1、磁共振成像原理,永州职业技术学院影像系欧阳光,第六部分,MR特殊成像,MR扩散加权成像技术（DWI）扩散的基本概念：是指分子热能激发而使分子发生一种微观、随机的平移运动并相互碰撞，也称分子的热运动或布朗运动。因此由于一般人体MR成像的对象是质子， DWI技术实际上检测的是人体组织内水分子的扩散运动。,DWI的原理,如果在SE-EPI序列180复相脉冲的两侧各施加一个梯度场，这两个梯度场的方向、强度和持续时间完全相同实现相位重聚，从而出现两种情况。（1）在体素内梯度场施加方向上位置没有移动的质子，造成是一种恒定的磁场不均匀，180复相脉冲可以剔除这种恒定的磁场不均匀引起的质子失相位。（2）在体素
2、内梯度场施加方向上有位置移动的质子。质子在移动过程中进动频率发生变化，从而造成相位离散。,水分子在敏感梯度场方向上扩散越自由，则在扩散梯度场施加期间扩散距离越大，经历的磁场变化也越大，则组织的信号衰减越明显。反之，在DWI上组织的信号衰减越明显则提示其中的水分子在梯度场方向上扩散越自由。DWI通过测量施加扩散敏感梯度场前后组织发生的信号强度变化，来检测组织中水分子扩散状态（自由度及方向），后者可间接反映组织微观结构特点及其变化。,表观扩散系数 ：ADC = ln（SI低/SI高）/（b高b低） SI低表示低b值DWI上组织的信号强度（b值可以是零）；SI高表示高b值DWI上组织的信号强度；b高
3、表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然对数。从式中可以看出，要计算组织的ADC值至少需要利用2个以上不同的b值。,图a为序列结构图，90脉冲激发后，在180脉冲的前后各施加一个强度、持续时间和方向均相同的扩散敏感梯度场，180复相脉冲将产生一个自旋回波信号，由于180两侧的梯度场完全相同，没有位置移动的水分子中质子将不会因为梯度场而发生相位离散，而在扩散梯度场方向上位置移动的质子相位将发生离散，从而引起组织信号信号衰减。,DWI的临床应用 ：主要用于超急性脑梗塞的诊断和鉴别诊断，急性脑缺血缺氧造成的主要是细胞毒性水肿。,弥散成像,CT T2 FLAIR TOF REF2 READ PHASE
4、 SLICE,DWI ADC Trace Trace Area Peak,Diffusion Weighted Imaging after Stroke,ADC,T2,1h,2h,4h,8h,24h,弥散张量成像（DTI）,是目前最理想的测量扩散的方法。 是目前唯一一种追踪脑白质纤维并反映其解剖连通性的方向。,弥散张量成像（ DTI）,水分子的自由运动 称为弥散，在脑脊 液和脑灰质中的水 分子的弥撒运动基 本上是各项同性的。可用扩散球形体表示。,水分子在自由状态下的弥散是各向同性的,如果分子扩散取决于方向，方向不一致，称为各向异性的扩散,可用扩散椭圆体表示。,DTI就是一种用数学的方法来表示脑
5、组织内水分子弥散的各项异性,白质纤维内的ADC值,白质纤维束的形态类似于一个长椭圆形,ADC = 1.2 x 10-5 cm2/s,ADC = 0.3 x 10-5 cm2/s,II,扩散张量成像 MR图像的每一个体素内提供水分子扩散33扩散张量D分布，用高斯（Gaussian）分布表示6个方向标量： 3个正交方向（X、Y，Z） 沿四面体3个方向（XY，XZ，YZ） 多个参数（FA、RA、RI等）,水分子扩散各向同性和各向异性 扩散：布朗运动（Brownian motion） 影响因素：分子质量 分子间相互作用(分子间的粘性) 温度 屏障或特异结构,3T的场强可以进行高分辨率的DTI成像,5m
6、m层厚,2mm层厚,场强对DTI的影响,弥散张量成像（ DTI）,高分辨率采集,常规采集,FA像 6axis 9axis 21axis 55axis,GRE tensor 与SE Tensor 比较,SE-EPI 弥散张量成像,GRE-EPI 弥散张量成像,DTI后处理容积比率（VR）:是椭圆体的体积比上半径为平均扩散率的球形体积，值范围从0-1。相对各向异性（RA）:本征值相对于他们的平均值的变异值。部分各向异性（FA）:是扩散张量中的各向异性成分与整个扩散张量的比值，值范围从0-1。,每一个层面均可获得： 一个T2图像 一个扩散轨迹权重图 一个扩散轨迹表观扩散系数图 一个计算得到的相对各向
7、异性图主要效应扩散率（本征值1、 2 、 3 ）本征向量X、Y、Z的计算应用专用软件就可将纤维的方向用最大本征值的本征向量叠加在解剖背景图上显现。为了突出灰质和白质，T2WIs常用着背景图。,最大本征值（ 1 ）的本征向量被认为代表纤维的方向。脑白质彩色图的产生是基于每个体素的本征向量的3个相量元素向量元素的绝对值被赋予不同的颜色：红（代表x元素）、绿（代表y元素）、兰（代表z元素）。每个体素颜色强度由FA值大小校准。,多发性脑硬化,正常,II级星形细胞瘤,脊髓肿瘤纤维束跟踪,磁共振波谱（MRS）,一种利用核磁共振现象和化学位移作用对一系列原子核及其化合物进行分析的方法。MRS是目前无损伤性的
8、研究人体器官和组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法之一。,化学位移 同一种原子核，在不同的分子中，由于周围电子云的结构、分布和运动状态不同，周围电子云对其产生不同的屏蔽作用磁屏蔽（化学环境）,1H在H2O和脂类(-CH3)具有不同的化学环境，则有不同的进动频率： = B = （1-）B0 -屏蔽常数,不同，即使在同一B0中，不同的化合物的相同原子核由于其所处的化学环境不同，其周围磁场强度会有细微变化，共振频率也会有所差别化学位移 在1.5T主磁场中， H2O和脂类中的1H的共振频率分别为63.75Hz及210Hz（相差3ppm）化学位移的单位表述赫兹（Hz）相对值（ppm）：频率的百万分之
9、一,技术方法,参考像,选取ROI,空间定域,匀场,抑水,扫描,波谱分析,以分针（长细箭）表示进动较快的水分子中质子，以时针（短空箭）表示进动较慢的脂肪中质子。射频脉冲激发时刻（t0），由于射频脉冲的聚相位作用，两种质子的相位一致（图a），相当于12点整；射频脉冲关闭后，由于水分子中质子进动较快，其相位将超前于脂肪中质子，到一定时刻（t/），其相位将超过后者半圈，即相差180（图b），相当于6点整，这时由于相位相差180，这两种质子的横向磁化矢量相互抵消，如果此时采集回波得到的将是反相位图像；过了此时刻后，水分子中质子的相位将超前脂肪中质子更多，经过与（t/ t0）相同的时间段后，其相位将比脂肪
10、中质子超前一整圈（360），实际上又重叠在一起（图c），相当于24点整，两种质子的横向磁化矢量相互叠加，此时如果采集回波得到的将是同相位图像。,扫描序列,（1）激励回波序列三个相互垂直的90RF脉冲；优点：TE短，对短T2化合物受J耦合影响少；缺点：信噪比低 对运动敏感 对磁场均匀度等要求严格,（2）点解析波谱（PRESS） 两个180 脉冲后，再跟一个90 脉冲 优点：适于长TE化合物， 信噪比高 对运动不敏感 对磁场要求相对低 缺点：易受J耦合影响,常见化合物的化学位移,（1）NAA氮-乙酰天门冬氨酸 位于2.0ppm 主要位于神经元上，是公认的神经元标志物， NAA降低往往提示神经元的脱
11、失或功能障碍。,（2）Cho胆碱复合物（甘油磷酸胆碱、磷酸胆碱和胆碱） 位于3.2ppm，与细胞膜磷脂代谢有关，参与细胞膜构成，并且是乙酰胆碱的前体； Cho升高，反映胶质增生、细胞增殖和膜转运增加。,（3）Creatine肌酸（ Cr ）和磷酸肌酸（ pCr ） 位于3.0ppm(少量位于3.94ppm) 作用:高能磷酸盐的储备形式及ATP和ADP的缓冲剂；其含量相对较稳定，常被作为1H MRS相对定量测量时的参照物。,（4）乳酸（Lactic acid） 位于1.3ppm, PRESS序列 TE=144ms时，呈倒置双峰 TE=288ms时，呈正置双峰 正常情况下检测不到，常出现于缺血缺氧
12、时。,（5）MI肌醇 位于3.6ppm 星形细胞内的一种重要的渗透递质，参与调节渗透压，营养细胞及生成表面活性物质；作为星形细胞的标志物。,（6）Glx谷氨酰胺及谷氨酸复合物 位于2.22.4ppm 一种兴奋性神经递质 在缺氧、肝性脑病或脑肿瘤等时升高,NAA,Cr,Cho,Lac,Glx,Cr,3.9 3.2 3.0 2.4 2.0 1.3 ppm,正常图象分析,NAA,Cho,Cr,VOI 1=30mm60mm,VOI 2=30mm60mm,癫痫 2DMRS,健康区SVS,健康区,正常脑组织波谱,肿瘤波谱,活检结果：桥脑胶质瘤,肿瘤组织波谱,灌注成像（PWI）,方法：1、增强：动态磁敏感对
13、比增强DSCMRI，需要注射对比剂；成像对象：短T2*血液（主要指含对比剂的血液）；2、非增强：动脉自旋标记ASLMRI，不需要注射对比剂；成像对象：磁化标记血液中的氢质子；,PWI的对比剂多采用目前临床上最常用的离子型非特异性细胞外液对比剂Gd-DTPA。对比剂用高压注射器快速注入周围静脉，采用时间分辨力足够高的快速MR成像序列对目标器官进行连续多时相扫描，通过检测带有对比剂的血液首次流经受检组织时引起组织的信号强度随时间的变化来反映组织的血流动力学信息。,常用参数,rCBF：脑血流量rCBV：脑血容量MTT：平均通过时间,放射性脑坏死T1增强rCBV,脑胶质瘤复发T1增强rCBV,脑中风,
