶质瘤和转移瘤，尤其在单发转移瘤与高级别胶质瘤的鉴别诊断中可发挥作用。DTI2.脑膜瘤研究报道ADC值和FA值有助于脑膜瘤良恶性的鉴别，恶性脑膜瘤肿瘤实质区ADC值明显低于良性脑膜瘤实质区；恶性脑膜瘤瘤周白质FA值低于或轻度低于良性脑膜瘤瘤周白质。良性脑膜瘤瘤周白质表现为纤维束受压移位或无明显变化；恶性脑膜瘤瘤周水肿区、瘤周白质均出现较明显的纤维束缺失DTI3.肌萎缩性侧索硬化症（ALS）有研究发现：在内囊后肢和大脑脚平面，ALS患者的FA值下降，提示存在皮质脊髓束变性，DTI可以在活体无创性地对锥体束及其潜在病变进行检测和评价，对确定ALS的诊断及加深对该病的认识可提供有用的信息DTIDTI在神经系统疾病(尤其胶质瘤)治疗方面的作用1.术前评估DTI可以清晰地界定脑肿瘤(尤其如胶质瘤)与正常脑组织、瘤周水肿的界限，对于术前确定手术切除范围具有重要的指导意义。2.术中导航亦有报道称通过对手术台和MR操作设备的联合设计实现在术中进行DTI,做到精确切除神经系统肿瘤残留组织3.术后随访脑肿瘤(尤其是胶质瘤)手术以及放化疗后状况的准确评估一直以来是个难题。脑肿瘤的术后复发或残留因具有较高的细胞密度和细胞外间隙小等原因，其ADC值低于术后残腔，而DWI信号增高脑灌注成像（PWI)动态磁敏感增强灌注成像（DSCPWI）是最先用于脑部，反映组织血流灌注情况顺磁性对比剂高压注射后，以2ml/s或更快速率，对10层～13层，反复成像，观察对比剂通过组织信号变化情况，连续测量，产生时间一信号强度曲线，分析曲线、对每个像素积分运算得到rcBV、rcBF、MTT、TTP图、DSCPWI临床应用，PWI早期发现急性脑缺血灶，观察血管形态和血管化程度评价颅内肿瘤的不同类型。PWI可早期发现心肌缺血，还可评价肺功能和肺栓塞、肺气肿。PWI病史：反复右侧肢体乏力，可恢复。PWI显示左侧放射冠血流量有所减低，平均通过时间和达峰时间稍有延长，但血容量正常，提示左侧放射冠缺血。脑缺血应用PWI脑肿瘤应用病史：左额叶胶质瘤术后3年复查，术区未见异常高灌注区，提示无复发。动脉自旋标记PWI动脉自旋标记（aterialspinlableing，ASL）法是利用动脉血液中的质子作为内源性对比剂，需用特殊设计的脉冲序列对流入组织血液质子进行标记、检测来反映组织的血流动力学信息。ASL应用现状脑缺血：缺血早期（30分）显示缺血区脑肿瘤：测定肿瘤血流量，对肿瘤分级、鉴别原发与转移以及评价疗效感觉、运动、认知功能研究（研究热点）ASL左额脑膜瘤磁敏感成像（SWI）是一个三维采集、完全流动补偿的、高分辨率的薄层重建的梯度回波序列通过数据采集和图像处理最终产生强烈的幅度像对血液、出血非常敏感。对显示组织微小出血、静脉、磁性物质、钙化敏感磁敏感成像（SWI）临床应用1.脑血管早期，微量出血（脑淀粉样血管病、脑动脉粥样硬化微量出血）2.脑血管畸形3.静脉窦病变4.脑外伤5.神经系统变性疾病（铁质增加：亨廷顿病、阿尔茨海默病、多发性硬化、肌萎缩侧索硬化等）SWI病史：右侧头痛多年，SWI显示海绵状血管瘤SWIT1WISWI梗塞后少许出血：红箭显示斑点低信号SWISWIMRA根据原理分为两类：1、依靠血液流动特性来实现的MRA，包括时间飞跃法（time-of-flighttechnique，简称TOF）和相位对比法（phasecontrasttechnique，简称PC）2、对比剂增强磁共振血管成像对比剂增强磁共振血管成像（contrastenchancedmagneticresonanceangiography，CE-MRA）MRA：TOF和PC由于流动血液的MR信号与周围静止组织的MR信号差异而建立图像对比度的一种技术这种技术可以用于测量血流速度，观察血管和血流状态的特征优缺点（1）常规MRA作为一种无创性检查，不需使用对比剂，流动的液体即是MRI成像固有的生理对比剂。无放射损伤，操作方便。（2）扫描时间长；涡流可引起散相位，局部信号降低；层面内血流部分被饱和，信号降低和丢失，经MIP重建后会出现“竹节状”伪影，小血管分支显示不佳。MRA：TOFMRA:PCMRA：脑血管狭窄左侧大脑中动脉狭窄CE-MRA依赖于Gd-DTPA将邻近的自旋质子的T1时间显著缩短，使动静脉血液与周围组织之间的T1时间产生差别而成像。优缺点（1）扫描快速、多时相显示、伪影少；减影方法可以去除短T1物质的干扰；无创伤性，对比剂使用剂量小；避免因扭曲血管、湍流及慢血流等所致信号丧失。（2）操作相对复杂，要求扫描与注射过程准确配合，才能使K空间中心与对比剂注入中心重叠。CE-MRA左侧锁骨下动脉狭窄CE-MRA右侧椎动脉狭窄MRV运用相位对比（PC法）采集静脉像应用：1脑静脉病变：静脉窦血栓、畸形等2肿瘤与静脉窦的关系3用PC法测量静脉血流MRV脑膜瘤压迫右侧横窦MRV：病例男，27岁.因“头痛二天，意识不清伴肢体抽搐2小时急诊CT：提示双侧半球见多灶出血，静脉窦密度增高。MRVMRV:矢状窦不显影T2W：流空不明显MRVCT增强扫描：矢状窦弥漫性充盈缺损磁共振频谱分析（MRS）是目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的唯一方法。普通MRI提供的是组织的形态信息，而MRS则可提供组织的代谢信息MRS的原理由于所处的分子结构不同造成同一磁性原子核进动频率差异的现象称为化学位移现象。以H质子为例，对目标区域施加经过特殊设计的射频脉冲，其频率范围要求含盖所要检测代谢产物中质子的进动频率。然后采集该区域的MR信号（可以是FID信号或回波信号），该MR信号来源于多种代谢产物中质子，由于化学位移效应，不同的代谢产物中质子进动频率有轻微差别，通过傅里叶转换可得到不同物质谱谱线的信息。MRS目前应用于临床的MRS主要是1H、31P的波谱，一般用于（1）脑肿瘤的诊断和鉴别诊断；（2）代谢性疾病的脑改变；（3）脑肿瘤治疗后复发与肉芽组织的鉴别；（4）脑缺血疾病的诊断和鉴别诊断；（5）前列腺癌的诊断和鉴别诊断等；（6）弥漫性肝病；（7）肾脏功能分析和肾移植排斥反应等。脑1HMRS分析的主要代谢产物有：（1）NAA（N-乙酰门冬氨酸），主要存在于神经元及其轴突，可作为神经元的内标物，其含量可反映神经元的功能状态，含量降低表示神经元受损；（2）肌酸（Cr），能量代谢产物，在脑组织中其浓度相对稳定，一般作为脑组织1HMRS的内参物，常用其他代谢产物与Cr的比值反映其他代谢产物的变化。（3）胆碱（CHo），主要存在于细胞膜，其含量变化反映细胞膜代谢变化，在细胞膜降解或合成旺盛时其含量增加。在脑肿瘤时，常有Cho升高和NAA降低，因此Cho/NAA升高，尤以恶性肿瘤更为明显。多发硬化等脱髓鞘病变如果Cho升高，往往提示病变活动。（4）乳酸（Lac），为糖酵解的终产物，一般情况下1HMRS无明显的Lac峰，但在脑缺血或恶性肿瘤时，糖无氧酵解过程加强，Lac含量增高。MRS右额叶胶质瘤：CHO明显增高，NAA显著减低方法：单体素多体素二维成像MRS多形性胶质母细胞瘤二维波谱成像：CHO明显升高，NAA下降MRS二维波谱：双侧额叶弥漫病变，MRS显示：CHO明显增高，NAA降低胶质瘤病脑功能成像（f-MRI)原理：脱氧血红蛋白主要缩短T2驰豫时间，引起T2加权像信号减低，当脑活动区域静脉血氧合血红蛋白增加，脱氧血红蛋白浓度相对减低时，导致T2时间延长，在T2WI上信号增强。所以脑功能成像时，活动区T2WI上表现为高信号。fMRI成像需要高场强结合高梯度场及快速切换率的MR设备。fMRI能对神经活动进行成像。fMRI检查协助脑外科医生制定手术计划，避免术中损伤皮层。精神病学临床应用正在研究。fMRI可用于评价脑卒中患者的中枢损害及功能重组情况，在指导康复中起重要作用。f-MRI手指运动激活，大脑中央前回明显激活f-MRI刀锋成像技术K空间中心部分主要决定MR图像的对比度，而外周部分决定图像的空间分辨率，因此采用先中心后外周的填充方式可在最短时间完成中心部分的扫描，最大程度的减少运动造成的影响BLADE技术，K空间填充采用类似刀锋一样旋转的填充法，减少运动带来的伪影刀锋技术谢谢！