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1、磁共振成像磁共振成像是利用原子核在强磁场内发生共振所产生的信号经图像重建的种成像核磁共振(nuelearmagneticresonanceNMR)亦称磁共振(magneticresonance，MR)是一种核物理现象。1946年BlockPurcell报道了这种现象，并应用于波谱学。Lauterburl973年开发了MR成像技术，使核磁共振应用于临床医学领域。近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，并日臻成熟完善。检查范围基本上覆盖了全身各系统。为了准确反映其成像基础，消除该项检查有核辐射之虞，现称之为磁共振成像。MRI成像基本原理磁共振现象和利用磁共振信号重建MRI，其理论与技术均比较复杂。为
2、了说明MRI的成像基本原理与技术，从MRI成像的操作步骤入手，认识在检查过程中所发生的物理现象可能较易理解。操作步骤如下：将患者摆在强的外磁场中；发射无线电波，瞬间即关掉无线电波；接收由患者体内发出的磁共振信号；用磁共振信号重建图像。原子核由中子与质子组成，但氢核只有一个质子，没有中子。在人体内氢核丰富，而且用它进行MRI的成像效果最好。因此，当前MRI都用氢核或质子来成像。质子有自己的磁场，是一个小磁体。人体进入外磁场前，质子排列杂乱无章，放人外磁场中，则呈有序排列。质子作为小磁体，同外磁场磁力线呈平行和反平行的方向排列。平行于外磁场磁力线的质子处于低能级状态，数目略多。反平行于外磁场的质子
3、则处于高能级状态。有序排列的质子不是静止的，而是作快速的锥形旋转运动，称为进动(precession)(图1-5-3)。进动速度用进动频率(precessionfrequency)表示，即每秒进动的次数。进动频率取决于质子所处的外磁场场强，外磁场场强越强，进动频率越高。与外磁场磁力线平行的质子磁矩指向上，反平行的质子磁矩指向下，前者略多于后者，结果指向上与指向下的磁力互相抵消，余下一些指向上的质子磁矩。这些指向上质子的磁矢量叠加起来就成为顺外磁场磁力线方向的净(总)磁矢量患者放进MR机磁体内，患者本身成为一个磁体，它有自己的磁场，即发生了磁化。这种磁化沿着外磁场纵轴(Z轴)方向，为纵向磁化横向
4、磁化向患者发射短促的无线电波，称之为射频脉冲radiofrequency(RF)pulse，如RF脉冲与质子进动频率相同，就能把其能量传给质子，出现共振。进动频率可由Larmor方程算出。Larmor方程，其中：进动频率(单位Hz)；T：旋磁比；Bo：外磁场强度，场强单位为特斯拉(Tesla，T)。质子吸收RF脉冲的能量，由低能级(指向上)跃迁到高能级(指向下)。指向下质子抵消了指向上质子的磁力，于是纵向磁化减小。与此同时，RF脉冲还使进动的质子不再处于不同的相位，而作同步、同速运动，即处于同相位(inphase)。这样，质子在同一时间指向同一方向，其磁矢量也在该方向叠加起来，于是出现横向磁化
5、纵向磁化恢复，其过程为纵向弛豫；而横向磁化消失，其过程则为横向弛豫。纵向磁化由零恢复到原来数值的63所需的时间，为纵向弛豫时间简称T1。横向磁化由最大减小到最大值的37所需的时间，为横向弛豫时间，简称T2。T1与T2是时间常数，而不是绝对值。弛豫与弛豫时间中止RF脉冲，则由RF脉冲引起的变化很快回到原来的平衡状态，即发生了弛豫Tl的长短同组织成分、结构和磁环境有关，与外磁场场强也有关系。T2的长短同外磁场和组织内磁场的均匀性有关MRI成像人体不同器官的正常组织与病理组织的Tl是相对恒定的，而且它们之间有一定的差别，T2也是如此.这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成像基础。在CT，组织间吸收
6、系数(CT值)差别是CT的成像基础。但MRI的成像不像CT只有一个参数，即吸收系数，而是有Tl、T2和自旋质子密度(protondensity，Pd)等几个参数，获得选定层面中各种组织的T，(或T2、Pd)的差别，就可获得该层面中包括各种组织影像的图像。脉冲序列如何获得选定层面中各种组织的T1、T2或Pd的差别，从而得到不同的MRI图像，首先要了解脉冲序列。施加RF脉冲后，纵向磁化减小、消失，横向磁化出现。使纵向磁化倾斜900脉冲为900脉冲，而倾斜1800的脉冲则为1800脉冲。施加900脉冲，等待一定时间，施加第二个900脉冲或1800脉冲，这种连续施加脉冲为脉冲序列。使用900脉冲，产生
7、横向磁化，中止脉冲横向磁化开始消失，因为质子失去相位一致性。在某一定时间，例如12回波时(echotime，TE)，施加一个1800脉冲，使质子改向相反的方向上进动，再等12TE，质子再次接近同相位，又引起较强的横向磁化，再次出现较强的信号，这个强信号叫作回波或自旋回波。接着质子又一次失去相位一致性，可再用1800脉冲使之再重聚。如此，重复进行，可获得一个以上的信号，即自旋回波。自旋回波脉冲序列900脉冲一等待TE21800脉冲一等待TE2一记录信号，这是一个自旋回波脉冲spinecho(SE)pulsesequence序列MRI设备MRI设备包括主磁体、梯度线圈、射频发射器及MR信号接收器，
8、这些部分负责MR信号产生、探测与编码；模拟转换器、计算机、磁盘与磁带机等，则负责数据处理、图像重建、显示与存储磁共振成像（MRI）的原理磁共振现象：某些特定的原子核在外界静磁场中受一个适当的射频脉冲激励后吸收或释放电磁能的现象一、磁共振成像机的基本结构磁体梯度系统射频系统计算机系统检查床与操作控制台主磁体，直接关系到磁场强度、均匀度和稳定性，影响MRI的图像质量，非常重要。通常用主磁体类型来说明MRI设备的类型。主磁体的场强要相当强。场强单位为特斯拉(T)或高斯(GaussG)。主磁体的场强要求均匀。根据主磁体的结构可分为永久磁体(permanentmagnets)、阻抗磁(resistive
9、magnets)和超导磁体(superconductingmagnets)三种。1、磁体l永久75ms)PdWI长(20ms)短(25ms)梯度回波序列梯度回波序列(gradientechosequence，GRE)是常用的快速成像脉冲序列，是为了解决SE序列时间长的问题。GRE序列成像时间短，而空间分辨力及信噪比均较高。它可获得准T：WI、准丁2WI和准PdWI。主要用于心脏血管成像、与流动液体相关的成像、骨关节成像和脑实质成像等回波平面成像回波平面成像(echoplanarimaging，EPl)是新开发的快速成像技术，获得一个层面的时间，可以短到20ms。这样，可以不用门控技术，对进行功
10、能性MR成像是必要的脂肪抑制脂肪抑制是将图像上由脂肪成分形成的高信号抑制下去，使其信号强度减低，而非脂肪成分的高信号不被抑制，保持不变，用以验证高信号区是否是脂肪组织。如高信号被抑制则是脂肪组织，而显示为高信号的正铁血红蛋白、顺磁性物质，如含黑色素颗粒的黑色素瘤及为顺磁性对比剂强化的病灶则不被抑制，保持不变。这样就有助于出血、肿瘤和炎症等疾病的鉴别MRI对比增强检查是静脉内注入能使质子弛豫时间缩短的顺磁性物质作为对比剂，行MRI对比增强。现在用的对比剂为钆-二乙三胺五醋酸(Gadolinium-DTPA，Gd-DTPA)o这种对比剂不能通过完整的血脑屏障，不被胃粘膜吸收，完全在细胞外间隙内，又
11、无特殊靶器官分布，有利于鉴别病变的性质。中枢神经系统MRI作对比增强时，病灶强化与否及强化程度同病灶血供的多少和血脑屏障形成不良或破坏的程度密切相关。因此有利于中枢神经系统疾病的诊断MR血管造影MR血管造影(MRangiography，MRA)是使血管成像的MRI技术，它无需或仅向血管内注射少量对比剂，检查比较简单、安全，属于无创性检查。常用的技术有时间飞跃(timeofflight，TOF)和相位对比(phasecontrast，PC)方法。临床上多用于头颈及体部较大血管病变的检查。对于小血管和小病变的显示不够满意。MRA技术仍在发展，如利用磁化传递对比(magnetizationtrans
12、fercontrast，MTC)脉冲，减少背景信号，以突出血管的影像，多重叠薄层采集(multipleoverlappingthinsliceacquisitions，MOTSA)方法和后处理技术以改善MRA图像等。水成像水成像(hydrography)又称液体成像(Uquidimaging)是采用长TE技术，获得重T2WI，突出水的信号，合用脂肪抑制技术，使含水器官清晰显影水成像技术中，MR胆胰管造影(MRcholangiopancreatography，MRCP)诊断效果好，可显示肝内胆管及未扩张的胰管，是梗阻性黄疸的首选影像学检查方法，可明确梗阻部位，分析梗阻的病因。此外，MR尿路造影(
13、MRurography，MRU)、MR脊髓造影(MRmyelography，MRM)、MR内耳成像、MR涎腺成像等都有一定的价值。水成像技术的优点是无创、无痛苦、影像较清楚，方法较简单、方便。只要有软件，可在中场、甚至低场MRI机上完成，实用价值较大。功能性MRI成像功能性MRI成像(functionalMRI，fMRl)是在病变尚未出现形态变化之前，利用功能变化来形成图像，以达到早期诊断为目的的成像技术。包括弥散成像(diffusionimaging，D1)、灌注成像(peffusionimaging，P1)和皮层激发功能定位成像等，均已开始用于临床。弥散成像：弥散是分子随机的热运动，即布朗
14、运动。DI是使用弥散成像软件，以获得弥散加权像(diffusionweightedimage，DWl)。主要用于诊断早期缺血性脑卒中。在缺血性脑卒中早期，没有形态变化，MRI为阴性，但DI可发现变化。早期缺血性脑卒中，细胞外水分子进人细胞内，使水分子弥散下降，在DWI上表现为高信号。已应用于临床，并取得较满意的结果。灌注成像：是静注高浓度G&DTPA进行MRI的动态成像，借以评价毛细血管床的状态与功能。临床上主要用于肿瘤和心、脑缺血性病变的诊断。例如评价肿瘤的恶性度，鉴别放疗后的MRI所见是放疗反应、瘢痕抑或肿瘤复发十七、其它脉冲序列l反转恢复序列IR：l快速自旋回波序列：TSEl梯度自旋回波
15、序列：TGSEl快速反转恢复序列：TIRl半付理叶采集单次激发快速自旋回波序列：HASTEl平面回波成像（EPI）十八、新进展l磁共振流体成像技术l幅度对比磁共振血管造影（MCA）l相位对比血管造影PCAl时间飞跃磁共振血管造影（TOF-MRA）l对比增强磁共振血管造影（CE-MRA）l磁共振特殊成像技术l脑功能成像（FMRI）l磁共振电影成像技术l磁共振螺旋扫描成像l匙孔技术（Key-hole)l磁共振水成像技术l磁共振波谱技术MRI检查应注意的问题一般而言，场强低于20T的MRI机行MRI检查是安全的，无不良作用。但是MRI机的场强很强，对体内的金属弹片、人工关节、动脉瘤手术的金属夹、起搏
16、器等有很大的吸力，可引起移动而发生危险。因此，有这些情况则不能行MRI检查。射频线圈的电流，在组织内可产生热，所以在高热或散热功能障碍患者应谨慎采用。危重患者需使用生命监护和生命维持系统的患者也不能进行这种检查。孕妇，尤其早期妊娠时也应慎用，虽然尚无证据证明磁场对人体发育有何损害。进入强磁场区应听从MRI室工作人员的指导。MRI图像特点一、多参数成像具有一定Tl、T2或Pd差别的各种器官组织，包括正常与病变组织，在MRI上呈不同灰度的黑白影。MRI所显示的解剖结构逼真，在清晰的解剖影像背景上显出病变影像，使病变同解剖结构关系明确二、多方位成像MRI可获得人体横断面、冠状面、矢状面及任何方向断面的图像，有利于病变的三维定位，普通CT则难作到直接三维显示，需采用重组的方法才能获得冠状面或矢状面图像以及三维重组立体像三、流动效应在SE序列，对一个层面施加90脉冲时，该层面内的质子，如流动血液或脑脊液的质子，均受到脉冲的激发。中止脉冲后，接受该层面的信号时，血管内血液被激发的质子已流动离开受检层面，接收不到信号，这一现象称之为流空现象(flowvoidphenom
