MRI成像基本原理.ppt

1、脑卒中影像学诊断新进展,庆阳市人民医院医学影像中心,MRI临床应用之,MRI的成像基本原理与设备,MRI系统构成：1、主磁体系统2、梯度磁场系统3、射频系统4、PC及图像处理系统5、其他（控制、梯度冷却等）各系统相互连接，由PC协调控制,1. 原子： 电子 1. 具有自旋性, 电荷运动 2. 运动的电荷就是电流, 原子 质子 可产生磁场 3. 质子有自己的磁场,可将 原子核 其看作一个小磁棒。 中子,一、磁共振现象与MRI,图1:质子具有自旋性，所以质子的电荷也在运动。运动的电荷为电流，并能产生磁场。因此质子有自己的磁场，可将其看作一个小磁棒。质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有

2、自己的磁场。,氢原子核内只有一个质子，尽管生物组织中有磁性元素约百余种，但现今MRI成像技术中，使用最多的为1H。 原因： 1 、占活体组织原子数量的2/3。 2 、1H为磁化最高的原子核。 形成MRI图像的1H原子大部分位于生物组组织 的水和脂肪中，因此可以说MRI成像的组织 基础是水的含量。,2.氢原子,图2:正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个外磁场中，就会发生改变。它们仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列。,图4:在外磁场中质子并不是静止地平行或反平行于磁力线。而是沿着外磁场磁力线运动。这种运动形式称为“进动”（precession)，进动的速度用进动频率来测量即

3、质子每秒进动多少次。进动频率不是一个常数，场强越强进动频率越高。,Larmor方程0= B00：进动频率（单位；Hz或 mHz） B0：外磁场强度单位：T（特斯拉） ：旋磁比 此方程表示，随场强的增加，进动频率亦增高，其关系由旋磁比所决定。不同物质的旋磁比不同，如质子为42.5 mHz/T。,(2) 射频脉冲(radio frequency pulse, RF) 定义：与质子进动频率相同的一个短促的电磁波。 目的：是要扰乱沿外磁场方向进动的质子，改变的排列状 问题：并非任何一种RF脉冲都能扰乱质子的排列状态。只有两者的频率相同质子才能从电磁波中接受能量，这种现象称之为“共振” （这就是磁共振中

4、共振一词的来源） 。,图6:RF脉冲对质子产生两种效应：它把一些质子升到较高的能级水平（它们指向下方）它引起质子同步、同相运动。前者导致Z轴，即纵向磁化减少，后者在X-Y平面上产生一个新的磁化（）即横向磁化，它随着进动的质子而运动。,图7:RF脉冲中断后，质子从高能态返回低能状态，即重新指向上方图中“一个接一个地”画出来，结果纵向磁化增加，恢复到原来数值。,图8: 在RF脉冲中断后，质子失去相位一致性，失去同步化。当您从上面整体地来看这些失相位的质子时，就会看到质子逐渐呈扇形散开。指向同一方向越来越少，因而横向磁化减少。,组织的T1与T2 不同组织的T1与T2时间不一样，以此来产生不同的MR信

5、号。,磁共振序列,T1WI (观察解剖结构）T2WI （发现病变）Pd-WI （基本不用）FLAIR （发现病变更敏感）STIR （判断病灶内是否存在脂肪成分）FL2D（SWI）（判断是否是出血）DWI(DTI） （判断是否为急性期病变）MRS （脑功能成像）,其他扫描序列,灌注加权（PWI）弥散张量成像（DTI）质子波谱成像（MRS）三维容积成像脑功能 成像（fMRI）,一、适应症,MRI适用于人体任何部位检查：包括颅脑、耳鼻咽喉、颈部、心肺、纵隔、乳腺、肝脾、胆 道、肾及肾上腺、膀胱、前列腺、子宫、卵巢、四肢关节、脊柱脊髓、外周血管等。 MRI适用于人体多种疾病的诊断：包括肿瘤性、感染性、

6、结核性、寄生虫性、血管性、代 谢性、中毒性、先天性、外伤性等疾病。,二、禁忌证,绝对禁忌证：指会导致被检者生命危险的情况。1装有心脏起搏器者。2装有铁磁性或电子耳蜗者。 3中枢神经系统的金属止血夹。相对禁忌证：指有可能导致被检者生命危险或不同程度伤害的情况，通过解除金属器械后仍可进行检查的情况，以及对影像质量不利的情况。1体内有金属置人物，如心脏金属瓣膜、人工关节、固定钢板、止血来、金属义齿、避孕环等。2带有呼吸机及心电监护设备的危重患者。3体内有胰岛素泵等神经刺激器患者。4妊娠3个月以内的早孕患者。,MRI图片的基本确认,确定图片与病人相符合；按照时间、检查方式、扫描序列排列影像资料；首先观

7、察影像表现随后了解临床表现,磁共振成像的读片顺序,1、按时间排列图片；2、按序列排列图片；3、先读平扫再读增强；4、先读T1WI，T2WI，再读其他序列；5、功能图象只是诊断的参考。,磁共振图像上的标记的意义,OAx-轴位OSag-矢位OCor-冠位,S-0位线上I-0位线下R-0位线右L-0位线左A-0位线前P-0位线后,磁共振图像的基本参数,成像参数1、重复时间TR2、回波时间TE3、反转时间TI4、层面厚度5、层间距6、重建野7、矩阵8、激励次数9、扫描层数10、扫描时间,图像参数1、MRI编号（MRI号）2、系统编号（Ex）3、序列号（Se号）4、图像号（Im号）5、姓名、性别、年龄6

8、、日期、时间7、窗宽、窗位,TR、TE构成T1WI、T2WITR1000 TE 50 T2WITR500 TE 50 T1WITR1000 TE 50 PdWITI 构成反转恢复序列,层厚与间隔构成分辨率,FOV构成图像大小,矩阵构成图像清晰度,NEX构成清晰度和扫描时间,在一定的TR时间内层数与时间无关,影响扫描时间的参数有TR、矩阵、激励次数,颅脑图像；五官图像；胸部图像；腹部图像；盆腔图像；脊柱图像；骨关节和软组织图像；水成像图像。,各系统MRI临床应用及图像展示内容提要,MRI与CT比较,1、无骨性伪影，后颅凹显示好，2、可进行冠、矢及斜位扫描，充分显示病变；3、利用血管流动效应，进行

9、血管成像；4、利用血红蛋白变化的规律，了解并判断出血时相；5、成像因素多，对病变的敏感性增加，有利发现微小病变，并在定性诊断中发挥更好的作用。,卒中的类型,卒中,超过24小时,24小时内恢复,出血性,缺血性,脑梗塞,TIA,脑表面,破入脑实质,脑出血,蛛网膜下腔出血,动脉系统,静脉系统,颅内静脉窦血栓,前言,脑卒中是目前世界范围内致残率、病死率最高的疾病之一。我国在步入老龄化社会，脑卒中的发病率呈逐年上升趋势，发病年龄也趋于年轻化。缺血性脑卒中占75-90%，多为非致命性，但致残率很高。随着神经影像学的飞速发展，尤其是各种功能成像不仅能显示形态学变化，还能提供脑血流、代谢等方面信息，对脑卒中的

10、早期诊断和正确治疗及预防发挥重要甚至是决定性作用。,人体的三面,示意图,横断面,冠状面,矢状面,影像学检查方法-MR,常规MRI磁共振血管成像（MR Angiography， MRA )磁共振扩散加权成像（Diffusion Weighted Imaging, DWI)磁共振灌注加权成像（Perfusion Weighted Imaging, PWI)扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging, DTI)磁敏感加权成像（Susceptibility Weighted Imaging, SWI)动脉粥样硬化斑块成像（Plaque Imaging)磁共振波谱成像（MR Spec

11、troscopy, MRS)血氧水平依赖（Blood oxygen denpendent,BOLD)酰胺质子转移（Amide Proton Transfer,APT）,常规MRI,T1WI T2WI FLAIR,MR血管成像,三维重建多方位动态观察评价缺血区供血动脉情况脑MRA无需对比剂，简单、快速、无创,SWI显示的灰白质和静脉之间的病理组织学关系,磁共振扩散加权成像（DWI）,DWI提供真实描述组织水分子扩散相对速度的图象对比。与传统的MR技术不同，提供了一种新的影像对比。表观扩散系数（Apparent diffusion coefficient，ADC）：描述DWI中不同方向的分子扩散运

12、动的速度和范围。ADC值与DWI信号呈负指数关系。,DWI ADC,DWI在脑缺血中的应用,动物实验表明,DWI最早可在缺血后2.7min发现病灶，几乎与脑组织发生细胞水肿的时间同步,已成为脑缺血、脑梗死超早期诊断的常规序列。,13:55,DWI上高信号病灶,细胞毒性水肿:急性梗死，外伤，脑炎等细胞密度高，细胞外间隙小： 淋巴瘤、PNET等 粘滞度高： 脓肿 表皮样囊肿等,正常轴位DWI,一、急性缺血性脑卒中,CT急性脑卒中首选影像检查方法区别出血和缺血性卒中的最好方法 急性缺血性脑卒中CT早期征象 ( 24小时,5060%正常)脑动脉高密度征:CT值7789Hu（ 4253Hu ）局部脑肿胀

13、征脑实质密度减低征,大脑中A高密度征,尾状核头豆状核岛带边界模糊、,局部脑实质密度减低,豆状核边缘模糊,岛带消失征,局部脑肿胀,急性缺血性脑卒中,急性缺血性脑卒中进行早期溶栓治疗，尽快开通闭塞血管，可抢救缺血半暗带，获得较好疗效。急性缺血性脑卒中CT早期征象阳性率低。由于不同个体的循环和代谢储备能力不同，相同时间窗内，患者缺血半暗带千差万别。单纯依靠缺血时间窗来间接推测是否存在缺血半暗带，有严重的局限性。,急性缺血性脑卒中,多模式影像学检查 multimode imaging我们非正式、简单地将后者称之为“CT全套或MR全套”CT全套: NECT(平扫)、PCT 、CTA MR全套：T1WI、

14、T2-flair、DWI、 PWI、 MRA/CE-MRA,男，72岁，突然左侧偏瘫半小时,病例1,病例1,CTA的成像原理-利用血管内注入对比剂后造成的与周围组织的密度差进行血管成像,溶栓治疗后20天复查,病例1,女，65岁，发病后5小时,病例2,3月后复查CT,病例2,急性脑梗塞CT/MR比较,急性超急性脑梗塞,急性超急性脑梗塞时水肿为细胞毒性水肿，其病理改变为水和钠在细胞内潴留，但其单位体积内增加的水分远比血管源性水肿少，故其在CT和传统MR上不易显示现代高清晰MR正是利用细胞毒性水肿使得表面弥散系数（ADC）变小，造成DWI出现显而易见的高信号。,男，60岁，右侧肢体无力3小时，伴失语

15、。,脑梗塞 女，71岁，突然昏睡1小时,脑梗塞 男，76岁，言语不能伴右侧肢体不灵6小时,脑梗塞 女，67岁，言语不清，左侧肢体乏力4小时,DWI,中线旁丘脑梗塞综合征 病例一，男性，62岁。昏睡1天，右侧瞳孔4.0mm，左侧瞳孔2.0mm。,中线旁丘脑梗塞综合征 病例二：患者，男，73岁，昏迷4小时入院，双侧瞳孔散大，对光反射迟钝。,胼胝体的供血,胼胝体为多血管供血胼胝体的供血一是由大脑前动脉第二组胼胝体旁支，通常有7-20支细小的胼胝体动脉，分布于胼胝体和透明隔。二是由大脑后动脉第二组胼胝体压支，供应胼胝体后半上面。,三、分水岭梗死（cerebral watershed infarctio

16、n, CWI),又称边缘带梗死(Borderzone infarcts)：相邻两条动脉供血边缘带局限性缺血导致的梗死。占缺血性脑血管病的8-53类型皮层分水岭区：皮层前型、皮层后型 皮层下分水岭区（内分水岭区）影像学形态特点楔形点状、条状、串珠样,脑分水岭梗死影像学改变：,楔形,皮层前型,皮层后型,脑分水岭梗死影像学改变：,点状,皮层下分水岭,MR灌注加权成像（PWI）,动态磁敏感对比（dynamic susceptibility contrast，DSC） MRI：双倍对比剂，高压注射器；动脉血质子自旋标记（arterial spin labeling，ASL）MRI：无创，可重复性。,灌注

17、参数,CBF：反映每100克脑组织内每分钟的血流量。以毫升/100克/分(ml/100g/min)为单位。CBV：感兴趣区毛细血管和大血管的血管床容积。以毫升为单位。MTT：对比剂平均通过时间，以秒为单位。TTP：对比剂到达最高峰的时间，以秒为单位。中心容积定律：CBF = CBV / MTT,DSC原理,利用顺磁性对比剂Gd-DTPA首过期间引起的MR信号改变，得到信号强度时间曲线。通过分析MR信号随时间变化情况，可以得到CBF、CBV、MTT、TTP等参数图。,动脉血质子自旋标记(ASL),脑灌注参数分析,灌注不足：MTT 、TTP CBV 、CBF侧支循环：MTT 、TTP CBV，CB

18、F 正常再灌注： MTT 、TTP正常 CBV 、CBF或正常过度灌注：MTT 、TTP CBV 、CBF,颅脑MR 功能性图像,灌注成像 PWI增强：动态磁敏感对比增强 DSC_MRI 需要注射造影剂DSC成像对象: 短T2*血液（主要指含造影剂血液）非增强: 动脉自旋标记ASL_MRI 不需要注射造影剂ASL成像对象 :磁化标记的血液中的氢质子它们均可反映组织的微血管分布情况及血流灌注的状态。,PWI 在脑中风的应用超急性期可显示缺血部位和范围组织血供的具体情况灌注不足: M TT 延长, rCBV 减少, rCBF 明显减少; 侧支循环:M TT 延长, rCBV 增加或正常; 血流再灌

19、注: M TT 缩短或正常, rCBV 增加, rCBF 正常或轻度增加; 过度灌注: rCBV 与rCBF 均显著增加。与DWI结合对脑组织进行定性分析,颅脑MR 功能性图像,灌注成像 PWI,神经系统 功能性图像,灌注成像 PWI非增强: 动脉自旋标记ASL_MRI 不需要注射造影剂 安全， 简单， 不增加患者收费，易被患者接受,病例：女性，头痛 头晕一周， 常规MR未见异常,DWI后处理ADC图未见异常,ASL后处理rCBF图见左侧大脑半球血流速减慢,磁敏感加权成像（SWI）,磁化率(Susceptibility)：一种物质在外加磁场作用下的磁化程度磁敏感加权成像（Susceptibil

20、ity Weighted Imaging, SWI）利用不同组织间磁化率的差异产生一种独特的对比这种对比不同于质子加权、T1、T2 及 T2*对比，是一种新的MRI 成像序列,磁敏感加权成像（SWI）,SWI对顺磁性物质如脱氧血红蛋白和含铁血黄素等高度敏感，对微出血灶的显示比2D梯度回波序列(GRE) 敏感3-6倍SWI被认为是静息态的BOLD，用以测量血氧饱和度 定量分析,GRE,SWI,中枢神经系统临床应用 Clinical application,脑、脊髓外伤 (trauma)血管畸形（vessel malformation) 脑肿瘤 (tumors) 钙化显示(calcificatio

21、n)脑卒中 (stroke)痴呆 (dementia),SWI 早期敏感检出微出血灶(Microbleed)显示弥漫性轴索损伤(Diffuse axonal injury,DAI)蛛网膜下腔出血（Subarachnoid hemorrhage）脑室内出血（Intraventricular hemorrhage),脑外伤 (Trauma),SWI,T2,弥漫性轴索损伤(DAI),SWI对脑外伤微出血灶的显示(Microbleeding),蛛网膜下腔出血 (SAH),脑室内积血,CT SWI,讨 论,CT的产生无疑在急性脑卒中的诊断上起到了重要和划时代的作用，但在急性、超急性期脑梗塞，不同时相脑出

22、血状态的分析上却又有很大的局限性。文献报道超急性脑梗塞（t6小时）CT敏感度为64%，而准确率为67%；部分报道敏感度为40%，准确率为45%。诊断的目的在于指导临床的治疗的最优化，而使病人得到最大的受益。,讨 论,现代高清晰MR应用，尤其是在MR硬件、软件的发展与优化，DWI显示急性超急性脑梗塞，其敏感度为91%,准确率为95%。T2*W有利于显示脑出血更加敏感，FLAIR易于显示蛛网膜下腔少量出血。使得在急性脑卒中的定性和不同时相定量的分析上得到明显的进步。,结 论,CT是急性脑卒中病的重要检查方法，但是在脑梗塞最初的12小时内的诊断是不可靠的。因此，临床疑急性脑卒中病变时我们主张有条件医

23、院应首选高场磁共振CT对急性超急性脑梗塞、有脑梗塞病史时诊断应慎重，不易诊断或鉴别者应建议磁共振检查。,结 论,有脑梗塞病史患者，临床再发急性脑卒中症状表现时或患者过去病史不明，临床有急性脑卒中症状者，建议首选磁共振检查。MR弥散加权像（DWI）可作为中老年中枢神经检查的常规序列。MRS PWI对急性超急性脑梗塞有辅助诊断作用T2*W序列是脑出血显示的最佳序列小脑、脑干梗塞比例较大（21%），因此，疑小脑、脑干病变时，首选MR检查,脑卒中影像学检查方法出血性脑卒中的CT表现出血性脑卒中的MRI表现缺血性脑卒中的CT表现缺血性脑卒中的MRI表现,旨在 抛砖引玉,影像是临床的眼睛是思维决策的关键,谢 谢,