MRI基本原理66张课件.ppt

1、磁共振成像的物质基础一、原子的结构原子是由原子核和位于其周围轨道中的电子构成，电子带有负电荷，原子核由中子和质子构成，中子不带电荷，质子带有正电荷。二、自旋和核磁的概念任何磁性原子核都具有以一定频率绕自身轴进行高速旋转的特性，该特性称为自旋。由于原子核带有正电荷，磁性原子核的自旋就形成电流环路，产生具有一定大小和方向的磁化矢量。我们把这种由带正电荷原子核自旋产生的磁场称为核磁。三、磁性和非磁性原子核并非所有原子核都有自旋，如果原子核内的质子和中子数均为偶数，则该种原子核无自旋和核磁，被称之为非磁性原子核。反之，有自旋和核磁的原子核称为磁性原子核。磁性原子核需要符合以下条件：（1）中子和质子均为

2、奇数；（2）中子为奇数，质子为偶数；（3）中子为偶数，质子为奇数。四、用于人体磁共振成像的原子四、用于人体磁共振成像的原子通常所指的通常所指的MRI为为氢质子的氢质子的MR图像图像。原因有：原因有：1、1H的磁化率很高；的磁化率很高；2、1H占人体原子的绝大多数。占人体原子的绝大多数。这是这是MRI显示解剖结构和病变的基础。显示解剖结构和病变的基础。五、人体组织MRI信号的主要来源需要指出：并非所有质子都产生MRI信号，常规MRI信号主要来源于水分子的质子（简称水质子），部分组织的信号也可来源于脂肪中的质子（简称脂质子）。人体内的水分子可以分为自由水和结合水两种。前者指蛋白质大分子周围水化层中

3、的水分子，这些水分子黏附于蛋白质大分子的部分基团上，与蛋白质大分子不同程度的结合在一起，其运动受限。后者是指未与蛋白质结合，能自由活动的水分子。进入主磁场前后人体内质子核磁状态的改变一、进入主磁场前人体内质子的核磁状态 人体所含质子不计其数，每个质子自旋均能产生一个小磁场，由于这种小磁场的排列处于杂乱无章的状态，使每个质子产生的磁化矢量相互抵消，因此人体在自然状态下并无磁性，即没有宏观磁化矢量的产生。二、进入主磁场后人体内质子的核磁状态 当人体位于主磁场中时，体内质子产生的小磁场呈有规律排列，主要有两种排列方式：一是与主磁场方向平行，另一种是与主磁场方向相反。从量子物理学的角度而言，二者代表质

4、子的能量差别。与主磁场平行同向的质子处于低能级，其磁化矢量方向与主磁场一致；平行反向的质子处于高能级，其磁化矢量与主磁场相反。由于低能级质子略多，使人体产生一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量。把人体放进大磁场接收线圈接收线圈但接收但接收线圈能检测到线圈能检测到旋转的横向磁化矢量。即此时主磁场内氢旋转的横向磁化矢量。即此时主磁场内氢质子仍处于低能状态。质子仍处于低能状态。纵向弛豫纵向弛豫 也称为也称为T1弛豫弛豫，是指，是指90度脉冲关闭后，在主磁场度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程，纵向磁化矢量恢复到原能

5、量平衡状态的过程，纵向磁化矢量恢复到原能量2/3时所需时间即时所需时间即T1弛豫时间弛豫时间。在纵向弛豫过程中高。在纵向弛豫过程中高能态的质子将其能量扩散到周围环境，所以又称能态的质子将其能量扩散到周围环境，所以又称为为自旋晶格弛豫。自旋晶格弛豫。90180回波回波回波回波90180TETR 如何区分如何区分T1WI、T2WI如何区分如何区分T1WI、T2WI 脑功能成像脑功能成像 MRI电影电影 MR频谱分析频谱分析 介入性介入性MRI。MRI扩散（弥散）成像 扩散加权像上扩散值高的区域表现为低信号，而扩散值低的区域表现为高信号。超早期脑缺血区域细胞毒性水肿，水分子扩散下降约50%，表现为高

6、信号。扩散加权成像能够在缺血发作后2小时即显示缺血病灶。扩散加权成像的临床应用 DWI在临床上主要用于超急性期脑梗死的诊断和鉴别诊断。在DWI上，超急性和急性梗死脑组织表现为高信号，其显示梗死区明显早于常规T1和T2加权像。由于其他脑组织病变（如多发硬化的活动病灶、部分肿瘤、血肿、脓肿等）也可表现为DWI高信号，需要注意进行鉴别诊断。此外，DWI也可能用于其他脏器和组织（如肝脏、肾脏、乳腺、脊髓、骨髓等），提供病变的诊断和鉴别诊断信息，但此方面的经验还不多，有待于进一步研究。动态对比增强磁共振脑血流灌注成像（dynamic contrast-enhanced MR perfusion-weig

7、hted imaging,简称PWI）急性脑缺血发作早期，局部脑血流灌注有下降，PWI所显示的脑组织内血流灌注明显异常区域面积常大于DWI上的异常高信号区域。DWI上的异常高信号区域多位于病灶中心，最终发展为梗塞灶，而扩大的部分既可以演变为梗塞灶的一部分，也可以逐渐缩小而且信号回复正常。利用人体内的水作为天然对比剂清晰显示含水器官的解剖和病变。水成像技术的临床应用 MRCP是目前临床上最常用的水成像技术，主要适应证包括胆道结石、胆道肿瘤、胆道炎症、胰腺肿瘤、慢性胰腺炎、胆胰管变异或畸形等。MRU主要适应证有：尿路结石、肾盂肾盏肿瘤、输尿管肿瘤、膀胱肿瘤、其它原因的尿路梗阻、泌尿系变异或畸形等。

8、MR脊髓成像主要适应证包括：椎管内肿瘤、椎管畸形、脊神经鞘袖病变、脊柱退行性病变、脊柱外伤等。MR涎腺管造影多用于腮腺导管病变的检查。MR内耳水成像借助于耳蜗及半规管内的淋巴液作为天然对比剂成像，主要用于膜迷路病变的检查。脑功能磁共振成像脑功能磁共振成像 脑功能磁共振成像是以血氧水平相关（脑功能磁共振成像是以血氧水平相关（Blood Oxygenation Level Dependent，即，即BOLD）效应为基）效应为基础的。其原理是基于血红蛋白在带氧和不带氧时的磁础的。其原理是基于血红蛋白在带氧和不带氧时的磁性不同。当血红蛋白不携带氧时，它是顺磁性的，其性不同。当血红蛋白不携带氧时，它是顺

9、磁性的，其结果是影响在血管附近的磁场的均匀性，因此降低磁结果是影响在血管附近的磁场的均匀性，因此降低磁共振信号；当血红蛋白携带氧时，它是非顺磁性的，共振信号；当血红蛋白携带氧时，它是非顺磁性的，它对磁场的影响很小。因此磁共振可以用来检测血液它对磁场的影响很小。因此磁共振可以用来检测血液中的含氧浓度。中的含氧浓度。磁共振波谱分析（MRS）磁共振技术主要有二大应用：磁共振成像（MRI）研究人体组织器官大体形态的病生理改变。磁共振波谱分析（MRS）研究人体能量代谢的病生理改变。二者的物理学基础都是磁共振现象。MRI对比剂 CT由于软组织分辨力较低，常需要借助对比剂来显示病变及其特性。尽管MRI的软组

10、织对比明显高于CT，但有时仍需要使用对比剂。使用MRI对比剂的目的使用MRI对比剂的目的在于：（1）提高图像的信噪比和对比噪声比，有利于病灶的检出；（2）通过病灶的不同增强方式和类型，帮助病灶定性；（3）提高MR血管成像的质量；（4）利用组织或细胞特异性对比剂获得特异性信息，可提高病灶检出率和定性诊断的准确率。MRI对比剂的作用原理传统X线造影检查和CT增强扫描是利用对比剂本身对X线的衰减作用来达到造影增强目的。而MRI对比剂则不同，其本身不产生信号，信号仍来源于质子，对比剂通过影响质子的弛豫时间，间接改变组织的信号强度。某些物质进入人体组织靠近共振质子时，能有效改变质子所处磁场环境，影响质子

11、的弛豫时间。能缩短质子弛豫时间者为顺磁性物质，延长质子弛豫时间者则为逆磁性物质，利用这些物质对质子弛豫时间的不同影响，可选择性增加或减低组织的信号强度，实现人为提高组织对比度的目的。MRI对比剂的分类按其对T1和T2弛豫的影响可将之分成T1加权和2加权对比剂；按其增强还是减弱信号强度可将之分为阳性和阴性对比剂；按其在体内的生物学分布特点分为非特异性和特异性对比剂。通常对比剂存在于细胞外间隙，主要经肾脏排泄，故又称肾性对比剂；有些对比剂选择性分布于某些器官和组织，不经肾脏或仅部分经肾脏清除，称非肾性对比剂。根据不同磁特性，MRI对比剂还可分为顺磁性、超顺磁性、铁磁性以及逆磁性4种对比剂。目前临床

12、常用的MRI对比剂是钆喷替酸葡甲胺（GDDTPA），为离子型非特异性细胞外液对比剂。可用于全身MR增强扫描。其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。GDDTPA的主要临床应用：（1）脑和脊髓病变（2）垂体腺瘤或微腺瘤检查；（3）脑灌注加权成像，主要用于急性脑缺血或肿瘤等；（4）进行腹部实质性脏器的动态增强扫描；（5）心肌灌注及活性检查；（6）对比增强MRA 尽管尽管MRI有很多优点，在定位诊有很多优点，在定位诊断方面明显优于断方面明显优于CT，在定性诊，在定性诊断方面也能提供更多的信息，但断方面也能提供更多的信息，但是部分病变的是部分病变的MRI信号变化仍

13、缺信号变化仍缺乏特异性，因而有些病变的定性乏特异性，因而有些病变的定性诊断仍较困难。诊断仍较困难。优 点缺 点MRI安全性的注意事项一、致冷剂安全性超导MR成像仪一般应用液氦和液氮作为制冷剂，当发生失超或容器受到猛烈撞击破裂时，可能发生液氮或液氦泄漏。通常泄漏的液氮或液氦会通过专用的管道排出，若发生意外进入磁体室，则可能引起室内人员的冻伤或窒息。二、铁磁性物质的抛射铁磁性物质被高强主磁场吸引，可高速向磁体抛射，引起人员伤害或设备损坏。患者、家属及医务人员在进入扫描室前，均应将所有铁磁性物质去除。三、心脏起搏器主磁场和射频脉冲会干扰心脏起搏器的工作，起搏器导线的诱发电流还可引起心律失常或组织烧伤

14、，故安装心脏起搏器者禁止进入5高斯线范围，更不能进入MR扫描室或接受MRI检查。四、监护仪器和呼吸机普通监护仪器和呼吸机受主磁场、梯度场及射频脉冲的干扰，在磁体室内无法正常工作，故被监视的患者不能接受MRI检查。但是近年来已经有MR室专用监护仪和呼吸机问世。五、体内人工植入物如果植入物为铁磁性物质，就不能进行MRI检查；若植入物由非磁性不锈钢或钛合金材料制成，则可以进行MRI检查。目前普遍采用的宫内节育器一般都用非铁磁性材料如塑料或铜合金制成，可进行MRI检查。但老式节育器可产生明显的伪影，若进行盆腔或骶尾部的检查，必须先将节育器摘除。六、金属异物体内有金属异物（特别是眼球内铁磁性异物）者不宜

15、进行MRI检查，以免引起伤害。如果不明确有无体内金属异物，可先进行X线摄影检查加以确定。七、幽闭恐惧症有部分患者在MRI室内出现紧张、恐慌等精神反应，甚至导致MRI检查失败。其中较为严重的反应是幽闭恐惧症，患者不能忍受狭小的空间，在MRI磁体内出现压抑、憋气、恐惧等严重反应。八、妊娠虽然MRI可用于胎儿检查，但仍有人主张妊娠3个月以内的孕妇不宜从事MRI工作或接受MRI检查。此外，GDDTPA等多种MRI对比剂可通过胎盘屏障进入胎儿体内，目前也不主张对孕妇使用MRI对比剂。A、装有心脏起搏器的病人；、装有心脏起搏器的病人；B、有眼球金属异物的病人；、有眼球金属异物的病人；脊柱脊髓是脊柱脊髓是MRI的强项，几乎对于的强项，几乎对于所有的脊柱、脊髓病变，所有的脊柱、脊髓病变，MRI均明均明显优于显优于CT。脊柱脊髓病变检查首选脊柱脊髓病变检查首选MRI,CT作作为补充，了解骨质改变为补充，了解骨质改变脊柱脊髓病变脊柱脊髓病变MRI与与CT比较比较肾脏肾上腺及输尿管病变肾脏肾上腺及输尿管病变MRI与与CT比较比较盆腔病变盆腔病变MRI与与CT比较比较骨关节及软组织病变骨关节及软组织病变MRI与与CT比较比较