磁共振成像基础入门ppt

写在前面磁共振成像目前已经成为临床常用且依赖性很强的影像学检查技术之一。医学生或年轻医师通过学习和了解，应该逐步熟悉或掌握其知识要点，这对于不同专业都非常重要。本课件分1-7部分，用于临床医学专业本科生选修课教学。磁共振成像MagneticResonanceImaging（基础部分）河北医科大学石油临床学院影像学教研室杨景震（注：内有动画设置，浏览时需采用幻灯放映模式）（2014修改版）主要内容磁共振技术的发展及概况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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成像技术的发展：四个阶段20世纪70年代中—80年代初：初步认识、逐步完善成熟阶段。80年代初—90年代初：广泛应用，但仅限于T1\T2层面成像。注重于解剖结构及形态的变化。90年代初—90年代末：快速发展阶段。检查时间缩短、随着快速或超快速成像技术的应用，扩散加权、灌注加权、MRA、水成像、功能成像等技术用于研究功能与活动机制。90年代末—21世纪至今天：上述技术不断成熟的同时，有多种成像方法进入临床应用，并进入磁共振分子影像学阶段。磁共振设备按照场强分为：低场强、中场强、高场强、超高场强0.4T以下0.5-1.0T1.5-3.0T7.0T以上磁体类型：永磁型、超导型（也有将3.0T列为超高场强）特斯拉（Tesla,T）NikolaTesla(1857-1943),奥地利电器工程师，物理学家，旋转磁场原理及其应用的先驱者之一。1T=10000G（高斯）RaymondDamadian与第一台MRI装置（1977）MRI基本原理普通CT成像示意图螺旋CT原理示意图磁共振没有射线实现人体磁共振成像的条件:利用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）：永磁型、超导型0.15-0.4T、0.5-1.0T、1.5T、3.0T-7.0T或以上。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：H核子自然状态：磁矩和角动量互相抵消，人体不显磁性。外加磁场中H核子状态：人体处于轻度磁化状态，在顺／逆主磁场方向的两种排列方式中，顺向者多，磁矢量经正负方向相互抵消后，保留7／百万的H核子用于MR信号接收，这些顺向排列（低能态）形成的磁矢量联合形成总磁矩M，并与静磁场（B0）方向相同。施加射频（RF）脉冲后H核子状态：外加一个与主磁场成一定角度（90度）的短暂射频脉冲。该脉冲的频率与质子的进动频率相同，则H核子受到激励，由原来的低能态跃迁到高能态，形成了H核子“共振”现象。射频（RF）脉冲停止后H核子状态：射频脉冲停止，接受到能量后的“高能态”质子以电磁波的形式将所吸收的能量散发出来。其横向磁化消退，纵向磁化恢复。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M。zMZx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。yzyyxB0xMXYAB在A-B这一过程中，产生能量zB0MZ代表主磁场的方向90度对Mz施加90度的射频脉冲B0C射频脉冲激发使磁场偏转90度，关闭脉冲后，磁场又慢慢回到平衡状态（纵向)•Relaxation•弛豫•放松、休息脉冲停止后，发生了一种物理学现象：弛豫•射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为核磁弛豫。•核磁弛豫又可分解为两个部分：•横向弛豫•纵向弛豫不同组织的横、纵向弛豫时间不同（T2、T1值不同）T2弛豫T1弛豫很容易发现：横向弛豫也称为T2弛豫，简单地说，T2弛豫就是横向磁化矢量减少的过程。90度脉冲横向磁化矢量的缩短即是相位散失的过程T2WI平衡状态90度激发后采集信号时刻脑水T2WI两种组织的信号差别——是这样获得的采集时T2弛豫：减少到37%的时间，以脑灰质与脑脊液为例。脑灰质T2弛豫相对较短，又称短T2——较低信号；脑脊液T2弛豫长，又称长T2——高信号；纵向弛豫也称为T1弛豫，是指90度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。90度脉冲T1WI脂水平衡状态90纵向弛豫90采集时T1WI两种组织的信号差别——是这样获得的T1弛豫：到达63%的时间，以脂肪与脑脊液为例脂肪T1弛豫短，又称短T1——高信号；脑脊液T1弛豫长，又称长T1——低信号；▲MR只能采集旋转的横向磁化矢量MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量▲在任何序列图像上，信号采集时刻旋转横向的磁化矢量越大，MR信号越强●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，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，即可得到反映以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T1加权像、T2加权像、质子加权像SE序列各加权像的参数匹配加权成像TR（ms）TE（ms）T1WI短（≤500）短（≤30）T2WI长（≥2000）长（≥60）PdWI长（≥2000）短（≤30）加权像（weightedimaging）T2weightedimaging，T2WIT1weightedimaging，T1WIMR为层面成像、成像参数多、任意多方位直接成像、血管流空效应X线透视（影像重叠）X线照相（影像重叠）CT没有影像重叠也属于层面成像T1WI轴位T2WI轴位T1WI冠状T1WI矢状血管流空人体不同组织的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T2T2WIT1WI磁共振成像检查方法MR检查方法普通检查：采用不同方位、不同脉冲序列，例如轴位、冠状或矢状进行T1WI或T2WI扫描（包括常用的脂肪或水抑制技术）脂肪抑脂技术：目的是突出与脂肪背景重叠的病变或者验证是否为脂肪组织T2WI（抑脂）T2WI（未抑脂）T2WI（未抑脂）T1WI（未抑脂）T1WI（抑脂）FLAIR（FluidAttenuatedInversionRecovery)抑制水的重度T2加权像,也称黑水技术。即抑制脑脊液，对除脑脊液以外“病变水”的显示更有利.T1WIT2WIFLAIR同反相位T1WI：目的是利于显示富含脂质的病变脂肪肝同反相位T1WI（正常）同相位反相位增强检查：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。增强扫描一般都是在平扫后，根据病情需要而选择。增强检查的方法：传统的常规增强延时增强动态增强增强血管成像（CE-MRA）排泌性造影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、无创伤脑部动脉成像脑静脉窦成像颈部动脉增强血管成像男，73岁，全身血管成像。可见多发性血管狭窄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。用于胆道梗阻检查壶腹癌胆总管结石胆管癌尿路成像（MagneticResonanceUrography）MRU不使用造影剂，利用尿液进行成像左侧输尿管远端狭窄左侧双肾盂、输尿管畸形硬膜囊成像（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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）MR电影动态图（放映模式下可显示动态视频）其他的特殊MR成像:1、扩散加权成像(Diffusion-WeightedImaging，DWI)2、磁敏感加权成像（susceptibilityweightedimaging，SWI）3、MR波谱分析(MagneticResonancespectroscopy，MRS)4、扩散张量成像5、脑功能定位成像扩散加权成像（DWI）DWI是反映组织的微观水分子的扩散活动（布朗运动）。提供两种图：扩散图（DWI图）、ADC图）最常见的病理变化是病变区的扩散受限。扩散受限的表现是：扩散图高信号、ADC图低信号。最早用于超急期脑梗死的检查（细胞毒性水肿时扩散受限）。现逐渐用于一些部位的肿瘤检查和诊断，常见是扩散受限（与细胞的密集度有关）。当恶性肿瘤或淋巴结具有活性时，病灶可表现为扩散受限。对乳腺癌、前列腺癌的定性诊断有很大价值。搜寻小的癌灶敏感，例如，肝的微小癌灶。图像看起来很孬，但有用。诊断脓肿（即脓液可表现扩散受限）。扩散加权成像（DWI）（从微观下反映病变区水的异常变化）脑组织缺血、缺氧，10分钟后脑细胞膜功能障碍细胞肿胀水肿常规MR的T1、T2信号和CT密度的改变细胞内水分子扩散受限扩散系数（ADC）下降在EPI上可见细胞内水肿的组织高信号（缺血发生15分钟）细胞外间隙缩小致使水分子的扩散受限扩散加权像：扩散图上病变区高信号；ADC图低信号出现细胞坏死（缺血12-48h）当缺血持续或加剧超急期脑梗死0-6h缺血（Ische