1、MRI原理及進展,蔡甫雨 1101910,目錄,MRI掃描儀的基本硬件構成MRI的基本原理、基本概念MRI進展方向MRI的基本技術和新技術MRI的優(yōu)點和缺點安全注意事項,核磁共振現象發(fā)現 Purcell等, Bloch等（ 1945）; Physical Review: 核磁共振現象引入醫(yī)學界 Damadian（1971 ）; Science, 171: 1151 -1153 核磁共振成像

2、Lauterbur（1973） ; Nature, 242: 190 -191 是利用原子核在磁場內所產生的信號經重建成像 的一種影像技術,核磁共振成像技術發(fā)展簡史,MRI掃描儀的基本硬件構成,得到圖像所需要用到的工具…,一般的MRI儀由以下幾部分組成主磁體梯度線圈脈沖線圈計算機系統(tǒng)其他輔助設備,主磁體(Magnet),磁共振最基本的構造 產生磁場的裝置 最重要的指標為磁場強度和均勻度,,MRI按磁場產生方

3、式分類,永磁permanent magnet,電磁,常導resistive magnet,超導superconducting magnet,主磁體,0.35T 永磁磁體,1.5T 超導磁體,,MR按主磁場的場強分類MRI圖像信噪比與主磁場場強成正比低場: 小于0.5T中場：0.5T－1.0T高場: 1.0T－2.0T（1.0T、1.5T、2.0T）超高場強：大于2.0T（3.0T、4.7T、7T）,梯度線圈(gradien

4、t coil),作用：空間定位產生信號梯度線圈性能的提高 ? 磁共振成像速度加快沒有梯度磁場的進步就沒有快速、超快速成像技術,,射頻系統(tǒng)(radio-frequence system, RF ),作用：如同無線電波的天線激發(fā)人體產生共振（廣播電臺的發(fā)射天線）采集MR信號（收音機的天線）,,脈沖線圈的分類 激發(fā)并采集MRI信號（體線圈） 僅采集MRI信號，激發(fā)采用體線圈進行（絕大多數表面線圈）,3D-FFEMatri

5、x 512×512FOV 2.5cm,利用2.3cm顯微線圈采集的指紋MR圖像,計算機系統(tǒng)及譜儀,數據的運算控制掃描顯示圖像,,其他輔助設備,空調檢查臺激光照相機液氦及水冷卻系統(tǒng)自動洗片機等,,MRI的基本原理、基本概念,人體MR成像的物質基礎,原子的結構,,自旋與核磁,,,地球自轉產生磁場原子核總是不停地按一定頻率繞著自身的軸發(fā)生自旋 ( Spin )原子核的質子帶正電荷，其自旋產生的磁場稱為核

6、磁，因而以前把磁共振成像稱為核磁共振成像（NMRI）。,,地磁、磁鐵、核磁示意圖,,用于人體MRI的為1H（氫質子），原因有：1、1H的磁化率很高；2、1H占人體原子的絕大多數。通常所指的MRI為氫質子的MR圖像。,何種原子核用于人體MRI成像？,,人體組織內的質子存在狀態(tài),質子的運動：進動頻率?0 = ??0,把人體放進大磁場,不同種類的原子核對應的旋磁比不同,進入主磁場前后人體組織質子的核磁狀態(tài),,處于高能狀態(tài)太費勁，并非人

7、人都能做到,處于低能狀態(tài)的略多一點,什么叫共振，怎樣產生磁共振？,共振：能量從一個震動著的物體傳遞到另一個物體，而后者以前者相同的頻率震動。,,體內進動的氫質子怎樣才能發(fā)生共振呢？,給低能的氫質子能量，氫質子獲得能量進入高能狀態(tài)，即核磁共振。,？,塞曼效應,若無外加磁場，自旋核保持其基態(tài)E0的能量狀態(tài)，且核自旋的取向是隨機的；將自旋核置入外磁場中，自旋核的能量在E0的基礎上出現量子化的特征。這種基態(tài)能級在外磁場中發(fā)生分裂的現象稱為塞曼效

8、應（Zeeman effect）。,其中mI只能取I、I-1、I-2、…-I+1、-I等共2I+1個值。,磁共振現象,磁共振發(fā)生的射頻頻率必須為進動角頻率相等。,磁共振現象,射頻脈沖的角頻率與原子核進動角頻率相等時，射頻脈沖能量才能被自旋核吸收，從低能級躍遷到高能級。 為了使得磁共振發(fā)生，可以采用掃頻法、掃場法、脈沖法。 掃描法：改變頻率； 掃場法：改變場強； 脈沖法：包含各種頻率成分的寬帶脈沖去激勵特定目標區(qū)域；

9、 外磁場B0確定后，具有不同磁旋比的原子核其磁共振頻率不同。意味著一種頻率的射頻脈沖僅能激發(fā)一種原子核。 對于同一種原子核，外磁場強度越高，進動頻率越高，磁共振產生的共振拉莫爾頻率越高。8-100 MHz的射頻對人體無傷害。 可以用來測量磁旋比，從而確定原子核的種類，即NMR,怎樣才能使低能氫質子獲得能量，產生共振，進入高能狀態(tài)？,射頻脈沖,射頻脈沖作用包括：由低能級向高能級躍遷，同時使得質子同相位。 在B0和B1的共同作用下，質

10、子系統(tǒng)的縱向磁化強度M0減小到Mz，橫向磁化強度由零增加到Mxy，質子系統(tǒng)總磁化矢量M為Mz和Mxy的矢量和，其宏觀表現就是最大縱向強度M0由B0方向向xoy平面翻轉，當射頻脈沖停止時，M0與z軸成Theta角。,90度脈沖繼發(fā)后產生的宏觀和微觀效應,低能的超出部分的氫質子有一半獲得能量進入高能狀態(tài)，高能和低能質子數相等，縱向磁化矢量相互抵消而等于零,,使質子處于同相位，質子的微觀橫向磁化矢量相加，產生宏觀橫向磁化矢量,磁共振成像原理,

11、幾種射頻脈沖小角度脈沖：使宏觀縱向磁化矢量角度偏轉＜90°90°脈沖：使宏觀縱向磁化矢量角度偏轉＝90°180°反轉脈沖：使宏觀縱向磁化矢量角度偏轉＝180°,90度脈沖激發(fā)使質子發(fā)生共振，產生最大的旋轉橫向磁化矢量，這種旋轉的橫向磁化矢量切割接收線圈，MR儀可以檢測到。,,,檢測到的僅僅是不同組織氫質子含量的差別，對于臨床診斷來說是遠遠不夠的。我們總是在90度脈沖關閉后過一定

12、時間才進行MR信號采集。,非常重要,射頻線圈關閉后發(fā)生了什么？,無線電波激發(fā)使磁場偏轉90度，關閉無線電波后，磁場又慢慢回到平衡狀態(tài)（縱向),核磁弛豫: 射頻脈沖停止后，在主磁場的作用下，橫向宏觀磁化矢量逐漸縮小到零，縱向宏觀磁化矢量從零逐漸回到平衡狀態(tài).核磁弛豫又可分解為兩個部分： 橫向弛豫：橫向磁化矢量減少的過程 縱向弛豫：在主磁場的作用下，縱向磁化矢量

13、恢復的過程,橫向弛豫,也稱為T2弛豫；橫向矢量衰減到原來值（Mxy）37%的時間,,,,,,,,T2:自旋-自旋弛豫時間,T2衰減：由共振質子之間相互磁化作用所引起，它引起相位的變化。不同的組織橫向弛豫速度不同，T2值不同長T2組織：游離水（T2最長）、一般囊腫；短T2組織：腫瘤、炎癥、梗死（游離水↑）；,縱向弛豫,也稱為T1弛豫，是指90度脈沖關閉后，在主磁場的作用下，縱向磁化矢量開始恢復，直至恢復到平衡狀態(tài)的過程。,,,,,,

14、,,,,,,T1：自旋-晶格弛豫時間,T1衰減：縱向磁化適量恢復到原來的63%不同組織有不同的縱向弛豫速度，T1值不同短T1組織：脂肪組織、 膽固醇 、高蛋白囊液、血栓長T1組織：游離水（T1最長）、腫瘤、炎癥、梗死（游離水↑）,磁共振“加權成像”,T1WI,T2WI,PD,,在任何序列圖像上，信號采集時刻旋轉橫向的磁化矢量越大，MR信號越強,,,何為加權？？？,所謂的加權就是“重點突出”的意思T1加權成像(T1WI)----突

15、出組織T1弛豫差別 有利于觀察組織的解剖結構T2加權成像(T2WI)----突出組織T2弛豫差別 對顯示病變組織較好質子密度加權成像(PD)－突出組織氫質子含量差別,,T2加權成像（T2WI),T2值小 ? 橫向磁化矢量減少快 ? MR信號低（黑）T2值大 ? 橫向磁化矢量減少慢 ? MR信號高（白）水T2值約為3000毫秒 ? MR信號高腦T2值約為100毫秒 ? MR信號低,反映組織橫向弛豫的快

16、慢！,T1加權成像(T1WI),T1值越小 ? 縱向磁化矢量恢復越快 ? MR信號強度越高（白）T1值越大 ? 縱向磁化矢量恢復越慢 ? MR信號強度越低（黑）脂肪的T1值約為250毫秒 ? MR信號高（白）水的T1值約為3000毫秒 ?，MR信號低（黑）,反映組織縱向弛豫的快慢！,？,T1WI,,,,,重要提示!!!,人體大多數病變的T1值、T2值均較相應的正常組織大，因而在T1WI上比正常組織“黑”，在T2WI上比正常組織“白

17、”。,,,,,90,180,回波,TE,TR,TE：回波時間TR：重復時間,如何區(qū)分T1WI、T2WI,,如何區(qū)分T1WI、T2WI,1、看TR、TE T2WI：長TR(>2000毫秒)長TE（>50毫秒） T1WI ：短TR(400-800毫秒)短TE（10-15毫秒）,T2WI,T1WI,,如何區(qū)分T1WI、T2WI,2、看水和脂肪T1WI：水（如腦脊液、胃液、腸液、尿液）呈低信號（黑）脂肪呈很高信號（

18、很白）T2WI：水呈很高信號（很白）脂肪信號有所降低（灰白）,,T2WI,T1WI,如何區(qū)分T1WI、T2WI,3、看其他結構腦組織：T1WI:白質比灰質信號高T2WI:白質比灰質信號低腹部：T1WI:肝臟比脾臟信號高T2WI:肝臟比脾臟信號低,,T2WI,T1WI,T1WI,T2WI,磁共振信號,磁共振信號即宏觀橫向磁化矢量切割接收線圈產生的信號。某組織的宏觀橫向磁化矢量越大，其切割接收線圈產生的電信號也越強。

19、自由感應衰減信號 射頻脈沖激發(fā)后，由于受橫向馳豫和靜磁場不均影響，組織中的宏觀橫向磁化矢量較快以指數形式衰減，即自由感應衰減,磁共振信號,自旋回波信號 射頻脈沖激發(fā)后，在一定的時間再發(fā)射一個180度聚焦脈沖，糾正因靜磁場的恒定不均勻造成的質子失相位。,MRI進展方向,成像速度更快常規(guī)SE 、T2WI序列 15-25分鐘快速超快速梯度回波 1秒以內EPI

20、 100毫秒以內,４分５３秒,１秒,空間分辨率更高常 規(guī)：256?256高分辨：512 ?512，1024 ?1024,512 ?512,從單純形態(tài)學分析向功能成像轉變腦功能成像心功能成像肝功能成像腎功能成像磁共振波譜分析（MRS）,腦功能成像,磁共振波譜分析,應用范圍逐步擴大早期：顱腦、脊柱目前：可用于全身各部位,MRI的基本技術和新技術,,常規(guī)MRI超快速MRIMRA擴散成像灌注加權

21、MR水成像,腦功能成像 MRI仿真內窺鏡 MRI電影 MR頻譜分析 介入性MRI,常規(guī)MRI,包括常規(guī)T1WI 、T2WI、質子加權成像臨床工作中最常用的MRI技術,,單層成像時間短于1秒，適用于：不能控制運動或神志不清病人胸部、腹部屏氣掃描動態(tài)增強掃描各器官功能成像,超快速成像技術,,MR血管成像（MRA）,不用造影劑的MRA（常規(guī)MRA）：適用于全身血管病變的顯示，也可用于血管血液流速、流量分析。對比增強MRA

22、：能提高常規(guī)MRA的準確性和真實性。適用于動脈瘤、大血管疾病的MRA檢查。對于大血管疾病的檢查，對比增強MRA已經能基本取代血管造影。,ＭＲＡ,,水分子擴散加權成像,檢測組織內水分子熱運動水平，適用于：超急性期腦梗塞的診斷和鑒別診斷，可檢出發(fā)病6小時內甚至2小時以內的腦梗塞ＣＴ　　　?。保玻玻葱r以后常規(guī)ＭＲＩ?。叮保残r以后,T2WI,T1WI,擴散成像,,血流灌注成像,靜脈快速注射造影劑后，利用超快速成像序列進行掃描，可反

23、應組織的血流灌注和血液動力學改變，適用于：超急性期腦梗塞，大面積梗塞于血管閉塞后可立刻檢出心肌血流灌注分析，檢出早期心肌缺血,Ｔ２ＷＩ,灌注成像,,T2WI,MRI水成像技術,利用人體內的水作為天然對比劑清晰顯示含水器官的解剖和病變。內耳水成像MR延腺管造影MR脊髓造影（MRM）MR膽胰管造影（MRCP）MR尿路造影（MRU）,ＭＲＣＰ,,內耳水成像,3D FRFSE-MRCP,水成像序列,不用造影劑快速得到高分辨率磁共振

24、胰膽管水成像,腦功能成像,利用人工刺激（聽覺、運動、視覺等）配合特定的MRI序列標識出腦組織的各功能區(qū)，適用于：避免手術損傷腦科學研究,,MRI仿真內窺鏡,利用MRI薄層掃描技術及特定的軟件進行重建，模擬纖維內窺鏡對空腔臟器進行腔內觀察，有利于鼻腔、鼻咽部、氣管、支氣管、胃腸道、血管等部位病變的顯示。,,MRI電影,能對心臟、關節(jié)等進行運動、功能分析,,MR頻譜分析,能對組織的化學元素含量進行分析，反應組織的代謝、功能狀態(tài)。1H

25、：檢測腦組織某些低濃度代謝產物31P：ATP、ADP含量分析13C：酶缺乏性疾病的診斷19F：5-FU的作用機理研究23Na：腫瘤細胞生長評價,,介入性MRI,利用MRI作為監(jiān)視手段進行介入性放射學手術，避免醫(yī)生病人遭受放射線損害。MRI導向活檢MRI導向射頻消融MRI導向微波治療MRI導向冷凍治療MRI介導血管成型術和內支架植入術,,MRI的優(yōu)點和缺點（與CT比較）,優(yōu) 點,組織分辨率較CT高，可檢出更多的病變大

26、多數病變不用造影劑就能較好顯示不用造影劑就可較好顯示血管沒有骨性偽影，有利于后顱窩、椎管等部位病變的檢查多參數成像，能為病變檢出和鑒別診斷提供更多信息可任意斷面成像，CT一般僅能進行橫斷面掃描無放射線損傷,,缺 點,鈣化顯示不及CT空間分辨率一般不及CT，但現代先進的MRI的空間分辨率已與CT接近受磁場影響，一般監(jiān)護儀器不能進入MR室，因而不適用危重病人價格比較昂貴操作較為復雜,,MRI的優(yōu)點和缺點（與CT比較）,重

27、要提示,盡管MRI有很多優(yōu)點，在定位診斷方面明顯優(yōu)于CT，在定性診斷方面也能提供更多的信息，但是部分病變的MRI信號變化仍缺乏特異性，因而有些病變的定性診斷仍較困難。MRI不是萬能的！MRI 與CT是互補的！,,MRI造影劑,釓賁酸葡甲胺（Gd-DTPA）,機理：是一種順磁性物質,它具有不成對的電子, 當它接近共 振的H質子時,能改變H質子所處的磁場, 使T1值明顯縮短。作用：低劑量縮短組織的T1值；高劑量縮短組織的T2值。

28、一般利用前者，表現為有增強的組織信號“變白”。增強代表的意義：腦組織：血腦屏障的破壞。 其他組織：血供豐富。,,T1WI平掃,T1WI增強掃描,Gd-DTPA使用,Gd-DTPA的適應癥：    某些腫瘤的鑒別診斷。    確定血腦屏障是否被破壞。    提高病變的發(fā)

29、現率。 禁忌或注意：過敏史、早期孕婦劑量:0.1mmol/kg，0.2 ml/kg 60秒內注射完,MRI造影劑（Gd-DTPA）,和CT增強掃描比較的優(yōu)點：對比好，病變檢出率高（顱腦、肝臟）更為安全（同等劑量下，其安全性是CT造影劑的20倍）使用劑量更?。ㄒ话銥镃T造影劑的1/10）可用于碘過敏者腎毒性明顯低于碘對比劑，可由于腎功能不全者,,安全注意事項,１、絕對禁止進入MRI室及進行MRI

30、檢查的情況：A、裝有心臟起搏器的病人；B、有眼球金屬異物的病人；,重要提示,危險！,MRI安全注意事項,體內有大塊金屬植入體的患者（如人工股骨頭等）應盡量避免MRI檢查。外傷病人進行MRI檢查前因明確體內有無金屬。懷孕3個月以內者不宜接受MRI檢查或從事MRI工作。危重病人一般不宜接受MRI檢查（因一般監(jiān)護儀器不能進入MRI室）。所有人員包括病人、家屬及醫(yī)務人員，進入MR掃描室前，應去除體表所有金屬物及其他有可能影響檢查及安