mri基本知識及技術(shù)進展

1、MRI的臨床應(yīng)用焦作市第二人民醫(yī)院MR室劉 金 來,磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ,MRI）,是利用原子核在磁場內(nèi)共振產(chǎn)生信號經(jīng)重建成像的一種影像技術(shù)。是繼CT之后醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的又一重大進展。 以前稱為“核磁共振”，其實，“核”指的是原子核，而不是放射性核素。為了避免人們產(chǎn)生恐懼心理，與核素成像混淆，現(xiàn)已將核磁共振成像改稱為“磁共振成像”。,,MR成像基本過程是將人體

2、置于一定的磁場中發(fā)射射頻脈沖（激發(fā)人體內(nèi)原子核，引起核磁共振）終止射頻脈沖（原子核釋放能量，接受器收錄能量）經(jīng)電子計算機處理獲得圖像,,,,磁共振儀基本硬件,主磁體梯度系統(tǒng)射頻系統(tǒng)計算機系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備,主磁體,類型永磁型電磁型常導(dǎo)磁體超導(dǎo)磁體,主磁體,場強主磁場的場強可采用高斯（Gauss，G）或特斯拉（Tesla，T）來表示；1T＝10000G 地球磁場約為0.5G T是目前磁場強度的法定單

3、位,超低場機：2.0T,梯度系統(tǒng)的主要作用,進行空間定位編碼產(chǎn)生MR回波（梯度回波）施加擴散加權(quán)梯度場進行流體補償進行流動液體相位編碼,梯度系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),梯度場強定義：單位長度內(nèi)磁場強度的差別目前1.5TMRI：>25mT/m（>120mT/m.s）切換率定義：單位時間及單位長度內(nèi)梯度磁場強度的變化率梯度線圈性能對MR超快速成像至關(guān)重要梯度磁場的劇烈變化可引起周圍神經(jīng)刺激,梯度場強及切換率示意圖1－

4、2,梯度場強（mT/m）=梯度場兩端的磁場強度差值/梯度場的長度切換率（mT/m.s）＝梯度場預(yù)定強度/t,脈沖線圈,發(fā)射線圈作用：發(fā)射射頻脈沖—>質(zhì)子發(fā)生共振其能量與其強度和持續(xù)時間有關(guān)接收線圈接收人體內(nèi)發(fā)出的MR信號；距離檢查部位越近，信號越強線圈內(nèi)體積越小，噪聲越低,脈沖線圈,發(fā)射線圈和接收線圈可為同一個線圈；陣列（相控陣）線圈由多個子線圈（單元）構(gòu)成，同時需要多個采集通道。,,,計算機系統(tǒng)及輔助設(shè)備,計算

5、機系統(tǒng) (MRI儀的大腦)脈沖激發(fā)信號采集數(shù)據(jù)運算圖像顯示 等等其他輔助設(shè)備 檢查床、制冷系統(tǒng)、相機等,基 本 原 理,MR成像基本過程是將人體置于一定的磁場中發(fā)射射頻脈沖（激發(fā)人體內(nèi)原子核，引起核磁共振）終止射頻脈沖（原子核釋放能量，接受器收錄能量）經(jīng)電子計算機處理獲得圖像,,,,磁 場,共振現(xiàn)象：能量從一個客體或系統(tǒng)傳送給另外一個，而接受者以與供應(yīng)者相同的頻率振動。這種

6、能量傳送，只有在供應(yīng)者發(fā)送的頻率與接受者本身固有的振動頻率一致時，才能發(fā)生。,,核磁共振： 在MR成像中，能量接收者為生物組織中的氫原子團，供應(yīng)者為外加的射頻脈沖(電磁波）。射頻脈沖的頻率（能量）只有與質(zhì)子群的旋進頻率一致時，才能出現(xiàn)共振。 生物組織處在不同的磁場環(huán)境中，其質(zhì)子群發(fā)生共振所需要的射頻脈沖是不一致的。比如在主磁場為1.0T時，只有42.5MHz的射頻脈沖頻率，方能使質(zhì)子群出現(xiàn)核磁共振

7、。,,原子的結(jié)構(gòu),2H,自旋和核磁的概念,自旋：任何原子核總以一定的頻率繞著自己的軸進行高速的旋轉(zhuǎn)核磁：自旋形成電流環(huán)路，從而產(chǎn)生有一定大小和方向的磁化矢量（磁場）,磁性和非磁性原子核,并非所有原子核的自旋運動均能產(chǎn)生核磁，根據(jù)原子核內(nèi)中子和質(zhì)子的數(shù)目不同，不同的原子核產(chǎn)生不同的核磁效應(yīng)。 如果原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為偶數(shù)，則這種原子核的自旋并不產(chǎn)生核磁，我們稱這種原子核為非磁性原子核。 反之，我們把自旋運動能

8、產(chǎn)生核磁的原子核稱為磁性原子核。,磁性和非磁性原子核,磁性原子核需要符合以下條件：（1）中子和質(zhì)子均為奇數(shù)；（2）中子為奇數(shù)，質(zhì)子為偶數(shù)；（3）中子為偶數(shù)，質(zhì)子為奇數(shù)。,用于人體磁共振成像的原子,通常選擇1H作為人體磁共振成像的原子核人體中1H的含量最多，占原子核總數(shù)的2/31H的磁化率最高,進入主磁場前人體質(zhì)子的磁化狀態(tài),每個質(zhì)子產(chǎn)生一個小磁場 但排列雜亂無章磁化矢量相互抵消 不產(chǎn)生宏觀的磁化矢量,進

9、入主磁場后人體質(zhì)子的磁化狀態(tài),排列不再雜亂無章 ? 規(guī)律排列兩種狀態(tài)：低能級：與主磁場平行且方向相同高能級：與主磁場平行且方向相反,進入主磁場后人體質(zhì)子的磁化狀態(tài),低能級略多于高能級形成與主磁場方向一 致的宏觀磁化矢量,進動和進動頻率,自旋運動＋旋轉(zhuǎn)擺動（進動）,進動： 有序排列的質(zhì)子 沿旋轉(zhuǎn)軸呈錐形旋轉(zhuǎn)。進動頻率 質(zhì)子每秒鐘進動的次數(shù)。,進動和進動頻率,進動頻率：也稱Larmor頻率（ω）

10、 ω =γ.B0 其中γ為磁旋比，B0為主磁場強度對于特定原子核 γ為常數(shù)， 質(zhì)子的γ為42.5MHz/T,低能級>高能級?產(chǎn)生宏觀的縱向磁化矢量不同質(zhì)子相位不同?不產(chǎn)生宏觀的橫向磁化矢量,坐標(biāo)系統(tǒng) Z軸代表磁力線方向 XY軸為與Z軸垂直的平面,MR成像基本過程是將人體置于一定的磁場中發(fā)射射頻脈沖（激發(fā)人體內(nèi)原子核，引起核磁共振）終止射頻脈沖（原子核釋放能量，接受器收錄能量）經(jīng)電

11、子計算機處理獲得圖像,,,,射 頻 脈 沖,發(fā)射與質(zhì)子進動頻率相一致的射頻脈沖，使質(zhì)子吸收能量而發(fā)生共振。射頻脈沖能量的大小取決于其脈沖強度和持續(xù)時間。,射 頻 脈 沖,,,90°脈沖：使得宏觀縱向磁化矢量偏轉(zhuǎn)90°，即 完全偏轉(zhuǎn)到X、Y平面； < 90°稱為小角度脈沖； 180°脈沖則使其方向相反。,射 頻 脈 沖,,,,,Z,X,Y,,,,Z,X,Y,

12、,90°射頻脈沖的效應(yīng),縱向磁化矢量等于零得到最大的橫向磁化矢量,90 °脈沖產(chǎn)生的宏觀磁化矢量大小與脈沖激發(fā)前的宏觀縱向磁化矢量大小呈正相關(guān)；平衡狀態(tài)下宏觀縱向磁化矢量大小與組織中質(zhì)子的含量呈正相關(guān)。,90°射頻脈沖的效應(yīng),MR成像基本過程是將人體置于一定的磁場中發(fā)射射頻脈沖（激發(fā)人體內(nèi)原子核，引起核磁共振）終止射頻脈沖（原子核釋放能量，接受器收錄能量）經(jīng)電子計算機處理獲得圖像,,,

13、,,B0,,,,,,,,,,,Z,Z,Z,Z,Z,,,,,,,,,,,,Y,Y,Y,Y,Y,X,X,X,X,X,,90度,（1）靜磁場中,（2）90度脈沖,（3）脈沖停止后,（4）停止后一定時間,（5）恢復(fù)到平衡狀態(tài),,90°脈沖關(guān)閉后，組織的宏觀磁化矢量逐漸恢復(fù)到平衡狀態(tài)，我們把這個過程稱為核磁 弛豫(relaxation)。即將能量（MR信號）釋放出來。,核 磁 弛 豫,橫向弛豫縱向弛豫,核 磁 馳 豫,橫向弛豫：T2

14、弛豫 橫向磁化矢量逐漸減小直至消失，稱為橫向弛豫。,T2 馳 豫,T2值：橫向磁化矢量降低到最大值37％所需的時間,,,,橫向弛豫和自由感應(yīng)衰減,90°脈沖關(guān)閉后，處于同相位的質(zhì)子發(fā)生了相位的離散（失相位）。 失相位的原因有兩個： -主磁場的不均勻 -質(zhì)子周圍磁環(huán)境隨機波動,橫向弛豫和自由感應(yīng)衰減,T2弛豫：也稱自旋－自旋弛豫，剔除了主磁場不均勻的影響，其他原子核的的隨機運動引起的宏觀磁化矢

15、量的衰減才是真正的橫向弛豫，即T2弛豫。自由感應(yīng)衰減（FID）：也稱為T2*弛豫（包括主磁場不均勻和橫向弛豫的雙重影響）,自由感應(yīng)衰減和橫向弛豫,FID：—— 快√ 橫向弛豫√ 主磁場不均勻T2：—— 慢√ 橫向弛豫 × 主磁場不均勻,核 磁 馳 豫,縱向弛豫：T1弛豫 縱向磁化矢量逐漸恢復(fù)直至最大值（平衡狀態(tài)）， 稱為縱向弛豫。,T1 馳 豫,,,T1值：縱向磁化矢量恢復(fù)到最大值的63％所需的

16、時間。,,T1,,縱 向 馳 豫,原因：與周圍分子的運動頻率有關(guān)，兩者越接近，縱向弛豫就越快；又稱 自旋－晶格弛豫T1值受主磁場場強的影響較大： 隨場強增高，組織的T1值延長,磁共振加權(quán)成像,“加權(quán)”的含義 T2加權(quán)成像 T1加權(quán)成像,“加權(quán)”成像的含義,所謂加權(quán)(weighted)即“偏重于”的意思組織的各方面特征（包括質(zhì)子密度，T1值，T2值）均對MR信號有貢獻，不可能得到純粹反映的某一特征的圖像“加權(quán)”就突出某種

17、特征，抑制其它特征。,T2加權(quán)成像,90°脈沖?相同的宏觀橫向磁化矢量 ?脈沖后，發(fā)生橫向弛豫（T2弛豫） ? T2值大? 衰減小?信號高,T1加權(quán)成像,90°脈沖?縱向磁化矢量為零?脈沖后，發(fā)生縱向弛豫（T1弛豫） ? T1值大? 衰減小?恢復(fù)的縱向磁化矢量低? 再次90°脈沖?較弱的橫向磁化矢量?信號低,磁共振成像在各個系統(tǒng)中的應(yīng)用,MR基本術(shù)語,信號：高信號－白，低信號－黑，等信號－與周圍組織信號一

18、致 / （ X光片、CT均以密度高低為特征 ）血管流空影（血管走行徑路顯示為低信號）加權(quán)（或稱為權(quán)重）－－－weighted T1WI(T1-weighted image ) T2WI(T2-weighted image )多方位 矢狀位 sag 冠狀位 cor 橫軸位 tra 斜位 oblique,主 要 優(yōu) 勢,主要優(yōu)勢,軟組織分辨率高：如肌肉、韌帶、軟骨、半月板等顯影優(yōu)良，圖象層次豐富

19、。,,,,,,,主要優(yōu)勢,2，對組織含水量變化尤其敏感：如椎間盤變性，新鮮、陳舊性骨折的鑒別，早期Ca的發(fā)現(xiàn)等 比較敏感。,,,骨髓瘤,主要優(yōu)勢,3，多方位、多參數(shù)成像：定位更精確，立體感強，更適合于一些只有矢狀面、冠狀面成像才滿意顯示的結(jié)構(gòu)，如脊髓等。,STIR FLAIR,主要優(yōu)勢,4，無骨骼偽影干擾：如鞍區(qū)、后顱窩、小腦、腦干等病變的顯示清晰滿意。,主要優(yōu)勢,5，無須注射造影劑即可顯示血管，

20、屬無創(chuàng)性血管檢查。,主要優(yōu)勢,6，無碘過敏反應(yīng)之虞。7，無X線輻射危害： 更適合兒童，婦女以及 需定期隨訪復(fù)查的患者。,主要不足,1，MRI在肺部成像方面還不成熟；2，顯示胃腸道方面受到限制；3，對鈣化顯示不敏感，所以對骨腫瘤的定性 診斷方面，還需要結(jié)合CT和X光平片；4，成像時間長（急診患者：器械、掃描速度）。,相對禁忌癥,1.體內(nèi)裝有心臟起搏器，金屬動脈瘤夾的患者； 2.妊娠三個月之內(nèi)患者。,技 術(shù) 進 展,

21、全脊柱成像,全脊柱成像,MR全身成像,全身血管成像,冠脈成像 （Coronary MRA）,Courtesy PMS Best,類DSA技術(shù) （4D Trak）,Dynamic angio scanningAV phase<0.95sDSA < 1s4D TRAK (0.6s/dyn on 3.0T),類DSA技術(shù) （4D Trak）,磁敏感成像（SWI）,Hemorrhage in Glioma,磁敏感成像 （SW

22、I）,腫瘤灌注（Tumor Perfusion）,Perfusion analysisT2* Presto PerfusionNI MapIndex MapMTT MapChart,乳腺腫瘤 灌注（Breast Tumor Perfusion）,T1 Perfusion,心功能分析軟件可以清晰直觀地顯示 ：下壁中部異常高信號系心肌梗死區(qū)。,心肌梗塞,Fiber Track merge fMRI,弓形纖維的神經(jīng)束圖,弓形纖維,

23、短聯(lián)合纖維束,,,a,胼胝體的神經(jīng)束圖,冠狀面 (與彩色編碼的FA 圖融合）,橫斷面,矢狀面,,胼胝體上縱束下縱束皮質(zhì)脊髓束,,,,,,,,,多神經(jīng)束的神經(jīng)束圖,矢狀面,橫斷面,各神經(jīng)束可隨意標(biāo)示為各種不同顏色,MRS,全身腫瘤篩查（類PET技術(shù)）,,,,,,,L: DWIBS R: PET,,A,B,7名受試的冠狀位平均腦激活圖 A：顏色知覺激活圖（V4） B：運動知覺激活圖（MT+）

24、 顏色柱表示統(tǒng)計值P,fMRI 功能磁共振成像,Use of stem cells labeled with superparamagnetic iron oxide nanoparticles to directly detect ongoing angiogenesis within tumors. A, Coronal spin-echo image of tumor in control mouse

25、 in which labeled stem cells have not been infused shows tumor (arrows) as subtle region of abnormal signal intensity.B, Coronal spin-echo image of tumor in mouse in which labeled stem cells have been infused shows tu