mri技術(shù)進展及臨床應用

1、MRI技術(shù)進展及臨床應用,第二軍醫(yī)大學長海醫(yī)院放射科陸建平,MRI技術(shù)進展特點,硬件和軟件齊頭并進，軟件進步更快，更注重臨床實際應用。設(shè)備發(fā)展的兩極化明顯，高檔設(shè)備用于臨床研究與功能的開發(fā)，低檔設(shè)備移植高、中檔設(shè)備已開發(fā)較成熟的功能和軟件，改善性能指標，拓寬適用范圍。成像速度越來越快，實時成像逐步應用于臨床。解剖成像與功能成像相結(jié)合。影像診斷與介入治療設(shè)備相結(jié)合。,MR設(shè)備硬件的發(fā)展,MR設(shè)備硬件的發(fā)展開放型磁體設(shè)計和中場

2、超導開放式MR設(shè)備初衷是強調(diào)作介入治療及檢查中的監(jiān)護等性能，實際用于介入治療的機會遠少于常規(guī)診斷性操作。性能逐年提高，圖像質(zhì)量、可實施的功能、成像速度等性能已可達到較高水平，甚至不排除高場設(shè)備將來向開放型設(shè)計轉(zhuǎn)化的可能性。較高的場強、改水平磁場為垂直磁場設(shè)計。梯度場強(可達15mT/m到20mT/m)和切換率進一步提高，場均勻性更好，體積和重量更小。,MR設(shè)備硬件的發(fā)展,專用MR設(shè)備目前MR專用機已作為成熟的機型推廣，部分醫(yī)院采

3、用搭配添置通用MR機和專用MR機。MR專用機主要有頭顱專用機、心臟專用機與骨與關(guān)節(jié)專用機，頭顱與心臟專用機為高場(或超高場)機，如3.0T甚至4.7T設(shè)備；骨與關(guān)節(jié)專用機傾向為中、低場開放型設(shè)備。研究應用及臨床應用,MR設(shè)備硬件的發(fā)展,梯度場強改進梯度場強決定切換率及最短TR、TE、圖像矩陣大小、成像速度、最小回波間隔等性能參數(shù)。但較高的梯度場會伴有磁體內(nèi)很強的梯度噪音及神經(jīng)肌肉刺激。增加梯度場強：可增加到30-40-50mT/

4、m，同時伴有以下不同的技術(shù)措施。,MR設(shè)備硬件的發(fā)展,梯度場強改進雙梯度系統(tǒng)：在磁體線圈內(nèi)，內(nèi)置較短的梯度線圈，局部迭加較高梯度場，切換率可達150，用于功能性檢查。組合表面線圈系統(tǒng)：在頭線圈上附有一組梯度線圈，工作時形成了與雙梯度系統(tǒng)類似的迭加梯度場，場強可達60mT/m，切換率可達400，適用于在高場條件下實施功能成像。多通道+多方向采集和多通道快速成像系統(tǒng)：是提高有效切換率的一種方式，可使30mT/m的梯度場強相當于60mT

5、/m者，切換率也可達400，使用時無神經(jīng)肌肉刺激。,MR設(shè)備硬件的發(fā)展,磁體降噪設(shè)計：體線圈內(nèi)置真空層及幾種技術(shù)的綜合。據(jù)介紹可使噪音水平下降90%。線圈的發(fā)展：各部分線圈相控陣化，提高信噪比；聯(lián)合相控陣線圈用于全身各部位聯(lián)合檢查；新型線圈不斷開發(fā)（如對稱性體線圈）。MR磁體進一步緊湊化：液氦消耗大幅度降低，運行成本下降。重建速度進一步增加：最快可達120幀/s，實時成像成為可能。,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,功能性MRI(fMRI)

6、已經(jīng)發(fā)展了數(shù)年的fMRI從廣義上主要包括灌注成像、彌散成像和腦皮質(zhì)功能定位。灌注與彌散成像較早應用于顱腦，近年試用于心臟。近年內(nèi)fMRI的發(fā)展明顯拓寬了原有的概念與應用范疇。,功能性MRI(fMRI),神經(jīng)學功能性MRI——顯微水、微血管動力學、血氧/流消耗成像等實時fMRI，快速實時顯示。螺旋fMRI，利用在K-空間螺旋采集的技術(shù)得到各種腦血流灌注的信息，如rCBU、rCBF、rMTT等。彌散成像，進一步提高設(shè)備可達到的B值，

7、4000-10000，從而獲得更高分辨力的彌散影像彌散與灌注成像誤匹配成像，利用計算機技術(shù)把兩種影像迭加，通過對比可提高病變顯示率,功能性MRI(fMRI),神經(jīng)學功能性MRI動脈血質(zhì)子自旋標記成像?？寡苌梢蜃虞o助fMRI。張力性成像(tensor imaging),通過采集六個不同方向的相位編碼，測定組織張力差別的成像方法.其它fMRI的新技術(shù)，如快速T1FLAIR(+對比劑注射)、FR FSE、相位敏感IR、快速SET

8、2、自旋-彌散成像等。,,,DW-EPI診斷急性腦梗塞,FLAIR,Diffusion-weighted EPI demonstrates acute stroke in parietal lobeSub-acute, chronic lesions appear isointense or hypointense relative to acute lesionFLAIR + DW-EPI used to differe

9、ntiate new from old lesions,DW-EPI,,陳舊區(qū),,細胞毒性水腫區(qū),,,Negative Enhancement Integral (NEI)rCBV,灌注成象研究,Mean Time to Enhance (MTE, MTT),新浪潮軟件灌注成象研究,Patient Status: post surgery and radiotherapy for glioblastoma EPI

10、imaging is added to conventional MR to generate CBV Maps CBV Map can differentiate recurrent tumor from necrotic tissue or edema,,Edema orRecurrent Tumor?,,,Recurrent tumornot seen on T2 or T1,Recurrent T

11、umor,CBV Map,T2,T1,新浪潮軟件腦血流灌注診斷術(shù)后腫瘤再發(fā),,,St. Lukes Hospital, Milwaukee, WI, Breger et al.,,FLAIR vs. Diffusionreveals acute infarct,,Diffusion vs. DSCreveals tissue-at-risk,彌散成像和灌注成像診斷急性腦梗塞,NEI圖,MTE圖,,human brain mappi

12、ng,,fMRI,,臨床應用:功能區(qū)域定位刺激反應程度手術(shù)計劃系統(tǒng)非損傷性治療,,AVM,Patient presenting with AVM in middle temporal lobe fMRI of auditory activation performed with EPI imaging Eloquent region involved with auditory reception

13、 indentified posterior and superior to AVM - avoided and preserved during subsequent treatment,AVM,,,Hospital of the University of Pennsylvania,auditory reception,,,,fMRI用于手術(shù)計劃系統(tǒng)聽覺中樞反射區(qū),Provides the capability

14、to obtain the apparent diffusion coefficient of underlying tissue and exp (-b*ADC) to eliminate/reduce T2-shine through effects,FLAIR,DWI,exp. ADC,ADC Mapping - FuncTool99,,Diffusion Tensor Imaging T2 + 6 diffusion dir

15、ections anisotropy map - visualize white matter tracts True isotropic diffusion image,Diffusion,Tensor Imaging,,T1-Post,FLAIR,ADC,RelativeAnisotropy,Image Courtesy of Dr. Tsuruda, University of Utah,Clinical Appli

16、cations of Real-time fMRI,Image Courtesy of Dr. Jackson, Dr. Sawaya, Dr. LeedsMD Andersen Cancer Center, Houston,,Surgical PlanningLeft-handfinger tapping,功能性MRI(fMRI),心臟功能性MRI利用心臟灌注脈沖序列可在極短時間(20s)內(nèi)實時顯示一系列心肌灌注信息?？?/p>

17、顯示和計算一系列心臟的形態(tài)學和功能信息，如心壁運動、流速測量、粥樣斑塊特征、左室功能(全部、局部)、動態(tài)心功能(與靜態(tài)對比)等。冠狀動脈高分辨率3D螺旋MRA，可和灌注成像技術(shù)互相補充。,Speed, Performance and Reliability,Dedicated CardioVascular MR,Ultrafast Techniques Tissue Characterization Coronar

18、y Myocardial Perfusion Detection of Infarct Time resolved MR angio Vessel Wall Imaging Interactive real time Flow quantification,23,ECG-Gated Double IR FSE,Addenbrooke’s Hosp., Cambridge, UK,MR High resolution i

19、mage of aortic valve,Cardiac Morphology,Aortic valve imagingECG-gated black blood FSEBlood & fat suppressed using Dbl/Trpl IRHigh resolution images of aortic valve, comparable to Echo,NHLBI,GEMSEpstein et al.,Ec

20、hocardiography image of aortic valve,,The most powerful system in the industry,Clinical MR Ventricular Function / Morphology,LCE-NHLBI,,16 sec breath-hold Full R-R coverage High spatial and temporal resolution,FAS

21、TCINE,Aortic Dissection,Aortic Disease,Cambridge University,Black blood FSE,Excellent Soft Tissue Contrast for Tissue Characterization,,,Kerckhoff Heart Klinik, Germany,Identification of fatty infiltration in the infarc

22、ted region,fat suppressed,T1 breathhold,Excellent Myocardial Definition,New techniqueClear delineation of myocardiumHigh blood signalHalf the scan time,,,,,Ultrafast Imaging of the Coronaries,2D breathhold,3D breathho

23、ld,3D Breathhold,Left Coronary,Right Coronary,Aortic Root,Left Circumflex,,,,,,Left Coronary Artery Stenosis,,University Hospital, Rotterdam,Conventional Angiography,3D Breathhold MRA,Volume Rendered,Kerckhoff Heart Klin

24、ik, Germany,Clear Visualization of the Coronaries,2D Breathhold: 10 sec,2D Breathhold TSE,Coronary MR Angiography,without contrast agent,ERESA Imaging Center, Valencia, Spain,,,Coronary MR Angiography,Ultrafast 3D imagin

25、g in 23 seconds,Northwestern University, Chicago,,,High Speed Coronary MRA,Northwestern University, Chicago,,Ultrafast 3D imaging in 23 seconds,Myocardial Perfusion First Pass Dynamic Imaging,Subsecond imaging Follo

26、wing IV injectionA bolus of contrast agentPerfusion deficit seen,,pre-contrast,Dynamic first-pass perfusion,,Breathhold T2pre-contrast,Patient with SubendocardialInfarct,,,Lesion Detection and Myocardial Perfusion,,

27、,Stenosis in a branch vesselof the circumflex coronary artery,,,Myocardial Viabilityfast and robustdetection of infarcts,Northwestern University, Chicago,Wall Motion Study,Viability Study,Real Time Imaging,Interactivi

28、ty True flexibility,without ECG triggering,free breathing,磁共振血管成像(MRA),對比增強MRA：有釓劑自動密度跟蹤軟件。此外非釓劑對比劑增強MRA，可對比劑在血管內(nèi)廓清時間長達2小時。短TE技術(shù)，TE時間已從過去2-3ms減少到0.6ms。提高成像與重建速度：可作實時或近于實時成像，做期相精確的動態(tài)MRA。大矩陣采集：提高MRA對小血管的分辨能力，使用10242甚至20

29、482矩陣原始影像的采集。,磁共振血管成像(MRA),薄層塊多層塊重疊采集伴偽影抑制技術(shù)：消除MOTSA技術(shù)的階梯狀輪廓，重建更自然的血管影像。步進MRA：類似DSA步進方式的分段成像并進行拼接，得到完整的下肢血管影像。4D與血管內(nèi)窺鏡顯示：關(guān)于4D的概念不盡一致，有解釋為增加了時間軸；另有解釋為在3D的基礎(chǔ)上增加了血管透明化的顯示技術(shù)。血管內(nèi)窺鏡則是在各種MR內(nèi)窺鏡技術(shù)中難度較大的技術(shù)，尤其是在小的、搏動性的血管。,高分辨率 MR

30、A1024 ZIP 提供比1024采集更短的掃描時間和更小的信噪比損失,3DTOF MRA512, 1024 ZIP2x, 4x Through-plane ZIPImproves Apparent Resolution,,1024 ZIP重建技術(shù) - 3DTOF/FGRE,Enhanced 3DTOF,512x192, thru-plane ZIP45/6.9 TR/TE, 20x20 FOV120 SLICES,

31、 9:17,,,,,imagingvolume,,,,Trackervolume,智能化造影劑全自動跟蹤 SmartPrep,智能化造影劑自動跟蹤SmartPrep,,,High Resolution Imaging of Vessel Wall,400 micronresolution,3D volume rendering,,,Cleveland Clinic,3D Pulmonary MR Angiography,3D vo

32、lumetric imaging in 3 seconds unbeatable in the industry!,Time Resolved 3D MR Angiography,Visualizes contrast arrival in 3D,following contrast injection,Super Fast Scans: 4D-Imaging,,time,3D + temporal informatio

33、n,3D Carotid MRA in 9 secs,Panoramic array coil for extended coverage,,正常門脈、腸系膜上靜脈,FL3d 3.15/1.23, FA=25度，1.5mm, 64層，230*256， BW=490，TA=16s, MIP SubMIP,門脈高壓，靜脈曲張,Moving TablePeripheral MR Angiography,Single Injection

34、for 3 Stations,courtesy of Dr. Terwey, Bremen,,courtesy of Dr. Terwey, Bremen,Peripheral MRA,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,超極化氣體MRI(MR Imaging with hyperpolarized gas)：讓病人吸入3氦(Helium-3)或129碘(Iodine-129)可使組織的磁性提高10倍。提高肺部的磁性100倍(因為肺內(nèi)含空氣，無氫質(zhì)

35、子，原無信號)，因此可施行MR肺成像(lung imaging)，取得了一定的臨床效果。正逐步拓寬臨床應用范圍。使氣體能隨血流進入腦內(nèi)而不大幅度衰減，可望應用于腦部疾病等。,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,螺旋MRI：是指利用K-空間行螺旋采集而提高空間分辨力和聚焦速度的MRI方式，主要用于MR血管成像?，F(xiàn)在，此采集方式可在檢查中實時改變?nèi)齻€軸向的位置和梯度場切換率，從而可適于心血管、冠狀動脈及活檢檢查等范疇的應用。,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,超

36、聲MRI：MRI與US聯(lián)合應用的一種方式，最終完成3D顯示。預極化MRI(MR Imaging with prepolariztion)： 處于設(shè)想階段。該技術(shù)今后若能成功將會大為降低MR設(shè)備的費用(低場MR獲高場設(shè)備的信噪比)，此種設(shè)備是否能成為現(xiàn)事尚待觀察。,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,MRI在胃腸道的應用和CT一樣，MRI對于消化管的顯示長期以來一直是相對盲區(qū)，但目前MRI的一個應用突破是對小腸與結(jié)腸病變的顯示。結(jié)合腸腔內(nèi)灌注釓

37、劑后使用特殊的序列采集，如3DSPGR與T2加權(quán)SSPSE，再配合4D顯示、MR內(nèi)窺鏡及多平面重建等技術(shù)顯示腸壁與腸腔內(nèi)病變。據(jù)報道，大于5mm結(jié)腸息肉，MRI的敏感性與特異性均可達到90%以上。,臨床應用,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,MRI在腹部應用的進展肝臟成像：對比劑已有三類：A.細胞外對比劑，如Gd-DTPA，有助與顯示富血管病變，如原發(fā)性肝癌；B.組織特異性對比劑，如氧化鐵顆粒，可用于區(qū)分肝實質(zhì)與轉(zhuǎn)移性病變；C.肝膽對比劑，也是

38、組織特異性對比劑，可在T1加權(quán)影像上提供長時間的實質(zhì)強化，有助于鑒別肝臟占位，如腺瘤、局灶性結(jié)節(jié)樣增生及低分化肝細胞癌等。,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,MRI在腹部應用的進展MR膽胰管成像(MRCP)：A.識別解剖學變異，如胰腺分裂和囊性胰管損傷；B.證實膽道梗阻的存在，明確阻塞部位和范圍和梗阻原因；C.識別惡性病變，如膽管癌(但不能識別壺腹癌)等；D.胰管成像；E.評價功能，如對縮膽囊素的反應；F.術(shù)后評價。胰腺：MRI目前可用于識別

39、胰島細胞癌和小胰管癌，鑒別慢性胰腺炎與胰腺癌等。腹膜：MRI用于腹膜疾病的診斷，高度敏感，但特異性較差。,膽總管下端嵌頓結(jié)石,胰頭癌,FS-Fl2d-T1WI,HASTE-T2WI,胰頭癌,厚層MRCP,薄層斜冠狀MRCP,胰頭癌,動脈期,門脈期,延遲期,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,閃爍MRI：即施行全身MRI掃描，得到類似ECT的全身圖像，用于篩選或發(fā)現(xiàn)多發(fā)病灶，目前只有少數(shù)廠家有此項介紹。,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,磁共振波譜成像

40、(MRS)顯示技術(shù)的改進：采樣可為多體素采集，也可為單體素采集；應用質(zhì)子(H+)波譜技術(shù)時可采用專門的技術(shù)抑制H+自身的信號，可以調(diào)整采集時間；應用多核(非H+)波譜技術(shù)時可使用P、C、F、Na、Li、He、Xe等核，操作者可以自己選擇，并可自己設(shè)計線圈，但因信號太弱，目前只能用于1.5T以上的設(shè)備。進一步的開發(fā)將進行小部位的3D MRS顯示，如用于前列腺檢查。,MR設(shè)備軟件功能的發(fā)展,磁共振波譜成像(MRS)顯示信息范疇的拓寬：M

41、RS已可將顯示信息的范疇拓展到生物化學信息、代謝性信息、分子生物學乃至基因信息。臨床上，某些功能可以應用自動分析，如腫瘤與炎癥的鑒別、腫瘤復發(fā)的,頻 譜,PROBE-SI 1500/14424 x 24 14.4 min,,,,頻譜Visualization: Viewing of Individual Spectra,PROBE-SI 1500/14424 x 24 array 14.4 min,,,,,,,,,NAA,

42、Cr,Cho,Mix,Choroid,Glx,NAA,Cr,lac,頻 譜Visualization: Spectroscopic Imaging,Choline/Creatine Ratio Map,NAA Map,膽 堿/ 肌 酸,頻譜成像,Image generously provided by J. Kurhanewicz, H. Hricak,D. Vigneron, and S. Nelson, UCSF..,C