颅脑病变MRI诊断--基础

脑灰质
脑脊液 肝脏 脾脏 肾皮质
400~600
3000~4000 350~400 400~450 350~420
100~120
1200~2000 45~55 100~160 80~100
肾髓质 骨骼肌
皮下脂肪
450~650 500~600
220~250
120~150 70~90
90~130
MR成像原理

FLAIR: 反转时间(TI)长(1800ms) STIR: TI较短(100ms)

平面回波成像(echo planar imaging,EPI)
STIR和FLAIR序列原理示意图
脂肪 水
短TI
长TI
反转恢复序列
T1 加权
FLAIR
T2加权
流空效应（Flow void)—黑血

心血管内的血液流动 迅速，使发射MR信 号的氢原子核离开接 收范围之外，测不到 MR信号,在T1WI、 T2WI上均呈黑影

弛豫的过程即为释放能量和产生MR信号的过程
MR成像原理
纵向弛豫与横向弛豫

中断RF脉冲后，质子释放能量，逐一从高能状态
返回到低能状态，因此纵向磁化逐渐增大，直至
缓慢恢复到原来的状态，称为纵向弛豫

同时，质子不再被强制处于同步状态 ( 同相位 ) ， 每个质子处于稍有差别的磁场中，开始按稍有不 同的频率进动，指向同一方向的质子散开，导致 横向磁化很快减少到零，此过程称为横向弛豫
T1曲线
T2曲线
MR成像原理
纵向弛豫时间与横向弛豫时间
纵向磁化矢量由零恢复到原来数值的63％时
所需时间，称为纵向弛豫时间，简称T1
横向磁化矢量由最大衰减到原来值的37％
时所需的时间，称为横向弛豫时间，简称T2
1.5T场强下正常人体组织的T1,T2参考值
组织名称 脑白质 T1值(ms) 350~500 T2值(ms) 90~100
b = 20,000 s/mm2, TE=136 (wip) 20 Averages, 7 minutes In collaboration with Greg Sorensen, MGH
急性脑梗塞DWI原理

缺血早期(在造成永久性脑组织损害之前) 细胞膜离 子泵功能障碍，细胞外的水向细胞内移动，导致细 胞内水潴留,细胞肿胀—细胞毒性水肿
（MRA,MRV）

主要MRA技术

TOF（时间飞跃）MRA PC（相位对比）MRA CE（对比增强）MRA

TOF法

血流饱和现象较轻，有利于慢血流的显示 扫描速度较快 空间分辨率低

PC法


采用减影技术后，背景静止组织几乎完全剔除
血流信号的强弱可以间接反映血流的速度 能更真实地反映血管情况

Perfusion
Negative Enhancement Integral (NEI) rCBV
血流量小处
血流量大处
灌注成像参数
脑血容量（CBV） 脑血流平均通过时间（MTT)
脑血流量（CBF）
达峰时间（TTP）
44 year old man
CBF:severe disturbance in right insular cortex and lentiform nucleus, and moderate reduction in remaining region of MCA. CBV:the same reduction in insular cortex and lentiform , but close to normal in remaining MCA territory.

CE法

TOF法MRA
TOF法MRA
PC法MRA
CE-MRA
MRA显示肿瘤的血供情况
MRV成像-二维PC法
先进的成像技术
随着MR系统硬、软件的发展，超快速 的成像技术，功能成像技术，扩散和灌注
的成像，心脏运动的实时成像，快速的
MR血管成像以及MR介入等均已运用在临
床之中
一、扩散加权成像

流空效应：血流呈黑色
流空效应示意图
流动增强效应(亮血)

方向相反的梯度回波使质子,其中也包括流动血液的 质子相位再聚,使血流呈现高信号(流动增强效应)在 磁共振图像上呈白色,因此称亮血

当出现湍流时局部质子会出现失相位,造成局部信号
减低或无信号改变,在磁共振图像上呈灰色或黑色
磁共振血管成像

TE 回波时间 (Echo Time)
自90°脉冲开始至测量回波出现的时间
SE序列的加权成像

选择短TR，短TE，可得到T1加权像 选择长TR，长TE，可得到T2加权像


选择长TR,短TE，得到PD加权像
MR原理
各加权像的参数 加权像 T1加权像 T2加权像
---MRI扫描图像
TE 短（<25ms）
两个过程是独立、同时进行的

纵向和横向磁化量叠加形成一个总矢量 （红色箭头），弛豫过程呈螺旋式运动

总矢量螺旋式运动，产生感应电流（MR信号） 在RF脉冲中止后即刻最大，随后逐渐减小
MR成像原理
弛豫与弛豫时间

终止RF脉冲后，宏观磁化矢量并不立即停止转动， 而是逐渐向平衡态恢复，此过程称为弛豫 (relaxation)，所用的时间称为弛豫时间
技术采用了在180°聚焦脉冲前后备加上一个位置对 称极性相反的梯度场 在梯度场作用下水分子扩散时，其中质子横向磁化 发生相位分散，不能完全重聚，导致信号衰减 扩散越快的结构信号衰减越大，呈低信号，而扩散 慢的结构呈高信号 因此正常的组织由于随机的热运动，信号衰减大 而缺血早期因扩散的限制，而出现高的信号 程度取决于扩散梯度场的强度，方向和持续时间
（diffusion weighted imaging, DWI）

扩散是分子在媒介中的一种随机热运
动（布朗运动）

这种运动受到了边界的约束，在一个 有限的介质内，其扩散散受到限制
扩散加权成像
Freely diffusing water
restricted water
扩散加权成像原理



学特性的方法

常规MRI得到的是组织的解剖图像 MRS提供的是定量的化学分析
MRS原理
•不同化合物中， 电子在H+与相应的原子核 间的分布不同
•在外加磁场时，外层电子对外磁场产生的屏 蔽系数σi不同，从而使H +的周围的净磁场强 度Bi=B0(1- σi)产生变化，造成不同化合物中 的H +的进动频率不同--化学位移 (chemical shift，CSI)

人体不同器官的正常组织与病理组织的 T1,T2值是固定的，且有一定的差别


这种差别是MRI诊断的基础
突出组织的T1差别的图像为T1WI


突出组织的T2差别的图像为T2WI
图像对比依赖于组织的质子密度的为PDW
MR原理

---相关概念
TR 重复时间 (Repetition Time)
第一个90°RF到第二个90°RF出现的时间
2 hours after onset of stroke in the right hemisphere
CBF
CBV
1 day afte fibrinolysis
TP
CBF
TP
三、血氧水平依赖（ BOLD）

人体某些功能活跃时，相应的大脑皮层中 枢功能活跃，相应皮层功能区血供增加

但功能区耗氧量仅有轻微增加，毛细血管 内的含氧血红蛋白增加，具有顺磁性，在
TR
短（<500ms）
长（>2000ms） 长（>75ms）
质子加权像 长（>2000ms） 短（<25ms）
常见组织的MR信号
脑脊液 脂肪 骨皮质 脑白质 脑灰质 水 骨髓质 空气
T1WI 灰白 T2WI 灰
灰 灰白
黑 白
白 白灰
黑 黑
区分T1WI及T2WI的方法

最简易的方法是观察脑脊液：其中呈低信
3D Spectroscopy CSI
Only 3D Brain Spectroscopy package for Tumor characterization
磁化成像中表现为微弱的高信号
脑 功 能 成 像
BOLD
Real-Time fMRI
Motor task with finger tapping
Images courtesy of UPMC
（Magnetic resonance spectroscopy)

四、MR波谱成像
MRS是目前唯一能无创探测活体组织化
Diffusion Imaging b = 1,000 s/mm2, TE = 67ms 3 Averages, 1 minute b = 4,000 s/mm2 (wip) 12 Averages, Trace DWI
b = 10,000s/mm2 (wip) 20 Averages, Trace DWI

针对组织中水分子的扩散各向异性的特征，
通过施加不同方向的扩散敏感梯度脉冲，
来采集和描绘水分子的扩散特征

主要用于显示脑白质纤维的形态、走行方
向及受压、移位、破坏等改变的成像
扩散张量成像
二、灌注成像 （perfusion imaging）

是基于含顺磁性对比剂磁敏感效应 在静脉团注后，造成含顺磁性对比剂的血管 周围组织局部磁场不均匀，引起去相位，致 信号降低 其信号降低程度在正常脑组织中与局部脑血 管容积成正比
•MRS正是检测出不同组织中CSI
MRS原理
氢质子进动频率的微小差异与外磁场强度成
正相关
但远小于外磁场，仅为外磁场的百万分之几
不同的化合物的磁共振频率的差异，在
MRS的检查中的单位是ppm
单体素MRS
多体素MRS
Probe2001
PROBE-SI 1500/144 24 x 24 14.4 min


进入主磁场前后人体内质子的核磁状态变化： 有较多的质子处在低能级状态(7/ppm)
MR成像原理

质子在磁场中不是静止的,而存在着进动
即沿自身轴旋转的同时又沿另一轴作回旋的运动 氢核沿自身轴旋转及主磁场的中心轴旋转


ω0=γ*β0 ω 0指进动频率 γ指旋磁比 β0指静磁场强度
质子的进动频率与磁场强度有关
Байду номын сангаас

中断RF后亦同时产生两方面效果：


释放能量----纵向磁化矢量增加
失相位-------横向磁化矢量减少

置入外磁场,沿外磁场产生纵向磁化矢量 加RF后纵向磁化减少甚至消失，而产生横向磁化
中断RF后,纵向磁化矢量增加,直到恢复原来的数值

中断RF，质子失相位，XY平面内指向同一个方向 的磁化向量越来越少，即横向矢量减少、消失
其扩散又受到细胞膜的限制，导致缺血区的扩散系 数下降(扩散受限)—DWI高信号


因细胞肿胀，外间隙变小，水分子在外间隙的活动 也受限)—DWI高信号
在脑梗塞早期(最早30分钟以后)DWI上即可显示为高信号
DWI图
ADC图
扩散加权成像
DWI
ADC
E00175
扩散张量成像 （diffusion tensor imaging)

质子在主磁场中以某种形式在运动着，称 为进动，可用进动频率来测定其速度
进入主磁场后发生的变化

产生纵向磁化矢量，即在Z轴方向有磁化矢量

没有横向磁化矢量： XY平面方向质子磁力抵消
MR成像原理

RF与进动频率相同时，质子吸收能量发生共振
质子共振同时产生两方面的效果：

能级的跃迁，导致纵向磁化的减少 质子发生同步、同相运动，即产生横向磁化
颅脑MRI诊断
山西医科大学第一医院MR室 钱丽霞
磁体类型
依场强分为五类:

超高场(4.0-7.0T)
高场(1.5-3.0)
中场(0.5-1.4)
低场(0.2-0.4)
超低场(小于0.2T)
磁体类型
依磁体设计分为三种类型:

永磁型磁体:开放式,场强低


常导型磁体:通过线圈内通电来产生磁场
超导型磁体:低温(-270度)电阻为零,使用很 强的电流产生很高的磁场
磁体构成

主磁场
梯度磁场


射频脉冲:发射线圈与接收线圈
计算机系统 其他辅助设备:水冷机,相机等
MR成像原理
MR成像原理

有自旋未配对的质子被放入外磁场,它们会沿主磁
场的方向排列 对病人发射一个特定频率(与进动频率一致)的射频 脉冲(RF),会引起一些质子改变它们的排列方向 RF结束后,质子在回复到原来的排列方向时,它们会 产生一个信号,即MR
号的图像是T1加权像，反之则是T2加权像

还可观察脑灰、白质：T1WI上脑灰质信号
低于脑白质，而T2WI上则相反

还可看扫描参数TR,TE
MR成像原理—序列技术
自旋回波（Spin Echo, SE） 快速自旋回波（Fast Spine Echo FSE)

梯度回波（Gradient Echo, GE） 反转恢复（Inversion Recovery IR）