磁共振基本原理及讀片

1、磁共振成像Magnetic Resonance ImagingMagnetic Resonance Imaging 中國石油中心醫(yī)院磁共振室 楊景震基本原理及讀片基本原理及讀片l醫(yī)學(xué)影像學(xué)概況及磁共振技術(shù)的發(fā)展l簡要介紹磁共振成像基本原理及概念l磁共振檢查方法及臨床應(yīng)用l磁共振成像的主要優(yōu)點(diǎn)及限度l如何閱讀磁共振圖像l影像學(xué)檢查常見名詞概念l讀片l1895年Rentgen發(fā)現(xiàn)X線，形成放射診斷學(xué)（diagnostic radiology）l20世紀(jì)50年代出現(xiàn)超聲（ultrasonography,USG）檢查l20世紀(jì)60年代出現(xiàn)核素(-scintigraphy) 掃描l20世紀(jì)70年代出現(xiàn)C

2、T(x-ray computed tomography,CT)檢查l20世紀(jì)80年代出現(xiàn)MRI(magnetic resonance imaging,MRI)檢查l20世紀(jì)80年代出現(xiàn)發(fā)射體層成像（emission computed tomography,ECT）l20世紀(jì)90年代正電子發(fā)射體層成像（positron emission tomography,PET)l20世紀(jì)70年代以后興起介入放射學(xué)(interventional radiology)l21世紀(jì)初出現(xiàn)CT-PET l X線源l 體外放射源（核素）l 聲能l 磁場l 微電子技術(shù)l 計算機(jī)技術(shù)醫(yī)學(xué)影像學(xué)各種技術(shù)涉及： 當(dāng)今的醫(yī)學(xué)影

3、像學(xué)內(nèi)容包括：當(dāng)今的醫(yī)學(xué)影像學(xué)內(nèi)容包括：l傳統(tǒng)X線診斷學(xué)透視 照相 （普通攝影、體層攝影） 造影l(fā)計算X線攝影 (computed radiography，CR) l數(shù)字X線攝影 （Digital radiography，DR)lX線CT (computed Tomography， CT)l數(shù)字減影血管造影 （Digital Subtraction Angiography， DSA ）l介入放射學(xué) （interventional radiology)l超聲成像（Ultrasonic Imaging）l發(fā)射型計算斷（體）層攝影（Emission computed Tomography， ECT

4、） 正電子發(fā)射型計算斷（體）層攝影（PositronEmission computed Tomography, PET ） 單光子發(fā)射型計算斷（體）層攝影（Singlephoton Emission computed Tomography, SPECT ）l磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ,MRI）l分子影像學(xué)（Molecular Imaging）21世紀(jì)最前沿課題 技術(shù)： PET或PET-CT、MR、CT、光學(xué)成像（生物發(fā)光、熒光）l信息放射學(xué)系統(tǒng)（ radiology information system) 圖像存檔與傳輸系統(tǒng)（Picture Archiv

5、ing and Communication System, PACS) 影像科管理、quality control,QC、quality assurance,QA. 全新的醫(yī)學(xué)影像學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括：全新的醫(yī)學(xué)影像學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括： 影像診斷學(xué)：影像診斷學(xué)：X X線、線、CTCT、DSADSA、MRIMRI、USUS、 ECTECT等。等。 影像介入性治療學(xué)：影像介入性治療學(xué)：DSADSA、超聲、超聲、CTCT、MRMR等。等。 信息放射學(xué)：信息放射學(xué)：影像學(xué)工作管理、質(zhì)控；影像影像學(xué)工作管理、質(zhì)控；影像 的傳輸與存儲（的傳輸與存儲（PACSPACS）存儲、）存儲、 傳輸、遠(yuǎn)程會診（

6、遠(yuǎn)程放射學(xué)傳輸、遠(yuǎn)程會診（遠(yuǎn)程放射學(xué) teleradiology)teleradiology)l1946 發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象 Bloch Purcelll 1971 發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時間長 Damadianl 1973 做出兩個充水試管MR圖像 Lauterburl 1974 活鼠的MR圖像 Lauterbur等l 1976 人體胸部的MR圖像 Damadianl 1977 初期的全身MR圖像 Mallardl 1980 磁共振裝置商品化l 2003 諾貝爾獎金 Lauterbur Mansfierd發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史磁共振發(fā)展史l人體內(nèi)氫原子核作為磁共振中的靶子，它是人體內(nèi)最多的

7、物質(zhì)。H核只含一個質(zhì)子不含中子，最不穩(wěn)定，最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象l有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）：常導(dǎo)型、永磁型、超導(dǎo)型。0.153.0Tl梯度場和射頻場：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象l信號接收裝置：各種線圈l計算機(jī)系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等 人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。 自然狀態(tài)下， H核進(jìn)動雜亂無章，磁性相互抵消 按照單一核子進(jìn)動原理,質(zhì)子群在靜磁場中形成的宏觀磁化矢量MzMyx進(jìn)入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負(fù)方向），正負(fù)方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為M

8、R信號基礎(chǔ)ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量 Mxy.并以Larmor頻率橫向施進(jìn)C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運(yùn)動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中，產(chǎn)生能量B0ZZZZZYYYYYXXXXX90度（3）（5）該過程稱弛豫弛豫(relaxation)(relaxation)，即將能量（MR信號）釋放出來。整個弛豫過程實(shí)際上是磁化矢量在橫軸上縮短（橫向或T2弛豫），和縱軸上延長（縱向或T1弛豫）。而人體各類組織均有特定T1、T2值，這些值之間的差異形成信號對比（1）靜磁場中（2）90度脈沖（3）脈沖停止后（4）停止

9、后一定時間（5）恢復(fù)到平衡狀態(tài)縱向弛豫或稱縱向弛豫或稱自旋晶格弛自旋晶格弛豫豫(T1(T1弛豫弛豫) )橫向弛豫或橫向弛豫或稱自旋自旋稱自旋自旋弛豫弛豫(T2(T2弛豫弛豫) ) 人體進(jìn)入磁場磁化施加射頻脈沖、H核磁矩發(fā)生90。偏轉(zhuǎn)，產(chǎn) 生能量射頻脈沖停止、弛豫過程開始，釋放所產(chǎn)生的能量（形成MR信 號）信號接收系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng) 在弛豫過程中，即釋放能量（形成MR信號），涉及到2個時間常數(shù)：縱向 弛豫時間常數(shù)T1；橫向弛豫時間常數(shù)T2 加權(quán)（weighted ）的概念：MR成像過程中，T1、T2弛豫二者同時存在， 只是在某一時間內(nèi)所占的比重不同。如果選擇突出縱向（T1）弛豫特征的 掃描參數(shù)（脈沖

10、重復(fù)時間和回波時間，以毫秒計）用來采集圖像，即可得 到以 T1弛豫為主的圖像，當(dāng)然其中仍有少量T2弛豫成分，因是以T1 弛豫 為主，故稱為T1加權(quán)像（weighted Imaging WI）。如果選擇突出橫向 （T2）弛豫特征的掃描參數(shù)采集圖像 加權(quán)或稱權(quán)重，有側(cè)重、為主的意思 因?yàn)槿梭w各種組織如肌肉、脂肪、體液等，各自都具有不同的T1和T2弛豫 時間值，所以形成的信號強(qiáng)度各異，因此可得到黑白不同灰度的圖像磁共振常規(guī)檢查圖像的特點(diǎn)層面成像、成像參數(shù)多、任意多方位直接成像、血管流空效應(yīng)人人 體體 不不 同同 組組 織織 的的 MR MR 信信 號號 特特 點(diǎn)點(diǎn)黑白灰度對比：X光片、CT均以密度高

11、低為特征 MR圖象是以信號高低/強(qiáng)弱為特征水： 長T1（黑）、長T2（白） 骨皮質(zhì)、完全性的鈣化：黑（無信號）脂肪：短T1（白）、短T2（暗灰） 血流：常規(guī)掃描為流空（黑）肌肉：長T1（黑）、短T2（黑） 大多數(shù)腫瘤：長T1、長T2 黑色素瘤：短T1、短T2 磁磁 共共 振振 成像成像 檢檢 查查 方方 法法l普通檢查：采用不同脈沖序列、不同方位，對病變部位進(jìn)行掃描（包括脂肪或水抑制）。FSFLAIR（Fluid Attenuated Inversion Recovery) 抑制水的重度T2加權(quán)像,也稱黑水技術(shù)。即抑制自由水，如腦脊液，對鄰近腦脊液病變的顯示更有利。l 增強(qiáng)檢查：靜脈內(nèi)注射造影

12、劑進(jìn)行掃描，用于鑒別診斷等。MR所用造影劑與CT的造影劑不同，除不是碘劑不存在過敏之外，其作用的原理也不同。直接提高病變區(qū)X線衰減值（稱直接增強(qiáng)） CT造影劑 （碘制劑） 血管豐富程度 血流灌注如何 血液內(nèi)碘濃度高低 血腦屏障完整與否l 特殊檢查：特殊檢查： 血管成像（Magnetic Resonance Angiography MRA）利用流動的血液進(jìn)行血流的直接成像 可用于動脈或靜脈的檢查，若同時使用造影劑，稱增強(qiáng)血管成像（CE-MRA)。 血管成像用于血管畸形、動脈瘤、血管狹窄或閉塞。但目前仍不能代替DSA。 特點(diǎn)：簡便、無創(chuàng)傷 水成像水成像 膽道成像膽道成像（Magnetic Reso

13、nance Cholangio-pancreatography ）MRCP 不使用造影劑，利用膽汁（水）進(jìn)行成像。用于膽道梗阻檢查。尿路成像尿路成像（Magnetic Resonance Urography）MRU 不使用造影劑，利用尿液進(jìn)行成像。硬膜囊成像硬膜囊成像（Magnetic Resonance Myelography）MRM 不使用造影劑，利用腦脊液進(jìn)行成像。內(nèi)耳膜迷路成像內(nèi)耳膜迷路成像（Magnetic Resonance Labyrinthography) MRL 不使用造影劑利用迷路內(nèi)的淋巴液進(jìn)行成像。結(jié)腸水成像:向結(jié)腸內(nèi)注入水后，進(jìn)行結(jié)腸人工水造影。胃、小腸也同樣可進(jìn)行此項(xiàng)

14、檢查。 仿真內(nèi)窺鏡仿真內(nèi)窺鏡：同CT一樣，利用計算機(jī)所作的圖像的后處理技術(shù)之一 MRI MRI三維重建三維重建 MRMR電影成像電影成像（Magnetic Resonance cine MRC ）:對運(yùn)動的臟器實(shí)施快速成像。采集臟器運(yùn)動中的不同時段（時相）的“靜態(tài)”圖像，再利用計算機(jī)技術(shù)快速、連續(xù)顯示。例如：關(guān)節(jié)、心臟等。正常心臟電影（靜態(tài)圖）正常心臟電影（靜態(tài)圖）輕看flash神經(jīng)元興奮區(qū)興奮性興奮區(qū)靜脈血中氧和血紅蛋白相對去氧血紅蛋白相對去氧血紅蛋白的順磁作用，可使T2*信號由于去氧血紅蛋白的減少神經(jīng)元興奮區(qū)信號相對內(nèi)源性PWI稱血氧水平依賴法（BOLD）簡單原理 外源性灌注加權(quán)成像PWI

15、：用超快速M(fèi)R掃描技術(shù)，進(jìn)行造影劑跟蹤，顯示造影劑首次通過的組織血流灌注情況并依需要作延遲增強(qiáng)（常用于腦、心肌的檢查） 彌散加權(quán)成像DWI：是以MR流動效應(yīng)為基礎(chǔ)的成像方法。與MRA不同的是：MRA觀察的是宏觀的血流現(xiàn)象，而DWI觀察的是微觀的水分子流動擴(kuò)散現(xiàn)象 腦發(fā)生缺血時,PWI先有異常,出在6小時內(nèi)(超急期),此時溶栓治療, 療效最佳；若出現(xiàn)DWI異常時,則易出血；若T2WI出現(xiàn)病灶時,則為不可逆的。 PWI-DWI-T2WI 腦彌散加權(quán)成像（DWI）是使用一對大小相等、方向相反的擴(kuò)散敏感梯度場。該梯度場對靜止組織作用的總和為零，但水分子在不斷擴(kuò)散，受該梯度場影響而產(chǎn)生相位變化。梗死區(qū)域

16、水含量增加，其早期細(xì)胞毒性水腫使水分子擴(kuò)散下降，而在產(chǎn)生T2信號改變之前，在DWI顯示出早期的腦梗死。右側(cè)急性輕癱，癥狀右側(cè)急性輕癱，癥狀4 4小時小時 T2加權(quán)像無異常同一時間，彌散加權(quán)像（4秒）見大片高信號 C-E同一時間，團(tuán)注對比劑5-10秒內(nèi)的灌注成像。缺血區(qū)顯示對比劑到達(dá)延遲（C）。D為病變區(qū)對比劑消散延遲。E為45秒后灌注基本趨于正常細(xì)胞正常，水分子游動自由。細(xì)胞毒性水腫時，較多的細(xì)胞外液進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞內(nèi)、外水分子游動緩慢胞胞細(xì)細(xì) 水水子子分分 DTI 的 物 理神經(jīng)束對MR機(jī)的三個軸(X,Y,Z,)的關(guān)系形成其在MR成像中的方向性,并導(dǎo)致與方向有關(guān)的彌散測量(各向異性)3-D

17、彌散呈橢圓形,三個本征矢量代表其彌散方向,本征值確定其形態(tài)本征矢量本征矢量 本征值本征值 本征值本征值三個本征矢三個本征矢量的矩陣量的矩陣 源于彌散方向性源于彌散方向性的張量的張量(ADC) 弓形纖維的神經(jīng)束圖 弓形纖維短聯(lián)合纖維束a胼胝體的神經(jīng)束圖冠狀面 (與彩色編碼的FA 圖融合）橫斷面 矢狀面 胼胝體上縱束上縱束下縱束下縱束皮質(zhì)脊髓束多神經(jīng)束的神經(jīng)束圖矢狀面橫斷面各神經(jīng)束可隨意標(biāo)示為各種不同顏色FLAIRT2WIT1WI C+T1WI C-腦膜上皮型腦膜瘤常規(guī)MRI顯示腦膜瘤的典型表現(xiàn)何神經(jīng)束受犯？良性腦膜瘤瘤？較大量瘤細(xì)胞浸潤？上縱束向下移位 腦膜上皮型腦膜瘤彩色編碼的FA圖 神經(jīng)束成

18、像圖彩色編碼的FA圖 在彩色編碼的FA圖和神經(jīng)束成像圖上顯示一良性腫瘤所造成的神經(jīng)束推移征，即上縱束和放射冠被推移，但仍保持原來色彩，符合腦膜瘤的診斷。顯示膠元纖維所構(gòu)成之腫瘤包膜 （箭）腫瘤呈神經(jīng)束推移型表現(xiàn)，提示瘤周無腫瘤細(xì)胞浸潤，為良性腫瘤，符合腦膜瘤診斷。放射冠膠元纖維構(gòu)成的包膜。l造影劑首次通過相l(xiāng)造影劑延遲增強(qiáng)相診斷 1、正常的心肌 2、缺血的心肌 3、心肌梗死后心肌存活狀況（頓抑心肌及冬眠心肌） 4、死亡心肌 心肌缺血發(fā)現(xiàn)的敏感性和特異性：MR灌注成像：敏感性9294，特異性8796。ECT：敏感性65，特異性82 磁共振波譜（磁共振波譜（MRSMRS）：）：研究人體能量代謝病生

19、理改變。通過顯示組織生化學(xué)波譜，發(fā)現(xiàn)病變，這種生化代謝異常更早于病理形態(tài)學(xué)異常。MRI + MRS = 診斷 ，更敏感、更早期、更特異 MRS是一種化學(xué)位移技術(shù)。均勻磁場中，同種元素的同一種原子由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)差異，拉莫爾頻率也不相同，這種頻率差異稱化學(xué)位移 MRS實(shí)際是某種原子的化學(xué)位移分布圖。橫軸：化學(xué)位移，縱軸：各種具有不同化學(xué)位移原子的相對含量MR全身一次成像水知道：答 案 磁磁 共共 振振 成成 像像 主主 要要 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn) 與與 限限 度度 無射線、成像參數(shù)多、直接多方位成像 不使用造影劑可進(jìn)行血管或流體成像，無創(chuàng)性 腦、脊髓、椎間盤檢查中具有其他任何影象檢查 不能取代的優(yōu)勢 骨關(guān)節(jié)

20、系統(tǒng)顯示病變敏感，軟骨及軟組織分辨好 MR的生理、功能成像突破了影象學(xué)以大體病理形 為診斷依據(jù)的傳統(tǒng)模式 數(shù)據(jù)重建技術(shù)做三維立體重建或仿真內(nèi)窺鏡顯示 某些病變定性困難 MR成像仍相對較長（主要是限于信號采集） 運(yùn)動偽影 某些部位的血管成像尚需DSA、如冠脈，某些血管 性病變術(shù)前的金標(biāo)準(zhǔn)仍借助DSA 引進(jìn)和檢查費(fèi)用相對昂貴 禁忌癥：帶心臟起搏器、胰島素泵、體內(nèi)金屬 假肢、眼球內(nèi)金屬異物，顱內(nèi)動脈瘤銀夾術(shù)后 時間較短者 嚴(yán)重不合作者，精神病，危重病人，幽閉恐怖癥怎樣閱讀常規(guī)檢查的怎樣閱讀常規(guī)檢查的MRMR圖像圖像1 1、熟悉圖像上的常用標(biāo)記：姓名、年齡、日期、左右、層厚以 及增強(qiáng)的標(biāo)記等2、仔細(xì)觀

21、察每一幀圖像，目的在于發(fā)現(xiàn)疾病或異常的征象3、當(dāng)發(fā)現(xiàn)病變后，應(yīng)看其病變在T1加權(quán)、T2加權(quán)上的信號特 征，是高信號低信號等信號混雜信號無信號4、通過不同方位圖像觀察，確定病變形態(tài)、數(shù)量、大小、位置5、觀察病變鄰近器官或組織結(jié)構(gòu)有無異常：受壓、移位（占位 效應(yīng)）；擴(kuò)張、增大（失空間效應(yīng)）；破壞或吸收；等等6、增強(qiáng)掃描觀察病變有無強(qiáng)化及強(qiáng)化程度；延遲掃描強(qiáng)化特點(diǎn)7、綜合MR所見，結(jié)合臨床及其他影像學(xué)檢查材料作出診斷常用術(shù)語常用術(shù)語 陰影、密度、回聲、信號 增強(qiáng)掃描 強(qiáng)化 高密度、低密度、等密度、混雜密度 高信號、低信號、等信號、混雜信號 占位效應(yīng)、失空間效應(yīng) 窗技術(shù) 影像學(xué)中常見的名詞概念的一般性

22、了解陰影、回聲、信號陰影、回聲、信號密度：密度：影像學(xué)術(shù)語。密度有雙重含義，即物質(zhì)密度與影像密度二 種。物質(zhì)密度系指單位體積內(nèi)的物質(zhì)質(zhì)量，由物質(zhì)的組成 成分和空間排布情況決定。影像密度則指照片上模擬影像 的黑化程度，即對光的吸收程度高密度、低密度、等密度、混雜密度：高密度、低密度、等密度、混雜密度：影像學(xué)術(shù)語 在CT或X線檢查中，以相鄰結(jié)構(gòu)作參照，進(jìn)行興趣區(qū) 密度的判定。傳統(tǒng)的X線技術(shù)僅以肉眼作大致的分辨，而 CT則可獲得標(biāo)定的密度值，即CT值，獲得病變密度的定量。CTCT值：值：影像學(xué)術(shù)語。在CT掃描中，X線衰減系數(shù)的單位。（CT 圖像中興趣區(qū)組織的密度單位）窗技術(shù)：窗技術(shù)：影像學(xué)術(shù)語。包括

23、窗位（窗中心）、窗寬包括窗位（窗中心）、窗寬 數(shù)字成像使用的后處理技術(shù)。人眼密度分辨能力僅1620個灰階，不能同時區(qū)分?jǐn)?shù)字影像全灰階（如CT有2000個灰階）。若在數(shù)字化影像上以某一灰階為中心點(diǎn)，使該中心上、下一定范圍內(nèi)的灰階作選擇性顯示（獲得病變區(qū)最適宜肉眼觀察的灰度對比），該中心即為窗位處理（window level processing） 同理，僅選擇性顯示某一定范圍的部分灰階，而該范圍之上、下的灰階則均從圖像上刪除（全“白”或 “黑”），這稱為窗寬處理（window width processing）。這猶如在一面很寬的墻面上開窗，使觀者只能透過開的窗子觀察到限定范圍的窗外景物，但看不到窗子允許觀察的視野以外的景物 窗技術(shù)并不改變原始圖像信息，是回顧性實(shí)施的，可以任意設(shè)置、重復(fù)和調(diào)整040950-1000+10002000全白全黑空氣水骨脂肪軟組織MRCT增強(qiáng)掃描（增強(qiáng)檢查）：增強(qiáng)掃描（增強(qiáng)檢查）：影像學(xué)術(shù)語 在CT或MR檢查中，當(dāng)普通掃描（平掃）不能滿足診斷時，采取向靜脈內(nèi)注入對比劑，利用對比劑在不同組織內(nèi)的分布差異，使組織間的密度或信號強(qiáng)度差別增大。這種方法稱增強(qiáng)檢查。一般以平掃為基礎(chǔ)強(qiáng)化：強(qiáng)化：影像學(xué)術(shù)語 在CT或MR的增強(qiáng)檢查中,通過靜脈內(nèi)注射對比劑，使組織的密度增高或信號增強(qiáng)的這種變化稱為強(qiáng)化 無論CT或MR，在增強(qiáng)檢查中，一些正常的組織結(jié)構(gòu)可