磁共振原理和临床应用（一） .ppt

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1、磁共振成像原理与临床应用,MRI,Magnetic Resonance Imaging,MRI,在40年代，两名美国科学家菲利克斯布洛赫(Felix Bloch)和爱德华普塞尔(Edward Purcell)分别独立地做了第一个核磁共振的实验。他们发现原子核在强磁场中能够吸收无线电波的能量，然后重新释放出能量恢复到原来状态，这段时间被称为“弛豫时间”。通过分析这些无线电信号，人们能够知道许多种分子的结构和形状。布洛赫和普塞尔为此分享1952年Nobel物理学奖。,保罗劳特布尔Lauterbur(1929)美国科学家,成功地把MR技术引入到临床应用。劳特伯尔得到第一个活体(一个蛤蜊)的第一张MR

2、I图像，于1973年3月在英国自然杂志发表论文,彼得曼斯菲尔德（1933）Mansfield 英国科学家,英国的曼斯菲尔德进一步改进了磁场梯度法，能对图像做数学分析，并使得MRI能够极快地形成有用的图像。,2003年10月6日，美国科学家保罗劳特布尔与英国科学家彼得曼斯菲尔德因在核磁共振成像技术领域的突破性成就而一同分享2003年Nobel生理学或医学奖。,MR扫描仪,MRI成像原理,MRI检查步骤可以简单的描述为：把病人放入磁体内发射无线电波，随后关掉无线电波病人体内发出一个信号，该信号被接受并用作图象重建,MRI成像原理,人体由物质-分子构成，分子由原子构成，原子包括一个核与一个壳，壳由电

3、子组成，核内有带正电荷的质子，奇数的原子多一个质子，如：H1、P31、C13等质子具有自旋性，所以质子的电荷也在运动，运动的电荷为电流，并能产生磁场正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态，当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变，它们仅在平行或反平行于外磁场的两个方向上排列,MRI原理,MRI原理,当有两种可能的排列状态时，耗能少、处于低能状态的排列状态占优势，二者之间相差约为千万分之七,MRI原理-磁场中的质子不是静止的平行或反平行于磁力线，而是处于进动，其频率和场强成正比,一个旋转的陀螺受到撞击时，则进行摇摆运动，处于强磁场中的质子也表现这种运动，称为进动,MRI原理-磁场中的坐标系,不同

4、方向的质子互相抵消，最后剩下的是顺着外磁场方向的磁矢量，因为是沿着外磁场纵轴方向，故称为纵向磁化。我们不能测到这个磁力，因为它平行于外磁场，和外磁场处于同一方向。,MRI原理-射频脉冲RF和能量交换,给病人发射一个短促的电磁波，其目的是扰乱沿外磁场方向宁静运动的质子当质子频率和RF脉冲的频率相同时，就能进行能量交换,把病人置入强外磁场中，沿着外磁场方向产生一个新的磁矢量，施加RF脉冲后，产生一个新的横向磁化，而纵向磁化减少，甚至可消失。,MRI原理,中断RF脉冲后，质子从高能状态返回到低能状态，既重新指向上方，结果纵向磁化增加，恢复到原来的数值。,MRI原理-T1时间,在RF脉冲终止后，以纵向

5、磁化对时间画成曲线，就得T1曲线，纵向磁化恢复到原来数值所需的时间，称为纵向弛豫时间，也称T1时间，或自旋-晶格弛豫。T1为恢复到原来的63%,MRI原理,在RF脉冲中止后，质子失去相位一致性，失去同步化，当您从上面整体地来看这些失相位的质子时，就会看到质子呈扇形散开，指向同一方向越来越小，因而横向磁化减少,MRI原理-T2弛豫,在RF脉冲中止后，以横向磁化对时间画一曲线，称为T2曲线，横向磁化减少到原来磁化量的37%所需的时间为横向弛豫时间，既T2时间,MRI原理-信号接受,对于一个外面的观察者来说，质子的横向和纵向磁化的总矢量不断变化，呈螺旋式运动，该矢量在天线内感应出一个电流，即MR信号

6、，它在RF脉冲中止后即可最大，随后逐渐减少,MRI原理-影响组织弛豫时间的因素,T1弛豫依赖组织的成分、结构和环境外磁场越强，组织的T1时间越长纯液体/水具有长T1中等大小分子的T1短T1大约2-5-10倍于T2T1大约为300-2000ms,质子失去相位一致性，发生T2弛豫质子失去相位一致性为外磁场不均匀性和组织内部磁场不均匀所致液体/水的局部磁场较均匀故T2时间长T2大约为30-150ms,MRI原理-名词解释,TR时间：既射频脉冲重复时间，为两个 90度激励脉冲之间的时间TE时间：即回波时间，为RF脉冲和接受回波之间的时间间隔T1加权和T2加权：加权指某种突出成分平均，T1加权指T1时间

7、为图象的主要影响因素的平均，组织的对比度差异主要为组织间的T1差异，而T2加权为组织间的T2值的差异,MRI原理-名词解释,影响组织T1信号的差别大小的因素为TR影响组织T2信号的差别大小的因素为TETR时间越短，组织的T1差别越大，TE时间越长，组织的T2差别越大在T1或T2加权图象上描述为低信号时，表现为黑色，即组织的T1时间长，T2短在T1或T2加权图象上描述为高信号时，表现为白色，即组织的T1时间短，T2长,MRI原理-T1、T2加权,MRI成像系统的构成,主磁体：决定场强，有常导、超导和永磁三种，又分为高1.5T、中 0.5-1T、低0.5T和超低0.1T四种，永磁结构的磁场方向垂直

8、与人体长轴。梯度磁场：用于层面选择和空间定位射频发射和接受系统图象重建和显示系统,MRI新进展,快速成像磁共振血管造影MR Angiography磁共振水成像弥散成像灌注成像磁共振频谱分析磁共振造影剂,MRI新进展-快速成像,减少MRI成像时间的方法包括：减少相位编码线，半傅立叶转换，矩形扫描野，减少TR时间，减少取样和采用快速序列快速自旋回波序列-具有和常规SE的图象质量，但时间缩短3-240倍平面回波成像EPI-为最快的成像技术，可以在30ms成像，为90。RF后快速梯度回波超快速梯度回波序列,磁共振成像新进展-MRA,MRA的方法包括：时间飞跃法（TOF）、相位对比法（PC）和黑血血管成

9、像（BBA）TOF法采用流入增强效应，3DTOF为最常用的方法，主要用于较大动脉血管，2DTOF法用于显示静脉血管PC法是使用梯度脉冲对流动和静止质子产生不同的相位位移，能显示血流方向和测量流速，背景抑制好磁化传递对比MTS和倾斜优化非饱和激励TONE技术、多薄块扫描技术,三维TOF磁共振血管造影,右侧大脑中动脉动脉瘤,右侧大脑后动脉动脉瘤,左侧颈内动脉动脉瘤-MRI图象,左侧颈内动脉动脉瘤-MRA图象,AVM-MRA矢状投影,AVM-MRA矢状投影,AVM-MRA冠状投影,AVM并发静脉瘤-MRA,烟雾病-MRA,烟雾病MRA显示侧支循环,MR血管成像（MR Angiography）,MR

10、血管成像可以在无放射损伤、不需碘造影剂的情况下显示血管，对血管病变做出诊断，结合丰富的后处理软件进行三维后处理可以对血管病变如动脉瘤、血管狭窄等做出更准确评价增强MRA可以一次快速显示主动脉、颈动脉以及下肢全长血管。,腹主动脉瘤常规MRI,腹主动脉瘤增强MRA,腹主动脉瘤增强MRA,颈部动脉增强MRA,颈部动脉增强MRA,脑动脉瘤常规MRI,脑动脉瘤MRA,磁共振造影剂,细胞外液造影剂：为Gd的螯合物，为顺磁性造影剂，通过缩短T1时间达到强化效果，包括离子型Gd-DTPA Gd-DOPA,非离子型Gd-DTPA甲基酰胺、Gd-DO3A靶向性造影剂：肝实质的缩短T1者有GdBOP.GdEOB-D

11、TAP MnDPDD,网状内皮系统的枯否细胞-超顺磁氧化铁使T2缩短.病变的靶向造影剂Gd或Mn-TPPS,MRI临床应用,中枢神经系统：脊柱脊髓、脑五官和颈部骨骼、肌肉、软组织腹部：肝脏、肾脏、脾脏、胆道系统、肾上腺、胰腺、腹膜后病变盆腔：前列腺、子宫胸部：纵隔、心脏和大血管系统,MRI临床应用-脑,CT和MRI都是脑首选的检查方法CT检查在以下方面更好：外伤和急诊、需生命支持系统，不合作患者、钙化和珠网膜下腔出血MR对水分变化敏感，因而可以比CT更早的发现脑的异常，如脑梗塞、肿瘤和感染等。,MRI临床应用-脑：MRI对以下病变明显优于CT,脑白质病变：多发硬化、脑炎后遗颞叶癫痫非出血性挫伤

12、和轴索损伤后颅窝病变垂体和鞍区病变脑血管病变无强化病灶,脑梗塞常规MRI成像,脑梗塞Flair T2与弥散成像,脑梗塞弥散加权ADC EADC,脑肿瘤常规MRI,脑肿瘤增强MRI,脑肿瘤MRI波谱分析,肿瘤MRS,正常MRS,NAA,脑肿瘤MRI波谱分析,肿瘤MRS,正常MRS,NAA,负性增强图(NEI)rCBV,动态灌注成像,动态灌注成像,平均通过时间图（MTT）,实时脑功能成像,通过视觉刺激判断对错的语言形成模式,Images courtesy of UIC,Images courtesy of The Mayo Clinic,弥散张力成像,25 个弥散方向,18层,5:40 采集,各向

13、异性图,ADC 图,Diffusion Tensor Imaging,Fractional Anisotropy Maps(55 gradient directions),Optic Radiations,Splenium,Genu CC,Ext.Cap.,Int.Cap.,Thalamus,Images courtesy of UIC,弥散张力图&脑功能成像融合,弥散张力图显示白质束并与语言表达功能中枢图像融合 脑功能成像实时梯度回波EPI26 cm FOV,128x128TE/TR=50/4000ms,90o65 phases弥散张力成像6个方向编码,B值=1576 s/mm2SE-EPI

14、,24 cm FOV,128x128,Image Courtesy of M.D.Anderson Cancer Center,1 Month After Infarction with Initially Severe Brocas Aphasia,Persistent moderate-to-severe aphasia,Complete recovery,Fractional anisotropy(FA):,Left arcuate fasciculus,0.31.04,Right arcuate fasciculus,0.69.04,Splenium,0.80.02,FA:,Left

15、arcuate fasciculus,0.74.03,Right arcuate fasciculus,0.72.04,Splenium,0.86.03,Image Courtesy of Dr.Atlas,Stanford University,GE Medical Systems,e,GE MR,MRI临床应用-脊柱脊髓,MRI的多平面成像、无骨伪影、良好的软组织对比，使其成为首选的检查方法能清晰显示椎管内脊髓内外的正常结构和病变，不需要椎管内注射造影剂对脊柱退行性病变显示清晰，同时显示继发的脊髓改变，对颈胸椎为首选对椎体、椎旁病变优于CT，能早期发现椎体的肿瘤和椎旁病变向椎管内侵犯,MRI临床应用-脊柱脊髓,能清晰显示手术后的改变，鉴别术后腰背疼痛的原因如椎间盘复发、手术疤痕清晰显示脊柱脊髓的发育异常为脊柱损伤的首选方法，清晰显示脊髓的改变，并对其预后进行估测,胸 椎,椎间盘MRI表现,椎间盘变性、膨出,椎间盘脱出,椎间盘脱出,椎间盘脱出,