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1、MRI原理,1、核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging,NMRI-MRI）基本原理人体置于强磁场中-体外发射无线电波-瞬间关掉无线电波-接受人体内发出的磁共振信号-用磁共振信号重建图像,MRI原理,1)物理学基础A、物质的磁性所有物质均有磁性。永磁铁、镍、钆等为永磁体。电磁电流通过环形线圈形成磁场。核磁氢质子自旋，相当于正电荷在环形线圈中流动，产生的磁场。中子也可。原子核中的含有奇数质子/中子方有磁性。,MRI原理,用氢（H）质子成像的原由：为磁化最高的原子核占活体组织原子数量的2/3，形成MRI的氢原子大部分位于生物组织的水和脂肪中。,MRI原理,
2、各种磁体,磁和非磁同位素,MRI原理,以磁矩M表示核磁磁场,MRI原理,各个质子的M为任意取向（M=0）,B0,MRI原理,质子群宏观磁化矢量的旋进,质子和陀螺旋进的比较,旋进,自旋,旋进频率,B0为主磁场强度，用T为单位。R为磁旋磁比，F磁矩进动频率。,MRI原理,核磁共振,共振现象,90度脉冲对宏观磁矢量M的作用,90射频脉冲,MRI原理,90度脉冲后在XY平面M值最大,180度脉冲后Mz为负值,MRI原理,1、纵向磁化2、纵向磁化减小与横向磁化射频脉冲RF，RF与质子进动频率相同出现共振。质子吸受能量磁矢量方向改变横向磁化。3、驰豫与驰豫时间RF中止驰豫（relaxation）,MRI原
3、理,纵向驰豫纵向磁化恢复（T1恢复63%的时间）横向驰豫横向磁化减少（T2减少到37%的时间）,MRI原理,核磁驰豫,90脉冲停止后宏观磁化矢量M的变化,纵向驰豫时间,100%,63%,纵向驰豫,MRI原理,分子的布朗（Brown）运动,横向驰豫时间,横向驰豫,MRI原理,磁共振的量子物理学,低能态取向的氢原子核,波动必须为Larmor频率，并且要作用于XY平面,T1,T2,各种频率的波动，在各个方向均可起作用,MRI原理,驰豫与生物组织某些物理、化学因素的关系,温度、粘度对磁波动频率的影响,蛋白质分子使水的T1缩短,MRI原理,信号参数1、核磁共振信号,自由感应衰减（FID）,傅立叶变换使F
4、ID形成MR波谱,MRI原理,自旋回波脉冲序列自旋回波（spin echo,SE）序列为MR最基本、最常用的脉冲序列。,90脉冲后，间隔时间（Ti）再发射180脉冲，测量回波信号。重复这一过程。,TE（回波时间）90脉冲至测量回波的时间,TR（重复时间）2个90脉冲之间的时间,MRI原理,D为180脉冲使这些磁矢量绕X轴转180。E为经过TE/2时间，Mxy又达最大值。F为Mxy趋于零。,A、B为90脉冲使纵向磁化矢量M0转到XY平面。,C为Mxy丧失聚合。,MRI原理,SE序列时质子群信号强度的变化与T2和T2的关系,MRI原理,SE序列时质子群信号强度的变化与T2和T2的关系,MRI原理,
5、T2和SE序列测量所得T2值之间的关系,180脉冲使FID产生回波,MRI原理,质子密度加权像TR选用比受检组织长的TR（1500-2500ms）,TE选用比受检组织T2短的TE（15-25ms），则回波信号幅度与质子密度有关。,MRI原理,T1加权像各种组织T1约500ms.TR定为500ms,TE选为15-25ms,回波信号反映的是组织不同T1信号强度的差别。,MRI原理,T2加权像TR用比T1显著长的时间1500-2500ms。TE选用与组织T2相近的时间90-120ms.则两个不同T2组织的信号强度的差别明显。为T2加权像。,MRI原理,(五)对比逆转选用不同参数可使2种生物组织的MR
6、信号对比发生逆转。SE序列 TR500ms TE短 TE长脂肪 白色 黑色尿液 黑色 白色,MRI原理,(六)多回波序列90脉冲后,连续加180脉冲,使Mxy在XY平面产生多次回波，随着TE的延长，T2W作用显著，长T2组织信号强（如脑脊液）。周围灰白质对比消失，信噪比,MRI原理,（七）图像亮度与T1、T2、N（H）、f(V)、TR、TE的关系N（H）信号（质子密度）f(V)扫描层流动质子的函数。信号高或低T1：越短，信号越强。T1长，信号弱。T2：越长，信号越强。T2越短，信号弱。TR：大于T1时，亮度与T2W、质子密度加权有关。TE：小于T2时，亮度与T1W、质子密度加权有关。,MRI原
7、理,三、部分饱和脉冲序列（SR）90脉冲后，在Mz未达最大饱和值，于TR期加第二个90脉冲。测量MxyFID信号。信号强度取决于T1和N（H）。TR短，偏T1。TR过长，信号强度取决于 N（H）。,MRI原理,部分饱和脉冲序列（SR）,8种不同TR扫描时脑组织和脑脊液信号强度的差别,MRI原理,四、反转恢复脉冲序列（IR）先-180RF，间隔500ms，90RF，10ms后，180RF，测回波。T1信号为主，显示精细解剖。,MRI原理,反转恢复脉冲序列（IR）,MRI原理,空间定位1、梯度磁场,纵向梯度磁场的产生,矢状方向（X轴）梯度磁场,冠状方向（Y轴）梯度磁场,MRI原理,2、层面的选择,
8、横轴断层层面选择,断层面厚度与梯度场的关系,MRI原理,Gx方向行频率编码,MRI原理,相位编码,相位编码示意图,MRI原理,二维傅立叶变换图像重建方法,二维MRI图像的形成,MRI原理,自旋回波扫描2D-FT成像,MRI原理,4、驰豫时间与MRI成像肝140-170 T1 肝癌300-450胰180-200 T1 胰癌270-400肾300-340 T1 肾癌400-450,MRI原理,组织 T1 T2大脑 600 100脑桥 380 80小脑 585 90脑脊液 1155 50头皮 235 60,MRI原理,梯度回波脉冲序列1、小角度激励,梯度场诱发去相位特点：X、Y、Z轴去相位彼此独立，
9、具有相位“记忆功能”,MRI原理,二、梯度回波脉冲序列的机理,MRI原理,二、梯度回波脉冲序列的机理,MRI原理,二、梯度回波脉冲序列的机理,MRI原理,二维FLASH脉冲序列,二维FLASH的基本原理,MRI原理,稳定状态FLASH磁周期,二维FLASH的基本原理,MRI原理,四、二维FISP（稳定进动快速成像）的基本原理,二维FISP序列,MRI原理,二维FISP（稳定进动快速成像）的基本原理,梯度对相位的影响,MRI原理,二维FISP（稳定进动快速成像）的基本原理,稳定状态的FISP,MRI原理,流体的MR信号1、流体的基本类型层流 喘流2、血流呈低信号3、血流呈高信号,MRI原理,2、
10、血流呈低信号原因：1）血管垂直或近乎垂直切面，相同的血流不能既接受90又接受180脉冲激励，在SE序列时形成回波。因而不产生信号。（流空效应）,MRI原理,2、血流呈低信号SE序列，TR长，被激励的血流已流出层面，不产生信号。如TR短，饱和的血液已流出层面，而新流入层面未饱和的血液可出现强度不同的信号。,MRI原理,血流呈低信号原因：2）如血管平行于切层面，在90和180脉冲间（TE/2），流动血液进入主磁场和梯度磁场的一个新区域。质子群不能被180脉冲翻转且相位一致产生回波，从而MR信号明显减弱。冠状位扫描，颈动、静脉均表现为低信号。,MRI原理,血流呈低信号原因：3）在层面上沿频率编码方向
11、运动的质子群出现去相位，引起流动质子群的信号减弱或完全无信号，也称作“流空”。,MRI原理,血流呈低信号原因：4）湍流：稳定的流速如出现任何偏离，如血管狭窄、不规则，相应的增加流速去相位，也可形成流空。,MRI原理,血流呈低信号因流动的血液表现为低信号，当血管壁或血管腔有静止性病变如血栓、肿瘤、粥样斑块。在低信号的血管中表现为高信号。,MRI原理,3、血流呈高信号原因：1）飞越时间和流入性增强效应飞越时间有纵向磁化矢量的血液团，在某一时期（选择性RF脉冲激励）被标记，而于另一时期被检出，因在标记和检出之间血液团的位置已有改变，称飞越时间。,MRI原理,血流呈高信号,几个激励脉冲周期后静止组织已
12、部分饱和，新流入层面未饱和质子群接收激励，出现的信号和对比度均较周围静止组织高。,MRI原理,血流呈高信号原因：2）舒张期伪门控致动脉高信号使用心电门控MR扫描层面上，舒张期由于血管内血流滞缓，动脉血流信号强度增高。同样，如果不使用心电门控，受检者心动周期与重复时间TR偶尔同步，（心率60/min,TR=1s），产生类似用心电门控的结果。,MRI原理,血流呈高信号原因：3）偶回波血流呈高信号在多回波信号中，平行于切层面的血管偶数回波信号比奇数回波信号强。,MRI原理,血流呈高信号,第一回波血流表现为门脉低信号,偶回波血流表现为高信号,MRI原理,血流呈高信号4）梯度回波序列血流呈现高信号流动质
13、子群的相位重聚不需要180脉冲，流动质子群信号的产生不一定在切层内，所有被激励的质子也形成MR信号。流速快的血流呈现高信号。TE短，平行于切层面的血管信号也较强。,MRI原理,血流呈高信号,颈部横轴位FLASH准T1加权像，（TR220/TE10?FL90）颈总、颈静脉、椎动脉表现为高信号,MRI原理,磁共振血管造影一、MRA的基本理论和主要技术（一）飞越时间和流入性增强效应反映流动质子群与周围静止组织纵向磁化矢量的宏观变化。（二）流动液体的相位效应（三）梯度运动相位重聚技术（四）预饱和技术,MRI原理,化学位移成像与频谱分析化学位移因分子环境（既核外电子结构）不同引起共振频率上的差异。频谱分
14、析不同分子环境其频率上的差异仅百余或数百赫兹（Hz），其数量与所检测原子核共振频率差异相对应为数个ppm。运用化学位移的方法研究分子结构即频谱分析。,MRI原理,一、化学位移伪影在人体同一部位脂质中的氢质子发出的信号离开了水质子发出的信号，在图像上处于不同的像素位置，从而在梯度编码方向上脂质含量差异很大的两种组织的界面，可出现黑白不同的条带状影。把这种质子共振频率差异形成的图像失真，称为“化学位移”伪影。,MRI原理,二、水和质子像利用水和脂子两种质子共振频率上的差异可分别形成纯水或脂质的质子图像，其成像方法有两种，一为Dixion法，一为CHESS法。,MRI原理,三、MR波谱分析1、在出现
15、强的水和脂肪信号的情况下，利用抑制技术行氢原子的频率分析，可测定人脑某些低浓度的代谢产物。2、P的磁共振频谱分析（MRS）可判定磷的代谢产物如三磷酸腺苷（ATP）、二磷酸腺苷（ADP）、磷酸肌苷PCr、无机磷等的浓度。,质量控制,伪影1、化学伪影伪影,质量控制,2、卷褶伪影被检查解剖部位的大小超出视场（FOV）范围时，FOV以外的部分的解剖部位的影像移位移位或卷褶到下一张图像上。,质量控制,3、部分容积效应4、运动伪影1）生理运动伪影,质量控制,2）自主性运动伪影,肝脏扫描相位/频率交换前后主动脉搏动伪影变化,质量控制,自主性运动伪影,脑脊液波动伪影FLASH T1加权像,MRI原理,3）金属
16、异物伪影,胸罩钩引起的伪影,避孕器周围的低信号盲区,造影剂,原理：某些物质进入人体后，能改变质子周围的局部磁场，如Gd。这些物质接进共振着的氢质子时，造成T1和T2时间明显缩短。这种能引起质子弛豫时间缩短的物质为“顺磁性物质”。用于MRI检查的顺磁性物质被称为顺磁性造影剂（PCM）。临床应用最广泛的MRI造影剂为Gd-_DTPA(钆-二乙烯五胺乙酸)。,造影剂,药物动力学基础特性：1、弛豫性强 2、毒性小 3、安全系数大 4、细胞外分布 5、不通过正常的血脑屏障 6、迅速由肾脏排泄 7、在人体内结构稳定 8、具有高容解度,造影剂,Gd-DTPA的临床应用剂量与注射速度由于它的浓度与MRI信号强
17、度之间不存在线性关系，剂量为0.1mmol/kg，60秒注射完毕。,造影剂,Gd-DTPA的临床应用一、中枢神经系统1、发现脑外、脊髓外等信号的小病变。2、确定脑外或脑内肿瘤。3、进一步显示肿瘤内部情况。4、鉴别水肿与病变组织。5、某种程度上区分肿瘤与非肿瘤组织。6、碘过敏者。,造影剂,Gd-DTPA的临床应用（中枢神经系统）,左侧小听神经瘤,增强前,增强后,造影剂,Gd-DTPA的临床应用（中枢神经系统）,前颅凹底转移瘤,造影剂,Gd-DTPA的临床应用（中枢神经系统）,胸段髓内肿瘤,造影剂,Gd-DTPA的临床应用（中枢神经系统）,鞍上生殖细胞瘤SE序列T1加权增强前、后,信号异常的病理生
18、理基础,MRI的信号强度是多重组织特征参素的可变函数，它所反映的病理生理基础较CT更广泛，具有更大的灵活性，从而决定了这种检查方法更具有开拓性。T1、T2时间、氢质子密度、血液（或脑脊液）的流动、化学位移对图像对比度起了重要作用，它是区别不同正常组织，区分正常与异常组织的主要MRI诊断基础。,信号异常的病理生理基础,骨胳肌T1长,骨皮质H密度低,T1图,信号异常的病理生理基础,T2图,水肿T2长,含铁血黄素T2短,转移瘤,软骨肉瘤,信号异常的病理生理基础,3T脑的MRA,血管信号强弱与扫描脉冲序列所使用的扫描参数有关,信号异常的病理生理基础,颈部椎管内肿瘤,增强前,增强后,信号异常的病理生理基
19、础,水1、MR信号的80%来自细胞内，20%源自细胞外间隙。2、自由水：有较高的自由运动频率，T1长。结合水：依附大分子如蛋白质周围构成水化层，自由运动频率大幅减小，接近拉摩尔共振频率（6-65MHz），T1时间也很长。,信号异常的病理生理基础,自由水和结合水的意义：囊性星形胶质细胞瘤与囊肿，CT均表现为低密度，不易区别。MRI在T1图上由于囊性星形胶质细胞瘤中的囊液富含蛋白质，T1短于脑脊液，所以信号较脑脊液高。,信号异常的病理生理基础,星形胶质细胞瘤T1低信号，T2高信号。,信号异常的病理生理基础,脑外肿瘤T1和T1增强后,信号异常的病理生理基础,MRI较CT更能显示脑软化灶，因脑软化灶在
20、显微镜下由脑实质分隔的小囊组织成，靠进蛋白质表面的膜状结构，有较多结合水，T1较短，图像较CT清楚。所以MRI更接近病理所见。,信号异常的病理生理基础,梗阻性脑积水时，脑脊液渗漏到周围脑白质，变成结合水，信号高于脑脊液。病变内蛋白质含量高，结合水含量也高，T1缩短，信号增高。如垂体脓肿。,信号异常的病理生理基础,水肿脑水肿分为三类：血管源性 细胞毒性 间质性,最常见，血脑屏障破坏所致。,缺血所致，常见于脑梗塞,梗阻性脑积水，脑脊液外渗所致,血浆由血管内漏出进入细胞外间隙,细胞肿胀，细胞外间隙减少。,脑脊液经室管膜迁移到脑白质,信号异常的病理生理基础,血管源性 脑水肿：主要发生在脑白质，呈手指状
21、，在肿瘤、出血、梗塞、炎症以及外伤中常见。TE延长，水肿信号增高Gd-DTPA增强时，水肿无对比增强。最初为T2显示,信号异常的病理生理基础,细胞毒性 脑水肿常见于急性脑梗塞的周围，灰白质同时受累。T2上边缘部分信号较高。间质性脑水肿T2上脑室周围边缘光整的高信号带。,信号异常的病理生理基础,出血急性血肿（2天）T2出现中心低信号。亚急性（3天）-外围T1出现高信号。亚急性中期（6-8天）-外围T1出现的高信号向中央推进。T2出现高信号。亚急性后期（10-14天）-血肿周围出现低信号，T2明显。（含铁血黄素所致）,信号异常的病理生理基础,血流异常SE垂直于层面的静脉血流高信号。平行的低信号。Gd-DTPA后小动、静脉、静脉窦出现对比增强。,信号异常的病理生理基础,脑脊液异常运动脑脊液可出现流空效应，发生于室间孔，导水管、枕大孔和椎管。T2显示好。近于停滞的脑脊液呈高信号（T2），为毛盾性增强，称礁湖。,信号异常的病理生理基础,铁沉积过多高场强的MR机，苍白球、红核、黑质、壳核、尾状核和丘脑在T2呈明显低信号。为高铁物质聚集。,
