MRI成像技术的进展及临床应用.docx

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MRI成像技术的进展及临床应用

MRI成像技术的进展及临床应用

磁共振成像（magneticresonanceimaging,MRI）是基于核磁共振现象的成像技术,20世纪70年代被引入到医学领域并用于人体成像。

30多年的时间里,MRI得到迅速开展,硬件设备和成像技术不断更新。

主磁场、梯度系统、射频系统功能的改良,多通道、多采集单元、并行采集等技术的应用,使MRI设备整体水平明显提升,成像速度明显加快。

近几年,超高场MRI在脑功能成像、频谱成像、白质纤维束成像、心脏检查、冠心病诊断、腹部等脏器的检查得到了广泛应用[1]。

1　磁共振血管成像

　　磁共振血管成像（magneticresonanceangiography,MRA）是一种无创性血管成像技术,利用血管内血液流动或经外周血管注入磁共振比照剂显示血管结构,还可提供血流方向、流速、流量等信息,已经成为常规检查技术。

MRA技术主要有时间飞跃法（timeoffligh,tTOF）、相位比照法（phasecontras,tPC）和比照增强MRA（CE-MRA）。

TOF法是临床上应用最广泛的MRA方法,该技术基于血流的流入增强效应,常用形式有2DTOFMRA和3DTOFMRA。

2DTOFMRA采用较短的重复时间（repetitiontime,TR）和较大的反转角,背景组织信号抑制较好,有利于静脉慢血流的显示,多用于颈部动脉和下肢血管的检查。

3DTOFMRA空间分辨率更高,流动失相位相对较轻,受湍流的影响相对较小,多用于脑部动脉的检查[2]。

PCMRA是利用流动所致的宏观横向磁化矢量的相位变化来抑制背景、突出血流信号的一种方法,包括2DPCMRA、3DPCMRA和电影（cine）MRA。

与TOFMRA比拟,PCMRA在临床应用相对较少,主要用于静脉性病变的检查和心脏及大血管血流分析。

CE-MRA是经外周静脉团注比照剂Gd-DTPA后,利用比照剂使血液的T1值明显缩短,然后利用超快速且权重很重的T1WI序列（3DfastTOFSPGE,反转角>45°）进行成像。

CE-MRA对于血管腔的显示比其他MRA技术更可靠,出现血管狭窄的假象明显减少,血管狭窄程度的反映比拟真实,一次注射比照剂可完成动脉和静脉的显示。

2　磁共振灌注成像

　　灌注成像（perfusionimaging,PI）通常是用来评价血流的微循环即毛细血管床内血流的分布特征,已成为脑血管疾病和肿瘤等疾病的重要诊断手段[3,4],尤其是对脑梗死早期,区分可恢复的和不可逆梗死的脑组织有重要价值。

临床上PI有两种主要的方法,即比照剂首过法和动脉自旋标记法（arterialspinlabeling,ASL）。

比照剂首过法是借助静脉快速团注具有磁敏感效应的MRI比照剂,位于血管内的比照剂产生强大的、微观上的磁敏感梯度,引起周围组织局部磁场的短暂变化,这种局部磁场的变化可以通过MRI图像上信号强度的变化测得。

反映组织血流灌注的各种生理参数是通过测量比照剂浓度所致的信号改变间接获得,所得的各种参数是一个相对值,即血容量（bloodvolume,BV）、血流量（bloodflow,BF）和平均通过时间（meantransittime,MTT）等。

ASL是利用血管内自由流动的血液作为内源性的示踪剂来评价组织的特异性灌注,此方法不使用外源性比照剂,可重复性高且组织比照度较好。

ASL首先用于正常和缺血脑组织血流灌注研究,可以清晰的显示灌注缺损或低灌注区,所获得的正常状态下局部脑血流量与其他技术获得的血流量一致性很好,但在缺血引起脑血流量明显降低时,ASL所测得的血流量较其他方法测得的结果低。

3　扩散加权成像及扩散张量成像

　　扩散加权成像（diffusionweightedimaging,DWI）是目前在活体上进行水分子扩散测量与成像的唯一方法,它主要依赖于水分子的弥散运动成像。

DWI首先用于中枢神经系统缺血性脑梗死的早期诊断,鉴别急性和亚急性脑梗死,评价脑梗死的开展进程[5]。

在脑梗死30min后便可利用DWI发现扩散受限,表观扩散系数（apparentdiffusioncoefficien,tADC）降低,至8~32h达最低,持续3~5d。

急性期DWI上呈现高信号,ADC图像上呈低信号。

亚急性期（1~2周）随着细胞外水分子的增加及胶质增生,ADC值逐渐升高,约2周DWI上呈等、高信号,ADC上呈现高信号。

除脑缺血外,DWI在中枢神经系统也用于脑肿瘤、感染、脱髓鞘病变、外伤等疾病的诊断。

腹部应用主要集中在肝脏,用于肝脏占位性病变的诊断和鉴别诊断、肝纤维化和肝硬化的评价等[6]。

在其他部位如乳腺、胃肠道、前列腺等的临床应用也正在开展。

　　扩散张量成像（diffusiontensorimaging,DTI）是一种用于描述水分子扩散方向特征的MRI成像技术,在DWI的根底上施加6~55个非线性方向的梯度场获得扩散张量图像。

在人体生理条件下,水分子的自由运动受细胞本身特征及其结构的影响,如组织的粘滞度、温度、分子的大小以及细胞膜、细胞器等生理屏障,使其在三维空间各个方向上弥散运动的快慢不同,以致一个方向上弥散比另一个方向受更多的限制,具有很强的方向依赖性,称为各向异性,其运动轨迹近似一个椭球体。

弥散各向异性在脑白质纤维束表现最明显,水分子的弥散运动在与神经纤维走行一致的方向受到的限制最小、运动最快,而在与神经纤维垂直的方向上受到的限制最大、运动最慢。

DTI主要用于动态显示并检测脑白质的生理演变过程及脑缺血性病变、颅内肿瘤、癫痫、外伤等脑白质神经纤维束的变化,三维显示大脑半球白质纤维束的走行和分布等。

4　脑功能成像

　　脑功能成像一般指基于血氧合水平依赖（bloodoxygenationleveldependen,tBOLD）效应的脑功能磁共振成像（functionalMRI,MfRI）技术。

血液中的脱氧血红蛋白具有顺磁性,可以缩短组织的T2或T*2值,其增多将导致相应组织在T2WI或T*2WI上信号强度降低;氧合血红蛋白那么具有轻度反磁性,可延长组织的T2或T*2值,其增多将导致相应组织在T2WI上信号强度增高。

当大脑某区域被激活时,该区域脑组织的耗氧量增多,脱氧血红蛋白随之增多,但相应区域脑组织的血流灌注量也同时增多,带来更多的氧合血红蛋白,最后的结果是氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的比例增高,因此导致T2WI或T*2WI上相应区域脑组织信号强度增高。

目前,BOLD已从对感觉和运动等低级脑功能的研究开展到对高级思维和心理活动等高级脑功能的研究,主要包括视觉、躯体运动、躯体感觉（触觉、痛觉）、听觉、语言、认知及情绪、针刺穴位等[7-9]。

BOLD临床上用于脑肿瘤、癫痫、脑血管畸形等手术前脑功能定位,也用于神经精神病学的研究。

5　磁共振波谱

　　磁共振波谱（magneticresonancespectroscopy,MRS）是目前唯一能活体观察组织代谢及生化变化的技术,利用不同化学环境下的原子核共振频率的微小差异来区分不同的化学位移,从而鉴别不同的化学物质及其含量。

MRS是由不同共振频率原子核产生的多个共振峰组成,每一波谱可反映原子核的化学位移、波峰高度或面积、波峰半高全宽、pH值、温度等。

准确的空间定位技术是MRS成功的关键。

在体MRI的空间定位技术一般分为单体素和多体素两种技术。

单体素空间定位技术的根本原理是应用3个互相垂直的层面选择脉冲,而采集的仅为与3个层面均相交的体素内的回波信号。

常用的单体素空间定位采集技术有活体影像选择波谱（ISIS）、鼓励回波采集模式（STEAM）和点分辨波谱（PRESS）序列。

多体素采集技术即化学位移成像（chemicalshiftimaging,CSI）或磁共振波谱成像（MRSI）,可分为2D和3D多体素采集。

其优点是一次采集覆盖范围较大,在选定的空间分布中,可以得到多个体素的代谢物谱线。

由于代谢物质的种类丰富,磁共振波谱技术的应用非常广泛[4,10],如1H谱、31P谱等。

1H-MRS是敏感性最高的检测方法,它可检测与脂肪代谢、氨基酸代谢以及神经递质有关的化合物,如肌酸（Cr）、胆碱（Cho）、肌醇（mI）、乳酸（Lac）和N-乙酰天门冬氨酸（NAA）等。

31P-MRS用于研究组织能量代谢和生化改变,检测参与细胞能量代谢与生物膜有关的磷脂代谢产物,如磷酸单酯（PME）、磷酸二酯（PDE）、磷酸肌酸（PCr）、无机磷（Pi）等。

6　MRI分子影像学

　　分子影像学是用影像学的方法在细胞/分子水平对活体生物过程进行描述与测量的新兴交叉学科。

MRI广泛应用于分子影像学研究,包括清楚地显示解剖结构、药物作用或其他功能活动组织血流改变、代谢产物浓度定量检测、组织pH分布图、血容量和血管渗透性的研究、药物动力学研究、基因表达、特异性分子探针显像、肿瘤血管生成显像等[11,12]。

MRI靶向比照剂的研究较多,可分为三大类:

转铁蛋白受体（transfer-rinreceptor,TFR）显像、顺磁性金属卟啉合成物和标记单克隆抗体比照剂。

TFR的主要功能是实现铁自细胞外向细胞内的转运,另外还与细胞的生长和增殖有关。

目前应用的TFR探针主要有转铁蛋白-单晶氧化铁超微粒（TF-MION）和抗TFR抗体-单晶氧化铁超微粒（antiTFRb-MION）两种。

顺磁性金属卟啉合成物可缩短质子弛豫时间,具有稳定性和肿瘤定向的特性,能快速地从血液中清出并累积于肝、肾和肿瘤组织中。

有学者研制了Mn-卟啉配合物的肿瘤靶向性比照剂以及水溶性金属卟啉肿瘤靶向比照剂,并研究了比照剂的体外弛豫率和在肿瘤细胞中的富集过程。

标记单克隆抗体（monocloneantibody,McAb）类MRI靶向比照剂可特异性地导向肿瘤等抗原结构,使肿瘤局部信号发生改变,产生特异性增强,从而到达诊断目的。

　　综上所述,MRI是多参数成像,其成像原理和信号表现复杂多样,成像技术也更新开展快。

MR血管成像可无创显示血管结构并提供血流动力学参数,灌注成像反映疾病早期和病变血液灌注,扩散加权成像和扩散张量成像从分子水平探讨细胞内外水分子运动的改变,血氧水平依赖成像、磁共振波谱分析等MRI功能成像技术从细胞、分子水平,乃至基因水平反映靶器官的物质代谢和功能活动状况。

MRI技术的开展代表着医学影像诊断设备和技术的开展。

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化学位移成像（chemicalshiftimaging）也称同相位（inphase）/反相位（outofphase）成像。

原理：

在场强一定时，因分子结构的不同，质子受周围电子云的屏蔽影响也不同，脂肪中质子所感受的磁场强度略低于水分子中的质子，其进动频率也略低于后者。

我们检测到的MR信号是质子的横向磁化分矢量合成的宏观横向磁化矢量。

横向磁化矢量实际上是在以Z轴为圆心，在XY平面作圆周运动，犹如时钟的指针。

水分子中和脂肪中的质子的进动频率的差异有如时钟的分针和时针的运动频率差异。

在RF冲激发后，水分子中和脂肪中质子处于同一相位，RF冲关闭后两种质子将以自己的频率进动，水分子的质子进动频率略高于脂肪中的质子，到一定时刻后，水分子中的质子的相位将超过脂肪中的质子半圈，即两种质子的相位相差180°，这时两种质子的横向磁化分矢量将相互抵消，采集到MR信号相当于这两种组织信号相减的差值，我们将这种图像称为反相位（outofphase或opposedphase）图像。

又过相同的时间段后，水分子的质子又将逐渐赶上脂肪中的质子，水分子中质子的相位将超过脂肪中质子一整圈，这时两种质子的相位又完全重叠，这时两种质子横向磁化分矢量相互叠加，采集到的MR信号为这两种组织叠加的信息，我们将这种图像称为同相位（inphase）图像。

实际上射频脉冲激发后，反相位、同相位是周期性出现的。

特点:

1、与同相位图像相比，反相位图像水脂混合组织信号明显衰减，其衰减程度一般超过频率选择饱和法脂肪抑制技术。

反相位图像上纯脂肪组织的信号没有明显衰减。

2、反相位图像上，周围富有脂肪组织的脏器边缘会出现一条黑线，把脏器的轮廓勾画出来。

3、可用于病灶中是否存在脂肪组织的鉴别诊断。

如肾上腺腺瘤中常含有脂质，在反相位图像上信号强度常有明显降低。

4、正、反相位图像信息后处理可以生成脂肪抑制图像。

MR成像技术

更新日期：

2021-10-420:

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  磁共振成像仪的关键局部是磁体，它产生强大的静磁场是组织磁化的条件。

磁体的参数包括：

磁场强度、均匀性、孔腔大小。

在场强选择时注意以下3点：

①高场强中化学位移伪影比拟明显；②在高场强中运动伪影严重；③RF的热效应与场强平方成正比。

MRI磁体类型有3种：

常导型、永磁型、超导型。

1常导型

常导型磁体是由电流在常温条件下的电磁体，0.2-0.4T

优点：

①磁体造价低，工艺简单；

         ②磁体较轻；

         ③场强可 以关闭。

缺点：

①耗电量大；

         ②产热量大；需用水冷却；

         ③场强较低；

         ④磁体的均匀性受温度影响大。

2永磁型

 由永磁铁组成，0.3-0.5T

优点：

①造价维护费低，不耗电；

        ②磁场向周围环境影响小；

        ③磁力线垂直孔洞可用？

线管射频线圈提高信噪比；

缺点：

①场强低;

         ②磁体重量大；

         ③磁场稳定性差；室温要求严格；

         ④磁场无法关闭。

3超导型：

   超导体线圈采用铌钛合金制成，线圈在8K温度下电阻等于零。

线圈采用液氦制冷。

优点：

①场强高；

         ②场强稳定而均匀，不受外界温度影响；

         ③磁场可关闭，在极特殊情况下，线圈会出现温升，线圈失超，液氦迅速蒸发，非常危险，故MR系统中设计了自动报警系统进行检测。

        ④场强可以调节

缺点：

①制冷液氦贵，需定期补充，

         ②制造工艺复杂，造价高

磁共振成像技术的临床应用

   磁共振检查前的考前须知:

   考前须知：

严禁推车、 轮椅、担架 、包 、雨伞、、磁卡、钥匙、耳机等铁磁性物质进入机房内。

头颈部检查；活动假牙去除，胸腹部要去胸罩〔女〕

禁忌证:

1有心脏起博器的患者；有颅脑动脉夹患者；

 铁磁性植入物患者，如弹片眼内金属异物；

           2、心脏手术后换有人工金属瓣膜患者；

           3、金属假肢金属关节患者；

           4体内胰岛素泵神经刺激器患者；

           5、三个月内早孕患者；

           以上各项有疑问的应弄清情况后再进行检查，否那么视为禁忌证

适应证：

中枢神经系统：

颅脑肿瘤颅内感染 脑血管病变 脑白质病变 脑发育畸形 脑退行性病变 脑室及珠网膜下腔病变 脑挫伤 颅内亚急性血肿 

颅颈移行区病变：

没骨伪影优于CT 

颈部病变； 胸部病变；心脏大血管病变

肝脏及胰腺病变，胆道结石

肾脏输尿管病变；盆腔病变

脊柱四肢关节病变

2 磁共振检查前准备

〔1〕接诊时，核对患者的一般资料，询问病史，明确检查目的和要求

〔2〕询问患者是否属禁忌证范围，让患者做好准备，去除患者身上一切金属物品、磁性物品及电子器件

〔3〕向患者认真讲述检查过程，以消除其恐惧心理，争取患者的合作，

〔4〕急、危重患者必须临床医师陪抢救器材、药品必须齐备同观察，

头颅

1推荐常规成像方位及列序

（1）Sag-T1w,Tra-T1w,Tra-T2w

（2）Sag-T2w,Tra-T1w,Tra-T2w

      （3）Tra-T1w,Tra-T2w,Cor-T2w

2列序应用技术与技巧

〔1〕常规成像：

T1w-SE,T2w-SE是脑部成像的经典列序

〔2〕急性脑出血：

T1w、T2w均不敏感，而T2*较敏感，所以应加T2*〔磁敏感加权〕序列，T2*-GRE、T2w-TGRE、T2*-EPI

〔3〕急性脑堵塞：

T1w、T2w不敏感，较早脑堵塞应做弥散加权DW-EPI；T2w-FLAIR

〔4〕蛛网膜下腔出血：

T1w不敏感，应加做黑水FLAIR

〔5〕颅内脂肪瘤：

加T1w脂肪饱和技术

〔6〕脑膜病变：

Gd-TDPA

〔7〕颅内感染及肿瘤性病变：

T2w-FLAIR；Gd-TDPA

〔8〕血管性病变：

AVM使用3D-ToF；静脉及静脉窦使用2D-ToF

〔9〕颞叶癫痫：

加T2w-TSE-Cor;T2w-FIAIR-Cor

〔10〕脑脊液通路病变：

3D-CISS脑室系统造影

〔11〕脑白质病变：

DW-EPI和FIAIR

脑垂体MR常规技术

1成像方法：

垂体MR常规采用矢状位及冠状位成像，必要时加横断位成像

2推荐常规成像方位及列序：

   Cor-SE（TSE）T1W

   Cor-SE（TSE）T2W

   Sag-SE（TSE）T1W

层后2-4mm，间距10%-20%，

相位编码Sag-------AP

           Cor-------LR

为了减少颈A搏动伪影在颅颈交界处加局部饱和技术。

3 列序应用技术与技巧

常规采用薄层、高分辨率T1w、T2w-TSE列序

〔1〕在垂体MR成像时，既要使用薄层，又要高分辨率，所以信噪比拟低，应增加采集次数〔NSA〕来弥补信噪比拟低缺乏，但成像时间增加，应尽可能减少层数，缩短TR减少成像时间，注意要使用加局部饱和技术减少颈A搏动伪影。

〔2〕垂体MR成像的后处理：

垂体结构微小，在照像时一般要放大处理，使垂体得到突出显示。

〔3〕垂体MR动态成像技术：

   a 检查前用19G留置针建立肘静脉通道，用长连接管相连，在远端接三通管，接上50mL生理盐水和每公斤体重0.1mmol的造影剂。

   b Cor-T1w，3-5层扫描。

   c  单次采集时间20-30s，动态采集10次，在第一次采集结束后，立即快速注射造影剂Gd-TDPA，同时连续成像9次，可见正常垂体腺、漏斗、海绵窦逐一明显强化，腺瘤呈低信号，形成鲜明比照，在冠状位上最有诊断意义。

眼眶MR常规技术

1、成像方法

〔1〕横断位成像：

必须与视神经前后轴平行

〔2〕斜矢状面成像：

在横断位上定位，与视神经前后轴平行。

〔3〕冠状面成像

2、推荐常规成像方位及列序：

Sag-SE（TSE）-FS-T1w

Tra-SE（TSE）-FS-T1w

Tra-SE（TSE）-FS-T2w

Cor-SE（TSE）-FS-T2w

3 列序应用技术与技巧

眼眶常规列序通常加脂肪抑制技术，更好地显示眶内病变，但有时眼肌病变需要脂肪信号衬托的，就不要加脂肪抑制技术。

必要时亦可做3D-T1w-MPRSag，通过重建可获得全程视神经图像，也可以通过曲面重建〔MPR〕技术，多平面、多视角、任意展示眼球、眼眶、眼肌及视神经。

颅颈部MRI技术

1鼻咽部MRI技术

推荐列序：

Tra-SE〔TSE〕-T1w

              Tra-SE〔TSE〕-T2w

              Sag-SE〔TSE〕-T1w〔T2w）

               Cor-SE〔TSE〕-T1w〔T2w）

2 口咽部MRI技术

推荐列序：

Tra-SE〔TSE〕-T1w

              Tra-SE〔TSE〕-T2w

              Sag-SE〔TSE〕-T1w〔T2w）

               Cor-SE〔TSE〕-T1w〔T2w）

3喉及甲状腺MRI应用技术

推荐列序：

Tra-SE〔TSE〕-T1w