第三版医学影像技术学MRI讲义

第三版医学影像技术学MRI讲义
第一节磁共振成像原理及磁共振成像仪
一、成像原理
磁化产生一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量
共振对机体施加一个特定频率的射频脉冲，使宏观纵向磁化矢量偏转，产生一个横向磁矢量
核质子进动频率=磁旋比x磁场强度(W=rB)
弛豫接收质子驰豫过程中其横向磁化矢量切割接收线圈产生的电信号(MR信号) →MR图像
纵向弛豫（又称T1弛豫）：射频脉冲关闭后,宏观纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大的过程
T1值（即T1弛豫时间）：射频脉冲关闭后，组织宏观纵向磁化矢量由零恢复到其最大的63﹪所用的时间间隔，称为该组织的T1值。

横向弛豫（又称T2弛豫）：射频脉冲关闭后,横向磁化矢量从最大逐渐减小直至完全衰减的过程
T2值（即T2弛豫时间）：射频脉冲关闭后，组织宏观横向磁化矢量衰减到其最大值的37﹪所用的时间间隔，称为该组织的T2值。

二磁共振成像仪
磁共振成像仪通常由主磁体、梯度系统、射频系统、控制系统及辅助设备等五部分构成。

一）主磁体
主磁体的性能指标包括磁场强度、磁场均匀度、磁场稳定性及主磁体的长度和有效孔径。

1.分类
1）.据磁体场强的高低分类：
2）.据磁体的类型分类：永磁型和电磁型
永磁型：产生磁场的磁体采用稀土永磁材料铸造而成。

优点：缺点：
电磁型：常导型和超导型
常导型：
超导型：产生磁场的磁体线圈导线采用的是铌钛合金等超导材料制成，且线圈浸泡在绝对温标-268.8℃的液氦中。

优点：缺点：
二）梯度磁场系统
梯度磁场系统是磁共振成像仪的核心之一，它的性能关系到成像速度和成像质量。

梯度磁场最主要的作用是：选层及提供MR信号的三维坐标信息。

梯度磁场功能：提供层面选择梯度、相位编码梯度、频率编码梯度。

此外，可根据成像需要提供流动补偿梯度、扩散敏感梯度场等。

层面选择
相位编码
频率编码
三）射频系统
射频系统的作用：发射射频脉冲（RF）激发机体内的质子产生共振，并接收质子在驰豫过程中发出MR信号。

射频线圈有发射线圈和接收线圈之分。

发射线圈发射的射频脉冲的能量与射频脉冲强度和持续时间成正比。

四）控制系统
是MRI仪的大脑，控制着脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。

五）辅助设备部份磁屏蔽,射屏屏蔽,液氦及水冷却系统,空调机,图像传输、存储及胶片处理系统
第二节常用脉冲序列及其应用
脉冲序列指系统施加射频脉冲、梯度场及信号采集方式等相关参数的设置及它们在时间顺序上的排列称为MRI的脉冲序列。

MRI脉冲序列按其设计的不同特点命名为：
※自旋回波脉冲序列SE（Spin echo）
※梯度回波脉冲序列GRE（Gradient echo ）
※反转恢复脉冲序列IR（Inversion recovery）
一自旋回波脉冲序列（Spin echo，SE）
该脉冲序列先发射一个90o激励射频脉冲，间隔数十毫秒，再发射一个180o重聚相脉冲，使质子相位重聚，产生MR信号。

SE序列是MRI的经典脉冲序列
优点: 能真实反映组织H质子的T1驰豫、T2驰豫和质子密度特性；图像具有良好的信噪比和组织对比度；对磁场的不均匀敏感度低。

缺点：扫描时间较长
快速自旋回波脉冲序列：
一个90o脉冲激励之后,利用多个180o聚相脉冲采集多个自旋回波，故在一个TR周期内可以填充多条相位编码线。

优点：缩短扫描时间；减少运动伪影提高图像质量。

缺点：回波次数过长时将增加图像模糊，并影响图像的对比度
二反转恢复脉冲序列（Inversion Recovery IR）
也称反转恢复自旋回波脉冲序列（IRSE），此脉冲序列特点是在施加90o射频脉冲前，先施加一个180o反转脉冲。

反转时间（TI）：在反转恢复序列中，180o反转脉冲中点到90o 射频
脉冲中点的时间间隔。

临床应用：
（1）增加T1的对比：选择中等长度的TI、短TE获得重T1WI，其对比度好。

（2）脂肪抑制（STIR）:主要用于抑制T1WI中脂肪的高信号。

不能应用于的增强检查。

（3）液体抑制反转恢复（FLAIR)：用于抑制T2WI和PDWI中脑脊液的高信号
优点：可通过控制反转恢复时间（TI）的长短，根据临床需要获得对比度好的重T1WI、水抑制像（FLAIR）或脂肪抑制像（STIR）。

缺点：扫描时间长
三梯度回波脉冲序列（GRE）
用小于90o的射频脉冲激励氢质子；在频率（读出）编码方向施加一对极性相反强度相同梯度场采集回波信号。

优点: 扫描时间短；磁场不均匀性敏感，
缺点：图像信噪比低于SE序列；磁敏感伪影重
第三节磁共振成像参数与图像质量
一、加权成像
人体内不同组织具有其固有的T1驰豫时间、T2驰豫时间及质子密
度值,我们通过对成像参数的调整及成像脉冲系列的选择，使获得的MR 图像主要反映组织某方面的特性，尽量抑制组织的其他特性，这就是”加权”成像。

我们分别把主要反映组织T1、T2驰豫时间和质子密度N（H）特征的图像，相应的称为T1加权像(T1WI)，T2加权像(T2WI)和质子密度加权像(PDWI)。

T1加权像：
用短TR，短TE来获得T1WI。

在T1WI中，组织间的对比度是由组织的T1值决定的：T1越短，信号越高；T1越长，信号越低。

T2加权像：
用长TR、长TE获得T2WI。

在T2WI中，组织间的对比度是由组织的T2值决定的：T2越长，信号越高，T2越短，信号越低。

质子密度加权像：
用长TR，短TE获得。

在梯度回波（GRE）脉冲序列，图像的权重程度虽与TR的长短有一定关系，但主要取决于偏转角的大小。

二、MR成像参数与图像质量
图像质量控制指标：信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）、
空间分辨率及扫描时间
※1、信噪比（SNR）：
指MR信号强度和背景随机噪声强度的比值。

组织的MR信号
越强,图像的SNR越高，图像清晰度越高；噪声越小，图像SNR 越高。

信号：某一感兴趣区内所有体素的信号强度的平均值。

是净磁
化矢量在横向平面进动时在接受线圈内感应出的电流，这些信号是成像的基础。

噪声：主要来源于患者体质结构、检查部位及系统设备电子
系统产生的不需要的信号。

影响MR图像信号的因素：
1）、重复时间（TR）：指脉冲序列中相邻两个激励脉冲的时间
间隔。

在SE序列指相邻两个90o激励脉冲中点的时间间隔。

TR决定着纵向磁化恢复的量，TR→量↑→SNR↑，
2）、回波时间（TE）：指产生宏观横向磁化矢量的脉冲中点
到回波中点的时间间隔。

在SE序列指90o射频脉冲中点到自旋回波中点的时间间隔。

TE决定着采集信号前横向磁化的衰减量。

TE越长，图像SNR
越低
3)、翻转角度(FA)：在激励脉冲作用下，组织的宏观纵向磁化
矢量偏离平衡状态的偏离角度。

偏转角影响纵向磁化量翻转为横向磁化量的量。

4)、激励次数（NEX)：又称信号平均次数(number of signal averages, NSA)。

指脉冲序列中每一个相位编码步级的重复次数，即数据采集的重复次数。

增加激励次数可增加MRI的信号强度,但图像SNR的变化仅与激励
次数的平方根成比，扫描时间随激励次数几乎是成倍的增加。

5)、层厚：指被激发层面的厚度。

层厚越厚，图像信噪比越高
6)、层间距：指相邻两个层面间的距离。

层间距越大，层间干扰（或称层间污染）越小，图像SNR越高。

7)、质子密度：
组织器官的质子密度越高→产生的MR信号越强→图像的
SNR越高。

8)、主磁场强度：
图像的SNR与主磁场强度成正比
9)、脉冲序列：
一般自旋回波序列获得的图像的SNR高于梯度回波序列。

10)、回波链长(ETL)：又称快速成像序列的时间因子。

指一个
TR间期内，激励脉冲之后产生和采集的回波数目。

11)、接收带宽:指读出梯度采样的频率范围。

12)、线圈类型：
2、对比噪声比（CNR）
对比噪声比（CNR）：指图像中两种组织信号强度差值的绝对值与背景噪声比。

在临床上常用对比度表示对比噪声比
对比度：指图像中两种组织信号强度的相对差别，差别越大则图像对比越好。

3、空间分辨率：指图像对解剖细微结构显示能力
矩阵：指MR图像在频率编码和相位编码方向上需要采样的点阵数
视野（FOV)：指成像区域的实际大小。

体素：是数字数据于三维空间分割上采用的具有一定大小的最小体积单元的最小单位
体素＝像素面积×层厚
※影响图像空间分辩率的因素：F0V，矩阵及层厚，即FOV
和体素大小
F0V，矩阵不变，层厚↓→体素↓→空间分辩率↑
F0V，层厚不变，矩阵↑→体素↓→空间分辩率↑
矩阵，层厚不变，FOV↓→体素↓→空间分辩率↑
图像的空间分辨率与体素大小成正比，而图像的SNR与体素
大小成反比。

图像的空间分辨率越高，则SNR越低。

4、扫描时间（TA):也称采集时间。

指整个脉冲序列完成信号
采集所需的时间。

扫描时间=TR×相位编码数×NEX
扫描时间=TR×相位编码数×NEX
回波链长(ETL)
在成像参数的选择时应注意以下几点：
1、应根据检查目的和检查部位选择合适的脉冲序列，成像参数及扫
描平面。

2、在设置参数时应特别注意SNR是MRI最基本的质量参数，一幅MR图像如果没有足够的信噪比，其它质量参数就无从谈起。

3、尽量采用短时间扫描
4、注意人体不同解剖部位信号强弱的差异
第四节MRI常见伪影及对策
伪影指MR图像中与实际结构不相符的信号，可以现为图像的变形、重叠、缺失、模糊等。

※一、运动伪影
1.分类
自主运动伪影：如肢体的运动、吞咽等
生理性运动伪影：如呼吸、心跳、血管搏动等
※2.特点：
1）主要出现在相位编码方向上的重像或弥散性伪影
2）伪影的强度取决于运动结构的信号强度。

※3.对策：
自主运动伪影：
1）争取患者配合
2)选择合适参数和/或脉冲序列缩短扫描时间
生理性运动伪影：
1）改变相位编码方向
2）预饱和技术
3）心电触发技术
4）呼吸触发技术和呼吸补偿
5) 选择合适脉冲序列
二、金属伪影
1.原因：相邻的不同组织成分磁化率的差异
※2.特点：局部明显的信号减弱或增强，常伴有组织变形
※3.对策：
1）去除金属
2）尽量在低场强的MR机上做检查
3）使用SE脉冲序列
4）缩短TE，增加矩阵
三、包裹伪影（卷褶伪影）
1.原因：受检部位的尺寸超出了FOV的大小
※2.特点: 1）常出现在相位编码方向
2）FOV外一侧的组织信号卷褶重叠到图像另一侧的FOV内※3.对策：
1）加大FOV
2）启用去相位包裹（NPW）：相位编码方向过采样
3）把相位编码方向放在扫描部位最小经线方向
4）使用预饱和技术
四、化学位移伪影
1.原因：由于脂肪内与水中的质子进动频率不同。

※2.特点：1）伪影仅显示在频率编码方向
2）主磁场场强越高，化学位移伪影越明显
※3.对策：
1）改变频率编码方向
2）增加接收带宽的宽度
3）使用脂肪抑制技术
五、交叉激励伪影（串话伪影）
六、截断伪影
七、部分容积效应
第五节磁共振成像对比剂
影像诊断的重要基础是组织与组织之间、组织与病变之间的对比度，对比度越高，组织形态结构的显示越清晰，病灶的显示率和检出率越高。

MRI虽具有良好的软组织对比度，有时仍需要借助MRI对比剂提供更多的信息帮助诊断。

一、临床意义
1）改善不同组织及器官之间的对比度，提高图像信噪比及病灶检出率，发现等信号病灶。

2）通过病灶的增强方式和增强类型提高定性诊断的准确率。

※二、增强机制：
MRI对比剂本身并不产生MR信号，它是通过缩短质子的T1和、或T2弛豫时间影响MR信号的。

三、对比剂的分类
1、按对比剂在细胞内外的分布：
细胞外对比剂:在体内非特异性分布，可在血管内与细胞外间隙之间自由通过
细胞内对比剂:以体内某一组织或器官的一些细胞作为靶细胞来分布
2、磁特性：
顺磁剂对比剂：
超顺磁性对比剂：
3、按对比剂对信号强度的影响：
阳性对比剂和阴性对比剂
四、应用
1、Gd－DTPA
Gd－DTPA（磁显葡胺或马根维显）是一种钆螯合物，属于顺磁性非特异性细胞外对比剂，临床上应用最广泛。

Gd－DTPA主要使组织的T1值缩短
静脉内注射，常规剂量：0.1mmol/Kg
不良反应:偶有轻微副反应，如恶心、呕吐、皮等。

严重反应极少：30-40万分之一
排泄：Gd－DTPA在血浆内的半衰期是90min,75℅在3h内经
肾脏原形排出。

口服不吸收。

孕妇与肾功能不全者慎用。

2、胃肠道对比剂
第六节MRI检查的安全要求
一、生物效应
1、静磁场的生物效应
2、梯度磁场的生物效应
3、射频脉冲的生物效应
二、MRI检查安全性及注意事项
1、铁磁性物质对人员和设备的危害
2、体内置入物
3、MR噪声
4、致冷剂安全性
5、禁忌症
1）绝对禁忌症：
体内有心脏起博器，电子耳蜗植入等患者。

2)相对禁忌症：
a、体内有动脉夹、人工血管、人工瓣膜等植入物患者，
携带胰岛素泵及神经刺激器患者,及眼球金属异物患者
b、体内金属异物者慎重，
c、高热患者、昏迷、精神异常，严重外伤（特别是颈部外伤）的患者
d、妊娠3月以内，严重幽闭症患者等
三、检查前的准备
1、病人术前准备
更衣，去除金属伪影；去除义眼及助听器等上腹部，下腹部检查
及胆道成像患者的肠道准备
2、工作人员准备
了解病史，根据临床需要预设成像序列、成像参数及扫描方位
※第七节MRI特殊检查技术
一、脂肪抑制技术（基理）
是MRI检查中非常重要的技术，合理运用脂肪抑制技术不仅可以消除或削弱伪影，改善图像质量，提高病灶检出率，还可为鉴别诊断提供信息
常用的脂肪抑制技术（化学位移选择饱合术）
1、频率选择饱和法
优点：高选择性；可用于多种脉冲序列。

缺点：场强依赖性较大；对磁场均匀度要求高；大FOV扫描时，周边区域脂肪抑制效果差，扫描层数减少
2、STIR技术
优点：场强依赖性低；对磁场均匀度要求低；大FOV扫描也可得较好的脂肪抑制效果，SNR低
缺点：信号抑制选择性较低；扫描时间长；不能应用于增强扫描。

3、同相位(in phase)/反相位(out phase)成像
又称化学位移成像，该技术多采用二维的扰相
梯度回波T1WI序列，选择恰当的TE获得反相位或同相位图像。

4、选择性水或脂肪激发技术
二、磁共振血管成像（MRA）※三种方法，是否使用对比剂
一）常见的血流形式及血流信号
二）主要技术
1.TOF法和PC法
TOF MRA（时间飞跃法）技术是基于血液的流入增强效应。

由于湍流等原因TOF MRA可能会出现血管狭窄假象、血管狭窄程度被夸大、动脉瘤被遗漏等
TOF MRA技术分为2D TOF和3D TOF，是目前临床上应用最广泛的MRA方法，主要用于脑部血管、颈部血管、下肢血管等的检查。

对于走行较直，且流速较慢的血管，如颈静脉、下肢血管多采样2D TOF；而对于走行曲折，流速较快的脑部血管多采样3D TOF。

PC MRA（相位对比法磁共振血流成像）技术主要基于流动质子和静止质子之间的相位差来抑制背景，突出血管。

此技术的相位编码采样双极梯度场对流体进行编码，造成流动质子与静止组织间存在相位差别抑制静止组织的背景信号，突出血管信号。

PC MRA的关键在于流速编码的设置。

PC MRA技术分为2D PC 、3D PC和电影PC MRA等，临床主要用于静脉的检查、心脏和大血管的血流分析
2.CE_MRA（对比增强MR血管成像）
该技术就是利用对比剂使血液的T1值明显缩短，短于体内其他组织，然后利用TR和TE很短的超快速、高权重的T1WI序列来记录血液与其他背景组织的T1驰豫差别。

CE_MRA技术要点：1）对比剂的应用；2）扫描时机的掌握：a、循环时间计算法；b、MR 透视触发技术；c、自动触发技术；3）成像参数的调整；4）后处理技术
优点：CE_MRA成像速度快、反应血管狭窄程度比较真实、且一次注射可完成多部位动脉和静脉的显示，可用于全身各部位因各种原因所致血管的狭窄、阻塞、扩张、畸形等。

3.黑血技术
三、MR水成像技术
MR水成像是对指体内静态或慢速流动液体的成像技术。

※基理：该技术是基于水的长T2特性，利用长TR、很长TE，并加脂肪抑制技术使含水器官显影。

※常用： 1.MR胆胰管成像（Magnetic resonance cholangiopancreatography, MRCP)
2.MR尿路成像（Magnetic resonance urography, MRU)
3.MR脊髓成像（Magnetic resonance myelography, MRM)
4.MR内耳膜迷路成像（Magnetic resonance labyrinthography, MRL）
四、MR弥散成像
物理基础：MR弥散成像与传统的MRI技术不同，它主要依赖于组织中水分子的扩散运动。

组织中水分子的扩散是一种随机的热运动，扩散的方向和幅度受生物膜和组织中大分子物质的影响。

MR弥散成像技术包括:
弥散加权成像(Diffusion weighted imaging, DWI）在X.Y.Z三个相互垂直方向上施加弥散敏感梯度
弥散张量成像（Diffusion tensor imaging, DTI）神经纤维术
全身弥散加权成像（Whole body diffusion weighted Imaging, WB-DWI)
背景抑制弥散加权成像(Diffusion weighted imaging with background suppression, DWIBS)
※DWI临床应用：1.缺血性脑梗死的早期诊断
2.其他疾病的诊断和鉴别诊断。