MRI核磁共振的新进展

山西医科大学一院MR室刘起旺MRI新进展一、MRI设备技术进展二、磁共振血管成像三、磁共振水成像四、快速成像技术五、弥散加权磁共振成像六、扩散张量成像七、磁共振脑血流灌注加权成像八、MR波谱分析九、新型MRI对比剂的研制十、MR介入治疗十一、MR仿真内镜技术十二、功能磁共像概述MRI应用十多年来，其发展异常迅速，技术上的不断改进，软件的相继开发，使其技术不断深入，应用日趋广泛。目前主要表现为在设备硬件发展的基础上，成像速度的提高和成像方式的扩展。以下简要予以介绍。一、MRI设备技术进展1、3T设备趋于实用化，7T设备开始研制2、开放式磁体的发展3、专用MR设备4、其他技术：降噪技术双梯度场及切换率的提升线圈研制功能的扩展等二、磁共振血管成像磁共振血管成像（magneticresonanceangiography，MRA）现已广泛应用于临床，其成像原理基于血液的流动效应，即在非常规SE序列成像时，快速流动的血流不产生MR信号，称之为“流空现象”。但是这种流动效应对于用其他脉冲序列，如梯度回波序列（GRE）或快速成像技术时，则表现不同。采用这些序列时，只用单一RF脉冲（900或少于900）来产生信号，横向磁化在施加每一次RF时已失相位，固定的组织在接收重复激励时，那么只有在两次脉冲之间，能恢复纵向磁化的固定质子才能产生信号。如果纵向磁化恢复不完全，则信号不是最大。相反，血管内流动的质子通过成像层面时，饱和的质子不断为新流入的，充分纵向磁化的质子所代替，受到一个或多个RF脉冲，在这种情况下，血管获得的信号强度就大。这称之为时间飞跃（time-of-flight，TOF）效应，亦称“流动相关增强”（flow-relatedenhancement）。利用“流动相关增强”原理血管成像，为时间飞越法MRA，称TOF法。另一种MRA为相位对比MRA（phasecontrastMRA，PCMRA），它是利用流动血液中的相位分散或相位位移与固定不动的组织相比的差异来成像。上述时间飞越法和相位对比法都可以用二维（2dimensional，2D）的叠层切面成像或三维（3dimensional，3D）的容积采集法成像。一般选用二维来观察大的范围，而三维技术则提供较精细的分辨力图像，范围较小。MRA技术的新进展方面如利用磁化传递（magnetizationtransfer）技术来进一步减低背景信号，从而改变血管与固定组织的对比；采用多层面重叠薄层采集法（multipleoverlappingthinsectionacquisitions，MOTSA）将高分辨力的3D-TOF与覆盖范围较好的2-D图像采集相结合，提高了图像质量，改进了观察范围。MRA现已广泛用于头颈部、腹部、胸部、四肢血管的成像，部分已代替普通血管造影术。OrthogonalImagingPlanes–Transverse(Axial)OrthogonalImagingPlanes–Transverse(Axial)OrthogonalImagingPlanes–Transverse(Axial)CoronalPlaneSagittalPlaneThirtysecond,breath-heldpulmonaryMRAdemonstratinganomalousleftpulmonaryvenous三、磁共振水成像磁共振水成像（MRhydrography）技术，由于其技术手段先进和无创伤性的特点，已为临床所关注，该项技术目前应用范围日趋广泛，包括磁共振胰胆管造影（MRcholangio-pancreatography，MRCP），磁共振泌尿系造影（MRurography，MRU），磁共振椎管水成像（MRmyelography，MRM），磁共振涎管造影（MRsialography，MRS）。其成像基本原理以MRCP为例，由于胆汁含有大量水，具有T2时间长的特点，而胆系周围系实质性脏器，其弛豫时间不同于水，T2时间短。MRCP成像即利用二者在弛豫时间上的差异，采取延长TR，TE的方法，获得重度加权像，使含水多的胆汁突出显示，而软组织结构背景信号被抑制。MR水成像能显示出胰胆管、泌尿系集合系统和脊髓硬膜囊影像，以及腮腺、颔下腺导管系统，同时能展示狭窄，扩张和充盈缺损，准确性较高。MR水成像主要优点为它是一种安全，无创，非侵袭性的检查方法，它不用造影剂，避免了碘副反应。MR水成像技术与常规MR断面扫描相结合作出综合诊断，是理想的影像检查方法。腮腺成像内耳成像脑脊液水成像四、快速成像技术MR扫描时间长，易受生理运动的影响仍是目前MR成像诊断中的一个主要问题。如果屏气一次或数次即可完成图像采集，则胸腹部的成像质量就能得到改善。目前已应用的回波平面成像（echoplanarimaging，EPI）就是一种快速成像技术，利用该种技术可在20ms这样短的时间内获取一层图像，一次多层图像采集可在20s内完成。其所以如此迅速是因为使用单一RF激励，即能完成所有空间编码（spatialencodinginformation）的采集，而常规MR成像要求多个RF激励。EPI的成像应用，开辟了新的临床应用领域，由于EPI扫描快速而无需加门控技术，即可用于胸腹部成像而不受生理运动的影响，另外，该项技术现已用于功能成像（functionalimaging）的研究。GRASETSEEPI五、弥散加权磁共振成像在活体内用弥散共振成像（MRdiffusion-weightedimaging，DW-MRI）来测定出水的质子微观运动的图像是近年来集中研究的课题之一。其基本原理是：人体内H+绝大多数存在于水分子中，水分子处于运动状态，而这种运动状态是无序的，随机的，即所谓的布朗运动；使分子运动的动能来自压力梯度，浓度梯度，渗透压梯度和温度梯度等。综合所有的动能使分子在空间的移动即弥散。由于在实际上我们并不能确定是哪一种动能驱动分子运动，对所表现的弥散现象，我们称之为表观弥散，可测得表观弥散常数（apparentdiffusioncoefficient，ADC）。当分子的ADC在各个方向均相同时，为各向同性弥散；不相同时则称为各向异性弥散。正常时脑组织的水分子大部分存在于细胞外间隙，弥散基本不受限制。当脑梗塞时，受损的脑组织因缺氧发生细胞毒性水肿，大量水分子从细胞外转入细胞内，细胞内的水分子由于细胞膜的限制而不能弥散。正由于脑梗塞后缺血脑组织有此独特的病理改变，用MRI手段将此时期已发生的细胞毒性水肿的病变组织显示出来，这种以突出弥散效应为主要目的的MRI脉冲序列，称为弥散加权MRI。目前，该项技术已用于对急性脑梗塞的诊断，由于DW-MRI是基于发现分子水平运动异常的技术，尤其应用于单次激发EPI技术，全脑扫描可在1分钟之内完成。文献曾报道诊断急性脑梗塞的敏感性在94%以上，特异性达到100%。扩散加权DW成像超急性6H急性6DT2DWADCFSESE-EPI六、扩散张量成像磁共振弥散张量成像(diffusiontensorimagingDTI)是近年来在常规MRI技术和弥散加权成像（diffusionweightedimagingDWI）技术基础上发展而来的一种新的磁共振成像技术。原理是利用水分子在不均质组织中的弥散具有各向异性特征，通过改变弥散梯度的方向，测量体素内水分子在各个方向的弥散强度，利用所得多种参数值成像，在三维空间内定量分析组织内水分子的弥散运动。DTI应用DTI主要用来评价组织结构的完整性、病理生理改变及组织结构和功能间的关系，是功能MR成像的一个重要组成部分。DTI在临床中主要用于脑部尤其是对白质束的观察追踪，目前仍然是测定活体神经纤维走行的唯一无创方法。通过FA图和FA值的测定，可以在早期发现颅内病变，了解主要传导通路受损程度，病程监测，疗效及预后的评估，是对传统磁共振T1WI、T2WI和其它f-MRI的有力补充。DTI是目前最有吸引力的无创性检查方法。扩散张量成像（diffusiontensorimagingDTI）其成像过程是，首先在至少６个不同非共线方向上进行弥散加权成像，另外再采集一幅具有同样参数而未施加梯度脉冲像。从弥散加权像和非弥散加权像的信号强度衰减的差异中可以得到６幅表面弥散系数（ＡＤＣ）像素图。每一像素的Ｄeff可从这些图中得到，一旦得到Ｄeff，即可获得各种DTI图像，从而对组织中水分子弥散的各向异性做出检测。与常规MRI不同，DTI主要是以多种数值而不是以灰阶反映组织特征，它们从不同的侧面反映体素内水分子的平均位移、分子位移差别及其主要方向。扩散张量成像其中主要的参数有FA（fractionalanisodropy各向异性分数）、RA（redativeamisotropy相对各向异性）、VR（volumeratio体积比）、AI（anisofopyindex各向异性指数）等，利用这些数值可以形成各种组织结构图，如脑白质纤维束示踪图，其中最常用的是ＦＡ。DTI脑白质纤维示踪图DTI脑白质纤维示踪图三维彩色编码七、磁共振脑血流灌注加权成像灌注加权磁共振成像（MRperfusion-weightedimaging，PW-MRI）是采用快速静脉注射顺磁性对比剂，进行快速成像（目前多采用EPI技术）。根据时间变化的信号下降——恢复规律，得到信号——时间曲线（S-T曲线）。曲线下面与脑组织血容量呈正相关。理想的脑血流灌注图应该利用定量计算所得的各个体素血流动力学参数，按一定灰阶比例再次成像；分别形成CBV像（局部脑血容量像）、CBF像（局部脑血流量像）和MTT图（平均通过时间像）。局部脑组织血流遵循中央容积定理：CBF=CBF/MTT，其成立条件是组织内微循环保持稳定，当血脑屏障破坏后，三个参数间的相互关系发生改变，对这些参数进行综合分析，可了解脑组织微循环血流动力学状况。PW-MRI除能早期发现缺血区外，还可了解脑梗塞发生后再灌注和侧枝循环建立和开放情况，对急性脑缺血的诊断以及治疗监察具有重要作用。FLAIRDWCBVTTP5小时7天灌注与扩散成像对中风的诊断T2FLAIRADCCBVTTPGd-DTPAPCA2.5小时灌注与扩散成像对中风的诊断八、MR波谱分析常规MRI虽可对很多病变的发现和鉴别起重要作用，但仍然对病变的特异性诊断不足；MR波谱（magneticresonancespectrum，MRS）在分析病变的定性方面，起一定作用。近年来，随着空间定位方法的发展，可以从MR图像所标识的体积内提取代谢产物的相对水平。这样就可以利用MRI所得的解剖学和病理学信息，并结合MRS所反映的生物化学信息来进行综合分析。这种由解剖信息和代谢信息相结合，可对疾病进行更为深入的研究和诊断。MRS一神经胶质瘤患者在外科和放射治疗后。NAA减少和胆碱Choline、乳酸盐和脂质lactateandlipid增加，提示有残留肿瘤。Cho/Naa分布这里向NAA比率胆碱的地图被叠加向前T2-Flair，T1-Flair和T2FSE像中，胆碱信号大的区域示有完整的大脑血液障碍。Cho-NaaNaaFlairT1T2MRSMRST1FlairwithCho-NaaT2FlairwithCho-NaaFSEwithCho-NaaMRSNaaCho九、新型MRI对比剂的研制新型MRI对比剂的研制是近年来MRI最活跃的研究领域之一。新型对比剂的研制主要着眼于组织器官特异性对比剂，这些对比剂与非特异性细胞外液对比剂（即Gd类对比剂）相比，在体内具有不同的生物学分布和排泄途径。它们可以通过正常的生理活动以被动方式到达靶器官，如肝、脾、胰等，从而达到对病变的进一步显示和诊断。目前，正在探索研究的有：肝特异性对比剂、胰腺对比剂、血池对比剂、肿瘤对比剂和抗原特异性对比剂。MR造影剂(ContrastAgent)注射GD-DTPA前后同一层面图像对比SE(500/30)MR造影剂(ContrastAgent)胶质瘤注射GD-DTPA后同一层面不同序列对比左：SE(500/30)右：