磁共振成像的基本原理VIP

.,磁共振成像的基本原理,孝感市中心醫(yī)院魯國衛(wèi),.,磁共振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展1924年pauli在進行電在子波譜試驗中發(fā)現(xiàn)了許多原子核象帶電的自旋粒子一樣具有角動量和磁動量1946年美國物理學家Block和Purcell分別測出了在均勻物質(zhì)中磁共振的能量吸收，進一步證實了核自旋的存在，并為此獲得了1952年諾貝爾物理學獎,.,磁共振的應用物理化學：利用磁共振波譜測定物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)醫(yī)學影象：磁共振成像及化學物質(zhì)含量測定,.,磁場的核自旋,原子核的組成：質(zhì)子+中子（不帶電）原子核的特性:自旋(角動量)雜亂無章,.,磁場中的原子核：如圖,平行方向（低能級）反平行方向（高能級）,.,1H的原子核結(jié)構(gòu)及特性1H原子核僅有一個質(zhì)子，無中子其磁化敏感度高，在人體的自然豐富度很高，是很好的磁共振靶核,.,拉摩進動：f(進動頻率)=R（磁旋比）B（主磁場矢量）R：1.0T=42.57MHZ1.5T=63.85MHZ0.5T=21.28MHZ宏觀磁化矢量：與主磁場B方向一致的宏觀磁矩。(縱向磁化）磁矩（磁場，有強度、方位和方向）矢量（某一方向上一定量的力）,.,凈磁化矢量：相互抵消后剩余磁矩的疊加。如圖,.,磁共振的條件激發(fā)磁場的頻率與自旋系統(tǒng)的進動頻率相等。自旋系統(tǒng)吸收激發(fā)磁場能量內(nèi)能增加,.,二共振現(xiàn)象,射頻脈沖效應1.1:量子物理學角度：射頻(AF)=電磁波+光子.能級差.躍進（拉摩頻率相同）1.2:經(jīng)典物理學角度：（橫向磁化）,Z,Y,X,B1,.,MXY,射頻激發(fā)使自旋的橫向磁矩相位一致（相位相干），產(chǎn)生一個大的橫向磁化矢量MXY。相位是矢量與參照軸間的夾角,.,三、磁共振信號,信號的產(chǎn)生：AF凈磁化矢量繞B0進動(拉摩頻率)感應交變電流接收線圈感應信號隨時間衰減（自由感應衰減）磁共振信號的測定只能在垂直于主磁場的平面（橫向磁化矢量）進行,.,.,自由感應衰減信號(FID),.,四、弛豫,弛豫概念：磁化矢量恢復到平衡態(tài)的過程1.橫向弛豫：橫向磁化矢量從最大衰減到零的過程（T2弛豫或自旋自旋弛豫）T2*是磁化矢量衰減到初始值37%的時間,.,橫向弛豫的機理由于磁場的不均勻性，自旋的進動頻率不同，當RF停止后，橫向磁矩間很快出現(xiàn)相位彌散（相位不相干、去相位）進動，使橫向磁化矢量逐漸消失,.,.,橫向磁化對比由于各種組織的T2不同，在橫向弛豫過程中，不同時刻各種組織在橫向磁化中的比例不同，因而產(chǎn)生了不同組織間的橫向磁化對比。也稱為T2對比,.,人體正常組織的T2值,.,影響橫向弛豫的因素組織特異性：小分子長，大分子短晶格的物理狀態(tài)：液態(tài)慢、固態(tài)快晶格的溫度：低快，高慢周圍大分子結(jié)構(gòu)：加快無磁場強度依賴性,.,2.縱向弛豫：縱向磁化矢量從零恢復到最大值的過程（T1弛豫或自旋晶格弛豫）T1是縱向磁化矢量從零增長到最大值63%的時間點,.,縱向弛豫的機理波動的晶格磁場是一個連續(xù)頻率的波動磁場，Lamor頻率的晶格磁場可以吸收激發(fā)態(tài)自旋所釋放的量子化能量，恢復其平衡態(tài)。晶格磁場的頻率越接近Lamor頻率，縱向弛豫的速度越快。人體各種不同類型組織的晶格磁場頻率有差異。縱向弛豫速度不同,.,縱向磁化對比由于各種組織的T1不同，在縱向弛豫過程中，不同時刻各種組織在縱向磁化中的比例不同，因而產(chǎn)生了不同組織間的縱向磁化對比。也稱為T1對比,.,人體正常組織的T1值,.,影響縱向弛豫的因素組織特異性：中等大小分子快，小分子及大分子慢晶格的物理狀態(tài)：液態(tài)快、固態(tài)慢晶格的溫度：低快，高慢周圍大分子結(jié)構(gòu)：加快磁場強度：低場快，高強慢,.,五、空間定位,1梯度磁場：不改變主磁場的方向但可改變局部磁場的強度和質(zhì)子的旋進頻率。（）橫軸位：自上至下場強不同的梯度磁場（）矢狀位：自右至左場強不同的梯度磁場（）冠狀位：自后至前場強不同的梯度磁場,.,2層面層厚選擇：梯度磁場選定后調(diào)節(jié)射頻沖的中心頻率（帶寬）。層厚與帶寬成正比。增加梯度磁場強度可減薄斷層的厚度,.,3頻率編碼和相位編碼：對被激發(fā)層面內(nèi)的信息進行編碼啟動頻率編碼和相位編碼梯度場，使每一個象素具有特定相位和頻率的特征性信號,.,4二維傅立葉變換圖像重建方法：傅立葉變換將時間強度的信號關(guān)系變換為頻率強度的信號關(guān)系。這種數(shù)學變換模式稱為傅立葉（Fouriertransform)變換。將一個信號的頻率（讀出）和相位成份區(qū)分開，可得到該面每個體素的信息。5多層采集技術(shù)。6三維傅立葉成像,.,磁共振成像檢查,.,磁共振成像序列,一、自旋回波（SE）序列：最基本，最常用的脈沖序列。自旋回波信號（SE）,.,.,TE（回波時間）TR（重復時間）1T1加權(quán)像：短TR（500ms左右）和短TE（10-25ms）2T2加權(quán)像：長TR(1500-2500ms)和長TE(80-120ms)3質(zhì)子密度加權(quán)像：長TR和短TE,.,二.反轉(zhuǎn)恢復（IR）序列三.短時反轉(zhuǎn)恢復（STIR）序列：主要用于抑制脂肪信號。四自由水抑制反轉(zhuǎn)恢復（FLAIR）序列五梯度回波序列,.,磁共振血管成像,一、時間飛越(TOF)法：二維(2D)和(3D)TOF法對慢血流敏感，背景抑制較差。二、相位對比(PC)法：2D-PCA和3D-PCA背景抑制好有較高的血管對比。,.,.,.,.,磁共振對比增強檢查,一MRI常用對比劑Gd-DTPA(釓或磁顯葡胺)，順磁性造影劑特點：、弛豫性強，縮短T1和T2弛豫時間.、細胞外間隙分布，迅速由腎臟排泄，毒性小，安全系數(shù)大。、生物相容性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有較高的溶解度二.適應證腫瘤、炎性疾病、血管性疾病、寄生蟲、血管成像等。,.,磁共振信號特點及病理生理基礎,.,短T1WI短T2WI長T1WI長T2WI,.,.,.,二.信號異常的病理生理基礎1、水自由水:分子小具有較高的自然運動頻率。結(jié)合水:依附在大分子周圍，構(gòu)成水化層，自然運動頻率低。認識自由水和結(jié)合水的概念有助于認識病變的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有利于對病變作定性診斷。,.,2、水腫血管源性水腫:血腦屏障破壞，血漿由血管內(nèi)漏出進入細胞外間隙。細胞毒素水腫：缺氧ATP減少鈉-鉀泵失常水進入細胞內(nèi)細胞腫脹。間質(zhì)性水腫：腦室壓力增高，出現(xiàn)腦積液經(jīng)室管膜遷移至腦室周圍。,.,.,.,3、出血急性血腫(02天)：T2中心部低信號。T1無信號。亞急性血腫初期（第3天）：T1血腫由外圍開始出現(xiàn)高信號，T2無影響。亞急性血腫中期（68天）：T2出現(xiàn)高信號T1高信號由外周向中央擴大亞急性血腫后期（1014天）：血腫周圍出現(xiàn)低信號環(huán)。T2信號更加明顯。,.,4血流異常血流信號受血流方向、速度、大小、時相、運行方式及掃描序列的影響，一般情況下緩慢血流呈高信號，快速血流呈低信號。,.,.,.,.,.,顱腦MRI診斷,一.顱腦的正常解剖(一).大腦半球1.中央溝:中央溝將額葉與頂葉分開是大腦凸面最深的一條腦溝.2.頂枕溝:與頂枕葉之間向外延伸至大腦外側(cè)面的一條腦溝.3.外側(cè)裂:為額葉頂葉及顳葉的界緣,顳內(nèi)有大腦中動脈的大分支,.,4.半球縱裂:此裂將大腦分成兩半球,內(nèi)有大腦鐮和大腦前動脈.(二).深部腦結(jié)構(gòu)及腦室系統(tǒng)1.灰質(zhì)結(jié)構(gòu):主要分為基底節(jié)和丘腦.基底節(jié):包括尾狀核、殼核、蒼白球、屏狀核和杏仁核.豆狀核：殼核蒼白球。紋狀體:尾狀核+殼核.,.,丘腦:位于內(nèi)囊膝部及后肢內(nèi)后側(cè)的一個大的卵圓形灰、白質(zhì)核團。背側(cè)構(gòu)成側(cè)腦室體部底的內(nèi)側(cè)部，內(nèi)側(cè)構(gòu)成三腦室的側(cè)壁。2.白質(zhì)結(jié)構(gòu)胼胝體:是連接兩側(cè)大腦半球的巨大白質(zhì)聯(lián)合.分嘴、膝、體、壓四部。,.,內(nèi)囊:是上達放射冠下至大腦腳的扇形傳入傳出纖維束.主要分為前肢、膝部、后肢、豆狀核后部和下部。3.腦室系統(tǒng):為分泌、儲存、循環(huán)腦脊液（CSF）結(jié)構(gòu)。分為側(cè)腦室、三腦室及四腦室.,.,(三).蝶鞍和鞍旁區(qū)垂體:包括腺垂體和神經(jīng)垂體.男性垂體高徑8mm,生育期女性10mm.垂體柄直徑4mm.海綿竇:血管,神經(jīng)豐富.,.,(四).后顱窩腦干:中腦、橋腦、延髓。小腦.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,二.顱腦腫瘤(一).顱腦腫瘤MRI診斷要點:.腫瘤的部位,數(shù)目.腫瘤的信號特點.腫瘤的邊緣.腫瘤的血供.腫瘤的水腫情況.腫瘤的增強情況,.,一、膠質(zhì)瘤膠質(zhì)瘤起源于腦神經(jīng)膠質(zhì)細胞，習慣上將其分為星形細胞瘤、少突神經(jīng)膠質(zhì)瘤和室管膜瘤。（一）、星形細胞瘤：是中樞神經(jīng)最常見的腫瘤，占膠質(zhì)瘤40%。病理：起源于星形神經(jīng)膠質(zhì)細胞，分為四級。,.,1級：纖維性星形細胞瘤及原漿性星形細胞瘤，為良性。病灶多較表淺，只侵犯大腦皮層和皮質(zhì)下腦白質(zhì)很少累及大腦深部，通常局限于半球一側(cè)。2級：成星形細胞瘤，系偏良性。在1級的基礎上向周圍組織浸潤，界限不清腫瘤生長較快。,.,3、4級：為多形性膠質(zhì)母細胞瘤，惡性度高。病灶位置較深，易越過中線白質(zhì)聯(lián)合到對側(cè)。腫瘤一般較大邊界尚清，但無包膜。MR表現(xiàn)：1級：T1WI呈低信號，T2WI呈高信號，信號強度均勻，水腫及占位程度較輕。GD-DTPA無強化。,.,2級：隨著腫瘤生長，瘤內(nèi)發(fā)生小囊變，信號開始不均勻，周圍水腫增多。GD-DTPA有輕度強化。3、4級：腫瘤血管增多，瘤內(nèi)發(fā)生大片壞死并有出血，周圍水腫廣泛，占位效應明顯，信號混雜。CD-DTPA強化明顯，呈斑片狀、線條狀、花環(huán)狀或結(jié)節(jié)狀。,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,（二）、少突神經(jīng)膠質(zhì)瘤病理：少突神經(jīng)膠質(zhì)瘤起源于少突膠質(zhì)細胞，單純少突神經(jīng)膠質(zhì)瘤往往很局限，以膨脹為主，生長緩慢，屬于較良性的膠質(zhì)瘤（12級）。易發(fā)生鈣化，可有囊變。,.,MR表現(xiàn)：T1WI：腫瘤為低或等信號，鈣化呈低或等高信號，瘤周水腫及占位效應輕。T2WI：腫瘤為高信號，信號不均勻，鈣化呈低信號。GD-DTPA：多數(shù)強化不明顯，少數(shù)有不均勻強化。,.,.,.,.,.,.,.,.,（三）、室管膜瘤病理：起源于室管膜或室管膜殘余部分。室管膜瘤以膨脹性生長為主，常有囊變和鈣化。被列入12級腫瘤。好發(fā)部位：在兒童室管膜瘤以3、4腦室最常見，成人以側(cè)腦室常見。也可發(fā)生在大腦半球，頂、顳、枕葉交界處為室管膜瘤的好發(fā)部位。,.,MR表現(xiàn)：腫瘤常呈分葉狀，邊界清楚,T1WI實質(zhì)部分為等信號，而囊性部分為低信號。T2WI以高信號為主,可有不均勻信號。如發(fā)生在四腦室的頂或底，其周圍或一側(cè)有腦脊液圍繞。室管膜瘤可伴有鈣化和出血，腦實質(zhì)的室管膜瘤可伴有輕度水腫。腦積水常見。,.,GD-DTPA:腫瘤常為不均勻強化,其中環(huán)形強化最常見.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,二、腦膜瘤腦膜瘤為顱內(nèi)常見腫瘤,占顱內(nèi)腫瘤的15%20%.多見于4060歲,女性多見,男女比例為1:2.病理:腦膜瘤為起自腦膜的中胚層腫瘤,主要源于蛛網(wǎng)膜的帽細胞。腦膜瘤多為球形或分葉形，質(zhì)地堅硬，血供豐富，包膜完整，分界清楚。,.,好發(fā)部位：腫瘤好發(fā)與腦表面有蛛網(wǎng)膜顆粒的部位，幕上占85%，幕下占15%。其中以大腦凸面和矢狀竇處最常見，約占所有腦膜瘤的47%；其次為蝶骨嵴占13%、嗅溝及前顱窩底占7%、鞍結(jié)節(jié)占6%、橋小腦角占7%，其它占20%，如天幕、小腦凸面、斜坡、枕大孔區(qū)等。,.,MR表現(xiàn)：T1WI:多數(shù)腦膜瘤表現(xiàn)為等信號，少數(shù)為低信號。多數(shù)信號均勻，部分不均勻的表現(xiàn)為斑點狀、片狀、弧線狀或輪輻狀的低信號，這與腫瘤內(nèi)血管鈣化、砂粒體及纖維間隔有關(guān)。,.,大部分腦膜瘤與臨近的腦組織間有一包膜相隔，該包膜由纖維組織和腫瘤滋養(yǎng)血管組成，因此瘤周低信號是診斷腦膜瘤的有力依據(jù)。腦膜瘤一般有一定程度的瘤周水腫。,.,T2WI：腫瘤可表現(xiàn)為等、高或低信號。血管和鈣化均為低信號或無信號區(qū)。腫瘤內(nèi)砂粒體較明顯，表現(xiàn)為混雜信號的斑點。腫瘤內(nèi)纖維間隔在T2WI上呈低信號影，一般從腫瘤中心向周圍輻射。T2WI瘤周水腫顯示更清楚，能很好地勾劃出腫瘤邊緣。,.,GD-DTPA：絕大多數(shù)腦膜瘤出現(xiàn)明顯強化，常為相對均勻強化。60%可顯示腫瘤相鄰腦膜強化，多呈細、短而規(guī)則的條狀高信號強化影，稱為腦膜尾征。,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,三、髓母細胞瘤病理：髓母細胞瘤是一種高度惡性、發(fā)展迅速的原始神經(jīng)上皮腫瘤。腫瘤起源于第四腦室頂后髓帆原始神經(jīng)上皮細胞的殘余。好發(fā)部位：腫瘤的典型部位在第四腦室頂部及小腦蚓部。好發(fā)于兒童，占75%85%，發(fā)病高峰515歲之間。成人占15%25%。男性略多。,.,MR表現(xiàn)：T1WI為略低信號，T2WI為等或略高信號，信號一般較均勻，如不均勻提示有壞死、囊變或出血、鈣化等。腫瘤表面光滑，若位于上蚓部時，常使中腦導水管受壓變窄，主要向前移位；如位于四腦室頂部時，中腦導水管被撐開且向上移位，四疊體板變水平。瘤周有新月形的腦脊液殘留，主要在前方或上方?jīng)Q不在后方。,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,四、顱咽管瘤病理：來源于原始口腔外胚葉形成的顱咽管殘余上皮細胞。腫瘤多為囊性或部分囊性，完全實質(zhì)性少見。囊壁多有鈣化，腫瘤生長緩慢，不惡變。,.,好發(fā)部位：腫瘤以鞍上多見，也可見于鞍內(nèi)。510歲和60歲左右為兩個高發(fā)齡段。MRI表現(xiàn)：囊性顱咽管瘤似下垂的囊袋，囊內(nèi)成分不同可呈多種不同的信號強度。一般情況下呈長TI長T2信號。,.,膽固醇結(jié)晶呈短T1短T2信號、角蛋白脫屑呈中等T1長T2信號。正鐵血紅蛋白呈短TI長T2信號。鈣化較常見。GD-DTPA：腫瘤實質(zhì)部分和囊壁可以強化，大部分顱咽管瘤不強化。,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,五、垂體瘤占腦腫瘤的812%，占鞍區(qū)腫瘤的90%，直徑10mm為微腺瘤。病理：垂體瘤起源于垂體前葉，其細胞分為嗜色細胞和嫌色細胞兩大類，嗜色細胞有分泌激素功能。垂體瘤一般分為功能性、非功能性和混合性。,.,臨床表現(xiàn):血清泌乳素增高導致女性閉經(jīng)、泌乳、男性乳房發(fā)育等癥狀。生長激素腺瘤兒童引起巨人癥，成人引起肢端肥大癥，非功能腺瘤腫瘤一般較大，引起臨近結(jié)構(gòu)壓迫癥狀。如視力下降或失明，雙顳側(cè)偏盲。,.,MRI表現(xiàn)：1、垂體微腺瘤：多數(shù)垂體微腺瘤T1WI為低信號，形態(tài)為圓形或橢圓形，T2WI為高信號。鞍隔向上不對稱膨隆，垂體柄偏移，鞍底明顯傾斜都強烈提示垂體微腺瘤的存在。,.,2、垂體大腺瘤：T1WI為等或低信號T2WI為等、高混雜信號。腫瘤一般呈圓形、橢圓形或“8”字形。腫瘤內(nèi)囊變、壞死、出血顯示各自信號特征。腫瘤可填充蝶竇并向鞍上，鞍旁生長侵犯。3、GD-DTPA：腫瘤明顯強化，可均勻可不均勻，但邊界清楚。,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,六、轉(zhuǎn)移瘤好發(fā)部位：絕大多數(shù)位于皮髓交界處，也可限于白質(zhì)內(nèi)，80%位于幕上，20%位于幕下，其中小腦占18%。,.,MRI表現(xiàn)：典型的腦轉(zhuǎn)移在TIWI上呈低信號，在T2WI上呈高信號，瘤灶小而周圍水腫廣泛，占位效應顯著。有時出現(xiàn)靶征，可合并出血。T1及T2加權(quán)均為低信號的為來自黑色素瘤轉(zhuǎn)移。有出血的轉(zhuǎn)移瘤常提示來自絨癌、甲狀腺癌及肺癌。,.,GD-DTPA：大部分轉(zhuǎn)移瘤均出現(xiàn)強化，可呈結(jié)節(jié)