MRI物理不同级别运动的影像诊断价值

3. 4
扩散成像 信噪比低 , 密度分辨 率低。 M RI
诊断中, 常常需要结合 T 1 加权或 T 2 加权图像精 确定位解剖, 同时需要排除 T 2 穿透效应对诊断的 干扰。有时扩散成像受到磁场不均匀性影响, 导致 图像扭曲 , 甚至不能满足诊断 [ 11] 。 总之 , M RI 物理中搏动、 湍流和扩散等不同级
[ 6] 2
2. 2
湍流常出现在血管狭窄的远端或血管分叉
处。动脉瘤常位于血管狭窄的远端或血管分叉处 , 因此 , 湍流自旋相位弥散效应引起信号丢失。由于 生物体弹性血管缘故 , 湍流常合并 搏动现象。因 此, 在 M RI 检查中, 有些序列, 例如自旋回波序列 , 可见到并存的沿着相位编码方向的搏动伪影。如 果用液体衰减序列技术, 沿着相位编码方向图像上 的搏动伪影即消失, 这在小动脉血管病变且流速较 快者表现明显, 但对于直径 3 mm 以下的动脉瘤常 须高空间分 辨率的 X 线血 管造影 进一步 确定诊 断。在 M RI 检查中, 用液体衰减序列技术可以抑 制搏动伪影产生 , 可以反证湍流存在。假如图像中 沿着相位编码方向的搏动伪影消失 , 可以基本不从 病理和解剖方面考虑组织有流动存在。这将有助 于疾病的定性诊断和鉴别诊断。
MRI 图像中含有不同级别运动的物理信息。 宏观物理运动中有心脏大血管周期搏动及其搏动 伪影 ; 微观运动有 湍流和分子运动 中的扩散运动 等。本文从物理基础角度, 整合 MRI 物理中不同 级别运动和专业诊断教学的关系, 就常见的不同级 别运动在影像诊断教学中的基础价值作初步探讨。
影信号强度不一致。如果处于同个位 , 它们将是亮 信号, 如果处于反相位 , 它们将是暗信号。一般来 说, 图像信号离搏动源越远, 信号强度减弱变化越 明显 [ 3] 。
2
湍流自旋相位弥散效应
湍流自旋相位弥散效应也称为体素内去相位。
1. 2
有关搏动伪影在图像上的位移, 取决于运动
由于湍流的血流在速度和方向的随机性, 湍流中的 自旋质子在任何时 候都处于相位弥 散状态, 导致 MRI 信号丢失[ 2] 。在 MRI 成像中 , M RI 信号丢失 特点表现为低信号。
频率。搏动伪影的位移距离与组织运动频率正相 关。频率快, 位移距离大。位移距离 = 采集时间 / 运动周期。由于搏动伪影信号沿相位编码方向等 距离复制和搏动伪影的位移距离与组织运动频率 正相关的关系, MR 检查可以增加 T E 时间验证是 否搏动伪影, 也可以使得搏动伪影距离发生改变 , 从而可以跨过重要结构。如果视野太小 , 视野外面 的搏动伪影也可产生混叠, 进入视野内, 对影像判 断和诊断造成一定程度的干扰
1. 4
对搏动伪影的正确判断具有诊断价值。M R
检查中, 可以看到广泛存在的宏观物理运动图像信 息。其中由心脏、 大血管、 横窦、 乙状窦、 横窦、 乙状 窦交汇处和脑脊液搏动所产生的伪影信息最为常 见, 用某些金属阳离子增强剂增强后搏动伪影信号 加重。正确判断有组织识别定性诊断的价值。对 具有搏动或周期性搏动的疾病和病变组织 , 有相对 特征性的定性诊断和鉴别的价值。这在动脉瘤样 骨囊肿、 动脉瘤等疾病表现较为明显。对疑有流动 或搏动但图像不具有搏动或周期性搏动的病变具 有相对特征性的否定诊断价值。这在骨巨细胞瘤 等疾病表现明显。
ging. M agn R eson Imaging Cl in N A m, 1999, 7( 2) : 289 301. 43 89.
w eight edM R imaging: a review of clinical applicat ions in childr en. A JN R A m J N euroradiol , 2008, 29( 1) : 9 17. [ 11] Graf H , Lauer U A , Berger A , et al . R F artif act s cau sed by met allic i mplant s or inst rument s w h ich get more promin ent at 3 T: an in vit ro s tu dy. M agn Reson Imagin g, 2005, 23( 3) : 439 499 ( 收稿日期: 2010 11 19; 修回日期 : 2010 12 28)
1
搏动伪影
搏动属宏观物理运动。搏动伪影是由腔内搏
动性流动引起的流动伪 影, 也是流 动运动伪影之 一。搏动伪影是 MRI 最常见的流动伪影。血液和 脑脊液的搏动产生周期性搏动伪影。
1. 1
搏动伪影必须有搏动源及搏动的组织及病
理组织, 搏动伪影贯穿于 M R 图像相位编码方向 整个视野。搏动伪影仅发生在相位编码方向一致 的图像上 , 与流体流动 方向无关。 M RI 频率编码 方向的数据采集与频率编码同步, 数据采集与相位 编码同步进行。也就是说 , 频率编码方向的信息是 静态采集 , 而相位编码方向信息是动态采集[ 1 3] 。
系数大于 2 100 时 , 存在着包括各种不同速度的随 机血流成分, 这些成分, 相位相互抵消, 造成信号丧 失。在活 体内 , 人 主动 脉中 , 雷诺 系数 大约 是 1 500, 因此 , 真正的湍流很少。但是 , 在到达湍流前 , 非线性流动会导致相位不一致 , 造成 MR 血流信 号丢失 。
。
1. 3
搏动伪影的信号强度, 取决于搏动结构的相
长治医学院医学影像学系 ( 046000) 山西省 21 世纪高等教育改革项目 ( 编号 2002008)
位相对于背景相位的关系。周期性搏动的图像伪
作者单位 基金项目
孙万里 . M RI 物理不同级别运动的影像诊断价值
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增强反转小角度序列 电影 成像可以显示湍流自 旋相位弥散效应异常信号。用于检查确定主动脉 夹层破损位置, 确定房、 室间隔缺损部位 , 评估异常 分流量的大小并确定有无反流存在。
2. 3
有时湍流的自旋相位弥散效应与高速血流
的信号截止效应同时存在。当血流速度尚未达到 高速血流的信号截止效应时, 此时, 湍流随机波动 速度分量将首先导致自旋相位弥散 , 湍流导致血流 信号陡然下降; 而 高速血流的信号 截止效应发生 时, 血流信号丢失[ 4, 7] 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. 4
雷诺系数可以预测血流是否为湍流 , 在雷诺
[ 6]
3 3. 1
扩散成像
扩散是指分子的随机热运动。可以将扩散
分为两种方式 : 一种各向同性 ( isot ropic) 弥散。是 指在完全均匀的介质中 , 分子的运 动由于没有障 碍, 向各个方向运动的距离是相等的扩散方式 ; 另 一种是各向 异性 ( aniso tr opic) 弥散。指弥散具有 方向依赖性, 在按一定方向排列的组织中 , 分子向 各个方向弥散的距离不相等。扩散成像是在外加
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第 25 卷 2011 年
第1期 2月
长治医学院学报
JO U R N A L O F CH A N G ZH I M ED ICA L COLLE GE
V ol . 25 N o. 1 Feb. 2011
M RI 物理不同级别运动的影像诊断价值
孙万里
关键词 搏动; 湍流 ; 扩散; 伪影
中图分类号 R445. 2 文献标识码 A 文献编号 1006 ( 2011) 01 078 03
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长治医学院学报
Clinical A ppli cat ion . A JR, 1999, 173: 1459 1467. [ 6] 韩鸿宾 . 临床磁共振成像序列设计与应用 . 2 版 . 北京 : 北京大 学医学出版社 , 2007: 107 110, 141 148, 198 203. [ 7] R ay H . H ashermi, Will iam G . Bradley, J r, Ch rist opher J. Lisant i 著 . M RI 基础 . 尹 建 忠译 . 天 津 : 天 津 科技 翻 译出 版 公司 , 2004: 321 326, 356 359. [ 8] 孙万里 , 李 坤成 , 张春明 , 等. M RI 弥散成像对脑缺 血的诊断 价值 . 中国医学影像技术 , 2001, 17( 8) : 717 718. [ 9] Y ulin Ge, Samuel Barnes, Samant ha H ell er, et al . T hree di men sional h igh res ol ut ion ven ograph y usin g su scepti bilit y w eight ed imaging at 7T . 磁共振成像 , 2010: 83 93. [ 10] T on g K A , A shw al S, O benau s A , et al . S uscept ibilit y
m 之
间。这个距离大于神经元的平均直径
。
3. 3
水分子在不同组织中的扩散系数不同 , 生物
体扩散系数可因病理而改 变。 MRI 检查中 , 使用 设计的快速成像序列技术, 可以观察扩散微观物理 运动 [ 7] 。由于脑梗死早期细胞膜的扩散功能受限 , 出现细胞毒性水肿。因此扩散成像对脑梗死的早 期诊断有重要临床价值[ 5, 8] 。此外 , 还可以用于脑 梗死与低级别星形细胞瘤的鉴别诊断。 扩散成像还可用于确定囊性病变的性质。确 定组织含 自由水 还是含粘滞性高的 非自由水 。 皮样囊肿和表皮样囊肿含 自由水 少 , 呈各向异性 扩散 , 表现高信号; 而蛛网膜囊肿含 自由水 较多 , 呈各向同性扩散, 表现为低信号。 脑白质神经纤维的走向对水分子的扩散有壁 垒作用, 这种组织扩散呈各向异性。运用扩散成像 原理通过运用对弥散张量本征值 ( 即 1、 2 和 3) 计算得出的各向异性分数等参数所进行的扩散张 量成像, 可以对大脑的发育成熟、 退化和脊髓神经 束干走行成像检查 , 用于诊断先天性白质髓鞘发育 不良、 弥漫性轴索受伤、 辨别神经束干与肿瘤的解 剖关系 等疾 病情 况。后 者对 神经外 科手 术提 供 帮助 [ 9, 10] 。
[ 4 6]
2. 1
理论上, 湍流是空间上不规则和时间上无秩
序的一种非线性的流体运动 , 这种运动表现出一种 高度复杂的三维非 稳态、 带旋 转的不规则流 动状 态
[ 3]
。湍流具有各个不同方向上的随机波动分量 ,
在序列的周期内的任何时刻 , 所有质子的运动相位 彼此完全不同 , 相位一致性不存在 , 导致体素内信 号丧失。 MRI 检 查中, 可以看到广泛的 湍流自旋 相位弥散微观物理运动图像。使用 黑水 和三维
磁场条件下, 利用成像层面内水分子的扩散系数的 分布产生对比度的成像技术。扩散成像是分子水 平的功能成像。
3. 2 由于在生物体内 , 人们并不确切知道水分子
的运动是怎样开始的 , 所以在 MR 中测量的 是生 物体水分子的表面 扩散系数, 这个扩散系数 是常 数。扩散系数 ( D) 越大, 一定方向上分子运动距离 越长, 组织信号越低。在人脑组织中, 脑脊液及大 脑灰质中水分子的扩散近似各向同性扩散。研究 证实 , 脑脊液中水分子的扩散是脑组织的 3~ 4 倍。 爱因斯坦的相对论可用来具体解释水分子弥散的 距离 , L = 2D 此公式表明 , 当给定了扩散 系数 后, 成像梯度时间越长 , 水分子移动的距离越长。 在 为 40- 50msec 采样时 间, L 在 7~ 8
别的运动, 从宏观到微观运动提供了 M RI 基础图 像信息, 依据这些基础信息能对疾病病理进行逻辑 推导。因此, 整合不同级别运动物理知识和其对应 的 MRI 图像信息特点 , 对于提高 MRI 影像诊断的 特异性有基础性价值。
参考文献
[ 1] Bellon EM , Haacke EM , Col eman PE, et al . M R art if act s: a review. A J R A m J Roen tg enol, 1986, 147( 6) : 1271 1281. [ 2] [ 3] [ 4] Barish M A , J ara H. M ot ion art if act con t rol i n body M R ima 黄继英 . 磁共振成像原理 . 西安 : 陕 西科学技术出 版社 , 1998: Bradley W G Jr. Carmen lect ure. Fl ow phen om ena in M R ima