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1、磁共振成像在 临床诊断中的应用 Clinical application of Magnetic Resonance Imaging 影像学教授 赵国香,何为磁共振成像？ 利用原子核在强磁场中发生共振所产生 的信号,经图像重建的一种成像技术.它是利 用磁共振现象与计算机断层结合起来，而 建立起人体内部组织的图像。 早称NMR,现在多称为MRI(Magnetic Reso- Nance Imaging).,一、发展史 1946年美国哈佛大学purcell 斯坦福大学Bloch (各自独立地发现核磁共振现象，并应用于生物化学、波谱学方面) 1952年二人因此同时获得了诺贝尔物理学奖 1973年La
2、uterbur开发了MRI技术,1980年生产MRI商用机 1982 年开始应用于临床领域 2003年度诺贝尔生理或医学奖： 美国科学家Paul Lauterbur 和英国科学家 Peter Mansfield “磁共振成像技术是医学诊断和 研究的一项突破，是20世纪最 重要的发现之一。”,二、基本原理(Basic principles of MRI) 氢原子为人体内数量最多的物质，其原子核内只有一个质子，它不含中子，它最不稳定，最易受外来磁场的影响而发生核磁共振现象。 磁共振图像产生过程:1) 氢核杂乱无章的自旋运动，磁场互相抵消。2）患者进入外磁场中，H核从新排列，产生净磁化。3）发射无线
3、电波，称射频脉冲（Radiofrequency Pulse,RF),H核吸收能量,4）外加RF停止后，H核释放能量，即产生磁 共振信号。5）用计算机接收这些信号,并进行 一系列数据处理,重建出图像。 人体内H核共振条件：一是发射RF脉冲激励， 二是RF脉冲频率与H核的进动频率相同。此时 H核能吸收能量，由低能态跃迁到高能态。 RF停止后，激励的H质子释放能量并回到其 原先排列的方位，这个过程称为驰豫。所需要 的时间称为驰豫时间(Relaxation time)。,A.T1弛豫时间：也称纵向驰豫时间或T1值 是指纵向磁化矢量由零恢 复到原来数值的63%所需 的时间。 B.T2弛豫时间：又称横向驰
4、豫时间或T2值 是指横向磁化矢 量由最大 减小到最大值的 37%所需 的时间。,T1和T2值：是时间常数,是组织固有参数. 生物组织T1为300-2000ms,T2为30-150ms. 水的T1和T2值都长,脂肪T1和T2值短. 人体正常组织和病理组织T1值和T2值是相 对恒定的,并且它们之间有一定差别,这种组织间 驰豫时间上的差别,是MRI的成像基础. MRI成像有多个参数, T1、T2和质子密度( Proton density)，即给定的组织区域中发生共振 的质子数目。,三、脉冲序列与加权像 连续施加射频脉冲的组合方式为脉冲序列。 它决定着将从组织获得何种信号。MRI最常使 用自旋回波(s
5、pin echo,SE)序列：采用90180 脉冲组合形式构成。 T1加权像：主要反映组织间T1信号强度差 别形成的图像。对解剖结构显示好。 T2加权像：主要反映组织间T2信号强度差 别形成的图像。它对病变显示敏感。 质子密度像：由质子密度差别形成的图像。,所谓的加权就是“突出”的意思 T1加权成像（T1WI）-突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别 T2加权成像（T2WI）-突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别。 在任何序列图像上，信号采集时横向的磁化矢量越大，MR信号越强。,T1加权成像、T2加权成像,短TR、短TET1加权像。T1像特点：组织的T1越短，恢复越快，信号就越强；组织的T1越长，恢复越
6、慢，信号就越弱。,T1加权像,T2加权像,长TR、长TET2加权像。 T2像特点：组织的T2越长，恢复越慢，信号就越强；组织的T2越短，恢复越快，信号就越弱。,长TR、短TE质子密度加权像，图像特点： 组织的 d越大，信号就越强； d越小，信号就越弱。 脑白质：65 % 脑灰质：75 %,质子密度加权像,常规SE序列的特点,最基本、最常用的脉冲序列。 得到标准T1 WI 、 T2 WI图像。 T1 WI观察解剖好。 T2 WI有利于观察病变，对病变较敏感。 伪影相对少（但由于成像时间长，病人易产生运动）。 成像速度慢。,流空效应：应用SE 序列时，心脏血管内 的血液由于迅速流动， 使发射MR信
7、号的氢原 子核居于接受范围之 外，所以测不到MR信 号，在T1加权像或T2 加权像中均呈黑影， 称之为流空效应。,四、MRI设备构成 1.磁体magnet：根据其结构分永磁型、常导型和超导型。 超导（最好）：不受室温影响，使用液氦液氮使磁体降至-273此时电阻为0，但液氦氮较贵。 永磁：安装维修简单，但受温变影响大，不易调正磁场。 常导：通过电流大，耗电水太多,2.梯度系统gradient system：梯度放大器及三组梯度线圈组成 ，修改主磁场，产生梯度磁场。用于层面选择和空间定位。 3.射频系统 RF system:由发射与接受两部分组成。发射射频脉冲使磁化的氢核吸收能量 产生共振和接收M
8、R信号。 4.计算机系统computer system 5.辅助设备,五、MRI信号与临床,1. T1短（高） 脂肪 流动慢的血液、血栓 含蛋白高的液体 亚急性出血,2. T1长（低） 脑脊液 不含蛋白液体 含铁血黄素 钙化及骨皮质 空气 血管流空,3. T2短（低） DHB(去O2血红蛋白)急性脑出血 顺磁物质 含铁血黄素 钙化 空气 血液流空,4. T2长（高） 水 脑脊液 囊肿 亚急性血肿 Cell外MHB 脂肪,六、禁忌证及适应证 (一)禁忌证 1.带心脏起搏器及神经刺激器的病人 2.曾做过心脏手术并带有人工心脏瓣膜者 3.眼球内金属异物或内耳植金属假体者 4.曾做过A瘤手术或颅内有A
9、瘤夹者,相对禁忌： 1.体内有各种金属植入物者 2.幽闭症者 3.危重病人并有生命支持器者 4.癫痫病人不能保证检查期间不发作者 5.妊娠期妇女,七、MRI检查技术 1、SE序列:即自旋回波脉冲序列,为MRI常规 使用.两个参数:重复时间（repetition time,TR）和 回波时间（echo time,TE）， 选用不同的TR 和TE 时间,可得到不同加权像. T1WI: TR500ms, TE30ms T2WI: TR2000ms,TE60ms PdWI: TR2000ms,TE30ms,T1WI,水： 在正常人体组织中，MR信号的80%来自于细胞内，20%源于细胞外间隙，水在细胞内
10、外分布很广，组织水对造成MR信号贡献最大。 自由水：它们处于平移，摆动和旋转运动之中，具有较高的自然运动频率，这部分水在MRI称为自由水。,结合水：如果水分子依付在运动缓慢的较大分子如蛋白质周围而构成水化层，这些水分子运动频率就有较大幅度的减小，这部分水称为结合水。,2.FLAIR序列: 液体衰减翻转恢复序列, 又称抑水序列. 主要用于：脑梗死的诊断、分期 急性蛛网膜下腔出血 脑膜炎的诊断 多发性硬化 脑肿瘤,T1WI,T2WI,FLAIR,3.脂肪抑制:用以鉴别高信号区是否为脂肪组织 SPIR(频谱特异式脂肪抑制) STIR(短翻转时间翻转恢复技术),T1WI,T2WI,T2WI SPIR,
11、T1WI,T2WI,T1WI SPIR,4.MRI对比增强检查: 钆-二乙三胺五醋酸1.Gd-DTPA特点： 弛豫性强；毒性小；安全系数大；细胞外分布；不通过正常血脑屏障；迅速由肾脏排出；在人体内结构稳定；具有高溶解度。 2.剂量及注射速度：即有缩短T1又有缩短T2弛豫时间的双重作用 用量:0.1mmol/kg,3.Gd-DTPA主要解决了以下问题：发现平扫未显示的病变，尤其是脑外脊髓外等信号的小病变；确定脑外肿瘤或是脑内肿瘤；进一步显示肿瘤内部情况，为治疗方案的拟定提供信息；鉴别水肿或病变组织；CT扫描异常但碘过敏不能进一步检查者；在某种程度上区分肿瘤性病变与非肿瘤性病变。7 CE-MRA等
12、,T1WI,T2WI,Meningioma,Meningioma,Gd-DTPA,T1WI,T2WI,Post Gd-DTPA,5.MR血管造影(MR angiography,MRA) 是使血管成像的MRI技术.它简单,安全,无创.可 不使用对比剂或使用对比剂. 常用技术: (1).时间飞跃法:Time of flight,TOF (2).相位对比法:phase contrast,PC CEMRA: Bolus Trak法 Mobi Trak法,MRA,DSA,CE_MRA,CE-MRA,Bolus Trak,CE-MRA,6.MR 水成像(MR hydrography) 又称液体成像,是采用
13、长TE技术,得到重度 T2WI突出水的信号,合用脂肪抑制技术,使 含水器官显像. MR胆胰管造影(MRCP) MR尿路造影(MR urography,MRU) MR脊髓造影(MR myelography,MRM),MRCP,MRCP,B-FFE,MRU,MRU,7.功能性MRI成像(functional MRI,fMRI) 是在病变未出现形态变化之前,利用功 能变化来形成图像,已达到早期诊断的目的. 弥散加权像(diffusion weighted image,DWI) 灌注加权像(perfusion weighted image.PWI) 皮层激发功能定位成像:应用blood oxygena
14、tion level dependent, BOLD（血氧水平依赖）， 研究大脑皮层活动。,水肿： 脑水肿分为三种类型，即血管源性水肿，细胞毒素水肿和间质性脑水肿。 1.血管源性水肿，由于血脑屏障破坏，血浆由血管内漏出到细胞外间隙，它主要发生于脑白质中，在肿瘤、出血、梗塞、炎症及脑外伤等疾患中常见，血管源性水肿呈手指状分布于脑白质之中。,2.细胞毒素水肿 由于缺氧使ATP减少，钠一钾泵功能失常，Na与水进入细胞内，造成细胞肿胀，细胞外间隙减少，细胞毒素水肿常见于急性脑梗塞，使脑白质与灰质同时受累。,3.间质脑水肿 由于脑室内压力增高，脑脊液经室管膜迁移到脑室周围的白质中并与蛋白质结合成结合水，
15、所以T1加权像略高于脑脊液，T2加权像略低于脑脊液，脑脊液压力恢复到正常时上述间质水肿又可消失。,T1WI,T2WI,FLAIR,DWI,ADC-map,Infarct,Brain perfusion,BOLD,8.磁共振波谱 MR spectrum,MRS: 是无创性研究活体器官组织代谢、生物 变化及化合物定量分析的新技术。临床应用 有氢谱和磷谱。近几年又开发波谱成像spectroscopy imaging,SI。能够对疾病提供早 期诊断信息。,磁共振成像特点： 多参数成像 多方位成像 具有较高的软组织分辨率 功能成像 分子成像,T1WI,T1WI,T2WI,(一)适应证 1.中枢神经系统 除急性脑出血脑外伤及蛛网膜下腔出血外基 本可取代CT 多发硬化及脱髓鞘病变CT不如MRI显示敏感 脑梗死CT一般需24小时显示异常,而MR显 示较早 脑垂体及鞍上区病变通过三维成像,定位准确 肿瘤MRI定位诊断准确，对定性诊断意义较大 对脊髓分辩率高，可看到病变全部及邻近关 系，有无空洞及先天畸形 脑功能成像,T1WI,Chiari Malformation,T2WI,T1WI,Tuberculosis,T1WI,T2WI,2.心血管：因为有血液流空现象 所以对：心腔内肿瘤、心肌梗塞、心包积液、心肌病、先心病如房室间隔缺损，室壁瘤、abstain畸形，大血管转
