醫(yī)學(xué)影像學(xué) 顱腦病變MRI診斷基礎(chǔ)

顱腦MRI診斷

磁共振成像磁共振成像（MagneticResonanceImageMRI）是利用原子核在磁場內(nèi)共振所產(chǎn)生的信號,經(jīng)重建成像的一種檢查技術(shù)人體內(nèi)氫核豐富，而且用它進(jìn)行磁共振成像的效果最好，因此目前MRI常規(guī)用氫核來成像2磁體類型依場強(qiáng)分為五類:超高場(4.0-7.0T)高場(1.5-3.0)中場(0.5-1.4)低場(0.2-0.4)超低場(小于0.2T)3磁體類型依磁體設(shè)計(jì)分為三種類型:永磁型磁體:開放式,場強(qiáng)低常導(dǎo)型磁體:通過線圈內(nèi)通電來產(chǎn)生磁場超導(dǎo)型磁體:低溫(-270度)電阻為零,使用很強(qiáng)的電流產(chǎn)生很高的磁場4磁體構(gòu)成主磁場梯度磁場射頻脈沖:發(fā)射線圈與接收線圈計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他輔助設(shè)備:水冷機(jī),相機(jī)等56MR成像原理MR成像原理第一步：有自旋未配對的質(zhì)子被放入外磁場,它們會沿主磁場的方向排列，產(chǎn)生縱向磁化矢量8

進(jìn)入主磁場前后人體內(nèi)質(zhì)子的核磁狀態(tài)變化：有較多的質(zhì)子處在低能級狀態(tài)9MR成像原理質(zhì)子沿主磁場方向排列產(chǎn)生縱向磁化矢量因此，人體進(jìn)入主磁場后被磁化了某一組織的質(zhì)子含量越高，則產(chǎn)生的宏觀縱向磁化矢量越大即MR已經(jīng)可以區(qū)分質(zhì)子含量不同的組織了10MR成像原理質(zhì)子在磁場中不是靜止的,而存在著進(jìn)動即沿自身軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又沿另一軸作回旋的運(yùn)動氫核沿自身軸旋轉(zhuǎn)及主磁場的中心軸旋轉(zhuǎn)

ω0=γ*β0(ω0指進(jìn)動頻率

γ指旋磁比

β0指靜磁場強(qiáng)度)質(zhì)子的進(jìn)動頻率與磁場強(qiáng)度有關(guān)11質(zhì)子在主磁場中以某種形式在運(yùn)動著，稱為進(jìn)動，可用進(jìn)動頻率來測定其速度12進(jìn)入主磁場后發(fā)生的變化產(chǎn)生縱向磁化矢量，即在Z軸方向有磁化矢量沒有橫向磁化矢量：XY平面方向質(zhì)子磁力抵消13MR成像原理第二步對病人發(fā)射一個(gè)特定頻率(與進(jìn)動頻率一致)的射頻脈沖(RF),會引起一些質(zhì)子發(fā)生共振14MR成像原理RF與進(jìn)動頻率相同時(shí)，質(zhì)子吸收能量發(fā)生共振質(zhì)子共振同時(shí)產(chǎn)生兩方面的效果：能級的躍遷，導(dǎo)致縱向磁化的減少質(zhì)子發(fā)生同步、同相運(yùn)動，即產(chǎn)生橫向磁化15

置入外磁場,沿外磁場產(chǎn)生縱向磁化矢量

加RF后縱向磁化減少甚至消失16進(jìn)入主磁場后橫向磁化矢量為0施加RF施加RF后縱向產(chǎn)生橫向磁化17MR成像原理第三步RF結(jié)束后,質(zhì)子在回復(fù)到原來的排列方向時(shí),它們會產(chǎn)生一個(gè)信號,即MR18MR成像原理中斷RF后亦同時(shí)產(chǎn)生兩方面效果：釋放能量----縱向磁化矢量增加失相位-------橫向磁化矢量減少19

中斷RF后,縱向磁化矢量增加,直到恢復(fù)原來的數(shù)值20中斷RF，質(zhì)子失相位，XY平面內(nèi)指向同一個(gè)方向的磁化向量越來越少，即橫向矢量減少、消失21兩個(gè)過程是獨(dú)立、同時(shí)進(jìn)行的22縱向和橫向磁化量疊加形成一個(gè)總矢量（紅色箭頭），弛豫過程呈螺旋式運(yùn)動23總矢量螺旋式運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電流（MR信號）在RF脈沖中止后即刻最大，隨后逐漸減小24總結(jié)：MR成像原理人體進(jìn)入外磁場，質(zhì)子會沿主磁場的方向排列，產(chǎn)生縱向磁化矢量對病人發(fā)射與進(jìn)動頻率一致的射頻脈沖(RF),會引起一些質(zhì)子發(fā)生共振RF結(jié)束后,質(zhì)子在回復(fù)到原來的排列方向時(shí),它們會產(chǎn)生一個(gè)信號25MRI定位MR信號的空間定位編碼由梯度場完成空間定位包括層面和層厚的選擇頻率編碼相位編碼2627對其中一層再施加第二個(gè)梯度場28再施加第三個(gè)梯度場29弛豫與弛豫時(shí)間

終止RF脈沖后，宏觀磁化矢量并不立即停止轉(zhuǎn)動，而是逐漸向平衡態(tài)恢復(fù)，此過程稱為弛豫(relaxation)，所用的時(shí)間稱為弛豫時(shí)間弛豫的過程即為釋放能量和產(chǎn)生MR信號的過程MR成像中重要概念30縱向弛豫與橫向弛豫

中斷RF脈沖后，質(zhì)子釋放能量，逐一從高能狀態(tài)返回到低能狀態(tài)，因此縱向磁化逐漸增大，直至緩慢恢復(fù)到原來的狀態(tài)，稱為縱向弛豫同時(shí)，質(zhì)子不再被強(qiáng)制處于同相位，每個(gè)質(zhì)子處于稍有差別的磁場中，指向同一方向的質(zhì)子散開，導(dǎo)致橫向磁化很快減少到零，此過程稱為橫向弛豫

31T1曲線32T2曲線33T2<<T134縱向弛豫時(shí)間與橫向弛豫時(shí)間縱向磁化矢量由零恢復(fù)到原來數(shù)值的63％時(shí)所需時(shí)間，稱為縱向弛豫時(shí)間，簡稱T1

橫向磁化矢量由最大衰減到原來值的37％時(shí)所需的時(shí)間，稱為橫向弛豫時(shí)間，簡稱T235T1曲線T163%36T2曲線T237%37人體不同器官的正常組織與病理組織的T1,T2值是固定的，且有一定的差別這種差別是MRI診斷的基礎(chǔ)突出組織的T1差別的圖像為T1WI突出組織的T2差別的圖像為T2WI圖像對比依賴于組織的質(zhì)子密度的為PDWMR圖像形成原理3839401.5T場強(qiáng)下正常人體組織的T1,T2參考值組織名稱T1值(ms)T2值(ms)腦白質(zhì)350~50090~100腦灰質(zhì)400~600100~120腦脊液3000~40001200~2000肝臟350~40045~55脾臟400~450100~160腎皮質(zhì)350~42080~100腎髓質(zhì)450~650120~150骨骼肌500~60070~90皮下脂肪220~25090~130隨著場強(qiáng)的增高，T1時(shí)間延長，T2時(shí)間縮短41MR原理---相關(guān)概念TR重復(fù)時(shí)間(RepetitionTime)第一個(gè)90°RF到第二個(gè)90°RF出現(xiàn)的時(shí)間TE回波時(shí)間(EchoTime)自90°脈沖開始至測量回波出現(xiàn)的時(shí)間42A、B為兩種弛豫時(shí)間不同的組織，如果TR時(shí)間足夠長，則兩者的信號強(qiáng)度難以區(qū)分適當(dāng)縮短TR，兩者的縱向弛豫恢復(fù)程度不同，其縱向磁化矢量大小不一，則再次施加RF，其產(chǎn)生的橫向矢量大小不同，信號強(qiáng)度不同43SE序列的加權(quán)成像在SE序列中，T1成分主要由TR決定，選擇很長的TR，可基本剔除T1值對圖像對比的影響T2成分主要由TE決定，選擇很短的TE，可基本剔除T2值對圖像對比的影響因此，選擇短TR，短TE，可得到T1加權(quán)像選擇長TR，長TE，可得到T2加權(quán)像選擇長TR,短TE，得到PD加權(quán)像44使用短TR，兩者的信號強(qiáng)度差別比使用長TR時(shí)大45使用短TE時(shí)，信號強(qiáng)度的差別沒有長TE時(shí)明顯46X線對比劑：使對比劑顯影

MRI對比劑：改變組織的理化特性，不顯示對比劑本身

MRI對比劑(Gd-DTPA)影響質(zhì)子的縱、橫向弛豫時(shí)間，主要是縮短T1弛豫時(shí)間MR對比劑47順磁性對比劑對信號的影響：對于某些特定的TR來說，能獲得較強(qiáng)的信號注入順磁性對比劑后曲線左移48平掃時(shí)A、B兩種物質(zhì)在TR處兩者的信號差異不大

平掃A對比劑后增強(qiáng)掃描，A的T1曲線左移，兩者的信號差異增加

49Gd-DTPA50MR原理---MRI掃描圖像

各加權(quán)像的參數(shù)加權(quán)像 TR TE T1加權(quán)像短（<500ms） 短（<25ms）T2加權(quán)像長（>2000ms）長（>75ms）質(zhì)子加權(quán)像長（>2000ms）短（<25ms） 51一般認(rèn)為T1加權(quán)像觀察解剖結(jié)構(gòu)，且特別有助于定位診斷而T2加權(quán)像則一般可對病變性質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，有助于定性診斷MR原理---MRI掃描圖像52常見組織的MR信號53常見組織的信號特點(diǎn)T1WI長T1：液體、水腫、囊變、壞死、鈣化、氣體、變性病變及常見腫瘤短T1：脂肪、出血、含蛋白多的病變及部分膽脂瘤、皮樣囊腫、黑色素瘤等T1：細(xì)胞密度高的腦膜瘤、髓母細(xì)胞瘤、生殖細(xì)胞瘤、淋巴瘤54常見組織的信號特點(diǎn)T2WI長T2：液體、水腫、囊變、壞死、變性病變及常見腫瘤短T2：部分鈣化、血管流空、黑色素瘤等T2：腦膜瘤、髓母細(xì)胞瘤、生殖細(xì)胞瘤、淋巴瘤55區(qū)分T1WI及T2WI的方法最簡易的方法是觀察腦脊液：其中呈低信號的圖像是T1加權(quán)像，反之則是T2加權(quán)像還可觀察腦灰、白質(zhì)：T1WI上腦灰質(zhì)信號低于腦白質(zhì)，而T2WI上則相反還可看掃描參數(shù)TR,TE5657MR成像原理—序列技術(shù)自旋回波（SpinEcho,SE）快速自旋回波（FastSpineEchoFSE)梯度回波（GradientEcho,GE）反轉(zhuǎn)恢復(fù)（InversionRecoveryIR）FLAIR:反轉(zhuǎn)時(shí)間(TI)長(1800ms)STIR:TI較短(100ms)平面回波成像(echoplanarimaging,EPI)58自旋回波脈沖序列SE180°復(fù)相脈沖產(chǎn)生的回波稱為自旋回波SE序列是由1個(gè)90°脈沖后隨一個(gè)180°復(fù)相脈沖組成59快速自旋回波序列FSE或TSEFSE序列在一次90°射頻脈沖激發(fā)后利用多個(gè)（2個(gè)以上）1800復(fù)相脈沖產(chǎn)生多個(gè)自旋回波，每個(gè)回波的相位編碼不同，填充在K空間的不同位置上一次90°脈沖后所產(chǎn)生的自旋回波數(shù)目定義為FSE序列回波鏈長度ETL6061梯度回波脈沖序列梯度回波原理示意圖梯度回波的產(chǎn)生是利用了梯度場的方向切換產(chǎn)生的62常規(guī)GRE序列結(jié)構(gòu)圖

63梯度回波序列的特點(diǎn)小角度激發(fā),加快成像速度回波的產(chǎn)生依靠讀出梯度場（即頻率編碼梯度場）切換T2*弛豫

聚相位梯度場只能剔除離相位梯度場造成的質(zhì)子失相位，不能剔除主磁場不均勻造成的質(zhì)子失相位，因此只能得到T2*弛豫信息而不是T2弛豫信息64反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列IR具有1800反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖的序列統(tǒng)稱為反轉(zhuǎn)恢復(fù)類序列共同特點(diǎn)T1對比增加，相當(dāng)于900脈沖的2倍左右可以選擇性抑制一定T1值的組織信號選擇不同的TI可以制造出不同的對比，也可選擇性抑制不同T1值的組織信號6566STIR和FLAIR序列原理示意圖67短恢復(fù)時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)法(STIR)采用相對于脂肪組織矢量剛好從負(fù)的z軸方向增長至橫軸平面時(shí)的TI時(shí)間此時(shí)施加90°脈沖因脂肪組織質(zhì)子處于飽和狀態(tài)故不能釋放出信號68液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（FLAIR）采用了腦脊液（CSF）從負(fù)的z軸方向增長至橫軸平面時(shí)的TI時(shí)間造成了CSF無信號產(chǎn)生，用于壓抑在T2加權(quán)和質(zhì)子密度加權(quán)像上高信號的CSF，從而區(qū)分出CSF鄰近組織的病理改變69T1加權(quán)FLAIR

T2加權(quán)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列707172平面回波成像EPIEPI是目前最快的MR信號采集方式EPI技術(shù)本身采集到的MR信號也屬于梯度回波實(shí)際上EPI可以理解成一次射頻脈沖激發(fā)采集多個(gè)梯度回波73常規(guī)EPI序列結(jié)構(gòu)示意圖，圖中省略了層面選擇梯度。EPI是在射頻脈沖激發(fā)后利用梯度場連續(xù)的反應(yīng)切換，從而產(chǎn)生一連串梯度回波。利用相位編碼梯度場與讀出梯度場相互配合，完成空間定位編碼

74EPI分類按激發(fā)次數(shù)分類多次激發(fā)EPI指一次射頻脈沖激發(fā)后利用讀出梯度場連續(xù)切換采集多個(gè)梯度回波，需要多次射頻脈沖激發(fā)和相應(yīng)次數(shù)的EPI采集才能完成單次激發(fā)EPI序列的所有數(shù)據(jù)在一次脈沖激發(fā)后全部采集按EPI準(zhǔn)備脈沖分類GRE-EPI序列SE-EPI序列IR-EPI序列75GRE-EPI序列SE-EPI序列IR-EPI序列76EPI序列的臨床應(yīng)用MR對比劑首次通過灌注加權(quán)成像基于血氧水平依賴（BOLD)效應(yīng)的腦功能成像腦部超快速T2WI腹部屏氣T2WI心臟成像水分子彌散加權(quán)成像DWI7778常用脂肪抑制頻率選擇飽和法：場強(qiáng)要求高、僅脂肪被抑制、邊緣易受影響STIR：大FOV時(shí)用、一些血腫可能被抑制、不能用于增強(qiáng)頻率選擇反轉(zhuǎn)脈沖脂肪抑制：以上兩種結(jié)合水激發(fā)同-反相位：純脂肪不能被抑制79808182831、概念由于噪聲量是一定的，因此要想提高SNR，只能是使