3.0超高场磁共振的临床应用1.ppt

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1、3.0T磁共振临床应用特点,在临床应用中有何优势？有何弊端？,3.0T临床应用优缺点,优点：1、信噪比明显提高，空间分辨率提高。2、扫描速度加快。3、T2WI对比加强。4、增强效果更好。5、血管成像明显较1.5T好。6、功能成像、频谱成像和磁敏感性更敏感和精确。缺点：1、伪影更明显，如运动伪影、化学位移。2、屏蔽效应使腹水病人或孕妇检查不利。3、对体内有金属物的患者检查限制更严格。4、T1WI对比下降。,1、信噪比、空间分辨率提高,由于磁场强度的升高，敏感性增加，SNR提高，空间分辨率增加。随着场强的增加，SNR几乎是线性增加但在临床实际应用当中，并非两倍场强就会产生两倍SNR：在高场中有很多

2、物理障碍需要克服，而克服这些障碍通常是牺牲SNR来实现的，3.0T的SNR大约是1.5T的1.7到1.8倍一般情况下，扫描时间延长和降低空间分别率能提高信噪比。保持一定的空间分辨率而减少采集时间，或保持一定的采集时间而提高空间分辨率等，这些因素都会抵消一定的SNR,中枢神经系统高分辨率扫描Propeller T2512X512,分辨力,1.5 T,3.0 T,Figure 9a:(a,b)FLAIR images in a 22-year-old female patient with clinically isolated syndrome,3.0 T TR/TE/IR:12 000/140

3、/2850;turbo factor,38;NEX 1;acquisition time,4 minutes,1.5 T 6000/110/2000;turbo factor,29;NEX 2;acquisition time,3 minutes,脑结构成像,3.0T高分辨率三维容积成像有助于发现细微皮质萎缩高分辨率T2WI有助于分辨颞叶癫痫病人的海马亚解剖结构,Figure 10b:MR images in 32-year-old female patient with medically refractory complex partial seizures,左侧海马信号强度增加，提示硬化

4、体积变化不明显，提示尚无萎缩右侧海马所见的间隔样纹理结构丧失,右侧海马亚解剖结构可见黑线样的白质卷入海马内可能是海马白质（海马槽）,海马结构放大图,鼠脑成像,2、扫描速度加快,共振频率随场强线性增加：B0。1.5T的共振频率是63.9 MHz，3.0T是127.8。更高（快）的共振频率能带来：更快的质子相位周期。这样，就可以用更短的TE，加快采集速度，有助于减少伪影。相同条件下，同一序列约节省20%时间。,脑结构成像,更快的成像速度：有利于意识不清及不配合的患者及儿童检查。应用flip angle sweep and parallel imaging的FSE T2WI：成像时间从2分7秒降到8

5、秒,MR images in a 19-year-old male patient with multiple sclerosis,FSE T2WI With SENSE flip angle sweep 60 采集时间 8 s,3、T2WI对比加强,组织的T1、T2弛豫时间在不同程度上依赖于场强。在3.0T，纵向弛豫速率减慢，T1时间增加约30%，而横向弛豫出现更快，T2时间缩短约15%。T2时间缩短，T2WI对比加强,4、增强效果更好,Gd对比剂缩短（同一组织）T1的能力（T1弛豫效应）在1.5和3.0 T中相对恒定。在3.0T，（平扫时）组织的T1时间比1.5T长，因此，即使T1弛豫增强

6、效应相同，增强后组织的T1缩短比1.5T更多，因此，3.0T组织增强前后的对比优于1.5T。3.0T具有更高的SNR和CNR。相同足剂量造影剂的增强扫描，病变的CNR在3.0T是1.5T的双倍多，3.0T半剂量病变的CNR也比1.5T足剂量高得多，CNR高则探查增强病变的敏感性提高,a 70-year-old woman with a temporal high-grade glioma，the leptomeningeal spread of the tumor(arrowhead),1.5 T with 0.10 mmol/kg,3.0 T with 0.05 mmol/kg,3.0 T

7、with 0.10 mmol/kg,Contrast-enhanced T1-weighted MR images in 46-year-old male patient with right parietal high-grade glioma,SE T1WI CE 1.5T,SE T1WI CE 3.0T,Contrast-enhanced T1-weighted MR images in 46-year-old male patient with right parietal high-grade glioma,IR FSE T1WI CE 3.0T,SE T1WI CE 3.0T,Co

8、ntrast-enhanced MR Imaging增强MRI,SPIO（超顺磁性氧化铁）对比剂：主要缩短T2*在3.0T中，（平扫时）组织的T2*时间比1.5T短，这种更短的T2*部分抵消了SPIO的T2*增强效应至今，在肝脏局灶性病变的SPIO增强检查中，SPIO增强病变与正常组织之间的对比在3.0T中并未进一步增加,5、血管成像较1.5T好,SNR更高更短的TE时间（避免流动及磁敏感伪影）对比剂的T1缩短效应更明显与血液比较静态组织的T1时间延长（提高血管背景组织对比）使用平行成像技术,更短的采集时间,MR Angiography,TOF MRA：1.5 T 体素大小0.72 mm3，3

9、.0-T 体素大小0.03 mm3。3.0T的高空间分辨率意味着能显示更小的血管及血管的远侧分支。与平行采集技术结合，能明显减少采集时间、增加采集层面，扩大成像范围。,TOF(inflow)MRA at(a)1.5 T and(b)3.0 T in the same individual,1.5 T,3.0 T,28/6.9;50 sections;time,2 minutes 34 seconds;section thickness,2 mm;field of view,160 x 160;matrix,336 x 212;voxel size,0.92 mm3,26/3.5;100 sec

10、tionstime,7 minutes 57 secondssection thickness,1 mmfield of view,250 x 250 mm2matrix,832 x 571voxel size,0.13 mm3,TOF MR angiograms at(a)1.5 T and(b)3.0 T in a patient with high-grade stenosis of the right internal carotid artery,1.5 T,3.0 T,扫描参数分别同上一图像,MIPs from 3D TOF MR angiography in a 58-year-

11、old woman show moyamoya vessels(arrows)from ICAs,Transverse MIP,3.0-T,1.5-T,lateral MIP of the right side,3.0-T,1.5-T,show moyamoya vessels(arrows)from ICAs,lateral MIP of the left side,3.0-T,1.5-T,show moyamoya vessels(arrows)from ICAs,MR Angiography,3.0-T TOF MRA的高空间分辨率及广解剖覆盖范围，较小的脑供血动脉病变的检查成为可能。几

12、乎与DSA相似的空间分辨率，以致有人乐观地预言其可大部分替代DSA检查。这方面的临床研究有待深入。,61-year-old male patient with dysarthria,3T 3D TOF-MRA a segmental high-grade stenosisat the cavernous segment of the distal ICA,DSA lateral view almost identical features of stenosis at the corresponding location,A 70-year-old female patient with in

13、voluntary movement of the left side.,3T 3D TOF-MRA flow void in the proximal portion of the right middle cerebral artery,DSA anteroposterior view a focal high-degree stenosis at the corresponding location,A 69-year-old male patient with dizziness,3T 3D TOF-MRAa focal high-grade stenosis at the proxi

14、mal portion of the basilar trunk.,DSA oblique view a focal high-grade stenosis at the corresponding location,MR Angiography,Time resolved three-dimensional contrast-enhanced MRA：4D MRA,four-dimensional time-resolved angiography using keyhole(4D-TRAK),DSA findings,early arterial,early venous phase,a

15、patient with large frontal arteriovenous malformation,four-dimensional time-resolved angiography using keyhole(4D-TRAK),DSA findings,early arterial,early venous phase,a patient with large frontal arteriovenous malformation,IIIIIIIV,全身血流成像,扫描床的移动造影剂使用分辨率I:1.0 x 1.0 x 2.0 mmII:0.8 x 0.8 x 1.3 mmIII:0.

16、8 x 0.8 x 1.5 mmIV:0.8 x 0.8 x 1.0 mm,6、磁敏感性、功能成像和频谱成像更敏感和精确,磁敏感性功能成像：弥散加权成像-DWI（fMRI）灌注成像-PWI 脑皮层功能活动成像频谱成像-MRS,Susceptibility 磁敏感性,磁敏感效应随场强增大而线性增加磁敏感性：是不同物质被磁化的能力不同组织的磁敏感性不同产生磁敏感效应,Susceptibility 磁敏感性,人体不同组织的磁敏感性不一样，从而造成人体组织局部磁场场强不均匀根据拉莫定律，局部磁场的变化会引起相应质子的共振频率发生变化。MR的空间编码是基于：成像范围内的磁场是均匀一致的、只随梯度场的应用

17、才发生变化。这种磁敏感性诱导的共振频率的变化会导致质子在空间位置编码上产生错误在没有1800再聚焦RF脉冲的GRE及EPI序列中，由此产生的磁敏感伪影更明显,Susceptibility 磁敏感性,磁敏感效应的积极应用：对比剂首过灌注成像，BOLD脑功能成像，更有利于检测含铁血黄素、铁、钙等金属成分,Susceptibility-based and PerfusionImaging,3.0T的磁敏感效应明显，有利于生理性铁成分的检测，如中脑黑质，理论上可早期诊断Parkinson 有利于出血的探查，对小海绵状血管瘤内的慢性出血、弥漫性轴突损伤的小出血灶的检测更有价值,77-year-old m

18、an on the 2nd day after the onset,T2-weighted,FLAIR,T1-weighted,1.5 T(A,C,and E),3.0 T(B,D,and F),56-year-old woman on the 6th day after the onset,T2-weighted,FLAIR,T1-weighted,1.5 T(A,C,and E),3.0 T(B,D,and F),Figure 3:Transverse T2-weighted turbo SE(a)1.5-T(repetition time msec/echo time msec,2500

19、/100)and(b)3.0-T(3000/80)MR images in a 52-year-old male patient with pontine cavernoma,FSE T2WI 1.5T桥脑海绵状血管瘤,FSE T2WI 3.0T 桥脑海绵状血管瘤含铁的小脑齿状核显示更清楚,微出血,Figure 4:Functional brain MR images in the same individuals,1.5-T(3000/50,90 flip angle),3.0-T(3000/35,90 flip angle),BOLD脑功能成像,fMRI躯体运动，感觉，视觉，语言，针灸镇痛

20、,DWI and Diffusion-Tensor Imaging扩散加权及扩散张量成像,DWI and Diffusion-Tensor Imaging,DWI是脑梗塞的必备检查序列，常用单次激发EPI。3.0T的DWI能提高SNR，但同时磁敏感伪影也显著增加，同时应用平行采集技术有助消除伪影虽然可发现“3.0-T only”细小梗塞，但总体上其敏感性与1.5T差别不大,46-year-old female patient with clinical evidence of subacute infarction(72 hours after onset),4345/82;matrix：12

21、8128 section thickness：5-mmb values of 0,600,and 1000 sec/mm2,3.0 T,1.5 T,10分钟之内,DWI and Diffusion-Tensor Imaging,DTI和白质纤维束示踪图是了解神经纤维走行、结构及相互关系的诊断方法扩散编码方向越多，对神经纤维走行方向的确定越精确，但扩散编码方向越多扫描时间越长.除了高，可在临床可接受的扫描时间范围内尽可能多地采集扩散编码方向,1.5 T,3.0 T,3.0 T,PerfusionImaging灌注成像,弥散和灌注成像,PWI临床应用,反映组织的微血管分布情况及血流灌注的状态,DW

22、I+PWI显示半暗带,Susceptibility-based and PerfusionImaging,造影剂首过T2*-加权灌注成像：在毛细血管水平评价脑的微血管灌注界定急性脑梗塞的缺血半暗带了解动脉狭窄状态下脑组织的血流灌注水平3.0 T0.10 mmol/kg剂量造影剂的T2*效应与1.5 T 0.20 mmol/kg剂量造影剂相当,成像基础:局部微循环血液动力学改变。采用MR对比剂，对比剂首次通过毛细血管网导致局部一过性信号减低。,MR Perfusion Weighted Image,Susceptibility-based and PerfusionImaging,Arteria

23、l spin labeling(ASL)动脉血质子标记是另一种灌注成像方法：不应用顺磁性对比剂（外源性），而是把动脉血质子进行磁化标记作为内源性对比剂在1.5T，ASL未获得广泛的临床认可：SNR低，标记持续时间短，成像时间长，成像层面少3.0T的ASL可克服上述缺点,66-year-old patient with right-sided frontodorsal grade IV glioma,arterial spin labeling at 3.0 T,4000/3717 sections5-mm thickness64 x 64 matrix700-msec labeling del

24、ay50 dynamic acquisitions6-minute acquisition time,质子所处的化学分子环境不同，相应质子的共振频率也不同，而且这种差异随着场强的增大而增大脂肪和水的共振频率的差值，在1.5T是220 Hz，在3.0T是440 Hz不同化学分子环境中质子的共振频率的差值增大，显然有利于MRS成像,MR Spectroscopy(MRS),MR Spectroscopy(MRS),磁场强度的升高同时引起磁敏感增加，化学位移增加。,3.0T成像的缺陷,1、如磁敏感伪影、化学位移伪影等更明显。2、电介质共振效应和屏蔽效应使腹水病人或孕妇检查不利。3、RF能量的贮积,限

25、制了成像条件4、T1WI对比下降。5、其它：如对体内有金属物的患者检查限制更严格。,1、磁敏感伪影,磁敏感效应随场强增大而线性增加，3.0T的磁敏感效应明显，在组织磁敏感性差异大的区域如骨与软组织交界面，磁敏感伪影更明显。,磁敏感伪影,化学位移伪影,脂肪和水中氢质子共振频率随磁场的增大而线性增加，导致脂肪和水中氢质子化学位移的增大，化学位移伪影较1.5T明显，即在脂肪组织界面出现更明显的黑线样伪影。,in-phase gradient-echo images,1.5 T,3.0 T,Chemical shift artifact of the first kind,2、电介质效应和屏蔽效应,、

26、电介质效应、屏蔽效应,、Dielectric Effects 电介质效应,亦称Standing Wave Effects 驻波效应：驻波或定波：驻波（standing wave）：在同一媒质里，两个频率相同、振幅相等、振动方向相同、沿相反方向传播的行波迭加而成的波叫“驻波”。比如水波碰到岸边反射回来时，前进和反射波的叠合就产生驻波。驻波形成时，空间各处的介质点或物理量只在原位置附近做振动，波停驻不前，而没有行波的感觉，所以称为驻波。,Standing Wave 驻波,Dielectric 电介质,所谓电介质，是指不导电的物质，即绝缘体，内部没有可以移动的电荷。水及体内有机物具有高的介电常数（指

27、每“单位体积”的绝缘物质），可以降低电磁波的传导速度及缩短其波长在真空中，3.0T的RF的频率是128 MHz，波长是234 cm，远大于临床体部成像的FOV3.0T的RF波长在水中缩短为26 cm、在大多数人体组织内约30 cm。,standing wave effect,RF波在人体组织内的这种波长长度与人体体部成像的FOV大小接近，就可能在FOV内形成驻波。而驻波能引起RF激励脉冲在局部成像空间分布上的大小变化，导致所谓的驻波效应（standing wave effect），即图像内出现“黑洞”影或明亮影。,standing wave effect,成像FOV大于RF波长时，这种伪影越明

28、显因此，在大腹便便的肥胖患者比瘦小患者更容易看到这种伪影,Dielectric effects of(a)single-shot and(b)multishot TSE sequences,单次FSE序列使用长回波链、大量再聚焦RF脉冲驻波效应所致伪影明显,多次激发FSE序列驻波效应所致伪影减轻,、shielding effects 屏蔽效应,RF激励时，快速变化的磁场（B1）能产生环形电场，若这种环形电场出现在可导电的媒质里，则产生环形电流（涡电流），而这种环形电流反过来又可产生磁场，所产生的这种磁场与RF场（B1）的方向完全相反，因此它可降低B1的大小。媒质的导电性能越好，RF频率越高，产

29、生的涡电流越强，产生的反向磁场也越大，其对RF场大小的抵消作用越大，RF场越不均匀,shielding effects 屏蔽效应,人体组织内导电性相对高的组织可以产生类似的屏蔽效应，使局部磁场强度减低，从而在图像中表现为低信号的区域腹水患者和孕妇的大腹围产生standing wave effect，具有高导电性的腹水和羊水产生shielding effects，这两种效应结合，在3.0T可引起明显的伪影,肝硬化腹水患者的standing wave and conductivity artifact,28岁孕妇 standing wave and conductivity artifact（长箭

30、头）,3、RF能量的贮积,磁场强度的升高也必然造成RF脉冲频率的增加，射频波长缩短，导致SAR值的升高和短波长引起的屏蔽效应（驻波效应）,3、RF能量的贮积,RF脉冲的波长越短则RF脉冲被组织吸收的数量越大，RF脉冲被组织大量吸收可以引起组织变热。RF吸收组织产热：与RF脉冲频率的平方成正比特异吸收率(Specific absorption rate SAR)：单位时间内每公斤体重吸收的能量，单位watts/kgSAR的阈值设定为局部组织产热不超过10C，即：15分钟内SAR不超过4W/kg,RF蓄积与特异吸收率,RF Deposition and Specific Absorption Ra

31、teRF蓄积与特异吸收率,此外，RF蓄积随着RF脉冲数量增加、翻转角增大、TR时间缩短而增加，也受患者在磁场中的位置、线圈设计及很多其他因素的影响MR机常通过自动降低数据采集速度、增加回波空间、延长数据采集时间而减少SAR1.5T中4次数据采集降为3.0T中2次数据采集，3.0T的采集时间并非减半，而实际只是减少20%30%，因为在3.0T中为限制SAR，单位时间内的RF脉冲数量减少、单次数据采集时间延长,Figure 5:Effect of SAR-related difficulties at 3.0 T without parallel imaging,1.5 TTR/TE 2780/1

32、00NEX 4采集时间 3：20,3.0TTR/TE 4000/80NEX 2采集时间 2：40,FSE T2WI FOV 250-mm矩阵258512,因为SAR的限制采集次数减半并不等于采集时间减半,4、T1WI对比下降,组织的T1、T2弛豫时间在不同程度上依赖于场强在3.0T，纵向弛豫速率减慢，T1时间增加约30%，而横向弛豫出现更快，T2时间缩短约15%。不同组织随场强改变而出现的弛豫时间变化并不一样，例如，脑灰质和白质的T1时间延长的程度不同，脑白质的变化更明显,Relaxation Times 弛豫时间,在3.0T中，脑白质T1时间的增加幅度大于灰质，两者之间T1时间差值减小，因而两者的T1对比减小健康组织与病变组织的T1对比也降低与软组织不一样，液体的T1时间似乎不依赖场强变化而相对恒定，因此在3.0T中TOF及增强MRA的对比更好,Comparison of liver-spleen contrast on T1-weighted images obtained at 1.5 T(a)and at 3.0 T(b),1.5 T,3.0 T,在3.0T,肝脾的信号对比降低,肾癌肝脏转移性病变,2D GRE T1WI,1.5-T(a,d),3.0-T(b,e),增加了反转准备脉冲 3.0T(c,f),