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)院影像系歐陽光,第六部分,MR特殊成像,MR擴散加權(quán)成像技術(shù)（DWI）擴散的基本概念：是指分子熱能激發(fā)而使分子發(fā)生一種微觀、隨機的平移運動并相互碰撞，也稱分子的熱運動或布朗運動。因此由于一般人體MR成像的對象是質(zhì)子， DWI技術(shù)實際上檢測的是人體組織內(nèi)水分子的擴散運動。,DWI的原理,如果在SE-EPI序列180?復(fù)相脈沖的兩側(cè)各施加一個梯度場，這兩個梯度場的方向、強度和持續(xù)時間完全相同實現(xiàn)相位重聚

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

3、梯度場方向上擴散越自由。DWI通過測量施加擴散敏感梯度場前后組織發(fā)生的信號強度變化，來檢測組織中水分子擴散狀態(tài)（自由度及方向），后者可間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)特點及其變化。,表觀擴散系數(shù) ：ADC = ln（SI低/SI高）/（b高－b低） SI低表示低b值DWI上組織的信號強度（b值可以是零）；SI高表示高b值DWI上組織的信號強度；b高表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然對數(shù)。從式中可以看出，要計算組織的ADC值至少需要利用2個

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強度、持續(xù)時間和方向均相同的擴散敏感梯度場，180?復(fù)相脈沖將產(chǎn)生一個自旋回波信號，由于180?兩側(cè)的梯度場完全相同，沒有位置移動的水分子中質(zhì)子將不會因為梯度場而發(fā)生相位離散，而在擴散梯度場方向上位置移動的質(zhì)子相位將發(fā)生離散，從而引起組織信號信號衰減。,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）,是目前最理想的測量擴散的方法。 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）,水分子的自由運動 稱為彌散，在腦脊 液和腦灰質(zhì)中的水 分子的彌撒運動基 本上是各項同性的?？捎脭U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,如果分子擴散取決于方向，方向不一致，稱為各向異性的擴散,可用擴散橢圓體表示。,DTI就是一種用數(shù)學(xué)的方法來表示腦組織內(nèi)水分

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

8、 多個參數(shù)（FA、RA、RI等）,水分子擴散各向同性和各向異性 擴散：布朗運動（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的場強可以進行高分辨率的DTI成像,5mm層厚,2mm層厚,場強對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散率的球形體積，值范圍從0-1。相對各向異性（RA）:本征值相對于他們的平均值的變異值。部

10、分各向異性（FA）:是擴散張量中的各向異性成分與整個擴散張量的比值，值范圍從0-1。,每一個層面均可獲得： 一個T2圖像 一個擴散軌跡權(quán)重圖 一個擴散軌跡表觀擴散系數(shù)圖 一個計算得到的相對各向異性圖主要效應(yīng)擴散率（本征值λ1、 λ2 、 λ3 ）本征向量X、Y、Z的計算應(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 ）的本征向量被認為代表纖維的方向。腦白質(zhì)彩色圖的產(chǎn)生是基于每個體素的本征向量的3個相量元素向量元素的絕對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）。每個體素顏色強度由FA值大小校準(zhǔn)。,多發(fā)性腦硬化,正常,II級星形細胞瘤,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)位移作用對一系列原子核及其化合物進行分析的方法。MRS是目前無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)、分布和運動狀態(tài)不同，周圍電子云對其產(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，則有不同的進動頻率： ? = ? ? 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，其周圍磁場強度會有細微變化，共振頻率也會有所差別——化學(xué)位移 在1.5T主磁場中， 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相對值（ppm）：頻率的百萬分之一,技術(shù)方法,參考像,,選取ROI,,空間定域,,勻場,,抑水,掃描,,波譜分析,以分針（長細箭）表示進動較快的水分子中質(zhì)子，以時針（短空箭）表示進動較慢的脂肪

14、中質(zhì)子。射頻脈沖激發(fā)時刻（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點整；射頻脈沖關(guān)閉后，由于水分子中質(zhì)子進動較快，其相位將超前于脂肪中質(zhì)子，到一定時刻（t/），其相位將超過后者半圈，即相差180?（圖b），相當(dāng)于6點整，這時由于相位相差180?，這兩種質(zhì)子的橫向磁化矢量相互抵消，如果此時采集回波得到的將是反相位圖像；過了此時刻后，水分子中質(zhì)子的相位將超前脂肪中質(zhì)子更多，經(jīng)過與（t/ －t0）相同的時間段后

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

16、176;脈沖后，再跟一個90 °脈沖 優(yōu)點：適于長TE化合物， 信噪比高 對運動不敏感 對磁場要求相對低 缺點：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，與細胞膜磷脂代謝有關(guān)，參與細胞膜構(gòu)成，并且是乙酰膽堿的前體； Cho升高，反映膠質(zhì)增生、細胞增殖和膜轉(zhuǎn)運增加。,（3）Creatine——肌酸（ Cr ）和磷酸肌酸（ pCr ） 位于3.0ppm(少量位于3.94ppm) 作用:高能磷酸鹽的儲備形式及A

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

19、作為星形細胞的標(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：動態(tài)磁敏感對比增強DSC—MRI，需要注射對比劑；成像對象：短T2*血液（主要指含對比劑的血液

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