MRI臨床應(yīng)用課件

MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素人體組織中水分子之間是在經(jīng)常不停地運(yùn)動(dòng)著，間互相碰撞，每次碰撞都使水分子運(yùn)動(dòng)速度及方向有所變化。每個(gè)氫核的小磁場(chǎng)每秒鐘也要經(jīng)歷無數(shù)次的波動(dòng)。因此其共振頻率也在經(jīng)常不停地變化。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素所以組織內(nèi)由于水分子的劇烈運(yùn)動(dòng)，局部的內(nèi)磁場(chǎng)是極其復(fù)雜的，氫核對(duì)這種復(fù)雜的波動(dòng)的內(nèi)磁場(chǎng)的反應(yīng)決定了在90°脈沖停止后其能量喪失的速度，以及相位失去一致性的速度。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（一）溫度的影響

正常體溫情況下，水分子的運(yùn)動(dòng)頻率極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一定場(chǎng)強(qiáng)下質(zhì)子的Larmor頻率。如果將溫度減低，水分子的運(yùn)動(dòng)頻率減慢，接近于共振的Larmor頻率，使T1弛豫更有效，T1縮短了。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（二）大分子的影響水的分子小、運(yùn)動(dòng)快，頻率也高。大分子如蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)很慢，在其表面可以吸附很多水分子，組成水化層。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（二）大分子的影響由于體積及重量的原因，大分子的運(yùn)動(dòng)是很緩慢的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于共振頻率，而小的水分子的運(yùn)動(dòng)又極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過共振頻率，但靠近大分子表面水化層內(nèi)的水分子其運(yùn)動(dòng)速度大大減慢了，當(dāng)大分子表面水分子的運(yùn)動(dòng)頻率接近于Larmor頻率時(shí)，T1弛豫有效，T1縮短。如果不一致時(shí)，T1延長(zhǎng)。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（二）大分子的影響純凈的水分子很小，運(yùn)動(dòng)太快，不符合共振頻率，因此T1長(zhǎng)；腦脊液猶如純凈的水，其T1長(zhǎng)；但當(dāng)有梗阻性腦積水時(shí)，腦壓增高，腦積液透過室管膜滲透到腦室周圍的組織間隙，使水腫區(qū)質(zhì)子所處的環(huán)境與腦室內(nèi)的腦脊液不同，腦室旁組織間隙內(nèi)的水處在水化層，水分子圍繞髓鞘內(nèi)的蛋白分子運(yùn)動(dòng)，T1縮短。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（二）大分子的影響膽固醇是一個(gè)中等大小的分子，其共振頻率接近于磁共振掃描機(jī)場(chǎng)強(qiáng)下質(zhì)子的共振頻率，故其T1短。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（三）順磁性物質(zhì)的影響一個(gè)元素其外層電子數(shù)決定其原子價(jià)與化學(xué)特性，外層電子數(shù)為雙數(shù)者，該原子即不是順磁性的，在外層中任何一層的電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)即為順磁性原子；例如Fe2+，為非順磁性的，而Fe3+則為順磁性原子；釓在原子核的外層軌道上有7個(gè)不成對(duì)的電子，因此順磁性很強(qiáng)。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（三）順磁性物質(zhì)的影響在正常體溫的溶液中，順磁性的原子或分子與其他原子及分子一起進(jìn)行任意的運(yùn)動(dòng)，由于它們磁性很強(qiáng)，很低的濃度對(duì)鄰近磁性較弱的原子即有較大的影響。它們對(duì)各種不同頻率的波動(dòng)均起強(qiáng)化作用，包括共振的Larmor頻率在內(nèi)。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（三）順磁性物質(zhì)的影響在此頻率條件下促使更多的氫核釋放能量，使T1縮短，如前面所提到的任何頻率的波動(dòng)均可使氫核的進(jìn)動(dòng)頻率失去相位一致性。由于順磁性原子，對(duì)鄰近原子的磁場(chǎng)引起了波動(dòng)，從而使更快地失去相位一致性，T2縮短。MRI臨床應(yīng)用3五、影響T1、T2的物理因素（三）順磁性物質(zhì)的影響急性腦出血時(shí)，新鮮血液中所含的血紅蛋白中的鐵是Fe2+，所產(chǎn)生的信號(hào)與周圍腦組織不易區(qū)分；數(shù)日后，在正常體溫下，血紅蛋白還原成正血紅蛋白，其中的鐵為Fe3+，為順磁性的，故使T1縮短，在T1加權(quán)的磁共振圖像上為高信號(hào)。MRI臨床應(yīng)用3第三節(jié)MRI成像技術(shù)一、空間編碼與梯度磁場(chǎng)在磁共振成像中怎樣選定層面，又怎樣確定一個(gè)層面中各個(gè)體素內(nèi)氫質(zhì)子的密度以及其位置，這就需要在靜磁場(chǎng)內(nèi)沿X-Y-Z-軸三個(gè)互相垂直的方向各附加一個(gè)梯度磁場(chǎng)來完成，我們稱之為Gx，Gy，Gz。MRI臨床應(yīng)用3一、空間編碼與梯度磁場(chǎng)這就像將三角鋼琴的88個(gè)鍵盤看成是從長(zhǎng)到短排列成梯形的88根琴弦，琴弦的長(zhǎng)度與聲音波長(zhǎng)的關(guān)系和磁場(chǎng)強(qiáng)度與質(zhì)子共振頻率的關(guān)系相似，于靜磁場(chǎng)內(nèi)疊加這樣的梯形磁場(chǎng)或梯度磁場(chǎng)，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于靜磁場(chǎng)的強(qiáng)度。它啟動(dòng)的時(shí)間必須與射頻脈沖相配合。MRI臨床應(yīng)用3（一）層面的選擇在磁共振成像中有兩種方法進(jìn)行層面選擇；一是二維成像（2-D），又稱選擇性激勵(lì)，是最常見的選層方法；一種是三維成像（3-D），又稱體積成像，即在給射頻脈沖激勵(lì)時(shí)，不施加梯度磁場(chǎng)。因此整個(gè)解剖部位受到激勵(lì)，層面的形成是在圖像重建過程中進(jìn)行的。MRI臨床應(yīng)用3（一）層面的選擇做橫斷層成像是沿人體長(zhǎng)軸（Z-軸）在靜磁場(chǎng)內(nèi)加一梯度磁場(chǎng)，稱Z軸梯度（Gz），使磁場(chǎng)強(qiáng)度從足側(cè)向頭側(cè)逐漸增強(qiáng)。梯度磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)很弱，每1cm場(chǎng)強(qiáng)改變只為0.0001Ｔ。在1.0Ｔ的掃描系統(tǒng)中，每cm的改變只是0.01％。MRI臨床應(yīng)用3（一）層面的選擇有了這樣的梯度磁場(chǎng)，就可以對(duì)人體內(nèi)的氫質(zhì)了做空間編碼。質(zhì)于的共振頻率與它們?cè)谔荻却艌?chǎng)內(nèi)的位置有關(guān)。MRI臨床應(yīng)用3（一）層面的選擇例如將受檢部位頭，置于1.0Ｔ的靜磁場(chǎng)的中央，由于靠足側(cè)磁場(chǎng)弱，靠頭側(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)，如果射頻脈沖頻率為42.6MHz，那么只有在1.0Ｔ處的一個(gè)層面內(nèi)的質(zhì)子能受激勵(lì)，鄰近層面內(nèi)的質(zhì)于不受激勵(lì)。這樣就可將組織內(nèi)各層面分開。MRI臨床應(yīng)用3（一）層面的選擇根據(jù)Larmor公式，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比（ω０＝γＢ０）；在實(shí)際應(yīng)用中允許ω０有一個(gè)偏差范圍±Δω，即帶寬；在射頻脈沖作用時(shí)只有符合ω０±Δω范圍內(nèi)的質(zhì)子才受激勵(lì)，產(chǎn)生磁共振的信號(hào)；MRI臨床應(yīng)用3（一）層面的選擇每個(gè)層面厚度取決于梯度磁場(chǎng)的強(qiáng)度與射頻脈沖的帶寬。不難理解，當(dāng)Δω不變，梯度磁場(chǎng)越強(qiáng)，層面的厚度越薄，反之層面越厚。當(dāng)梯度磁場(chǎng)恒定，Δω越大，層面厚度越厚，Δω越小，層面越薄。MRI臨床應(yīng)用3在圖a與c，使用了同一帶寬的RF脈沖，其頻率64一65mHz，然而，c的梯度場(chǎng)較大，因此，層面較a薄。（一）層面的選擇MRI臨床應(yīng)用3（一）層面的選擇如果只有Gz，只能做層面的選擇，收到的是整個(gè)一層內(nèi)所有質(zhì)子的信號(hào)，但尚不能確定該層面內(nèi)某一信號(hào)來自此層的哪一處，要解決這個(gè)問題就需要疊加新的梯度，作質(zhì)子的頻率編碼及相位編碼。MRI臨床應(yīng)用3（二）頻率編碼頻率編碼是沿X-軸疊加一個(gè)梯度磁場(chǎng)，即X-軸梯度（簡(jiǎn)稱Gx），磁場(chǎng)強(qiáng)度從人體的右端至左端逐漸增強(qiáng)。MRI臨床應(yīng)用3（二）頻率編碼當(dāng)人體一層面已經(jīng)受射頻脈沖激勵(lì)后X軸梯度開始啟動(dòng)，在第一個(gè)梯度磁場(chǎng)Gz關(guān)閉后，質(zhì)子按同一頻率共振，不用第二次激勵(lì)。啟動(dòng)Gx，質(zhì)子根據(jù)其在第二個(gè)梯度磁場(chǎng)內(nèi)的不同位置，按新的共振頻率進(jìn)行共振，發(fā)出信號(hào)。在場(chǎng)強(qiáng)較弱的一端，共振頻率低，在場(chǎng)強(qiáng)高的一端，其共振頻率較高，從而將一個(gè)橫斷面內(nèi)的組織分成若干個(gè)行，每一行內(nèi)的質(zhì)子其共振頻率相同。MRI臨床應(yīng)用3（三）相位編碼在靜磁場(chǎng)內(nèi)沿ｙ軸疊加一梯度，即y軸梯度（簡(jiǎn)稱Gy），從人體的前方向后方場(chǎng)強(qiáng)逐漸減弱。MRI臨床應(yīng)用3（三）相位編碼例如在一個(gè)4×4陣列的組織層面中，當(dāng)Gy=0，即沒有梯度時(shí)，每個(gè)體積元內(nèi)，氫質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率一致，磁矩指向同一方向，即相位一致，所有體積元均發(fā)出同一射頻信號(hào)。MRI臨床應(yīng)用3（三）相位編碼當(dāng)Gy短暫作用時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度從前向后逐漸減弱。上排體積元比下排體積元處于較強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)速率比下排者快，相位不同。當(dāng)Gy關(guān)閉時(shí)，所有體積元均處于同一場(chǎng)強(qiáng)中，質(zhì)子的磁矢量按相同速率進(jìn)動(dòng)，然而相位仍保持Gy關(guān)閉時(shí)的位置，所有體積元發(fā)出的信號(hào)是同一頻率，但每一橫排內(nèi)的體積元其信號(hào)的相位與其余橫排內(nèi)的體積元所發(fā)出的信號(hào)相位不一致。MRI臨床應(yīng)用3（三）相位編碼（a）短暫地打開梯度場(chǎng)。(b)進(jìn)動(dòng)頻率從頂部到底部依次減低，這一進(jìn)動(dòng)頻率的差別持續(xù)時(shí)間很短。當(dāng)關(guān)掉梯度場(chǎng)時(shí)，所有的質(zhì)子再次經(jīng)歷相同的場(chǎng)強(qiáng)，并再次具有相同的頻率。(c)這些質(zhì)子略微失去相位一致性，結(jié)果，它們以不同的相位，相同的頻率發(fā)出各自的信號(hào)，因此可加以鑒別，相應(yīng)的梯度稱為相位編碼梯度。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)磁共振成像需要進(jìn)一步了解組織特性，包括局部T1、T2弛豫時(shí)間、質(zhì)子密度以及血流對(duì)成像的作用。單個(gè)RF脈沖不能解決這些問題，需要采用所謂脈沖序列對(duì)病人進(jìn)行掃描。脈沖序列是由一系列不同強(qiáng)度的射頻脈沖的組合，例如90°和/或180°脈沖。磁共振的信號(hào)不但取決于這些脈沖的強(qiáng)度，而且取決于各脈沖間的時(shí)間間隔和組成方式。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)從一個(gè)脈沖序列到下一個(gè)脈沖序列的重復(fù)，其間的時(shí)間間隔稱為重復(fù)時(shí)間(TR)。這些參數(shù)稱為掃描參數(shù)。改變這些參數(shù)可以改變組織T1、T2弛豫時(shí)間或質(zhì)子密度對(duì)圖像亮度的響以及組織間的信號(hào)對(duì)比。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)目前臨床上應(yīng)用的脈沖序列有部分飽和（partialsaturation,PS），反轉(zhuǎn)恢復(fù)（inversionrecovery,IR），自旋回波（spinecho,SE）以及快掃描或梯度回波(gradientecho,GE)等序列。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)自旋回波脈沖序列自旋回波脈沖序列（SE序列）這是最常用的磁共振掃描技術(shù)，它是由一個(gè)90°脈沖與若干個(gè)180°脈沖組成。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)自旋回波脈沖序列由于人體的內(nèi)在磁場(chǎng)的不均衡，一個(gè)回波比前一個(gè)回波信號(hào)低。在用自旋回波技術(shù)時(shí)，組織間信號(hào)的對(duì)比取決于所選用的時(shí)間參數(shù)，即TR與TE。還取決于組織的T1及T2弛豫時(shí)間。質(zhì)子密度對(duì)信號(hào)強(qiáng)度及組織間信號(hào)的對(duì)比也有影響。MRI臨床應(yīng)用3自旋回波序列T1與T2弛豫時(shí)間與組織對(duì)比的關(guān)系組織A的T2比組織B長(zhǎng)，在時(shí)間2時(shí)組織間的對(duì)比要比在時(shí)間1大。.如果組織A的T2較短，對(duì)比就會(huì)根據(jù)信號(hào)采集時(shí)間而變化，在時(shí)間3時(shí)組織A的信號(hào)較B大，在時(shí)間4時(shí)二者信號(hào)相等，在時(shí)間5時(shí)組織A的信號(hào)低于組織B二、脈沖序列與掃描參數(shù)MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)短/長(zhǎng)TR或TE實(shí)際是什么？

請(qǐng)記?。篢1為一時(shí)間常數(shù)，并非一種組織獲得其縱向磁化所需要的時(shí)間。長(zhǎng)TR大約是短TR的3倍。小于600msec的TR被認(rèn)為是短TR，長(zhǎng)于1500msec的TR則為長(zhǎng)TR（僅為一個(gè)粗略的概）。短TE是盡可能短的TE，長(zhǎng)TE大約也是短TE的3倍。少于30msec為短TE，大于80msec為長(zhǎng)TE。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)使用自旋回波序列時(shí)，通過連接某一組織的T1與T2曲線，就有可能測(cè)定該組織的信號(hào)強(qiáng)度。在時(shí)間TR后的縱向磁化量等於開始時(shí)的橫向磁化量，因?yàn)樗粌A斜了90゜。這一橫向磁化立即開始消失，其速率由橫向弛豫時(shí)間決定，因而也由T2曲線決定。在時(shí)間TE后的組織信號(hào)強(qiáng)度可以從TE處（開始於TR后）的T2曲線上推斷出。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)選擇長(zhǎng)TR會(huì)發(fā)生什么呢？使用長(zhǎng)TR，縱向磁化時(shí)間T1的差別不再重要了，因?yàn)樗薪M織的縱向磁化都己憲全恢復(fù)。當(dāng)我們只等待一個(gè)非常短的TE時(shí)，由T2不同所致的信號(hào)強(qiáng)度差別還未顯示出來。因此，所得圖象既非T1加權(quán)，也非T2加權(quán)，而主要由組織的質(zhì)子密度決定，稱為質(zhì)子密度像。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)使用長(zhǎng)TR、長(zhǎng)TE又會(huì)發(fā)生什么呢？使用長(zhǎng)TR，T1差別不明顯。然而，使用長(zhǎng)TE，T2差別將突出地顯示出來。因此，圖象是T2加權(quán)象。MRI臨床應(yīng)用3二、脈沖序列與掃描參數(shù)使用短TR、短TE又會(huì)發(fā)生什么呢？使用短TR，組織的縱向磁化還未完全恢復(fù)，因此，T1（它決定縱向磁化恢復(fù)的速度）差別將以信號(hào)強(qiáng)度的差別顯示出來。短TE時(shí)，T2差別不能真正地顯示出來。因此，圖象是T1加權(quán)象。

MRI臨床應(yīng)用3第四節(jié)MRI圖像的特點(diǎn)一、組織的MR特性決定MR圖像的組織參數(shù)有三個(gè)，即被檢組織的質(zhì)子密度、T1弛豫時(shí)間、T2弛豫時(shí)間。它們代表被檢組織的組織特征，非人為所能控制和選擇的。對(duì)MR圖像的影響可從下列公式中看出：

I＝KM0f1（T1）f2（T2）

I為信號(hào)強(qiáng)度，Ｋ為常數(shù)，Ｍ0為被檢組織的磁化矢量，f1為T1的函數(shù)，f2為T2的函數(shù)，質(zhì)子密度的信息包括在Ｍ0內(nèi)，即單位體積內(nèi)質(zhì)子越多，Ｍ0越大。

MRI臨床應(yīng)用3一、組織的MR特性（一）質(zhì)子密度（N(H)）氫原子核是由單一質(zhì)子組成，所以單位體積內(nèi)質(zhì)子數(shù)目越多，產(chǎn)生的MR信號(hào)也就越強(qiáng)，而含質(zhì)子少的組織或區(qū)域（如含氣腔），不產(chǎn)生MR信號(hào)，或信號(hào)很弱。但是一般組織間，質(zhì)于密度相差不很多，所以產(chǎn)生的MR信號(hào)差別在圖像上形成的灰階很難用肉眼區(qū)別，因而質(zhì)子密度成像和T1、T2

成像比較，其意義相對(duì)小。MRI臨床應(yīng)用3一、組織的MR特性（二）T1弛豫時(shí)間T1弛豫時(shí)間短的組織，縱向磁比恢復(fù)得快；T1弛豫時(shí)間長(zhǎng)的組織，縱向磁化恢復(fù)得慢?？v向磁化恢復(fù)得多及快的組織產(chǎn)生的MR信號(hào)強(qiáng)；反之，則弱。MRI臨床應(yīng)用3一、組織的MR特性（二）T1弛豫時(shí)間如脂肪和腦脊液相比，主磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3Ｔ時(shí)，脂肪和腦脊液的T1弛豫時(shí)間分別為240ms和1150ms。二者產(chǎn)生的MR信號(hào)可代入公式進(jìn)行比較,故在單純T1成像中，脂肪呈白色（高信號(hào)），腦脊液呈黑色（低信號(hào)）。MRI臨床應(yīng)用3一、組織的MR特性（三）T2弛豫時(shí)間T2弛豫時(shí)間長(zhǎng)的組織，橫向磁化強(qiáng)度衰減得慢，信號(hào)就強(qiáng)。反之，T2弛時(shí)間短的組織，橫向磁化強(qiáng)度衰減得快，信號(hào)就弱。仍以主磁場(chǎng)強(qiáng)度0.3Ｔ為例，取脂肪組織和腦脊液T2弛豫時(shí)間和信號(hào)的關(guān)系進(jìn)行比較，可代入公式，所以在單純

T2加權(quán)圖像中（SE序列的T2加權(quán)圖像），腦脊液的信號(hào)強(qiáng)于脂肪組織呈白色，而脂肪組織較暗，在多回波圖像更為明顯。MRI臨床應(yīng)用3一、組織的MR特性質(zhì)子密度像、T1加權(quán)象及T2加權(quán)象的信號(hào)差異。MRI臨床應(yīng)用3二、流動(dòng)效應(yīng)流動(dòng)效應(yīng)亦稱流空效應(yīng),正常流速（＞10cm/s）的血流不產(chǎn)生或只產(chǎn)生很低的信號(hào)，所以和另外一些組織間有非常好的對(duì)比。其原因非常復(fù)雜，但可簡(jiǎn)單地解釋為快速流動(dòng)的垂直于掃描層面的血流，因其中的氫質(zhì)子在選定的掃描層面內(nèi)停留的時(shí)間太短，一個(gè)完整的射頻脈沖尚未結(jié)束，還未激發(fā)出MR信號(hào)，氫質(zhì)子已流出了該層面，因而收不到MR信號(hào)。另外，渦流也是流動(dòng)效應(yīng)產(chǎn)生的原因之一，由于水分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，特定平面內(nèi)氫原子核相位一致性喪失，不能產(chǎn)生較強(qiáng)的MR信號(hào)。MRI臨床應(yīng)用3二、流動(dòng)效應(yīng)正常流速（＞10cm/s）的血流不產(chǎn)生或只產(chǎn)生很低的信號(hào)，所以和另外一些組織