mri成像原理課件

1、磁共振成像原理,永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院影像系歐陽(yáng)光,第六部分,MR特殊成像,MR擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)（DWI）擴(kuò)散的基本概念：是指分子熱能激發(fā)而使分子發(fā)生一種微觀、隨機(jī)的平移運(yùn)動(dòng)并相互碰撞，也稱分子的熱運(yùn)動(dòng)或布朗運(yùn)動(dòng)。因此由于一般人體MR成像的對(duì)象是質(zhì)子， DWI技術(shù)實(shí)際上檢測(cè)的是人體組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。,DWI的原理,如果在SE-EPI序列180?復(fù)相脈沖的兩側(cè)各施加一個(gè)梯度場(chǎng)，這兩個(gè)梯度場(chǎng)的方向、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間完全相同實(shí)現(xiàn)相位重聚

2、，從而出現(xiàn)兩種情況。（1）在體素內(nèi)梯度場(chǎng)施加方向上位置沒有移動(dòng)的質(zhì)子，造成是一種恒定的磁場(chǎng)不均勻，180?復(fù)相脈沖可以剔除這種恒定的磁場(chǎng)不均勻引起的質(zhì)子失相位。（2）在體素內(nèi)梯度場(chǎng)施加方向上有位置移動(dòng)的質(zhì)子。質(zhì)子在移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)動(dòng)頻率發(fā)生變化，從而造成相位離散。,水分子在敏感梯度場(chǎng)方向上擴(kuò)散越自由，則在擴(kuò)散梯度場(chǎng)施加期間擴(kuò)散距離越大，經(jīng)歷的磁場(chǎng)變化也越大，則組織的信號(hào)衰減越明顯。反之，在DWI上組織的信號(hào)衰減越明顯則提示其中的水分子在

3、梯度場(chǎng)方向上擴(kuò)散越自由。DWI通過(guò)測(cè)量施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)前后組織發(fā)生的信號(hào)強(qiáng)度變化，來(lái)檢測(cè)組織中水分子擴(kuò)散狀態(tài)（自由度及方向），后者可間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其變化。,表觀擴(kuò)散系數(shù) ：ADC = ln（SI低/SI高）/（b高－b低） SI低表示低b值DWI上組織的信號(hào)強(qiáng)度（b值可以是零）；SI高表示高b值DWI上組織的信號(hào)強(qiáng)度；b高表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然對(duì)數(shù)。從式中可以看出，要計(jì)算組織的ADC值至少需要利用2個(gè)

4、以上不同的b值。,圖a為序列結(jié)構(gòu)圖，90?脈沖激發(fā)后，在180?脈沖的前后各施加一個(gè)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和方向均相同的擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)，180?復(fù)相脈沖將產(chǎn)生一個(gè)自旋回波信號(hào)，由于180?兩側(cè)的梯度場(chǎng)完全相同，沒有位置移動(dòng)的水分子中質(zhì)子將不會(huì)因?yàn)樘荻葓?chǎng)而發(fā)生相位離散，而在擴(kuò)散梯度場(chǎng)方向上位置移動(dòng)的質(zhì)子相位將發(fā)生離散，從而引起組織信號(hào)信號(hào)衰減。,DWI的臨床應(yīng)用 ：主要用于超急性腦梗塞的診斷和鑒別診斷，急性腦缺血缺氧造成的主要是細(xì)胞毒性水腫。,

5、彌散成像,CT T2 FLAIR TOF REF2 READ PHASE SLICE,DWI ADC Trace Trace Area Peak,Diffusion Weighted Imaging after Stroke,ADC,T2,1h,2h,4h

6、,8h,24h,彌散張量成像（DTI）,是目前最理想的測(cè)量擴(kuò)散的方法。 是目前唯一一種追蹤腦白質(zhì)纖維并反映其解剖連通性的方向。,彌散張量成像（ DTI）,水分子的自由運(yùn)動(dòng) 稱為彌散，在腦脊 液和腦灰質(zhì)中的水 分子的彌撒運(yùn)動(dòng)基 本上是各項(xiàng)同性的。可用擴(kuò)散球形體表示。,水分子在自由狀態(tài)下的彌散是各向同性的,如果分子擴(kuò)散取決于方向，方向不一致，稱為各向異性的擴(kuò)散,可用擴(kuò)散橢圓體表示。,DTI就是一種用數(shù)學(xué)的方法來(lái)表示腦組織內(nèi)水分

7、子彌散的各項(xiàng)異性,,,,白質(zhì)纖維內(nèi)的ADC值,白質(zhì)纖維束的形態(tài)類似于一個(gè)長(zhǎng)橢圓形,,,,,,,ADC = 1.2 x 10-5 cm2/s,ADC = 0.3 x 10-5 cm2/s,II,擴(kuò)散張量成像 MR圖像的每一個(gè)體素內(nèi)提供水分子擴(kuò)散3×3擴(kuò)散張量D分布，用高斯（Gaussian）分布表示6個(gè)方向標(biāo)量： 3個(gè)正交方向（X、Y，Z） 沿四面體3個(gè)方向（XY，XZ，YZ）

8、 多個(gè)參數(shù)（FA、RA、RI等）,水分子擴(kuò)散各向同性和各向異性 擴(kuò)散：布朗運(yùn)動(dòng)（Brownian motion） 影響因素：分子質(zhì)量 分子間相互作用(分子間的粘性) 溫度 屏障或特異結(jié)構(gòu),3T的場(chǎng)強(qiáng)可以進(jìn)行高分辨率的DTI成像,5mm層厚,2mm層厚,場(chǎng)強(qiáng)對(duì)DTI的影響,彌散張量成像（ DTI）,高

9、分辨率采集,常規(guī)采集,FA像 6axis 9axis 21axis 55axis,GRE tensor 與SE Tensor 比較,SE-EPI 彌散張量成像,GRE-EPI 彌散張量成像,DTI后處理容積比率（VR）:是橢圓體的體積比上半徑為平均擴(kuò)散率的球形體積，值范圍從0-1。相對(duì)各向異性（RA）:本征值相對(duì)于他們的平均值的變異值。部

10、分各向異性（FA）:是擴(kuò)散張量中的各向異性成分與整個(gè)擴(kuò)散張量的比值，值范圍從0-1。,每一個(gè)層面均可獲得： 一個(gè)T2圖像 一個(gè)擴(kuò)散軌跡權(quán)重圖 一個(gè)擴(kuò)散軌跡表觀擴(kuò)散系數(shù)圖 一個(gè)計(jì)算得到的相對(duì)各向異性圖主要效應(yīng)擴(kuò)散率（本征值λ1、 λ2 、 λ3 ）本征向量X、Y、Z的計(jì)算應(yīng)用專用軟件就可將纖維的方向用最大本征值的本征向量疊加在解剖背景圖上顯現(xiàn)。為了突出灰質(zhì)和白質(zhì)，T2WIs常用著背景圖。,最

11、大本征值（ λ1 ）的本征向量被認(rèn)為代表纖維的方向。腦白質(zhì)彩色圖的產(chǎn)生是基于每個(gè)體素的本征向量的3個(gè)相量元素向量元素的絕對(duì)值被賦予不同的顏色：紅（代表x元素）、綠（代表y元素）、蘭（代表z元素）。每個(gè)體素顏色強(qiáng)度由FA值大小校準(zhǔn)。,多發(fā)性腦硬化,正常,II級(jí)星形細(xì)胞瘤,脊髓腫瘤纖維束跟蹤,磁共振波譜（MRS）,一種利用核磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用對(duì)一系列原子核及其化合物進(jìn)行分析的方法。MRS是目前無(wú)損傷性的研究人體器官和組織代謝、生

12、化改變及化合物定量分析的方法之一。,化學(xué)位移 同一種原子核，在不同的分子中，由于周圍電子云的結(jié)構(gòu)、分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，周圍電子云對(duì)其產(chǎn)生不同的屏蔽作用——磁屏蔽（化學(xué)環(huán)境）,1H在H2O和脂類(-CH3)具有不同的化學(xué)環(huán)境，則有不同的進(jìn)動(dòng)頻率： ? = ? ? B = ? ? （1-?）B0 ?---屏蔽常數(shù),?不同，即使在同一B0中，不同的化合物的相同原

13、子核由于其所處的化學(xué)環(huán)境不同，其周圍磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)有細(xì)微變化，共振頻率也會(huì)有所差別——化學(xué)位移 在1.5T主磁場(chǎng)中， H2O和脂類中的1H的共振頻率分別為63.75Hz及210Hz（相差3ppm）化學(xué)位移的單位表述①赫茲（Hz）②相對(duì)值（ppm）：頻率的百萬(wàn)分之一,技術(shù)方法,參考像,,選取ROI,,空間定域,,勻場(chǎng),,抑水,掃描,,波譜分析,以分針（長(zhǎng)細(xì)箭）表示進(jìn)動(dòng)較快的水分子中質(zhì)子，以時(shí)針（短空箭）表示進(jìn)動(dòng)較慢的脂肪

14、中質(zhì)子。射頻脈沖激發(fā)時(shí)刻（t0），由于射頻脈沖的聚相位作用，兩種質(zhì)子的相位一致（圖a），相當(dāng)于12點(diǎn)整；射頻脈沖關(guān)閉后，由于水分子中質(zhì)子進(jìn)動(dòng)較快，其相位將超前于脂肪中質(zhì)子，到一定時(shí)刻（t/），其相位將超過(guò)后者半圈，即相差180?（圖b），相當(dāng)于6點(diǎn)整，這時(shí)由于相位相差180?，這兩種質(zhì)子的橫向磁化矢量相互抵消，如果此時(shí)采集回波得到的將是反相位圖像；過(guò)了此時(shí)刻后，水分子中質(zhì)子的相位將超前脂肪中質(zhì)子更多，經(jīng)過(guò)與（t/ －t0）相同的時(shí)間段后

15、，其相位將比脂肪中質(zhì)子超前一整圈（360?），實(shí)際上又重疊在一起（圖c），相當(dāng)于24點(diǎn)整，兩種質(zhì)子的橫向磁化矢量相互疊加，此時(shí)如果采集回波得到的將是同相位圖像。,掃描序列,（1）激勵(lì)回波序列三個(gè)相互垂直的90°RF脈沖；優(yōu)點(diǎn)：TE短，對(duì)短T2化合物受J耦合影響少；缺點(diǎn)：信噪比低 對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感 對(duì)磁場(chǎng)均勻度等要求嚴(yán)格,（2）點(diǎn)解析波譜（PRESS） 兩個(gè)180 &#

16、176;脈沖后，再跟一個(gè)90 °脈沖 優(yōu)點(diǎn)：適于長(zhǎng)TE化合物， 信噪比高 對(duì)運(yùn)動(dòng)不敏感 對(duì)磁場(chǎng)要求相對(duì)低 缺點(diǎn)：易受J耦合影響,常見化合物的化學(xué)位移,（1）NAA——氮-乙酰天門冬氨酸 位于2.0ppm 主要位于神經(jīng)元上，是公認(rèn)的

17、神經(jīng)元標(biāo)志物， NAA降低往往提示神經(jīng)元的脫失或功能障礙。,（2）Cho——膽堿復(fù)合物（甘油磷酸膽堿、磷酸膽堿和膽堿） 位于3.2ppm，與細(xì)胞膜磷脂代謝有關(guān)，參與細(xì)胞膜構(gòu)成，并且是乙酰膽堿的前體； Cho升高，反映膠質(zhì)增生、細(xì)胞增殖和膜轉(zhuǎn)運(yùn)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:高能磷酸鹽的儲(chǔ)備形式及A

18、TP和ADP的緩沖劑；其含量相對(duì)較穩(wěn)定，常被作為1H MRS相對(duì)定量測(cè)量時(shí)的參照物。,（4）乳酸（Lactic acid） 位于1.3ppm, PRESS序列 TE=144ms時(shí)，呈倒置雙峰 TE=288ms時(shí)，呈正置雙峰 正常情況下檢測(cè)不到，常出現(xiàn)于缺血缺氧時(shí)。,（5）MI——肌醇 位于3.6ppm 星形細(xì)胞內(nèi)的一種重要的滲透遞質(zhì)，參與調(diào)節(jié)滲透壓，營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞及生成表面活性物質(zhì)；

19、作為星形細(xì)胞的標(biāo)志物。,（6）Glx——谷氨酰胺及谷氨酸復(fù)合物 位于2.2~2.4ppm 一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì) 在缺氧、肝性腦病或腦腫瘤等時(shí)升高,NAA,Cr,Cho,Lac,Glx,Cr,3.9 3.2 3.0 2.4 2.0 1.

20、3 ppm,正常圖象分析,,,,,,,,,,,,,,,,,NAA,Cho,Cr,,,,,,VOI 1=30mm×60mm,VOI 2=30mm×60mm,癲癇 2DMRS,健康區(qū)SVS,健康區(qū),正常腦組織波譜,腫瘤波譜,活檢結(jié)果：橋腦膠質(zhì)瘤,腫瘤組織波譜,灌注成像（PWI）,方法：1、增強(qiáng)：動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)DSC—MRI，需要注射對(duì)比劑；成像對(duì)象：短T2*血液（主要指含對(duì)比劑的血液

21、）；2、非增強(qiáng)：動(dòng)脈自旋標(biāo)記ASL—MRI，不需要注射對(duì)比劑；成像對(duì)象：磁化標(biāo)記血液中的氫質(zhì)子；,PWI的對(duì)比劑多采用目前臨床上最常用的離子型非特異性細(xì)胞外液對(duì)比劑Gd-DTPA。對(duì)比劑用高壓注射器快速注入周圍靜脈，采用時(shí)間分辨力足夠高的快速M(fèi)R成像序列對(duì)目標(biāo)器官進(jìn)行連續(xù)多時(shí)相掃描，通過(guò)檢測(cè)帶有對(duì)比劑的血液首次流經(jīng)受檢組織時(shí)引起組織的信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化來(lái)反映組織的血流動(dòng)力學(xué)信息。,常用參數(shù),rCBF：腦血流量rCBV：腦血容量