MRI基本原理及讀片醫(yī)學PPT

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磁共振成像,Magnetic Resonance Imaging,主要內容,醫(yī)學影像學概況及磁共振技術的發(fā)展 簡要介紹磁共振成像基本原理及概念 磁共振檢查方法及臨床應用 磁共振成像的主要優(yōu)點及限度 如何閱讀磁共振圖像 影像學檢查常見名詞概念 讀片,醫(yī)學影像學的形成,1895年R?entgen發(fā)現(xiàn)X線，形成放射診斷學（diagnostic radiology） 20世紀50年代出現(xiàn)超聲（ultrasonography,USG）檢查 20世紀60年代出現(xiàn)核素(ν-scintigraphy) 掃描 20世紀70年代出現(xiàn)CT(x-ray computed tomography,CT)檢查 20世紀80年代出現(xiàn)MRI(magnetic resonance imaging,MRI)檢查 20世紀80年代出現(xiàn)發(fā)射體層成像（emission computed tomography,ECT） 20世紀90年代正電子發(fā)射體層成像（positron emission tomography,PET) 20世紀70年代以后興起介入放射學(interventional radiology) 21世紀初出現(xiàn)CT-PET,X線源 體外放射源（核素） 聲能 磁場 微電子技術 計算機技術,醫(yī)學影像學各種技術涉及：,當今的醫(yī)學影像學內容包括： 傳統(tǒng)X線診斷學 　透視 照相 （普通Ｘ攝影、體層攝影） 造影 計算X線攝影 (computed radiography，CR) 數(shù)字X線攝影 （Digital radiography，DR) X線CT (computed Tomography， CT) 數(shù)字減影血管造影 （Digital Subtraction Angiography， DSA ） 介入放射學 （interventional radiology) 超聲成像（Ultrasonic Imaging）,發(fā)射型計算斷（體）層攝影（Emission computed Tomography， ECT ） 正電子發(fā)射型計算斷（體）層攝影（PositronEmission computed Tomography, PET ） 單光子發(fā)射型計算斷（體）層攝影（Singlephoton Emission computed Tomography, SPECT ） 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ,MRI） 分子影像學（Molecular Imaging）21世紀最前沿課題 技術： PET或PET-CT、MR、CT、光學成像（生物發(fā)光、熒光） 信息放射學系統(tǒng)（ radiology information system) 圖像存檔與傳輸系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication System, PACS) 影像科管理、quality control,QC、quality assurance,QA.,全新的醫(yī)學影像學在醫(yī)學領域的應用包括： ★ 影像診斷學：X線、CT、DSA、MRI、US、 ECT等。 ★ 影像介入性治療學：DSA、超聲、CT、MR等。 ★ 信息放射學：影像學工作管理、質控；影像 的傳輸與存儲（PACS）存儲、 傳輸、遠程會診（遠程放射學 teleradiology),,1946 發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象 Bloch Purcell 1971 發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時間長 Damadian 1973 做出兩個充水試管MR圖像 Lauterbur 1974 活鼠的MR圖像 Lauterbur等 1976 人體胸部的MR圖像 Damadian 1977 初期的全身MR圖像 Mallard 1980 磁共振裝置商品化 2003 諾貝爾獎金 Lauterbur Mansfierd,時間,發(fā)生事件,作者或公司,磁共振發(fā)展史,MR成像基本原理,實現(xiàn)人體磁共振成像的條件:,人體內氫原子核作為磁共振中的靶子，它是人體內最多的物質。H核只含一個質子不含中子，最不穩(wěn)定，最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象 有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）：常導型、永磁型、超導型。0.15－3.0T 梯度場和射頻場：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象 信號接收裝置：各種線圈 計算機系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等,磁共振成像的過程,人體內的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。 自然狀態(tài)下， H核進動雜亂無章，磁性相互抵消,,按照單一核子進動原理,質子群在靜磁場中形成的宏觀磁化矢量M,,,,,z,M,y,x,進入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負方向），正負方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號基礎,,,,,,,,,,Z,Z,Y,Y,X,B0,,X,MZ,MXY,,A:施加90度RF脈沖前的磁化矢量Mz B:施加90度RF脈沖后的磁化矢量 Mxy.并以Larmor頻率橫向施進 C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運動的形式傾倒到橫向平面,A,B,C,在這一過程中，產生能量,,B0,,,,,,,,,,,Z,Z,Z,Z,Z,,,,,,,,,,,,,Y,Y,Y,Y,Y,X,X,X,X,X,,90度,（3）－（5）該過程稱弛豫(relaxation)，即將能量（MR信號）釋放出來。整個弛豫過程實際上是磁化矢量在橫軸上縮短（橫向或T2弛豫），和縱軸上延長（縱向或T1弛豫）。而人體各類組織均有特定T1、T2值，這些值之間的差異形成信號對比,（1）靜磁場中,（2）90度脈沖,（3）脈沖停止后,（4）停止后一定時間,（5）恢復到平衡狀態(tài),縱向弛豫或稱自旋－晶格弛豫 (T1弛豫),橫向弛豫或稱自旋自旋弛豫 (T2弛豫),● 人體——進入磁場——磁化——施加射頻脈沖、H核磁矩發(fā)生90。偏轉，產 生能量——射頻脈沖停止、弛豫過程開始，釋放所產生的能量（形成MR信 號）——信號接收系統(tǒng)——計算機系統(tǒng) ● 在弛豫過程中，即釋放能量（形成MR信號），涉及到2個時間常數(shù)：縱向 弛豫時間常數(shù)—T1；橫向弛豫時間常數(shù)—T2 ● 加權（weighted ）的概念：MR成像過程中，T1、T2弛豫二者同時存在， 只是在某一時間內所占的比重不同。如果選擇突出縱向（T1）弛豫特征的 掃描參數(shù)（脈沖重復時間和回波時間，以毫秒計）用來采集圖像，即可得 到以 T1弛豫為主的圖像，當然其中仍有少量T2弛豫成分，因是以T1 弛豫 為主，故稱為T1加權像（weighted Imaging WI）。如果選擇突出橫向 （T2）弛豫特征的掃描參數(shù)采集圖像……… 加權或稱權重，有側重、為主的意思 ● 因為人體各種組織如肌肉、脂肪、體液等，各自都具有不同的T1和T2弛豫 時間值，所以形成的信號強度各異，因此可得到黑白不同灰度的圖像,磁共振常規(guī)檢查圖像的特點,層面成像、成像參數(shù)多、任意多方位直接成像、血管流空效應,,人 體 不 同 組 織 的 MR 信 號 特 點,黑白灰度對比：X光片、CT均以密度高低為特征 MR圖象是以信號高低/強弱為特征 水： 長T1（黑）、長T2（白） 骨皮質、完全性的鈣化：黑（無信號） 脂肪：短T1（白）、短T2（暗灰） 血流：常規(guī)掃描為流空（黑） 肌肉：長T1（黑）、短T2（黑） 大多數(shù)腫瘤：長T1、長T2 黑色素瘤：短T1、短T2,磁 共 振 成像 檢 查 方 法,MR檢查方法,普通檢查：采用不同脈沖序列、不同方位，對病變部位進行掃描（包括脂肪或水抑制）。,FS,FLAIR（Fluid Attenuated Inversion Recovery) 抑制水的重度T2加權像,也稱黑水技術。即抑制自由水，如腦脊液，對鄰近腦脊液病變的顯示更有利。,增強檢查：靜脈內注射造影劑進行掃描，用于鑒別診斷等。MR所用造影劑與CT的造影劑不同，除不是碘劑不存在過敏之外，其作用的原理也不同。,MR造影劑 （順磁性物質）是改變病變部位磁環(huán)境，縮短H質子的T1、T2弛豫 （但T2的縮短不如T1明顯） 造影劑入血行——病變組織間隙—— 與病變組織大分子結合——T1馳豫接近脂肪或Larmor頻率———T1縮短——強化（白），（稱間接增強） 影響因素：病變區(qū)的血流；灌注；血腦屏障。與血液內的藥濃度不絕對成正比，達一定濃度后不起作用。,直接提高 病變區(qū)X線衰減值 （稱直接增強）,,,CT造影劑 （碘制劑）,血管豐富程度 血流灌注如何 血液內碘濃度高低 血腦屏障完整與否,,特殊檢查：,,? 血管成像（Magnetic Resonance Angiography MRA）利用流動的血液進行血流的直接成像 可用于動脈或靜脈的檢查，若同時使用造影劑，稱增強血管成像（CE-MRA)。 血管成像用于血管畸形、動脈瘤、血管狹窄或閉塞。但目前仍不能代替DSA。 特點：簡便、無創(chuàng)傷,,? 水成像,膽道成像（Magnetic Resonance Cholangio-pancreatography ）MRCP 不使用造影劑，利用膽汁（水）進行成像。用于膽道梗阻檢查。,,,,尿路成像（Magnetic Resonance Urography）MRU 不使用造影劑，利用尿液進行成像。,,硬膜囊成像（Magnetic Resonance Myelography）MRM 不使用造影劑，利用腦脊液進行成像。,內耳膜迷路成像（Magnetic Resonance Labyrinthography) MRL 不使用造影劑利用迷路內的淋巴液進行成像。,結腸水成像:向結腸內注入水后，進行結腸人工 水造影。胃、小腸也同樣可進行此項檢查。,? 仿真內窺鏡：同CT一樣，利用計算機所作的圖像的后處理技術之一,? MRI三維重建,,? MR電影成像（Magnetic Resonance cine MRC ）:對運動的臟器實施快速成像。采集臟器運動中的不同時段（時相）的“靜態(tài)”圖像，再利用計算機技術快速、連續(xù)顯示。例如：關節(jié)、心臟等。,正常心臟電影（靜態(tài)圖）,,動畫,輕看flash,? 功能MR成像(fMRI):從范圍上有 1、灌注加權成像(Perfusion-Weighted Imaging) PWI包括外源性和內源性。2、彌散加權成像(Diffusion-Weighted Imaging)DWI 3、MR波譜分析(Magnetic Resonancespectroscopy)MRS,,神經元興奮區(qū)興奮性,,,興奮區(qū)靜脈血中氧和血紅蛋白相對,,去氧血紅蛋白相對,,,去氧血紅蛋白 的順磁作用， 可使T2*信號,,,由于去氧血紅蛋白的減少,,神經元興奮區(qū)信號相對,,內源性PWI稱血氧水平依賴法（BOLD）簡單原理,外源性灌注加權成像PWI：用超快速MR掃描技術，進行造影劑跟蹤，顯示造影劑首次通過的組織血流灌注情況并依需要作延遲增強（常用于腦、心肌的檢查）,彌散加權成像DWI：是以MR流動效應為基礎的成像方法。與MRA不同的是：MRA觀察的是宏觀的血流現(xiàn)象，而DWI觀察的是微觀的水分子流動擴散現(xiàn)象,腦發(fā)生缺血時,PWI先有異常,出在6小時內(超急期),此時溶栓治療, 療效最佳；若出現(xiàn)DWI異常時,則易出血；若T2WI出現(xiàn)病灶時,則為不可逆的。 PWI-DWI-T2WI,腦彌散加權成像（DWI）是使用一對大小相等、方向相反的擴散敏感梯度場。該梯度場對靜止組織作用的總和為零，但水分子在不斷擴散，受該梯度場影響而產生相位變化。梗死區(qū)域水含量增加，其早期細胞毒性水腫使水分子擴散下降，而在產生T2信號改變之前，在DWI顯示出早期的腦梗死。,右側急性輕癱，癥狀4小時,T2加權像無異常,同一時間，彌散加權像（4秒）見大片高信號,C-E同一時間，團注對比劑5-10秒內的灌注成像。缺血區(qū)顯示對比劑到達延遲（C）。D為病變區(qū)對比劑消散延遲。E為45秒后灌注基本趨于正常,理解彌散成像的原理,細胞正常，水分子游動自由。,細胞毒性水腫時，較多的細胞外 液進入細胞內，使細胞內、外水 分子游動緩慢,胞,,,,細,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,水,,,子,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,分,DTI 的 物 理,神經束對MR機的三個軸(X,Y,Z,)的關系形成其在MR成像中的方向性,并導致與方向有關的彌散測量(各向異性),3-D彌散呈橢圓形,三個本征矢量代表其彌散方向,本征值確定其形態(tài),本征矢量 本征值,本征值,三個本征矢量的矩陣,源于彌散方向性的張量(ADC’),,,弓形纖維的神經束圖,弓形纖維,短聯(lián)合纖維束,,,a,胼胝體的神經束圖,冠狀面 (與彩色編碼的FA 圖融合）,橫斷面,矢狀面,,胼胝體 上縱束 下縱束 皮質脊髓束,,,,,,,,,多神經束的神經束圖,矢狀面,橫斷面,各神經束可隨意標示為各種不同顏色,FLAIR,T2WI,T1WI C+,T1WI C-,腦膜上皮型腦膜瘤,常規(guī)MRI顯示腦膜瘤的典型表現(xiàn),何神經束受犯？,良性腦膜瘤瘤？,較大量瘤細胞浸潤？,,,,上縱束向下移位,,腦膜上皮型腦膜瘤,彩色編碼的FA圖,神經束成像圖,彩色編碼的FA圖,在彩色編碼的FA圖和神經束成像圖上顯示一良性腫瘤所造成的神經束推移征，即上縱束和放射冠被推移，但仍保持原來色彩，符合腦膜瘤的診斷。顯示膠元纖維所構成之腫瘤包膜 （箭）,腫瘤呈神經束推移型表現(xiàn)，提示瘤周無腫瘤細胞浸潤，為良性腫瘤，符合腦膜瘤診斷。,,放射冠,,,,膠元纖維構成的包膜。,,MR心肌灌注成像,造影劑首次通過相 造影劑延遲增強相 診斷 1、正常的心肌 2、缺血的心肌 3、心肌梗死后心肌存活狀況（頓抑心肌及冬眠心?。? 4、死亡心肌,心肌缺血發(fā)現(xiàn)的敏感性和特異性：MR灌注成像：敏感性92％－94％，特異性87％－96％。ECT：敏感性65％，特異性82％,磁共振波譜（MRS）：研究人體能量代謝病生理改變。通過顯示組織生化學波譜，發(fā)現(xiàn)病變，這種生化代謝異常更早于病理形態(tài)學異常。MRI + MRS = 診斷 ，更敏感、更早期、更特異,MRS是一種化學位移技術。均勻磁場中，同種元素的同一種原子由于其化學結構差異，拉莫爾頻率也不相同，這種頻率差異稱化學位移 MRS實際是某種原子的化學位移分布圖。橫軸：化學位移，縱軸：各種具有不同化學位移原子的相對含量,MR全身一次成像,水知道：答 案,磁 共 振 成 像 主 要 優(yōu) 點 與 限 度,MR檢查的主要優(yōu)點,? 無射線、成像參數(shù)多、直接多方位成像 ? 不使用造影劑可進行血管或流體成像，無創(chuàng)性 ? 腦、脊髓、椎間盤檢查中具有其他任何影象檢查 不能取代的優(yōu)勢 ? 骨關節(jié)系統(tǒng)顯示病變敏感，軟骨及軟組織分辨好 ? MR的生理、功能成像突破了影象學以大體病理形 為診斷依據的傳統(tǒng)模式 ? 數(shù)據重建技術做三維立體重建或仿真內窺鏡顯示,MR檢查的限度及存在的問題,? 某些病變定性困難 ? MR成像仍相對較長（主要是限于信號采集） ? 運動偽影 ? 某些部位的血管成像尚需DSA、如冠脈，某些血管 性病變術前的金標準仍借助DSA ? 引進和檢查費用相對昂貴 ? 禁忌癥：帶心臟起搏器、胰島素泵、體內金屬 假肢、眼球內金屬異物，顱內動脈瘤銀夾術后 時間較短者 ? 嚴重不合作者，精神病，危重病人，幽閉恐怖癥,怎樣閱讀常規(guī)檢查的MR圖像,1、熟悉圖像上的常用標記：姓名、年齡、日期、左右、層厚以 及增強的標記等 2、仔細觀察每一幀圖像，目的在于發(fā)現(xiàn)疾病或異常的征象 3、當發(fā)現(xiàn)病變后，應看其病變在T1加權、T2加權上的信號特 征，是高信號／低信號／等信號／混雜信號／無信號 4、通過不同方位圖像觀察，確定病變形態(tài)、數(shù)量、大小、位置5、觀察病變鄰近器官或組織結構有無異常：受壓、移位（占位 效應）；擴張、增大（失空間效應）；破壞或吸收；等等 6、增強掃描觀察病變有無強化及強化程度；延遲掃描強化特點 7、綜合MR所見，結合臨床及其他影像學檢查材料作出診斷,常用術語 ? 陰影、密度、回聲、信號 ? 增強掃描 ? 強化 ? 高密度、低密度、等密度、混雜密度 ? 高信號、低信號、等信號、混雜信號 ? 占位效應、失空間效應 ? 窗技術,影像學中常見的名詞概念的一般性了解 陰影、回聲、信號 密度：影像學術語。密度有雙重含義，即物質密度與影像密度二 種。物質密度系指單位體積內的物質質量，由物質的組成 成分和空間排布情況決定。影像密度則指照片上模擬影像 的黑化程度，即對光的吸收程度 高密度、低密度、等密度、混雜密度：影像學術語 在CT或X線檢查中，以相鄰結構作參照，進行興趣區(qū) 密度的判定。傳統(tǒng)的X線技術僅以肉眼作大致的分辨，而 CT則可獲得標定的密度值，即CT值，獲得病變密度的定量。 CT值：影像學術語。在CT掃描中，X線衰減系數(shù)的單位。（CT 圖像中興趣區(qū)組織的密度單位）,窗技術：影像學術語。包括窗位（窗中心）、窗寬 數(shù)字成像使用的后處理技術。人眼密度分辨能力僅16－20個灰階，不能同時區(qū)分數(shù)字影像全灰階（如CT有2000個灰階）。若在數(shù)字化影像上以某一灰階為中心點，使該中心上、下一定范圍內的灰階作選擇性顯示（獲得病變區(qū)最適宜肉眼觀察的灰度對比），該中心即為窗位處理（window level processing） 同理，僅選擇性顯示某一定范圍的部分灰階，而該范圍之上、下的灰階則均從圖像上刪除（全“白”或 “黑”），這稱為窗寬處理（window width processing）。這猶如在一面很寬的墻面上開窗，使觀者只能透過開的窗子觀察到限定范圍的窗外景物，但看不到窗子允許觀察的視野以外的景物 窗技術并不改變原始圖像信息，是回顧性實施的，可以任意設置、重復和調整,,,,,,,,,,,,,,,0,4095,0,-1000,+1000,2000,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全白,全黑,,空氣,水,骨,脂肪,軟組織,MR,CT,增強掃描（增強檢查）：影像學術語 在CT或MR檢查中，當普通掃描（平掃）不能滿足診斷時， 采取向靜脈內注入對比劑，利用對比劑在不同組織內的分布差異， 使組織間的密度或信號強度差別增大。這種方法稱增強檢查。一般以平掃為基礎 強化：影像學術語 在CT或MR的增強檢查中,通過靜脈內注射對比劑，使組織的 密度增高或信號增強的這種變化稱為強化 無論CT或MR，在增強檢查中，一些正常的組織結構可以出現(xiàn)強化，稱生理性強化；凡正常時不應出現(xiàn)強化的組織結構出現(xiàn)強化則稱病理性強化，或異常強化 病變出現(xiàn)強化時，一定程度上反映病變的血供情況、血流灌 注特點以及血腦屏障的完整程度，對判斷病變的性質有幫助,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,層面成像的部分容積效應,,,占位效應與失空間效應,窗技術,肺窗,縱隔窗,平掃與增強,大家一起讀片,一、顱腦正常MR表現(xiàn),M,1y,小腦梗塞與腦池,新鮮與陳舊腦梗塞 1,新鮮與陳舊腦梗塞 2,血管周圍間隙（Vircho-Robin spaces),外傷性,血腫破入蛛網膜下腔,中線移位,腦出血破入腦室（腦室鑄型）,腦出血 CT,腦出血 MRI,T2WI,T1WI,T2WI,2例陳舊性血腫 （外囊區(qū)）,右側額葉星形細胞瘤 MR平掃及增強,右側頂區(qū)腦膜瘤 MR平掃及增強,垂體正常平片,垂體瘤平片,垂體正常MRI表現(xiàn),平掃,增強,垂體微腺瘤,垂體大腺瘤,右側聽神經瘤MR,亞急性硬膜外 血腫MRI,亞急性硬膜下 血腫MRI,FLAIR,腦內多發(fā)性血腫MRI,CO中毒MR,急性甘蔗中毒,治療3個月后,腦囊蟲MR平掃和增強、CT平掃表現(xiàn),,男,43歲,頭疼、嘔吐、左側半身不利9天,5天前有高熱,白細胞2萬。,3月－6日,3月－1日,平掃,增強掃描,治療后第12日,第10日,Chiari’畸形(3例）,男70歲，額葉萎縮,外傷后腦萎縮（腦干）,小腦萎縮,女，6歲，突發(fā)癲癇,男，36歲，左側劇烈頭疼,正常頸椎,,正常胸椎,正常腰椎,椎間盤突出,椎間盤突出，頸髓損傷,脊椎關節(jié)病,黃韌帶肥厚,固有性椎管狹窄,脊膜瘤,胸椎轉移瘤侵犯硬膜外,左下肺癌,小細胞肺癌,正常心臟電影（靜態(tài)圖）,MRI T2WI,MRI T1WI,MRCP （MR膽胰管水成像）,正常胰腺MRI表現(xiàn),增強掃描,T2,T1,肝囊腫,肝囊腫,膽囊頸部及膽總管結石,肝癌,左腎癌,平掃,增強,女，9歲，血尿。,Wilms氏瘤,男，51，無自覺癥狀，超聲發(fā)現(xiàn)雙側腎上腺占位病變。,右側腎上腺嗜鉻細胞瘤,男，4歲。左側腎上腺神經母細胞瘤,多囊肝、多囊腎,,,祝大家學習生活愉快！,