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医学影像学(放射医学)核磁原理
用于放射医学中级考试,医学影像学习。核磁原理一般指核磁共振原理。核磁共振原理是给核磁共振这个物理现象分析结构手段做一个科学解释。核磁共振原理主要是由原子核的自旋运动引起的。
编辑于2021-05-25 19:31:13- 核磁原理
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- 大纲
核磁原理
MRI的基本硬件
主磁体
按磁场的产生方式分类
永磁磁体
电磁磁体
常导磁体
超导磁体
按场强分类
低场
小于0.5T
中场
0.5-1T
高场
1-2T
超高场强
大于2T
梯度系统
梯度放大器
梯度线圈
射频系统
射频发生器
放大器
射频通道
射频线圈
计算机系统和谱仪
辅助设施
物理学原理
原子的结构(类似地球)
质子:正电荷
中子:无电荷
中子数=A-Z
电子:负电荷
同样的磁场中,电子具有保护作用,使不同物质对磁场的感应不同
电子多的,感应弱
电子少的,感应强
某未知物质
A
质量数(质子和中子之和)
M
离子电荷数
Z
质子数
N
分子中原子的个数
自旋
质子和中子中一个是奇数才能产生磁场
MRI一般用H质子
水质子
自由水T2=5-150ms才能被探测到
结合水T2太短不能探测
脂质子
脂肪可以被探测
H质子是混乱的
进入强磁场内有序形成宏观磁化矢量
进动
进动频率=磁旋比*外磁场场强
磁旋比是物质的固有属性
1特斯拉,进动频率为42.58MHZ
进动使每个质子小核磁分为两部分
方向稳定的纵向磁化分矢量
低能态质子大于高能态质子,抵消产生Mz
旋转的横向磁化分矢量
相位不同,完全抵消并无Mxy产生
核磁只能探测xy
类似风力发电机
共振
类似音叉
能量从一个震动着的物体传递到另一个物体,而后者以前者相同频率震动
磁共振
给与相同频率的脉冲能量
低能态到高能态
产生Mxy被核磁探测
90°脉冲使低能级质子一半跃迁
180°使全部低能级质子跃迁
小角度脉冲使SAR值下降,避免造成伤害,效率高
射频脉冲时间不同,射频脉冲频率相同
核磁弛豫
射频脉冲消失后,宏观磁场逐渐恢复到平衡状态的过程或现象
纵向弛豫
T1弛豫
Mz逐渐恢复到平衡态
高能的质子释放能量回到低能态
释放给周围分子 (晶格)
周围晶格振动频率接近质子进动频率
T1弛豫较快
脂肪
周围晶格振动频率明显高于质子进动频率
T1弛豫较慢
纯水样液体
周围晶格振动频率明显低于质子进动频率
T1弛豫较慢
很高浓度大分子蛋白的液体
T1值
描述T1弛豫快慢
Mz从0恢复到63%所需的时间
不同组织晶格特征不同
T1弛豫快慢不同
T1值不同
横向磁化矢量的衰减
自由感应衰减
因为质子群逐渐失去相位一致
质子磁场高
质子进动快
质子磁场低
质子进动慢
横向弛豫
T2弛豫
质子群逐渐失去相位一致
质子群周围磁场微环境分子运动,质子周围微磁场不断波动
T2值
描述组织T2弛豫的快慢
Mxy从最大衰减到只剩下37%所需的时间
总结
T1弛豫
能量从自旋的质子群传递给其他分子(晶格)
自旋-晶格弛豫
能量传递较慢
T1弛豫慢
T2弛豫
能量在自旋的质子群内部传递(质子和质子之间)
自旋-自旋弛豫
能量传递较快
T2弛豫快
T2值远远短于T1值
MRI基本信号模式
自由感应衰减信号
微磁场环境波动+主磁场的不均匀
T2*双重影响,而T2值只受微磁场环境波动影响
自旋回波信号
180度聚焦脉冲
剔除主磁场恒定不均匀造成的质子失相位
产生自旋回波
先施加90度脉冲,再施加180度脉冲到产生回波的时间
TE
回波时间
先施加90度脉冲,再施加180度脉冲到产生回波的时间+第二次开始执行前的时间
TR
重复时间
梯度回波信号
采用读出梯度场的正反向切换
在自由感应衰减(FID)的基础上
离相位梯度场
加重磁场不均匀
加速质子群失相位
加快横向磁化矢量衰减
聚相位梯度场(面积为离相位梯度的2倍)
前面的一倍抵消离相位梯度场的作用
因离相位梯度场而丧失的Mxy逐渐恢复
面积一倍时,Mxy达到峰值后
过后聚相位梯度场实际上又成为另一个方向的离相位梯度场
产生梯度回波信号
MR加权成像
加权
重点突出组织某方面特征
尽量减少其他方面组织特性的影响
PDWI
突出组织氢质子含量的差别
T1WI
突出组织纵向弛豫差别
T2WI
突出组织横向弛豫差别
T2*WI
突出组织FID差别
TE
等待Mxy的衰减
决定图像T2弛豫成分
如很短的TE
所有组织Mxy还没来得及衰减
剔除T2弛豫对图像对比的影响
TR
等待My磁场恢复
决定图像T1弛豫成分
如很长的TR
所有组织Mz完全恢复
剔除T1弛豫对图像对比的影响
T2或T2*加权成像
重点突出Mxy衰减的快慢
T2WI
采集自旋回波的序列
T2*WI
采集梯度回波的序列
长TE(>50ms)
观察不同组织T2组织差别
长TR(>2000ms)
需要尽量剔除T1弛豫的影响
组织T2或T2*越长
Mxy衰减越慢
采集时残留的Mxy越大
MR信号越高
组织T2或T2*越短
Mxy衰减越快
采集时残留的Mxy越小
MR信号越低
T1加权成像
重点突出Mz恢复快慢
短TR(小于800ms)
观察纵向磁场恢复快慢
短TE(小于20ms)
剔除T2弛豫的影响
组织T1越短
Mz恢复越快
采集时已经恢复Mz越大
MR信号越高
组织T1越长
Mz恢复越慢
采集时已经恢复Mz越小
MR信号越低
质子密度加权成像
重点突出组织氢质子含量差别
长TR(>2000ms)
消除T1影响
短TE(<30ms)
消除T2影响
组织质子密度越高
Mz越高
RF激发后Mxy越大
立刻采集
MR信号越高
组织质子密度越低
Mz越低
RF激发后Mxy越小
立刻采集
MR信号越低
MRI的空间定位
二维成像的空间定位
第一个梯度场
层的位置及层厚
决定层厚的因素
梯度场强
梯度场强不变
射频带宽越宽层厚越厚
射频带窄越宽层厚越薄
射频带宽
射频带宽不变
梯度场强越高层厚越薄
层的位置
梯度场强不变
射频脉冲频率增加,层面向梯度场高的一侧移动
射频脉冲频率减少,层面向梯度场低的一侧移动
层厚的影响
与设备场强有关
低场5mm以上,高场5mm以下
受检的脏器大小有关
大脏器采用相对较厚的层厚(1.5T时一般为5-8mm),小器官3mm以下
病灶大小
层厚小于病灶直径50%
部位
静止的脏器较薄层厚,运动脏器用较厚
二维图像采用薄层扫描信噪比太低时,可考虑采用三维采集模式
层面内的空间定位
频率编码
第二个梯度场
不同频率的MR信号,通过傅里叶转换可以区分
相位编码
第三个梯度场
傅里叶转换只能区分相位相差180度的信号
三维成像的空间定位
K空间及其特征
MRI原始数据的填充格式
填充后的数据经傅里叶转换,重建出MR图像
特性1
K空间每一点都有全层信息
特性2
K空间对称性
相位编码方向和频率编码方向都是对称的
特性3
越靠近中央区域的信息决定图像的对比(信噪比及组织对比)
越靠近周边区域的信息越决定图像的解剖细节(空间分辨)
特性4
填充轨迹及顺序
SE常采用循序,对称填充
中心优先填充
迂回填充
螺旋填充
放射状填充
MR成像过程
把病人放进磁场
人体被磁化产生Mz
发射射频脉冲
组织发生共振产生旋转的Mxy
关掉射频脉冲
质子发生T1,T2弛豫(同时进行空间定位编码)
线圈采集人体发出的MR信号
计算机处理(傅里叶转换)
显示图像
其他
影响MR信号强度的因素
常用脉冲序列
基本概念
MR成像过程中,射频脉冲,梯度,信号采集时刻的设置及其在时间顺序上的排列和组合
基本结构
自旋回波类序列(SE)
自旋回波序列(SE)
SE的主要对比参数
合适长的TR决定T1成分
合适长的TE决定T2成分
质子密度成像
合适短的TE,合适长的TR
k空间内序列执行一次采集一个回波,填充一条线
应用
最常用颅脑,骨关节,软组织,脊柱使用T1WI
特点
最常用的T1WI序列
组织对比好,信噪比(SNR)较高,伪影少
信号变化容易解读
T2WI少用SE序列(太慢,伪影重)
采集时间长,不能进行动态增强扫描
快速自旋回波(FSE)
GE:FSE
西门子:TSE
飞利浦:TSE
FSE序列的主要对比参数
TR决定T1成分
TE决定T2成分
T1WI
TR小于800ms
TE最短
T2WI
TR大于2000ms
TE约等于目标T2值+30%
PDWI
TR大于2000ms
TE小于30ms
特有参数
回波链(ETL)越长
成像越快
信噪比越低
图像软组织T2对比越差
模糊效应越重
脂肪信号越亮
SAR越高
回波间隙(ES)越小
图像对比度增加
图像模糊效应减轻
允许的ETL越长
磁化转移效应更明显
脂肪信号越高
SAR值越高
FSE序列ETL及ES设置原则
回波间隙(ES)
不能直接设置
采集带宽越宽
ES越小
频率方向点阵越小
ES越小
射频强度越大
ES越小
梯度性能越高
ES越小
ETL设置与TE相关
T1WI
ETL小于6
PDWI
ETL小于10
T2WI
ETL约等于TE*2除以ES
K空间内执行一次采集多个回波,填充N条线
特点
其他参数不变,速度增高的倍数等于回波链长度(ETL)
不易产生磁敏感伪影
组织对比降低
图像的模糊(每个回波幅度不同,计算相位容易错误)
脂肪组织信号增高(质子之间存在J-偶联)
组织的T2值有所延长(25%-30%)
能量沉积(SAR值)增加
应用
FSE-T1WI
ETL=2-4
优点
比SE-T1WI快速,甚至可以屏气扫描
缺点
回波链存在使T2图像污染,T1对比降低
与GRE-T1WI相比速度还不够快
应用
对T1对比要求低,显示结构外形为主的部位
骨关节
软组织
脊柱
盆腔
心脏
短回波链FSE-PDWI
ETL=5-10
TR大于2000ms
TE小于30ms
主要用于骨关节
中等长度回波链FSE-T2WI
ETL=10-20
长TR,TE与ETL相适应
优点
扫描快1min-5min
对比好
缺点
体部容易产生运动伪影
应用
全身最常用的T2WI
颅脑
腹部
脊柱脊髓
软组织
骨关节
长回波链FSE-T2WI
ETL>20
长TR,有效TE常大于100ms
优点
成像快20s-3分
可屏气扫描
缺点
T2对比较差
屏气不好仍有伪影
应用
胸腹部屏气T2WI
富水病变与实性病变鉴别
3d水成像
其他需要重T2加权的部位
FSE衍生
缩小聚焦脉冲,降低SAR值
聚焦脉冲通常为180度
优点
聚焦充分,信噪比好
缺点
能力大,SAR值高
ETL越长,ES越小越明显
TR越短越明显,层数越多越明显
射频强度越大越明显,场强越高越明显
降低聚焦脉冲角度
可降低SAR值
通常在120度-180度
理论上SNR降低
实际3.0T上SNR降低不明显
快速恢复FSE
在回波链最后一个回波采集后,施加负90度脉冲
将残留的横向磁化矢量直接打回纵向
长T2结构(脑脊液)信号增高
主要用于短回波链的FSE T2WI
在采集层面足够的情况下缩短TR
GE:FRFSE
西门子:TSE-Restore
在TSE序列中选择Restore Magn
飞利浦:TSE-DRIVE
在TSE选DRIVE选项
只能用PDWI和T2WI,不能用于T1WI
应用
颅脑
脊柱脊髓
骨关节
腹部及盆腔
SS-FSE(单次激发FSE)
GE:SS-FSE
SIMENS:SS-TSE
PHILIPS:SS-TSE
一次90度脉冲激励后,采集填充K空间全部自旋回波
只能用于T2WI,不能进行T1WI
TR
理论无穷大,部分设备上设置的TR多为时间顺序上相邻两层采集始点的时间jiange
TE
通常采用很差的TE(数百毫秒)
降低SAR值
聚焦脉冲角度120度-150度
优点:快速
缺点:除纯水液体外,其他组织无信号
应用
水成像
尤其MRCP,MRU,MRM
半傅里叶采集SS-FSE
SIEMENS:HASTE
PHILIPS:SS-TSE+half scan
GE:SS-TSE+0.5NEX
nex=number or excitation 激励次数
半傅里叶技术+SS-FSE
优点
快
可采用较短TE(<100ms)
有利于软组织成像(和SS-FSE相比)
几乎无运动伪影和磁敏感伪影
缺点
T2对比不如SE及FSE
图像模糊较明显
用途
腹部屏气T2WI(不能配合的患者)
MRCP,MRU
心脏快速成像
颅脑,脊柱超快速T2(躁动病人)
反转恢复类序列
特征
具有180度反转脉冲
可用于自旋回波类序列前
可用于梯度回波类序列前(包括EPI前)
通常所说反转恢复类序列
180度反转脉冲用于自旋回波类序列前
采集是自旋回波
IR(反转恢复)
FIR(快速反转恢复)
反转恢复序列
IR序列的对比参数
IR基本用于T1WI
IR T1WI应选用尽量短的TE,剔除T2的污染
SE序列的T1对比决定于TR,选用TR接近于组织的T1值可获得较好的T1对比
IR序列的T1对比决定于TI,选用的TI接近于组织的T1值可获得更好的T1对比
IR序列中,TR应尽量长(TR-TI>5T1),至少与T2WI的TR一样长
IR T1WI序列的特点及应用
优点
T1对比很好
缺点
扫描时间很长(长TR,激励1次采1个回波)
临床应用
增加T1对比,特别是脑灰白质对比
多用于婴儿的脑T1WI
快速反转恢复序列
选择不同TI抑制不同的组织
TR足够长的前提下(TR>5T1)
抑制某组织TI值=该组织T1的69%(70%)
抑制脑脊液TI=3500ms*70%=2500ms
抑制脂肪TI=225ms*70%=157.5ms
脂肪抑制(STIR)
黑水作用(FLAIR)
IR-FSE T1WI
IR+短回波链FSE
利用IR增加T1对比
利用FSE来加快采集速度
TI 650-800ms(高场)
TI 450-600ms(低场)
TR=2.5-3.5*TI
TE尽量短(<20ms)
T1对比高于SE但低于IR
双反转及三反转IR-FSE序列
梯度回波类序列(GRE)
GRE类序列的基本特点
采用小角度激发,加快成像速度
角度越大,所获图像越接近T1加权像
采用梯度场切换采集回波信号进一步缩短时间
反映的是T2*弛豫信息而非T2弛豫信息
GRE序列的固有信噪比较低
GRE序列对磁场的不均匀性敏感
原因
没有180°脉冲来剔除主磁场不均匀对信号的影响
缺点
容易产生磁敏感伪影
特别是气体与组织的界面上
T2*WI更明显,TE越长越明显
优点
易检出造成磁敏感性改变的病变
如出血,血色病等
GRE序列中血流常呈现高信号
GRE利用梯度场切换而产生
梯度场切换无需层面选择
被激发的血流尽管离开了扫描层面,如不超出有效梯度场和采集线圈的有效范围,仍可产生回波,流出层面的血流仍被采集到信号
GRE序列家族
扰相(毁损)GRE
名称
GE
SPGR
spoiled gradient recalled acquisition in steady state
SIEMENS
FLASH
fast low angle shot
PHILIPS
T1-FFE
fast field echo
为什么要扰相?
GRE序列中如果TR小于组织T2,每个TR间期回波采集后仍残留Mxy,由于每个相位编码不同,每个TR间期残留的Mxy不等,将引起图像伪影(带状伪影),消除伪影的一种方法就是去除残留的Mxy
如何去除残留Mxy
去除残留横向磁化矢量可以去除带状伪影,主要方法是使质子群失相位,从而消除Mxy,该技术称为扰相技术或毁损技术
主要方法
梯度扰相
射频扰相
梯度扰相+射频扰相
扰相GRE的临床应用
T1WI
2D快速扰相GRE-T1WI
对比参数
TR 80-350ms
最短TE或同相位
激发角度:50-90度
优点
扫描速度快
组织T1对比良好
缺点
屏气不好有伪影
临床应用
常规上,中腹部T1WI
抑制扫描清楚显示胰腺
增强扫描
化学位移(同/反相位)成像
颅脑扰相GRE三维T1WI
TOF/PC MRA
心脏亮血成像
三维CE-MRA
三维容积内插快速GRE T1WI动态增强序列
名称
GE
LAVA
SIEMES
VIBE
PHILIPS
THRIVE
优点
高空间分辨力
高信噪比
高对比(增强)
高速成像(双动脉期/多动脉期)
内插技术有利于MPR
可同时进行肝脏动态增强和CE-MRA
缺点
平扫时T1对比不及2D扰相梯度回波T1WI
用途
动态增强扫描
大关节三维扰相GRE T1WI
扰相GRE T2*WI
成像参数
TR 200-800ms
TE 15-40ms
激发角度＜30度
优点
成像速度快
对纤维软骨显示较好
有利于出血的显示
缺点
对其他结构显示欠佳
对磁场不均匀比较敏感
临床应用
纤维软骨病变
陈旧出血病变
大关节T2*WI
颅脑T2*WI
用于SWI
平衡式稳定自由进动(Balance-SSFP)序列
名称
GE
Fiesta
SIEMNS
True FISP
PHILIPS
Balance FFE
参数
很短的TR,TE和很大的激发角
TR
2-8ms
TE
1-4ms
激发角
40-80°
默认最短TR和TE
对比特点
组织信号强度决定于组织T2/T1
优点
液体与软组织之间的对比良好
成像速度快(秒或亚秒)
缺点
软组织与软组织之间的对比极差
磁敏感伪影
临床应用
配用心电门控技术进行心脏结构成像和功能分析
配用心电触发技术进行冠脉动脉成像
大血管病变如动脉瘤,夹层,血栓等
3D水成像
胆道梗阻,胆囊病变等
用于尿路占位病变
胃肠道占位病变
主要用于制造液体与实质之间的对比,不宜于制造实质内部对比
普通稳定自由进动(SSFP)序列
PSIF/GRASS/T2-FFE序列
MEDIC/MEGRE/COSMIC序列
DESS序列
磁化准备快速GRE(MP-FGRE)序列
杂合序列及平面回波成像(EPI)
目前最快的MRI信号采集方式
单幅图像采集时间可在100ms以内
一次射频脉冲激发采集多个梯度回波
GRE
一次脉冲激发后采集一个梯度回波
EPI
一次脉冲激发后采集一连串梯度回波
分类
按激发次数
多次激发EPI
SS-EPI
单次激发EPI
MS-EPI
按准备脉冲
IR-EPI
180度反转脉冲准备
特点
准备脉冲是180度反转脉冲
MS-IR-EPI
短回波链(4-10)
T1WI
名称
GE
FGRE-ET
西门子/飞利浦
IR-EPI
应用
灌注成像
特别是心肌灌注
GRE-EPI(EPI-T2*WI)
90度脉冲准备
SE-EPI
自旋回波序列准备
应用
DWI
扩散加权成像
DTI
扩散张量成像
显示神经纤维束走行
颅脑超快速T2WI
急诊
腹部T2WI成像
T2对比优于其他屏气T2WI
伪影较重
EPI序列的加权和权重取决于准备脉冲
MRI相关技术
脂肪抑制技术
意义
减少运动伪影,化学位移伪影等
抑制脂肪组织信号,增加图像组织对比
增加增强扫描效果
判断病灶内是否含有脂肪
脂肪显示或抑制的相关特性
化学位移效应
处于分子,同一原子核进动频率存在差异
脂肪与水中的1H进动频率差3.5PPM
脂肪的纵向弛豫特性
脂肪分子的振动频率接近于1H的进动频率
脂肪的T1值比一般组织短
1.5T时脂肪的T1值约为200-250ms
常用的脂肪抑制技术
频率选择脂肪饱和法
脂质子进动频率比水质子慢3.5PPM(150hz/T)
先施加数个脂肪饱和脉冲
频率等于脂质子进动频率
脂肪因连续受激励而被饱和
再施加成像的激励脉冲
脂肪因饱和不产生信号
水分子可被激励而产生信号
优点
高选择性
可用于多种序列
使用方便
中高场使用时效果很好
缺点
场强依赖性大,1.0T以上效果好,0.5以下不能采用
对磁场均匀度要求高
大FOV扫描时,周边区域脂肪抑制效果较差
增加SAR值
延长了扫描时间减少了扫描层数
STIR技术
本质上是一种反转恢复序列
脂肪的T1值很短,先施加一个180度反转脉冲,选用很短的TI(1.5T时,150-170ms),脂肪组织纵向磁化矢量过零点时施加90度脉冲,脂肪组织被抑制
优点
场强依赖性低,低场可以取得较好效果
对磁场的均匀度较低
大FOV扫描也能取得较好效果
缺点
信号抑制的选择性较低
由于TR延长,扫描时间较长
不适合增强扫描
频率选择反转脉冲技术
Dixon技术
选择性水激发技术
空间饱和带技术
化学位移成像技术
名称
化学位移成像
同相位反相位成像
原理
水质子进动频率比脂质子快3.5PPM
射频脉冲激励后零时刻,两种质子同相位
随后两种质子出现周期性的同相位/反相位
体素中如水/脂混合
同相位
两种质子信号相加
反相位
两种质子信号相减
采用的序列
最常用
二维扰相GRE T1WI
SIEMES
FLASH
GE
FSPGR
PHILIPS
FFE
其他序列
三维扰相GRE T1WI
平衡式稳态自由进动
不同场强同反相位的TE计算法
同相位TE=1000ms➗(150HZ/T*场强T)
反相位TE=同相位TE➗2
如1.5T扫描机
同相位TE=1000ms➗150HZ/T*1.5T=4.4ms
反相位TE=2.2ms
临床应用
检出组织中脂质
判断所含的是脂肪变性还是脂肪组织
常见的异常含脂
脂肪肝
肝细胞癌
肝细胞腺瘤
肾上腺腺瘤
血管平滑肌脂肪瘤
脂肪肉瘤
畸胎瘤
判断含脂类型的意义(如肝脏)
脂肪肝
均匀性弥漫脂肪肝
不均匀性弥漫脂肪肝
局灶性脂肪肝
局灶病变内脂肪变性
HCC(常见)
腺瘤(罕见)
局灶病变内含脂肪组织
AML(常见)
脂肪粒或肉瘤(罕见)
脂肪组织与脂肪变性的不同MRI表现
脂肪组织
同相位高信号,反相位周边环线状低信号,中心区域高信号
T1WI脂肪抑制后,信号明显减低
脂肪变性
同相位等或略高信号,反相位相应区域整体信号衰减
T1WI脂肪抑制后,中重度脂肪变性信号减低
同反相位上可能误判含脂类型
同反相位主要反映体素内是否水脂混合
空间分辨力(体素大小)会影响判断结果
层厚
FOV
矩阵
2D扰相GRE同反相位序列
层厚6-8mm,FOV 320*320-380*380
矩阵256*160-288*180
体素6mm*2.2mm*1.4mm
同反相位上判断含脂类型
判断
层厚小于可疑含脂区域的直径(最好小于1/2直径)
反相位上大片整体信号衰减,提示脂肪变性
反相位该周边线状信号衰减,提示脂肪组织
同相位小点状高信号,反相位明显衰减
脂肪小块
脂肪变性
高分辨扫描有助于鉴别
小脂肪块可出现类似于大脂肪块的表现
MR水成像技术
原理
超重T2WI,TE很长
水样液体中自由水T2很长,信号很高
软组织中的自由水T2短,信号基本衰减
软组织中的结合水,不直接产生信号
形成水样液体与软组织的强烈对比
常用序列
快速自旋回波序列
TSE
单次激发TSE
SS-TSE
半傅里叶采集单次激发TSE
HASTE
平衡式稳态自由进动
Balance SSFP
临床应用
MR胆胰管成像
MRCP
MR尿路成像
MRU
MR脊髓成像
MRM
MR内耳水成像
MR涎腺管水成像
MR血管成像技术
MRA的常用方法
时间飞跃法
TOF
流入增强效应
短TR连续脉冲激发
静止组织被饱和
血液内一直有未被饱和的血液流入
血液的信号高于静止组织
二维TOF MRA
优点
背景组织信号抑制较好
血流饱和现象较轻,有利于静脉血流显示
扫描速度快
缺点
流动失相位较明显
受湍流影响较大
后处理重建的效果不如三维成像
二维TOF MRA
优点
空间分辨力高,特别是层面方向
流动失相位相对较轻,受湍流的影响相对较小
后处理重建的图像质量较好
缺点
容积内血流的饱和明显,不利于慢血流的显示
背景组织的抑制效果相对较差
扫描时间相对较长
相位对比法
PC
流动引起相位变化
原理
沿需要编码的方向施加双极梯度场(大小相同,方向相反的梯度场)
静止组织没有相位变化
流动血液由于位置变化,出现相位变化
不同的相位变化产生对比
PC-MRA的采集
图像可分为幅度图像和相位图像
幅度图的信息仅与流速相关,血流越快信号越高
相位图具有血流方向信息
正向血流表现为高信号
反向血流表现为低信号
背景静止组织由于没有相位变化,信号完全剔除
只能反映施加了流速编码方向上的血流相位变化
优点
背景组织抑制好,有助于小血管的显示
有利于慢血流的显示,适用于静脉的检查
有利于血管狭窄和动脉瘤的显示
可进行血流的定量分析
缺点
成像时间比相应TOF MRA长
图像处理相对比较复杂
需要事先确定编码流速
编码流速过小容易出现反向血流的假象
编码流速过大,则血流的相位变化太小,缺乏对比
对比增强法
CE-MRA
对比剂缩短血液T1值
原理
团注对比剂使血流的T1值明显缩短
短于人体内其他组织
利用超快速且权重很重的T1WI序列采集
常采用三维扰相GRE序列
优点
对血管腔的显示,CE-MRA更为可靠
出现血管狭窄的假象明显减少
血管狭窄的程度反映比较真实
注射一次对比剂可完成多部位动脉和静脉的显示
动脉瘤不易遗漏
成像速度快
缺点
需要注射对比剂
不能提供血液流动信息
黑血法
流空效应,看管壁和斑块
其他
MR扩散加权成像
基本概念
扩散
热能驱动分子随机的平移运动
扩散加权成像(DWI)
探测水分子扩散运动
无创探测活体组织中水分子扩散运动的唯一方法
自由扩散与限制性扩散
自由扩散
扩散不受限制(纯水样成分)
限制性扩散
扩散某种程度受到限制(生物组织)
各向同性异性与各向异性扩散
各向同性扩散
各方向扩散受限程度相同(肝实质)
各向异性扩散
各方向扩散受限程度不同(白质纤维束)
DWI原理
无创探测活体组织中水分子扩散的唯一方法
信号来源于组织中的自由水
结合水尽管运动受限,但仍不能产生信号
不同组织对自由水扩散限制程度不同
产生组织对比
DWI检测组织中限制性扩散的受限程度
DWI序列
DWI产生对比的原理
临床应用
超急性脑梗塞的诊断和鉴别诊断
体部恶性肿瘤的早期检出
实性病变的鉴别诊断
囊性病变的鉴别诊断
慢性疾病的分级
肿瘤治疗反应的预测及早期评估
灌注加权成像
作用
反映组织中微观血流动力学信息
方法
对比剂首次通过法
动脉自旋标记
原理(略)
主要应用
脑组织灌注(缺血,肿瘤)
心肌灌注(缺血)
磁共振波谱(MRS)
化学位移现象
由于所处分子结构不同,同一磁性原子核进动频率差异的现象
应用
唯一能够检测活体组织代谢产物的无创方法
目前常用的氢质子MRS
脑及前列腺MRS技术相对成熟
脑1H MRS
NAA(N-乙酰门冬氨酸)可作为神经元的内标物,其含量可反映神经元的功能状态,其化学位移在2.02PPM.NAA含量降低表示神经元受损.
肌酸(creatine,Cr)为能量代谢产物,在脑组织中其浓度比较稳定,Cr的化学位移在3.03PPM
胆碱(Choline,Cho)细胞膜降解或合成旺盛时其含量增加.Cho化学位移在3.22PPM
脑肿瘤时,常有Cho升高和NAA降低
磁化转移技术
自由水
不依附于蛋白子,运动充分自由的水分子
MRI信号的主要来源
结合水
蛋白质水化层的水分子,自由运动受限制
不直接产生MRI信号
结合水中的氢进动频率范围很宽,多不能被激励
T2值很短,常规MRI采集不到信号
结合水与自由水可发生能量交换
磁化转移
原理
成像前先施加MT饱和脉冲
饱和脉冲频率偏离水峰约1000-2000HZ
自由水不被激励
部分结合水被激励
结合水的能量传递给自由水
自由水被部分饱和
被饱和的自由水不能接受成像激励脉冲
这部分自由水不能产生信号
组织的信号强度减低
磁化转移率(MTR)
越富含大分子蛋白,结合水越多
组织信号衰减越明显
MTR越高
MTR较高的组织
脑组织
灰质25PU,白质50PU
肌肉
MTR较低的成分
脑脊液(约0PU)
血液
骨髓
脂肪组织
临床应用
增加组织对比
增加TOF MRA对比度
用于增强扫描
发现异常信号(MS,ALS)
定量分析,间接反映组织中蛋白质含量及其变化
磁化转移率MTR
脱髓鞘疾病
慢性肝病
磁共振质量控制
信噪比(SNR)
图像质量最重要,最基本的指标
清楚解剖结构,病变及其特性的基础
信号强度和噪声强度的比值
高SNR
较高的有效信号强度
较低的背景随机噪声
SNR=SI组织/SD背景
影响SNR的主要因素
主磁场场强(正比关系)
表面线圈
空间分辨--体素体积大小(正比)
层厚
矩阵(Matrix)
视野(FOV)
FOV增大,信噪比降低
采集次数(平方根正比)
序列及其参数
对比噪声比(C/N)
在具有足够SNR的条件下
良好的CNR是检出病变根本保证
图像伪影
设备伪影
化学位移伪影
特点
出现在频率编码方向上
出现在水与脂肪的界面上
脂肪组织向频率编码梯度场强较低的一侧移位
场强越高,化学位移伪影也越明显
对策
改变频率编码方向
增加脂肪抑制技术
增加频率编码采集带宽
卷褶伪影
特点
由FOV小于受检部位所致(被检物体超出视场的范围)
常出现在相位编码方向上
FOV外一侧的组织卷褶并折叠到图像另一侧
对策
增大FOV,使之大于受检部位
切换频率编码与相位编码的方向
相位编码方向超范围编码
截断伪影
增大矩阵可减少截断伪影
截断伪影通常出现在高对比组织的界面
在傅里叶变换前对信号滤过,可减少截断伪影
截断伪影通常表现为交替的亮带与暗带状伪影
部分容积效应
层间干扰
运动伪影
类型
自主运动伪影
呼吸运动伪影
心脏大血管搏动伪影
特点
主要出现在相位编码方向上
伪影的强度却决于运动结构的信号强度
伪影复制的数目,位置受运动的相对强度,TR,NEX,FOV等的因素影响
对策
检查前争取病人的配合
尽量缩短图像采集时间
施加预饱和带
施加脂肪抑制技术
施加呼吸门控或心电门控技术
心电门控的TR时间决定于R-R间期
增加重复次数
磁化率伪影及金属伪影
特点
常出现在磁化率差别较大的组织界面附近
金属物质特别是铁磁性物质可出现严重的磁化率伪影
梯度回波序列对磁化率伪影变化较敏感
EPI序列的磁化率伪影更严重
随TE的延长,磁化率伪影越明显
对策
做好匀场
缩短TE
SE类序列取代GRE类序列或EPI序列
增加频率编码梯度场强度
增加矩阵
减少磁化率差别
除去受检者体内或体表的金属异物
磁共振对比剂
X线对比剂
对X线的直接吸收,衰减
直接对比剂
MRI对比剂
本身不产生信号
信号仍来源于自由水中的H质子
影响H质子的弛豫
间接改变组织的信号强度
间接对比剂
特点
能有效改变质子的弛豫时间
化学性质呈惰性,也就是没有或基本不对人体组织,器官产生药理作用
在较高浓度和较大剂量下,没有毒副作用
在体内有适当的留存时间,为成像提供必要的时间,而又易于排除体外,不至于体内累积.
给药方法十分简单以及价格低廉
分类
生物分布性
细胞外对比剂(细胞间液对比剂)
离子型
二乙三胺五乙酸钆---ga剂(Gd-DTPA)
其为顺磁性物质
非离子型
欧乃影
特点
最常用的MRI对比剂
马根维显,磁显葡胺,欧乃影(非离子)
不具有组织特异性
可用于全身MR增强扫描
常规剂量为每千克体重0.1mmol
最大允许剂量为每千克体重0.3mmol
非特异性对比剂
作用机理
低剂量缩短组织T1值,信号增高
高剂量缩短组织T2值,首过PWI
增强代表意义
脑组织
血脑屏障破坏
其他组织
血供丰富
细胞内对比剂
以体内某一组织或器官的一些细胞作为靶来分布,如网织内皮系统对比剂和肝细胞对比剂,此类对比剂注入静脉后,立即从血中廓清并于相关组织结合,其优点是使摄取对比剂组织和不摄取的组织之间产生对比.
依照磁特性
顺磁性
顺磁性金属元素组成,如Gd,Mn
浓度低
T1缩短并使信号增强
T2改变不大
浓度高
T2缩短超过T1效应,使MR信号降低
T1缩短
超顺磁性
铁磁性
由氧化铁组成,为不同大小微晶金属粒子.二者均影响局部磁场均匀性且产生磁化率效应,使质子失相位加速,T2弛豫时间缩短,T1不变
按照对T1和T2的影响
T1对比剂
也称阳性对比剂
缩短T1和T2值,主要影响T1加权成像,造成T1信号增强
T2对比剂
也称阴性对比剂
主要缩短T2值,造成T2信号下降
如胃肠道口服对比剂
组织或细胞特异性对比剂
网状内皮系统对比剂
肝胆对比剂
血池对比剂抗体对比剂
受体对比剂
应用
钆螯合物
亲水性,低分子量复合物,粒子小,经静脉引入体内,很快从血管内弥散到细胞外间隙,但不易通过血脑屏障,正常时不进入脑与脊髓.生物学分布为非特异性,一旦在血管内和细胞外间隙迅速达到平衡后,则很快失去组织间的对比.
超顺磁性氧化铁(SPIO)
颗粒物质,经静脉被肝脏的网状内皮系统(RES)Kupffer细胞吞噬,因肝恶性肿瘤却反Kupffer细胞,增强后与正常肝形成对比.SE序列T2WI上及GRE序列T2WI上肝实质信号明显减低.
鉴别肝硬化结节与肝细胞性肝癌
肝细胞特异对比剂
在Gd对比剂中加入芳香环,增加亲脂性以便与肝细胞结合
血池对比剂
为缩短T1的对比剂.由于血液循环有相对长的时间,可从稳态中获得高分辨力和较高的SNR,目前利用超顺磁性氧化铁粒子.
口服对比剂
阳性对比剂用GD-DTPA与甘露醇配合,服用后肠道显示高信号.阴性对比剂为口服超顺磁性氧化铁剂,它使肠道内对比剂聚集处信号消失.
磁共振与X线的对比
优点
无放射线损失
软组织分辨率高,可检出更多病变
多参数成像,诊断信息更丰富
没有骨性伪影,有利于后颅窝,椎管检查
无需对比剂就可较好显示心脏,血管
任意断面直接成像
缺点
扫描时间长
钙化显示不及CT
骨性结构显示较差
伪影较多
信号变化解释复杂
部分病变定性诊断仍有控制
禁忌症多
MRI生物效应和安全性