磁共振成像(MRI)基本知識(shí)及臨床應(yīng)用

磁共振成像（MRI）基本知識(shí)及臨床應(yīng)用中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院放射醫(yī)學(xué)教研室

一、MRI掃描儀的基本硬件構(gòu)成MRI儀由以下幾部分組成主磁體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他輔助設(shè)備1、主磁體MRI按磁場(chǎng)產(chǎn)生方式分類永磁電磁常導(dǎo)超導(dǎo)主磁體0.35T永磁磁體1.5T超導(dǎo)磁體MR按主磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)分類MRI圖像信噪比與主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)成正比低場(chǎng):小于0.5T中場(chǎng)：0.5T－1.0T高場(chǎng):1.5T－

2.0T超高場(chǎng)強(qiáng)：3.0T－

4.7T－7T1.5T3.0T0.23T0.5T1.0T2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及譜儀數(shù)據(jù)的運(yùn)算控制掃描顯示圖像3、其他輔助設(shè)備檢查臺(tái)激光照相機(jī)液氦及水冷卻系統(tǒng)空調(diào)自動(dòng)洗片機(jī)等二、MR成像操作步驟將病人置于主磁體磁場(chǎng)內(nèi)發(fā)射90度（射頻）脈沖中止90度（射頻）脈沖接收體內(nèi)發(fā)出的信號(hào)重建MRI圖像三、MRI的物理學(xué)基本知識(shí)

1、人體MR成像的物質(zhì)基礎(chǔ)原子的結(jié)構(gòu)電子：負(fù)電荷中子：無電荷質(zhì)子：正電荷原子核總是繞著自身的軸旋轉(zhuǎn)－－自旋(Spin)

原子核自旋產(chǎn)生核磁所有的原子核都可產(chǎn)生核磁嗎？質(zhì)子為偶數(shù)，中子為偶數(shù)質(zhì)子為奇數(shù)，中子為奇數(shù)質(zhì)子為奇數(shù)，中子為偶數(shù)產(chǎn)生核磁不產(chǎn)生核磁用于人體MRI的為1H（氫質(zhì)子），原因有：1、1H的磁化率很高；2、1H占人體原子的絕大多數(shù)。通常所指的MRI為氫質(zhì)子的MR圖像。何種原子核用于人體MR成像？通常情況下人體內(nèi)氫質(zhì)子的核磁狀態(tài)通常情況下，盡管每個(gè)質(zhì)子自旋均產(chǎn)生一個(gè)小的磁場(chǎng)，但呈隨機(jī)無序排列，磁化矢量相互抵消，人體并不表現(xiàn)出宏觀磁化矢量。把人體放進(jìn)大磁場(chǎng)進(jìn)入主磁場(chǎng)前、后人體組織質(zhì)子的核磁狀態(tài)人體進(jìn)入主磁體發(fā)生了什么？質(zhì)子排列無強(qiáng)磁場(chǎng)—排列無序在強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)—排列有序平行于（指向上），反平行于（指向下）磁力線前者處于低能級(jí)，略多病人成磁體磁化沿磁場(chǎng)縱軸方向2、縱向磁化（longitudinalmagnetization）

指向上與指向下質(zhì)子的磁矢量抵消，余下指向上質(zhì)子的總磁矢量為縱向磁矢量磁化沿外磁場(chǎng)縱軸方向因而得名進(jìn)入主磁場(chǎng)后人體被磁化了，產(chǎn)生縱向宏觀磁化矢量不同的組織由于氫質(zhì)子含量的不同，宏觀磁化矢量也不同磁共振不能檢測(cè)出縱向磁化矢量？MR不能檢測(cè)到縱向磁化矢量，但能檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)的橫向磁化矢量MR只能采集旋轉(zhuǎn)的橫向磁化矢量如何才能產(chǎn)生橫向宏觀磁化矢量？？？？3、射頻脈沖與磁共振

什么叫共振，怎樣產(chǎn)生磁共振？共振：能量從一個(gè)震動(dòng)著的物體傳遞到另一個(gè)物體，而后者以前者相同的頻率震動(dòng)。怎樣才能使低能氫質(zhì)子獲得能量，產(chǎn)生共振，進(jìn)入高能狀態(tài)？發(fā)射與質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率相同的射頻脈沖，質(zhì)子吸收能量而進(jìn)入高能狀態(tài)，即核磁共振。90度脈沖是一種功率很低的電磁波信號(hào)4、進(jìn)動(dòng)與進(jìn)動(dòng)頻率●進(jìn)動(dòng)：在靜磁場(chǎng)中，有序排列的質(zhì)子作快速的錐形運(yùn)動(dòng)；●進(jìn)動(dòng)頻率：每秒進(jìn)動(dòng)次數(shù)；H質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率（ω0）42.5MHz（1.0T）（42.5百萬次/秒）5、射頻脈沖效應(yīng)（一）縱向磁化減少質(zhì)子吸收能后，從低能級(jí)（指向上）躍遷到高能級(jí)（指向下），指向下抵消指向上質(zhì)子的磁力，引起縱向磁化減少射頻脈沖效應(yīng)（二）橫向磁化（transversemagnetization）引起質(zhì)子同步、同速運(yùn)動(dòng)，處于同相（inphase），在XY平面上產(chǎn)生新的磁化即橫向磁化5、射頻線圈關(guān)閉后發(fā)生了什么？

馳豫Relaxation放松、休息（1）馳豫中止射頻脈沖，同時(shí)獨(dú)立發(fā)生兩個(gè)過程：縱向磁化開始恢復(fù)—縱向馳豫（longitudinalrelaxation）橫向磁化開始消失—橫向馳豫

(transverserelaxation)（2）縱向馳豫

高能級(jí)（指向下）質(zhì)子逐個(gè)回到低能級(jí)（指向上）,縱向磁化增加并復(fù)原縱向弛豫也稱為T1弛豫，是指90度脈沖中止后，在主磁場(chǎng)的作用下，縱向磁化矢量開始恢復(fù)，直至恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程。90度脈沖T1曲線（T1curve）

以時(shí)間為橫軸，以縱向磁化為縱軸繪制的一條曲線

T1曲線向上走行縱向馳豫時(shí)間-T1(Iongiudinalrelaxationtime,T1)

縱向磁化增加到復(fù)原所需的時(shí)間

用T1值來描述組織T1弛豫的快慢，T1值是縱向磁化恢復(fù)至原磁矢量的63％所需時(shí)間不同組織有不同的T1弛豫時(shí)間（3）橫向馳豫

不同頻率的質(zhì)子因周圍磁場(chǎng)不均勻性，很快失去相位一致性，橫向磁化減少、消失—橫向馳豫.橫向馳豫時(shí)間-T2(transverserelaxationtime,T2)

橫向磁化減小到消失所需的時(shí)間

T2曲線（T2curve）

以時(shí)間為橫軸，以縱向磁化為縱軸繪制的一條曲線

T2曲線向下走行用T2值來描述組織T2弛豫的快慢，T2值是橫向磁化減小至原磁矢量的37％所需時(shí)間不同的組織橫向弛豫速度不同（T2值不同）重要提示不同組織有著不同質(zhì)子密度橫向(T2)弛豫速度縱向(T1)弛豫速度這是MRI顯示解剖結(jié)構(gòu)和病變的基礎(chǔ)？？6、脈沖序列使縱向磁化傾斜90度脈沖為90度脈沖，施加90度脈沖后，等待一定時(shí)間，施加第二個(gè)90度脈沖，這種連續(xù)施加的脈沖即為脈沖序列。脈沖序列決定著將從組織獲得何種信號(hào)。90180回波回波90180TETRTE：回波時(shí)間TR：重復(fù)時(shí)間SE脈沖序列結(jié)構(gòu)所謂的加權(quán)就是“重點(diǎn)突出”的意思T1加權(quán)成像（T1WI）----突出組織T1弛豫（縱向弛豫）差別T2加權(quán)成像（T2WI）----突出組織T2弛豫（橫向弛豫）差別質(zhì)子密度加權(quán)成像（PD）－突出組織氫質(zhì)子含量差別

7、磁共振“加權(quán)成像”

何為加權(quán)？重復(fù)時(shí)間（repetitiontime，TR）指在脈沖序列中，兩次90度脈沖之間的間隔時(shí)問。TR的長短決定著能否顯示出組織間T1的差別，伎用短TR可獲得T1信號(hào)對(duì)比，而長TR則不能。T1加權(quán)像（T1weightedimage，T1WI）在SE序列中，選用短TR（通常小于500ms）、短TE（通常小于30ms）所獲得圖像的影像對(duì)比主要由T1信號(hào)對(duì)比決定，此種圖像稱為T1加權(quán)像。突出組織T1弛豫T1WI短TR（200-500ms）短TE（<20ms）T1WI回波時(shí)間（echotime，TE）：指從90度脈沖開始至獲得回波的時(shí)間。TE決定T2信號(hào)加權(quán)，使用長TE可獲得T2信號(hào)對(duì)比。T2加權(quán)像（T2weightedimage，T2WI）選用長TR（通常大于1500ms）、長TE（通常大于80ms）所獲圖像的影像對(duì)比主要由T2信號(hào)對(duì)比決定，此種圖像稱為T2加權(quán)像長TR（>2000ms）長TE（>50ms）T2WI重要提示!!!人體大多數(shù)病變的T1值、T2值均較相應(yīng)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”。長TR（>2000ms）短TE（<20ms）PD常見組織的T1、T2水T1、T2

長脂肪T1、T2

短病變組織含水量高T1、T2

長（四）

MRI圖像特點(diǎn)：1、多參數(shù)成像

MRI是多參數(shù)成像，其成像參數(shù)主耍包括T1、T2和質(zhì)子密度等，同一部位可獲得T1、T2和PDWI等多種圍像。2、多方位成像一次檢查，可獲得軸位、冠狀位、矢狀位及灶意傾斜層面，有利于解剖和病變的顯示。3、MRI是信號(hào)，不是密度。4、質(zhì)子馳豫增強(qiáng)效應(yīng)（造影劑對(duì)比增強(qiáng)）1、多參數(shù)成像MRI是多參數(shù)成像，其成像參數(shù)主耍包括T1、T2和質(zhì)子密度等，同一部位可獲得T1、T2和PDWI等多種圍像。MRI圖像特點(diǎn)：1.多參數(shù)成像何為多參數(shù)成像？T1WIT1WI+C2、多方位成像可獲得軸位、冠狀位、矢狀位及任意傾斜層面，有利于解剖和病變的顯示。MRI：椎管內(nèi)病變的首選及必要檢查方法女，46歲，左上肢疼痛數(shù)年，近三月加重C3-4平面髓外硬膜下神經(jīng)鞘瘤多方位成像：

定位更精確右小腦血管母細(xì)胞瘤：2個(gè)壁結(jié)節(jié)男，25歲，走路不穩(wěn)伴嘔吐一月有幾個(gè)壁性結(jié)節(jié)？CTMRIT1WIMRIT2WI3、MRI圖像是信號(hào)而非密度灰階4、質(zhì)子馳豫增強(qiáng)效應(yīng)一些順磁性物質(zhì)和超順磁性物質(zhì)，可縮短周圍質(zhì)子的弛豫時(shí)間，此效應(yīng)稱為質(zhì)子馳豫增強(qiáng)效應(yīng)（protonrelaxationenhancmenteffect），是MRI行對(duì)比劑增強(qiáng)的基礎(chǔ)。對(duì)比劑增強(qiáng)利用磁共振對(duì)比劑改變質(zhì)子的T1、T2弛豫時(shí)間來增強(qiáng)或降低組織的信號(hào)。一般應(yīng)用其縮短T1時(shí)間、使T1WI信號(hào)增高來提高發(fā)現(xiàn)疾病的敏感性，或增加定性診斷的特異性。增強(qiáng)掃描還可以評(píng)價(jià)腦內(nèi)病變的血腦屏障功能、肝內(nèi)病變的血供方式等。MRI增強(qiáng)掃描3mm層厚,T1WI+C右側(cè)微小聽神經(jīng)瘤MRI圖像特點(diǎn)：增強(qiáng)掃描腦內(nèi)三級(jí)星形細(xì)胞瘤T1WIT2WIT1WI+C3×4㎝病變邊界多大？血腦屏障完整嗎？（五）、MRI檢查技術(shù)及其應(yīng)用（一）脈沖序列●常用的脈沖序列有自旋回波（spinecho，SE）序列、梯度回波（gradientecho，GRE）序列、反轉(zhuǎn)恢復(fù)（inversionrecovery，IR）序列等?！衩}沖序列決定獲得組織的何種信號(hào)1、SE序列☉常規(guī)SE脈沖序列是臨床上最常用的成像序列。☉該序列先發(fā)射一次90RF激勵(lì)脈沖，然后施加180復(fù)相脈沖，使質(zhì)子相位重聚，產(chǎn)生自旋回波信號(hào)。☉通過調(diào)節(jié)TR和TE的長短可分別獲得反映組織的T1、T2及質(zhì)子密度特性的MR圖像。☉其中T1WI具有較高的信噪比，適于顯示解剖結(jié)構(gòu)，也是增強(qiáng)掃描的常用序列；☉T2WI則更易于顯示水腫和液體，而病變組織常含有較多水分，在T2WI上顯示為高信號(hào)，因而更易于顯示病變；☉PDWI?？奢^好地顯示出血管結(jié)構(gòu)。自旋回波(SE)

序列應(yīng)用舉例經(jīng)典序列，獲得T1WI,T2WI,PDWI,圖像質(zhì)量較好T1WIT2WI慢性硬膜下血腫正常脂肪組織T1WIT2WI自旋回波(SE)

序列應(yīng)用舉例多參數(shù)成像的經(jīng)典序列有利于準(zhǔn)確診斷T1WIT2WI慢性硬膜下血腫硬膜下積液亞急性早期硬膜下血腫2、反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列：通過在90°RF前使用180°的反轉(zhuǎn)RF，并調(diào)節(jié)其與90°RF之間的間隔，可分別抑制不同組織的信號(hào)（如脂肪或水）（1）STIR脈沖序列是IR脈沖序列的一個(gè)類型，選擇一個(gè)特定的TI值，在脂肪質(zhì)子的縱向磁化恢復(fù)到0點(diǎn)時(shí)施加90度脈沖，在90度脈沖后脂肪質(zhì)子無橫向磁化而無信號(hào)產(chǎn)生。主耍用途是在T1WI中抑制脂肪的短T1高信號(hào)，即脂肪抑制（Fatsuppression）→使脂肪無信號(hào)！反轉(zhuǎn)恢復(fù)與脂肪抑制序列T1WIT2WISTIR局灶脂肪變性（2）液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列（Fluidattenuatedinversionrecovery，F(xiàn)LAIR）是IR序列的另一個(gè)類型，特點(diǎn)是選擇一個(gè)特殊的TI值，使腦脊液信號(hào)被抑制，主耍用于T2WI和PDWI中抑制腦脊液的高信號(hào)，使與腦脊液相鄰的長T2病變顯示得更清楚?！顾疅o信號(hào)！T2WIT1WI多參數(shù)成像男，27歲，1月前有感冒，記憶逐漸喪失。病毒性腦炎T2FLAIR液體衰減反轉(zhuǎn)回復(fù)(FLAIR）序列3、GRE脈沖序列（gradientecho）GRE脈沖序列是常用的快速成像序列，具有多種類型。特點(diǎn)：用小翻轉(zhuǎn)角脈沖代替90°脈沖；用梯度場(chǎng)代替180°復(fù)相脈沖縮短TR以達(dá)到快速成像的目的主要用于屏氣下腹部快速掃描、動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描、血管成像等。

MRI平掃+C

男28歲體檢發(fā)現(xiàn)肝內(nèi)占位乙肝13年AFP（-）肝癌4、回波平面成像（echoplanarimaging，EPI）EPI是目前成像速度最快的技術(shù)，EPI最大的優(yōu)點(diǎn)是掃描時(shí)間極短而圖像質(zhì)量相當(dāng)高，可最大限度除去運(yùn)動(dòng)偽影，適用于心臟成像、腹部成像、還可進(jìn)行灌注、彌散成像和皮質(zhì)激發(fā)功能足定位成像等。超急性腦梗塞（二）MR血管成像（magneticresonanceangiography，MRA）MRA是使血管成像的MRI技術(shù)，一般無需注射對(duì)比劑即可使血管顯影。常用的技術(shù)有：時(shí)間飛躍（timeofflight，TOF）法；相位對(duì)比法（phasecontast，PC）法；對(duì)比增強(qiáng)MRA流動(dòng)效應(yīng)體內(nèi)流動(dòng)的液體中的質(zhì)子與周圍靜止?fàn)顟B(tài)的質(zhì)子相比，在MR圖像上表現(xiàn)出不同的信號(hào)特征，稱為流動(dòng)效應(yīng)。如流空現(xiàn)象（flowvoidphenomenom）流空現(xiàn)象（flowvoidphenomenon）對(duì)某一層面發(fā)射90°脈沖，層面內(nèi)質(zhì)子包括血管內(nèi)血液均受激發(fā)，中止脈沖記錄該層面信號(hào)時(shí)血液已離開受檢層面，測(cè)不到信號(hào)，成為無信號(hào)帶男，65歲，漸起四肢泛力，以右側(cè)為重4年多椎動(dòng)脈擴(kuò)張壓迫延髓血菅性疾病動(dòng)靜脈畸形時(shí)間飛越法MRA不使用造影劑的血管成像(3D-TOF）時(shí)間飛越法（timeofflight,TOF）是常用的MRA方法，該技術(shù)是基于血液的流入增強(qiáng)效應(yīng)。一般采用TR較短的GRET1WI序列進(jìn)采集，抑制靜止組織的信號(hào)，成像范圍外的血液未被抑制，流入成像范圍內(nèi)，具有較周圍靜止組織的信號(hào)高。（三）MR水成像采用長TR、很長TE荻得重度T2加權(quán)，使體內(nèi)靜態(tài)或緩慢流動(dòng)的液體呈現(xiàn)高信號(hào)，而實(shí)質(zhì)器官和快速流動(dòng)的液體如動(dòng)脈血呈低信號(hào)的技術(shù)。通過最大強(qiáng)度投影（maximumintensityprojection，MIP）重建，可得到類似于直接造影的圖像。常用的有：MR胰膽管成像（MRcholangiopancreatography，MRCP）；MR尿路造影（MRurography，MRU）水成像技術(shù)：MRCP代替ERCP膽總管內(nèi)小結(jié)石結(jié)腸水成像：橫結(jié)腸癌（四）磁共振功能成像磁共振功能成像（functionalmegneticresonanceimaging，fMRI）是在病變尚未出現(xiàn)形態(tài)變化之前，利用功能變化來形成圖像，以進(jìn)行疾病早期診斷或研究某一結(jié)構(gòu)的功能。主耍包括：彌散成像（DWI）、灌注成像（PWI）、皮質(zhì)激發(fā)功能定位成像等。彌散成像（diffusion-weightedimaging，DWI

）男性，50歲，左側(cè)肢體乏力1小時(shí)右內(nèi)囊后肢腦梗塞缺血、梗塞還是出血？T2WIT1WIDWI何為DWI？DWIT2WIDWI是反應(yīng)水分子彌散（活動(dòng)）快慢的一種加權(quán)像細(xì)胞毒性水腫，彌散變慢彌散慢：信號(hào)↑彌散快：信號(hào)↓水含量無變化pwi：反映組織微循環(huán)的分布及其血流灌注對(duì)比劑首過灌注成像動(dòng)脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記法（ASL)首過法灌注技術(shù)得到的參數(shù)圖PWI用于急性腦梗死的評(píng)價(jià)左側(cè)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)急性梗死，B-CBV示缺血區(qū)范圍大于DWI上所示的梗死區(qū)，提示有半暗帶的存在。A-DWI

B-CBV皮質(zhì)激發(fā)功能定位成像（BOLDfMRI)目前主要為BOLD技術(shù)：原理是腦皮層功能活動(dòng)區(qū)血流量相對(duì)增加，氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白（具有順磁性）的比例增高，局部腦組織信號(hào)增高。（五）磁共振波譜（megneticresonancespectroscopy,MRS）是目前唯一能無創(chuàng)性觀察活體組織代謝及生化變化的技術(shù)。MRI提供的解剖和病理的形態(tài)信息，而MRS則可提供組織的代謝信息。原理：通過對(duì)某種組織的目標(biāo)區(qū)域施加經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的射頻脈沖，然后采集該區(qū)域發(fā)出的MR信號(hào)，該信號(hào)來源于多種代謝產(chǎn)物中的質(zhì)子，由于化學(xué)位移效應(yīng)，不同代謝產(chǎn)物中的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率有輕微差別，通過傅里葉轉(zhuǎn)換可得到不同物質(zhì)的波譜，通常用譜線表示。其橫坐標(biāo)表示不同物質(zhì)中質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率，用PPm表示，縱軸是化合物的信號(hào)強(qiáng)度，其峰高度與該化合物的濃度成正比。脂肪（Lipid）－O.9～1.3ppmN－乙酰天門冬氨酸（NAA)－2.O2PPm(含量降低表示神經(jīng)元受損)谷氨酸（Glx)－2.1～2.4ppm肌酸（Cr）－3.03ppm膽堿（Cho）－3.2ppm（細(xì)胞膜降解或合成旺盛其含量↑）肌醇（mI）－3.56PPm3.0T腦灰質(zhì)1H-MRS正常譜線橫坐標(biāo)：化學(xué)位移的頻率差（ppm）臨床應(yīng)用舉例MRI臨床應(yīng)用范圍已涵蓋全身各系統(tǒng).在形態(tài)學(xué)圖像與大體解剖幾乎一致,還可以提供功能與代謝性信息.因此MRI已成為臨床醫(yī)學(xué)不可替代的最重要的影像學(xué)檢查方法之一.診斷學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)更準(zhǔn)確定性診斷更精確定位診斷更早期確定診斷更無創(chuàng)實(shí)施診斷多因素多方位信號(hào)、功能與生化診斷不干攏人的生理與心理活動(dòng)什么診斷方法集中了這