磁共振影像学

磁共振成像诊断学黑龙江中医药大学临床医学院姚家琪第一章总论第一节概述一、磁共振的现状与展望磁共振影像学的重要性随着医学影像学的迅猛发展，医学影像学，尤其是磁共振影像诊断在医疗诊断中起到了举足轻重的位置。特别在诊断颅脑神经病变、脊髓病变、股骨头病变、肝胆疾病、泌尿系等疾病中有一些是其他仪器设备不可替代的。历史回顾1946年美国Stanford大学的Bloch和Harvard大学的purcell同时独立地观察到NMR现象，并因此而获得1952年诺贝尔物理学奖。1951～1972年间，NMR主要被物理学家和化学家用来研究分子结构。1972年—纽约州立大学Lauterbur首先提出了利用磁场和射频相结合的方法来获得核磁共振图像（两个充水试管MR像）。1974年—Lauterbur做出活鼠MR像。1977年—英国阿伯丁大学的Hinshow和Bottomley取得了第一幅人手腕关节剖面MR像。Damadian获得胸部MR像。1978年—英国阿伯丁大学Mallard取得了人体头部的磁共振像。1980年—NMR机成型商品化。1981年—完成了NMR全身扫描的图像。1980年Ackerman等首先使用NMR表面线圈进行成像。20世纪80年代中期，为了突出NMR无电离辐射的优点，并避免因“核”而造成“核辐射”的误解，临床医生建议将NMR成像改变MR成像。1989年—国产MR机商品化。1993年—至今，MR机更新换代发展迅速，目前以形成以下几种形式：综合型（0.3T—2.0T）开放式（OPEN以低场为主）专业型（神经、心脏、骨关节、乳腺等）超高场机型（3.0T以上）超高速型（扫描成像速度极快、亚秒级，具有MR实时成像及多种功能）现状与发展1984年Schorher和Carr等首先在临床上应用MR造影剂Gd-DTPA。1986年Hasse等开始应用快速MRI技术。在这之后的十余年间，超快速成像技术如EPI、螺旋MRI和MRI透视技术（MRfluoroscopy,也称MR实时成像real-timeMRI、或动态MR扫描技术dynamicMR）也得到了飞速发展。近些年来又兴起了介入MRI(interventionalMRI)治疗技术。如：MR引导下热消融治疗，在目前影像技术中只有MRI能对组织温度和温度所引起的组织变化进行适当监测。MRI自20世纪80年代用于临床，第一次实现了人体解剖三维成像。然而MR的发展，就扫描速度、清晰度及临床应用而言，主要的发展是在电子学梯度场、射频场等方面，特别是脉冲序列和实时成像技术的发展。成像速度从以前的每层以分计算到目前的每层以秒计算，从而实现实时成像显示层面影像，甚至3D、4D等后处理影像及MR透视。正是有了实时成像技术和其开发的回波平面序列，除提高已有的性能外，MR功能性成像进一步得到了发展。灌注成像（PWI）、扩散成像（DWI）、血氧水平依赖性成像成为新的成像方式，前二者反应的已不是大体形态学信息，而是分子水平的动态信息，后者可以实施大脑皮质的功能定性，张力成像可测定组织的张力差别。随着新型磁共振机的开发，揭开了磁共振应用领域新的一页，即运动MR和介入MR的应用和研究。MR血管成像、MR水成像、MR血流成像、脏器功能的检测、MR波谱分析、动脉血质子标记技术、抗血管生成因子辅助MR功能成像等技术。磁共振成像进一步突破了影像学仅应用于显示大体解剖和大体病理学改变的技术范围，向显示细胞学的、分子水平的以至基因水平的成像方面发展，未来虚拟现实技术将用于MR成像，为MRI提供便捷、简易和无创伤的影像诊断。二、磁共振成像检查的优点1．在所有医学影像学手段中，MRI的软组织对比分辨率最高，它可以清楚地分辨肌肉、肌腱、筋膜、脂肪等软组织；例如：区分较高信号的心内膜、中等信号的心肌和在高信号脂肪衬托下的心外膜以及低信号的心包。2．MRI具有任意方向直接切层的能力，而不必变动被检查者的体位，结合不同方向的切层，可全面显示被检查器官或组织的结构，无观察死角。3．MRI属无创伤、无射线检查，避免了X线或放射性核素显像等影像检查由射线所致的损伤。MRI扫描对人体无害。4．MRI成像参数多，包含信息量大，以应用最广泛的自旋回波（spinecho，SE）为例，此技术可获取三种性质不同的图像：T1加权像（T1WI）、T2(T2WI)加权像和质子密度(PDWI)加权像。MRI的成像潜力十分巨大，为临床应用提供了广阔的研究领域。5．MRI具有较高的空间分辨率，优于超声心动图和放射性核素显像，接近DSA和CT的水平。6、无骨伪影7、无需对比剂可进行心脏和血管成像，MRA、MRCP、MRU等第二节基础知识一、磁共振的形成磁共振现象是指具有磁性的原子核处在外界静磁场中，并用一个适当频率的射频电磁波来激励这些原子核，从而使原子核产生共振，向外界发出电磁信号的过程。磁共振现象产生有三个基本条件：①具有磁性的原子核②外界静磁场③适当频率的电磁波（一）磁性原子核原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，而中子不带电，且原子核一直处于自旋之中。人体内具有磁性的原子核有：氢（1Ｈ）、碳的同位素（13C）、氟（19F）、磷（31P）、钠（23Na）、14N氮、39K钾、17O氧等。氢原子内只有一个质子和原子核周围的一个电子，电子的质量很小，与质子相比较而言可忽略不计。在核磁物理中通常把氢原子简单地认为就是质子。人体中各种组织含有丰富的氢原子，约占人体重的2/3以上，同时氢原子核在自然界中也是一个最简单的核，并且它的磁敏感性最强。因此我们在MRI中利用的是人体中的氢原子核。（二）主磁场：在没有外界磁场的情况下，尽管人体内部所有质子都具有磁性，但这些质子的自旋轴在人体内部的排列是无序的，以至于它们之间的磁矩相互抵消，总磁矩等于0。当人体处于外界强磁场中，通过质子与外界磁场的相互作用，使人体内部的所有质子进行排列。磁体主要分为：①永久磁体②电阻型磁体（常导型磁体）③混合型磁体（永久＋电阻）④超导磁体（三）激励与磁共振：磁共振现象的产生，首先必须使高能级的质子数目，多于低能级的质子数目，射频脉冲用于激励平衡状态的原子核系统，使低能级的质子通过吸收射频的能量后，跃迁至高能级状态。二、基本概念（一）什么是Tesla?Tesla(T)是一个磁场强度单位，中文译为特斯拉，一单位T等于10000G（Gauss）中文译为高斯，地球的自然磁场强度为0．3～0．7Gs，南北有所不同。0.5T以下的MRI仪称为低场机；0.5T—1.0T称为中场机；1.0T—2.0T称为高场机（1.5T为代表）；2.0T以上称为超高场机（3.0T为代表）（二）MR的信号产生MR成像过程中，每个组织都将经过磁共振物理现象的全过程。组织经过B。激发后，吸收能量，磁矩发生偏离B。横向(XY平面)出现了磁矩，处于高能态中。B。终止后，横向上的磁矩将很快消失，恢复至激发前的零状态，其中，由RF脉冲激发而吸收的能量将通过发射与激发RF频率相同的电磁波来实现能量释放，这个电磁波就是MR信号的来源，也叫回波，是MRI的基础。图l一4—3A、B、C、D、E说明纵向磁矩从最大被激发后翻转为横向，纵向z轴处于零状态，然后纵向磁矩逐渐随时间延长而增大，直至到原来状态。（三）常用基本术语1、信号：人体组织或病变，在MRI影像中用高信号、等信号、低信号、混杂信号来表示组织或病变的黑、白、灰程度。2、弛豫（relaxation）：指磁化矢量恢复到平衡状态的过程。3、T1（纵向弛豫）：纵向磁化矢量从零向最大值恢复的过程。长T1表示在T1WI上为低信号，短T1表示在T1WI上为高信号。4、T2（横向弛豫）：横向磁化矢量从最大幅度减到零的过程。长T2表示在T2WI上为高信号，短T2表示在T2WI上为低信号。5、TE（timeofecho）：回波时间，每次激发射频脉冲到回波采集的间隔时间。TR（timeofrepetition）：重复时间，指两个基本序列之间的间隔时间。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6、T1WI(T1–weightedimage)T1加权：显示解剖图像为主。为短TR和TE,一般为TR：400～600ms,TE:15~30ms7、T2WI(T2–weightedimage)T2加权：显示病变。为长TR和TE,一般为TR：2000ms以上,TE:80ms以上。8、质子密度加权像(PDWI):：长TR、短TE，一般TR：2000ms，TE：30～40ms（四）常规成像序列1.SE序列（spinecho,SE）自旋回波序列：常应用在T1WI成像上。2.快速成像序列（1）梯度回波（gradientecho,GE）序列。（2）快速自旋回波（fastspinecho,FSE）序列：常用于T2WI成像上。（3）平面回波成像（echoplanarimaging,EPI）序列：常用于①腹部屏气扫描②脑组织弥散成像（diffusionweightedimaging,DWI）；③肌肉骨骼系统。3.反转恢复（inversionrecovery,IR）序列（1）脂肪抑制序列（shorttallinversionrecovery,STIR）：短时间反射恢复法。（2）水抑制序列（fluidattenuationIR,FLAIR）：自由水抑制反射恢复法。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。三、MRI的一些特殊功能1.MRA、MRV：MR的动脉（静脉）成像技术不需要造影剂，利用时间流逝法（timeofflight,TOF）或相位对比法（phasecontrast,PC）2.MRCP(MRcholangiopancreatograhy,MRCP)MR胰胆管水成像。3.MRU(MRUrography)MR尿路水成像。4.MRG或MRC(MRGastrography,MPG;MR-co-lonography,MRC)MR胃、结肠水成像。5.MRM(MRmyelography)：磁共振锥管水成像。功能MR成像(fMRI):1、灌注加权成像(Perfusion-WeightedImaging)PWI，包括外源性和内源性。2、扩散（弥散）加权成像(Diffusion-WeightedImaging)DWI分子扩散的程度用表观扩散系数(apparentdiffusioncoefficient,ADC)表示,经处理后形成ADC图内源性PWI称血氧水平依赖法（BOLD）简单原理神经元兴奋区兴奋性升高--兴奋区静脉血中氧和血红蛋白相对升高---去氧血红蛋白相对减低--去氧血红蛋白的顺磁作用，可使T2*信号减低--由于去氧血红蛋白的减少--3.扩散张量成像（diffusiontensorimaging,DTI）是在充分研究各向异性的基础上提出的最新扩散成像技术各向异性扩散（anisotropicdiffusion,AD）限制性扩散在不同的方向上可有利于分子扩散或限制分子扩散部分各向异性(fractionalanisotropy,FA)，经处理后形成FA图相对各向异性(relativeanisotropy,RA)4.MR波谱分析(MagneticResonancespectroscopy，MRS)5.血氧水平依赖(bloodoxygenationleveldependent,BOLD)功能磁共振成像6.磁敏感加权成像(susceptibilityWeightedImaging,SWI)可有清晰显示小出血灶，应用于铁沉积、肿瘤、脑梗死、出血和帕金森病等。正常脑功能fMRI研究可应用于如下几方面血氧水平依赖(bloodoxygenation