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1、磁共振成像,Magnetic Resonance Imaging,基础部分,中国石油中心医院磁共振室 杨景震,1,主要内容,医学影像学概况及磁共振技术的发展 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 影像学检查常见名词概念,医学影像学的形成,1895年Rentgen发现X线，形成放射诊断学（diagnostic radiology） 20世纪50年代出现超声（ultrasonography,USG）检查 20世纪60年代出现核素(-scintigraphy) 扫描 20世纪70年代出现CT(x-ray computed tomo
2、graphy,CT)检查 20世纪80年代出现MRI(magnetic resonance imaging,MRI)检查 20世纪80年代出现发射体层成像（emission computed tomography,ECT） 20世纪90年代正电子发射体层成像（positron emission tomography,PET) 20世纪70年代以后兴起介入放射学(interventional radiology) 21世纪初出现CT-PET,X线源 体外放射源（核素） 声能 磁场 微电子技术 计算机,医学影像学各种技术涉及：,当今的医学影像学内容包括： 传统X线诊断学 透视 照相 （普通摄影、体
3、层摄影） 造影 计算X线摄影 (computed radiography，CR) 数字X线摄影 （Digital radiography，DR) X线CT (computed Tomography， CT) 数字减影血管造影 （Digital Subtraction Angiography， DSA ） 介入放射学 （interventional radiology) 超声成像（Ultrasonic Imaging）,发射型计算断（体）层摄影（Emission computed Tomography， ECT ） 正电子发射型计算断（体）层摄影（PositronEmission compute
4、d Tomography, PET ） 单光子发射型计算断（体）层摄影（Singlephoton Emission computed Tomography, SPECT ） 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ,MRI） 分子影像学（Molecular Imaging）21世纪最前沿课题 技术： PET或PET-CT、MR、CT、光学成像（生物发光、荧光） 信息放射学系统（ radiology information system) 图像存档与传输系统（Picture Archiving and Communication System, PACS) 影像科管理、
5、quality control,QC、quality assurance,QA.,全新的医学影像学在医学领域的应用包括： 影像诊断学：X线、CT、DSA、MRI、US、 ECT等。 影像介入性治疗学：DSA、超声、CT、MR等。 信息放射学：影像学工作管理、质控；影像 的传输与存储（PACS）存储、 传输、远程会诊（远程放射学 teleradiology),1946 发现磁共振现象 Bloch Purcell 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
6、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 Lauterbur Mansfierd,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T1T2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，进入 磁
7、共振分子影像学阶段。,MR成像基本原理,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）：常导型、永磁型、超导型。0.153.0T 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
8、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 施加射频（RF）脉冲后H核子状态：静磁场（B0）内的H核子的总磁化矢量与B0方向相同，当射频线圈对人体施加特定频率的RF脉冲，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核子的共振现象,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,z,M,y,x,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
9、为MR信号基础,Z,Z,Y,Y,X,B0,X,MZ,MXY,A:施加90度RF脉冲前的磁化矢量Mz B:施加90度RF脉冲后的磁化矢量 Mxy.并以Larmor频率横向施进 C:90度脉冲对磁化矢量的作用。即M以螺旋运动的形式倾倒到横向平面,A,B,C,在这一过程中，产生能量,B0,Z,Z,Z,Z,Z,Y,Y,Y,Y,Y,X,X,X,X,X,90度,（3）（5）该过程称弛豫(relaxation)，即将能量（MR信号）释放出来。整个弛豫过程实际上是磁化矢量在横轴上缩短（横向或T2弛豫），和纵轴上延长（纵向或T1弛豫）。而人体各类组织均有特定T1、T2值，这些值之间的差异形成信号对比,（1）静磁
10、场中,（2）90度脉冲,（3）脉冲停止后,（4）停止后一定时间,（5）恢复到平衡状态,Z,Y,X,X,X,X,Y,Y,Y,Z,Z,Z,A,B,C,D,中断RF脉冲后，质子逐一从高能态（指向下），返回到低能态（指向上），直至恢复到原状态。,纵向弛豫（自旋晶格弛豫 spin-lattice relaxation）,Z,Y,Z,Y,Z,Y,X,X,X,A,B,C,横向弛豫（自旋自旋弛豫 spin-spin relaxation ）,中断RF脉冲后，质子不再被强制于同步状态（同相位），由于质子各自的不同频率，指向同一方向的质子散开（失去相位），致使横向磁化逐渐减小至零。,纵向弛豫或称自旋晶格弛豫 (T
11、1弛豫),横向弛豫或称自旋自旋弛豫 (T2弛豫), 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（wei
12、ghted Imaging WI）。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,层面成像、成像参数多、任意多方位直接成像、血管流空效应,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）
13、 肌肉：长T1（黑）、短T2（黑） 大多数肿瘤：长T1、长T2 黑色素瘤：短T1、短T2,磁 共 振 成像 检 查 方 法,MR检查方法,普通检查：采用不同脉冲序列、不同方位，对病变部位进行扫描（包括脂肪或水抑制）,FS,FLAIR（Fluid Attenuated Inversion Recovery) 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,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,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、T
14、2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（Magnetic Resonance Angiography MRA）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
15、、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, 水成像,胆道成像（Magnetic Resonance Cholangio-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,尿路成像（Magnetic Resonance Urography）MRU 不使用造影剂，利用尿液进行成像,硬膜囊成像（Magnetic Resonance Myelography）MRM 不使用造影剂，利用脑脊液进行成像,内耳膜迷路成像（Magnetic Resonance Labyrinthography) 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, 仿真内窥镜：同CT一样，利用计算机所作的图像的后处理技术之一, MRI三维重建, MR电影成像（Magnetic Resonance cine MRC
