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1、磁共振成像在 中枢神经系统的运用,一、磁共振成像的基本原理,1、MRI成像系统的构成,主磁体：决定场强，有常导、超导和永磁三种，又分为高1.5-3.0T、中 0.5-1.0T、低0.5T和超低0.1T四种。 梯度磁场：用于层面选择和空间定位 射频发射和接受系统 图象重建和显示系统,2、MRI成像的基本原理,MRI检查步骤可以简单的描述为： 把病人放入磁体内 发射无线电波，随后关掉无线电波 病人体内发出一个信号，该信号被接受并用作图象重建,2.1 MRI成像原理-原子核的特性,人体由物质-分子构成，分子由原子构成，原子包括一个核与一个壳，壳由电子组成，核内有带正电荷的质子。 质子具有自旋性，自旋
2、的质子产生磁场，磁场的大小、方向用“磁距”来描述。当原子核的质子为偶数时，质子的磁距彼此抵消。奇数的原子多一个质子，具有磁距，如：H1、P31、C13等。 其中，氢质子在人体内含量最多，并且氢原子核内只有一个质子，磁共振能力最强。因此，目前人体磁共振成像仪多采用氢质子成像。 正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态，当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变，它们仅在平行或反平行于外磁场的两个方向上排列,2.1 MRI成像原理-原子核的特性,磁场中的质子不是静止的平行或反平行于磁力线，而是处于进动，其频率和场强成正比。,一个旋转的陀螺受到撞击时，则进行摇摆运动，处于强磁场中的质子也表现这种运动，称
3、为进动。,2.1 MRI成像原理-原子核的特性,2.2 MRI成像原理-磁场中的坐标系,自旋和进动：相当于地球的“自转”和“公转”。,不同方向的质子互相抵消，最后剩下的是顺着外磁场方向的磁矢量，因为是沿着外磁场纵轴方向，故称为纵向磁化。 我们不能测到这个磁力，因为它平行于外磁场，和外磁场处于同一方向。,2.2 MRI成像原理-磁场中的坐标系,把病人置入强外磁场中，沿着外磁场方向产生一个新的磁矢量，施加RF脉冲后，产生一个新的横向磁化，而纵向磁化减少，甚至可消失。,2.2 MRI成像原理-磁场中的坐标系,能量上，接受RF脉冲后，氢质子不仅位相也发生了变化，而且可以吸收能量跃迁到高能级水平；当RF
4、脉冲激发停止后，氢质子的能级和相位都恢复到激发前的状态。既重新指向上方，结果纵向磁化增加，恢复到原来的数值。,2.2 MRI成像原理-磁场中的坐标系,氢质子的能级和相位都恢复到激发前的状态，这个过程叫做驰预，所需的时间叫驰预时间。,2.3 MRI成像原理-驰豫时间,在RF脉冲终止后，跃迁到高能级水平的质子要向环境（晶格）释放能量，恢复到最初的水平，以纵向磁化对时间画成曲线，就得T1曲线，纵向磁化恢复到原来数值所需的时间，称为纵向弛豫时间，也称T1时间，或自旋-晶格弛豫。T1为恢复到原来的63%所需要的时间。,2.3 MRI成像原理-驰豫时间,2.3.1 纵向驰预-T1时间,在RF脉冲中止后，质
5、子失去相位一致性，失去同步化，当您从上面整体地来看这些失相位的质子时，就会看到质子呈扇形散开，指向同一方向越来越小，因而横向磁化减少,2.3 MRI成像原理-驰豫时间,2.3.2 横向驰预-T2时间,在RF脉冲中止后，以横向磁化对时间画一曲线，称为T2曲线，横向磁化减少到原来磁化量的37%所需的时间为横向弛豫时间，即T2时间。,2.3 MRI成像原理-驰豫时间,2.3.2 横向驰预-T2时间,对于一个外面的观察者来说，质子的横向和纵向磁化的总矢量不断变化，呈螺旋式运动，该矢量在天线内感应出一个电流，即MR信号，它在RF脉冲中止后即可最大，随后逐渐减少。,2.3 MRI成像原理-信号接受,名词解
6、释,TR时间：既射频脉冲重复时间，为两个 90度激励脉冲之间的时间 TE时间：既回波时间，为RF脉冲和接受回波之间的时间间隔 T1加权和T2加权：加权指某种成分突出，T1加权指T1时间为图象的主要影响因素，组织的对比度差异主要为组织间的T1差异，而T2加权为组织间的T2值的差异,2.3 MRI成像原理-信号接受,SE脉冲序列示意图,2.3 MRI成像原理-信号接受,2.4 MRI成像原理- T1、T2加权,T1、T2反应物质特征，而不是绝对值。 T1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；样品中如有顺磁性物质的存在，将使T1大大减小。T2的长短与原子核间的相互作用和静磁场的均
7、匀性有关。 人体正常与病变组织的T1和T2值是相对恒定的，而且相互间有一定的差别，这种组织间驰预时间上的差别，是MRI的成像基础。,信号强度与驰豫时间的关系,T1时间短 T1WI 高信号（脂肪） T1时间长 T1WI 低信号（如水） T2时间短 T2WI 低信号（如含铁血黄素） T2时间长 T2WI 高信号（如水）,2.4 MRI成像原理- T1、T2加权,在T1或T2加权图象上描述为低信号时，表现为黑色，既组织的T1时间长，T2短 在T1或T2加权图象上描述为高信号时，表现为白色，既组织的T1时间短，T2长,2.4 MRI成像原理- T1、T2加权,人体各种组织的T1和T2值,T1,T2,软
8、组织对比度高,软组织对比度高,二、MRI的其他检查方法,1、液体衰减反转恢复脉冲序列 （fluid attenuation inversion recovery, FLAIR）,IR脉冲序列：首先使用一次180反转脉冲使全部质子的净磁矢量反转180，达到完全饱和；继而当质子的纵向磁化恢复一定时间后，施加一次90脉冲使已恢复的纵向磁化翻转为横向磁化，以后再施加一次180复相位脉冲，取得SE。 通过适当的反转时间（TI），可得到不同质子纵向磁化的显著差异，获得比SE脉冲序列更显著的T1加权效果。缺点是扫描时间长。,1、FLAIR,FLAIR是IR序列的另一个类型，其特征是选择特殊的TI值，使脑脊液
9、信号被抑制，主要用于T2WI和PDWI（质子加权）中抑制脑脊液信号，使与脑脊液相邻的小的长T2病变显示得更清楚。 适用于多发性硬化、蛛网膜下腔病变、颅脑外伤、颅内感染性病变、脑梗死等。 在室间孔、中脑导水管、后颅凹脑池及四脑室附近常可见到脑脊液的流动伪影，这种伪影的产生是由于脑脊液的流动使未接受180反转脉冲激励的脑脊液流入成像层面所致.。,1、FLAIR,12.JPG,2、短T1反转恢复序列(short T1 inversion recovery，STIR),短T1反转恢复序列(short T1 inversion recovery，STIR)：也称脂肪抑制序列。 该序列是基于脂肪组织短T1
10、特性选择短反转TI时间(脂肪TI值的69%)，抑制效果明显。主要用于颈部、椎体、关节等大FOV扫描。中枢系统较少使用。 其场强不受限，特异性差(血肿信号受抑)，时间长，不适用增强扫描。,STIR,3、弥散加权成像(DWI),DWI是在常规序列的基础上，施加扩散敏感梯度，以显示水分子的布朗运动。DWI的图像对比度主要取决于水分子的位移运动，而并非水的自身结构成分。 水分子在细胞内的布朗运动慢于细胞外，即水分子在细胞内的表现弥散系数(ADC)小于细胞外。 当细胞毒性水肿时，因细胞内水分子增多，引起细胞肿胀，导致布朗运动减弱，ADC变小，在DWI上显示为高信号，在ADC图像上显示为低信号区。,随时间
11、推移，发生血管源性水肿、细胞坏死 细胞外水分子增多，DWI逐渐转变为等信号，甚至呈现低信号。 MRI可根据DWI和T2WI的信号改变将脑梗死分为6型。 在超急性期和急性期脑梗死， DWI上呈高信号，T2WI呈现等或高信号。 目前大多研究显示在超急性期脑梗死的DWI高信号和ADC下降，表明脑缺血组织巳发生了不可逆性的梗死。,DWI与脑梗死,超 急 性 脑 梗 死,DWI,ADC,DWI,ADC,超 急 性 脑 梗 死,女性，70岁。突发左肢活动不利6小时，肌力2级。,病例,ADC,ADC值:低信号灶 (1.980.39)10-4mm2/S，对侧正常脑质为（6.760.62）。 这种影像学表现被认
12、为是正常细胞的稳定状态和细胞膜的功能由于缺血导致破坏，使细胞外间隙水向细胞内二次转移。梗死灶的ADC值降低，DWI上为高信号，显示了在T2WI上不能发现的病变。,脑梗死ADC值的演变过程,通常在缺血几分钟后钠-钾泵功能失调，导致细胞内钠、水潴留，而梗死区含水量并未增加，故在常规CT、T1、T2无异常密度及信号改变。 当DWI发现异常时，ADC值较对侧大脑半球相应部分正常脑质减少约50%。随着缺血的发展，ADC值继续下降，维持在一个较低的水平。随着血管源性水肿及细胞坏死，细胞外水分子增多，ADC值逐渐上升，DWI逐渐变成等、低信号。 在超急性期，ADC值的下降是不均匀的，可能由于最初损伤的可变性
13、所致。,DWI在其他疾病的作用,DWI在鉴别囊性病变方面有一定的价值。常规MRI扫描只能鉴别囊性病变和实性病变，而对囊性病变之间的鉴别诊断较为困难。DWI和ADC可在传统序列的基础上提供额外的信息。,DWI在其他疾病的作用,如：表皮样囊肿（胆脂瘤）和蛛网膜囊肿的鉴别：两者在T1上均为低信号，在T2上均为高信号，增强后病灶无强化。 表皮样囊肿内含角质蛋白和胆固醇，内容物为水抑制性弥散，ADC值与脑实质相似，在DWI上表现为高信号，而蛛网膜囊肿因含大量的水，ADC值很高，信号强度与脑脊液接近，在DWI上表现为低信号，ADC图为高信号。,右颞表皮样囊肿,后枕部蛛网膜囊肿,左额脑脓肿,脑脓肿在DWI上
14、表现为明显高信号是因为脓腔内细菌、坏死组织、炎性细胞等高粘稠物质使水分子的弥散速度减慢，ADC值减低，在ADC图上是低信号。,左额脑脓肿,肿瘤和肿瘤样病变在DWI和ADC图常见信号改变,灌注加权成像（perfusion weighted imaging, PWI ）是一种对比剂动态增强快速成像，目前通常采用EPI(回波平面成像)技术。 对比剂为Gd-DTPA，PWI利用其磁化率效应，用T2WI序列，当静脉内团注对比剂，第一次流过(首过)脑部血管之前、之中和之后快速和连续对脑部行多层面多次成像，可了解脑组织的血液灌注情况。,4、灌注加权成像（PWI）,当对比剂进入脑微血管时，脑部信号降低，这是由
15、于Gd-DTPA的磁化率效率引起的T2时间缩短所致。 Gd-DTPA首先到达脑皮质，再到脑白质，并先后信号降低。 当Gd-DTPA通过脑组织以后，整个脑部信号又恢复到对比剂达到脑部以前一样。 根据脑组织信号变化的过程可以绘制时间信号强度曲线，再根据这个曲线分析脑组织的灌注情况和灌注图像。,4、灌注加权成像（PWI）,相对脑血容量（relative cerebral blood volume, rCBV），是指感兴趣区内脑组织的血容量。 相对脑血流量（relative cerebral blood flow, rCBF），是指单位时间内通过兴趣区脑组织的血流体积。 在上述两项功能图（伪彩图）上，
16、高血容量表现为红色，低血容量表现为蓝色或黑色。 相对对比剂平均通过时间（relative mean transit time, rMTT），是指血流功过感兴趣区脑组织所需的平均时间。,4、灌注加权成像（PWI）,达峰时间（time to peak, TTP），是指静脉注射对比剂团达到兴趣区脑组织所用的时间。 血运丰富的肿瘤明显强化，其中心肿瘤实性部分对比剂平均通过时间要比肿瘤周围和水肿区显示延长，表现为绿色区域（伪彩图），而达峰时间未见延长，肿瘤周围及水肿区显示达峰时间延长，表现为红色区域。,4、灌注加权成像（PWI）,PWI与急性脑梗死,在早期脑缺血时，缺血区的灌注下降，表现为MTT（平均通过时间）延长，rCBV(局部脑血容量)和rCBF（局部脑血流量）下降。 脑缺血的最早改变是脑血流量下降，故脑PWI的时间信号强度曲线很重要，其中MTT是反应脑缺血最灵敏的一个指标。,急性脑梗死(DWIrCBVrCBFDWI, MRI-3Hr, CT- 7D),
