核磁共振在臨床診斷中的應(yīng)用

1、磁共振成像在臨床診斷中的應(yīng)用Clinical application of Magnetic Resonance Imaging,何為磁共振成像？ 利用原子核在強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生共振所產(chǎn)生 的信號(hào),經(jīng)圖像重建的一種成像技術(shù).它是利 用磁共振現(xiàn)象與計(jì)算機(jī)斷層結(jié)合起來(lái)，而 建立起人體內(nèi)部組織的圖像。 早稱(chēng)NMR,現(xiàn)在多稱(chēng)為MRI(Magnetic Reso- Nance Imaging,一、發(fā)展史 1946年美國(guó)哈佛大學(xué)purcell 斯坦福大學(xué)Bloch (各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象，并應(yīng)用于生物化學(xué)、波譜學(xué)方面) 1952年二人因此同時(shí)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 1973年Lauterbur開(kāi)發(fā)了MRI技

2、術(shù),1980年生產(chǎn)MRI商用機(jī) 1982 年開(kāi)始應(yīng)用于臨床領(lǐng)域 2003年度諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)： 美國(guó)科學(xué)家Paul Lauterbur 和英國(guó)科學(xué)家 Peter Mansfield “磁共振成像技術(shù)是醫(yī)學(xué)診斷和 研究的一項(xiàng)突破，是20世紀(jì)最 重要的發(fā)現(xiàn)之一。,二、基本原理(Basic principles of MRI) 氫原子為人體內(nèi)數(shù)量最多的物質(zhì)，其原子核內(nèi)只有一個(gè)質(zhì)子，它不含中子，它最不穩(wěn)定，最易受外來(lái)磁場(chǎng)的影響而發(fā)生核磁共振現(xiàn)象。 磁共振圖像產(chǎn)生過(guò)程:1) 氫核雜亂無(wú)章的自旋運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)互相抵消。2）患者進(jìn)入外磁場(chǎng)中，H核從新排列，產(chǎn)生凈磁化。3）發(fā)射無(wú)線電波，稱(chēng)射頻脈沖（Radiof

3、requency Pulse,RF),H核吸收能量,4）外加RF停止后，H核釋放能量，即產(chǎn)生磁 共振信號(hào)。5）用計(jì)算機(jī)接收這些信號(hào),并進(jìn)行 一系列數(shù)據(jù)處理,重建出圖像。 人體內(nèi)H核共振條件：一是發(fā)射RF脈沖激勵(lì)， 二是RF脈沖頻率與H核的進(jìn)動(dòng)頻率相同。此時(shí) H核能吸收能量，由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)。 RF停止后，激勵(lì)的H質(zhì)子釋放能量并回到其 原先排列的方位，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為馳豫。所需要 的時(shí)間稱(chēng)為馳豫時(shí)間(Relaxation time,A.T1弛豫時(shí)間：也稱(chēng)縱向馳豫時(shí)間或T1值 是指縱向磁化矢量由零恢 復(fù)到原來(lái)數(shù)值的63%所需 的時(shí)間。B.T2弛豫時(shí)間：又稱(chēng)橫向馳豫時(shí)間或T2值 是指橫向磁化矢 量由

4、最大 減小到最大值的 37%所需 的時(shí)間,T1和T2值：是時(shí)間常數(shù),是組織固有參數(shù). 生物組織T1為300-2000ms,T2為30-150ms. 水的T1和T2值都長(zhǎng),脂肪T1和T2值短. 人體正常組織和病理組織T1值和T2值是相 對(duì)恒定的,并且它們之間有一定差別,這種組織間 馳豫時(shí)間上的差別,是MRI的成像基礎(chǔ). MRI成像有多個(gè)參數(shù), T1、T2和質(zhì)子密度( Proton density)，即給定的組織區(qū)域中發(fā)生共振 的質(zhì)子數(shù)目,三、脈沖序列與加權(quán)像 連續(xù)施加射頻脈沖的組合方式為脈沖序列。 它決定著將從組織獲得何種信號(hào)。MRI最常使 用自旋回波(spin echo,SE)序列：采用901

5、80 脈沖組合形式構(gòu)成。 T1加權(quán)像：主要反映組織間T1信號(hào)強(qiáng)度差 別形成的圖像。對(duì)解剖結(jié)構(gòu)顯示好。 T2加權(quán)像：主要反映組織間T2信號(hào)強(qiáng)度差 別形成的圖像。它對(duì)病變顯示敏感。 質(zhì)子密度像：由質(zhì)子密度差別形成的圖像,所謂的加權(quán)就是“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。 在任何序列圖像上，信號(hào)采集時(shí)橫向的磁化矢量越大，MR信號(hào)越強(qiáng),T1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像,短TR、短TET1加權(quán)像。T1像特點(diǎn)：組織的T1越短，恢復(fù)越快，信號(hào)就越強(qiáng)；組織的T1越長(zhǎng)，恢復(fù)越慢，信號(hào)就越弱,T1加權(quán)像,T2加權(quán)像,長(zhǎng)T

6、R、長(zhǎng)TET2加權(quán)像。 T2像特點(diǎn)：組織的T2越長(zhǎng)，恢復(fù)越慢，信號(hào)就越強(qiáng)；組織的T2越短，恢復(fù)越快，信號(hào)就越弱,長(zhǎng)TR、短TE質(zhì)子密度加權(quán)像，圖像特點(diǎn)： 組織的 d越大，信號(hào)就越強(qiáng)； d越小，信號(hào)就越弱。 腦白質(zhì)：65 % 腦灰質(zhì)：75 ,質(zhì)子密度加權(quán)像,常規(guī)SE序列的特點(diǎn),最基本、最常用的脈沖序列。 得到標(biāo)準(zhǔn)T1 WI 、 T2 WI圖像。 T1 WI觀察解剖好。 T2 WI有利于觀察病變，對(duì)病變較敏感。 偽影相對(duì)少（但由于成像時(shí)間長(zhǎng)，病人易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)）。 成像速度慢,流空效應(yīng)：應(yīng)用SE 序列時(shí)，心臟血管內(nèi) 的血液由于迅速流動(dòng)， 使發(fā)射MR信號(hào)的氫原 子核居于接受范圍之 外，所以測(cè)不到MR信

7、號(hào)，在T1加權(quán)像或T2 加權(quán)像中均呈黑影， 稱(chēng)之為流空效應(yīng),四、MRI設(shè)備構(gòu)成1.磁體magnet：根據(jù)其結(jié)構(gòu)分永磁型、常導(dǎo)型和超導(dǎo)型。超導(dǎo)（最好）：不受室溫影響，使用液氦液氮使磁體降至-273此時(shí)電阻為0，但液氦氮較貴。永磁：安裝維修簡(jiǎn)單，但受溫變影響大，不易調(diào)正磁場(chǎng)。常導(dǎo)：通過(guò)電流大，耗電水太多,2.梯度系統(tǒng)gradient system：梯度放大器及三組梯度線圈組成 ，修改主磁場(chǎng)，產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)。用于層面選擇和空間定位。3.射頻系統(tǒng) RF system:由發(fā)射與接受兩部分組成。發(fā)射射頻脈沖使磁化的氫核吸收能量 產(chǎn)生共振和接收MR信號(hào)。4.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)computer system5.輔助設(shè)備

8、,五、MRI信號(hào)與臨床,1. T1短（高）脂肪流動(dòng)慢的血液、血栓含蛋白高的液體亞急性出血,2. T1長(zhǎng)（低） 腦脊液 不含蛋白液體 含鐵血黃素 鈣化及骨皮質(zhì) 空氣 血管流空,3. T2短（低） DHB(去O2血紅蛋白)急性腦出血 順磁物質(zhì) 含鐵血黃素 鈣化 空氣 血液流空,4. T2長(zhǎng)（高） 水 腦脊液 囊腫 亞急性血腫 Cell外MHB 脂肪,六、禁忌證及適應(yīng)證(一)禁忌證1.帶心臟起搏器及神經(jīng)刺激器的病人2.曾做過(guò)心臟手術(shù)并帶有人工心臟瓣膜者3.眼球內(nèi)金屬異物或內(nèi)耳植金屬假體者4.曾做過(guò)A瘤手術(shù)或顱內(nèi)有A瘤夾者,相對(duì)禁忌：1.體內(nèi)有各種金屬植入物者2.幽閉癥者3.危重病人并有生命支持器者4

9、.癲癇病人不能保證檢查期間不發(fā)作者5.妊娠期婦女,七、MRI檢查技術(shù) 1、SE序列:即自旋回波脈沖序列,為MRI常規(guī) 使用.兩個(gè)參數(shù):重復(fù)時(shí)間（repetition time,TR）和 回波時(shí)間（echo time,TE）， 選用不同的TR 和TE 時(shí)間,可得到不同加權(quán)像. T1WI: TR500ms, TE30ms T2WI: TR2000ms,TE60ms PdWI: TR2000ms,TE30ms,T1WI,水： 在正常人體組織中，MR信號(hào)的80%來(lái)自于細(xì)胞內(nèi)，20%源于細(xì)胞外間隙，水在細(xì)胞內(nèi)外分布很廣，組織水對(duì)造成MR信號(hào)貢獻(xiàn)最大。自由水：它們處于平移，擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之中，具有較高的自

10、然運(yùn)動(dòng)頻率，這部分水在MRI稱(chēng)為自由水,結(jié)合水：如果水分子依付在運(yùn)動(dòng)緩慢的較大分子如蛋白質(zhì)周?chē)鴺?gòu)成水化層，這些水分子運(yùn)動(dòng)頻率就有較大幅度的減小，這部分水稱(chēng)為結(jié)合水,2.FLAIR序列: 液體衰減翻轉(zhuǎn)恢復(fù)序列, 又稱(chēng)抑水序列. 主要用于：腦梗死的診斷、分期 急性蛛網(wǎng)膜下腔出血 腦膜炎的診斷 多發(fā)性硬化 腦腫瘤,T1WI,T2WI,FLAIR,3.脂肪抑制:用以鑒別高信號(hào)區(qū)是否為脂肪組織 SPIR(頻譜特異式脂肪抑制) STIR(短翻轉(zhuǎn)時(shí)間翻轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù),T1WI,T2WI,T2WI SPIR,T1WI,T2WI,T1WI SPIR,4.MRI對(duì)比增強(qiáng)檢查: 釓-二乙三胺五醋酸1.Gd-DTPA特

11、點(diǎn)：弛豫性強(qiáng)；毒性??；安全系數(shù)大；細(xì)胞外分布；不通過(guò)正常血腦屏障；迅速由腎臟排出；在人體內(nèi)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；具有高溶解度。2.劑量及注射速度：即有縮短T1又有縮短T2弛豫時(shí)間的雙重作用用量:0.1mmol/kg,3.Gd-DTPA主要解決了以下問(wèn)題：發(fā)現(xiàn)平掃未顯示的病變，尤其是腦外脊髓外等信號(hào)的小病變；確定腦外腫瘤或是腦內(nèi)腫瘤；進(jìn)一步顯示腫瘤內(nèi)部情況，為治療方案的擬定提供信息；鑒別水腫或病變組織；CT掃描異常但碘過(guò)敏不能進(jìn)一步檢查者；在某種程度上區(qū)分腫瘤性病變與非腫瘤性病變。7 CE-MRA等,T1WI,T2WI,Meningioma,Meningioma,Gd-DTPA,T1WI,T2WI,Post

12、 Gd-DTPA,5.MR血管造影(MR angiography,MRA) 是使血管成像的MRI技術(shù).它簡(jiǎn)單,安全,無(wú)創(chuàng).可 不使用對(duì)比劑或使用對(duì)比劑. 常用技術(shù): (1).時(shí)間飛躍法:Time of flight,TOF (2).相位對(duì)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) 又稱(chēng)液體成像,是采用長(zhǎng)TE技術(shù),得到重度 T2WI突出水的信號(hào),合用脂肪抑制技術(shù),使 含水器官顯像. MR膽胰管造影(MRCP)

13、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) 是在病變未出現(xiàn)形態(tài)變化之前,利用功 能變化來(lái)形成圖像,已達(dá)到早期診斷的目的. 彌散加權(quán)像(diffusion weighted image,DWI) 灌注加權(quán)像(perfusion weighted image.PWI) 皮層激發(fā)功能定位成像:應(yīng)用blood oxygenation level dependent, BOLD（血氧水平依賴(lài)）， 研究大腦皮層活動(dòng),水腫： 腦水腫分為三種

14、類(lèi)型，即血管源性水腫，細(xì)胞毒素水腫和間質(zhì)性腦水腫。1.血管源性水腫，由于血腦屏障破壞，血漿由血管內(nèi)漏出到細(xì)胞外間隙，它主要發(fā)生于腦白質(zhì)中，在腫瘤、出血、梗塞、炎癥及腦外傷等疾患中常見(jiàn)，血管源性水腫呈手指狀分布于腦白質(zhì)之中,2.細(xì)胞毒素水腫 由于缺氧使ATP減少，鈉一鉀泵功能失常，Na與水進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，造成細(xì)胞腫脹，細(xì)胞外間隙減少，細(xì)胞毒素水腫常見(jiàn)于急性腦梗塞，使腦白質(zhì)與灰質(zhì)同時(shí)受累,3.間質(zhì)腦水腫 由于腦室內(nèi)壓力增高，腦脊液經(jīng)室管膜遷移到腦室周?chē)陌踪|(zhì)中并與蛋白質(zhì)結(jié)合成結(jié)合水，所以T1加權(quán)像略高于腦脊液，T2加權(quán)像略低于腦脊液，腦脊液壓力恢復(fù)到正常時(shí)上述間質(zhì)水腫又可消失,T1WI,T2WI,FL

15、AIR,DWI,ADC-map,Infarct,Brain perfusion,BOLD,8.磁共振波譜 MR spectrum,MRS: 是無(wú)創(chuàng)性研究活體器官組織代謝、生物 變化及化合物定量分析的新技術(shù)。臨床應(yīng)用 有氫譜和磷譜。近幾年又開(kāi)發(fā)波譜成像spectroscopy imaging,SI。能夠?qū)膊√峁┰?期診斷信息,磁共振成像特點(diǎn)： 多參數(shù)成像 多方位成像 具有較高的軟組織分辨率 功能成像 分子成像,T1WI,T1WI,T2WI,一)適應(yīng)證1.中樞神經(jīng)系統(tǒng)除急性腦出血腦外傷及蛛網(wǎng)膜下腔出血外基 本可取代CT多發(fā)硬化及脫髓鞘病變CT不如MRI顯示敏感腦梗死CT一般需24小時(shí)顯示異常,而MR顯 示較早腦垂體及鞍上區(qū)病變通過(guò)三維成像,定位準(zhǔn)確腫瘤MRI定位診斷準(zhǔn)確，對(duì)定性診斷意義較大對(duì)脊髓分辯率高，可看到病變?nèi)考班徑P(guān) 系，有無(wú)空洞及先天畸形腦功能成像,T1WI,Chiari Malformation,T2WI,T1