醫(yī)學影像學:第五章　磁共振成像

磁共振成像是利用原子核在磁場內共振所產生信號經重建成像的一種成像技術。

核磁共振（nuclear magneticresonance，NMR)是一種核物理現(xiàn)象。早在1946年Block與Purcell就報道了這種現(xiàn)象并應用于波譜學。Lauterbur1973年發(fā)表了MR成象技術，使核磁共振不僅用于物理學和化學。也應用于臨床醫(yī)學領域。近年來，核磁共振成像技術發(fā)展十分迅速，已日臻成熟完善。檢查范圍基本上覆蓋了全身各系統(tǒng)，并在世界范圍內推廣應用。為了準確反映其成像基礎，避免與核素成像混淆，現(xiàn)改稱為磁共振成象。參與MRi 成像的因素較多，信息量大而且不同于現(xiàn)有各種影像學成像，在診斷疾病中有很大優(yōu)越性和應用潛力

第一節(jié)　MRI的成像基本原理與設備

一、磁共振現(xiàn)象與MRI

含單數(shù)質子的原子核，例如人體內廣泛存在的氫原子核，其質子有自旋運動，帶正電，產生磁矩，有如一個小磁體（圖1-5-1)。小磁體自旋軸的排列無一定規(guī)律。但如在均勻的強磁場中，則小磁體的自旋軸將按磁場磁力線的方向重新排列（圖1-5-2)。在這種狀態(tài)下，

圖1-5-1　質子帶正電荷，它們像地球一樣在不停地繞軸旋轉，并有自己的磁場

用特定頻率的射頻脈沖（radionfrequency，RF)進行激發(fā)，作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振，即發(fā)生了磁共振現(xiàn)象。停止發(fā)射射頻脈沖，則被激發(fā)的氫原子核把所吸收的能逐步釋放出來，其相位和能級都恢復到激發(fā)前的狀態(tài)。這一恢復過程稱為弛豫過程（relaxationprocess)，而恢復到原來平衡狀態(tài)所需的時間則稱之為弛豫時間（relaxationtime)。有兩種弛豫時間，一種是自旋-晶格弛豫時間（spin-lattice relaxationtime)又稱縱向弛豫時間（longitudinal relaxation time)反映自旋核把吸收的能傳給周圍晶格所需要的時間，也是90°射頻脈沖質子由縱向磁化轉到橫向磁化之后再恢復到縱向磁化激發(fā)前狀態(tài)所需時間，稱T₁。另一種是自旋-自旋弛豫時間（spin-spin relaxation time)，又稱橫向弛豫時間（transverse relaxation time)反映橫向磁化衰減、喪失的過程，也即是橫向磁化所維持的時間，稱T₂。T₂衰減是由共振質子之間相互磁化作用所引起，與T₁不同，它引起相位的變化。

圖1-5-2　正常情況下，質子處于雜亂無章的排列狀態(tài)。當把它們放入一個強外磁場中，就會發(fā)生改變。它們僅在平行或反平行于外磁場兩個方向上排列

人體不同器官的正常組織與病理組織的T₁是相對固定的，而且它們之間有一定的差別，T₂也是如此（表1-5-1a、b)。這種組織間弛豫時間上的差別，是MRI的成像基礎。有如CT時，組織間吸收系數(shù)（CT值)差別是CT成像基礎的道理。但MRI不像CT只有一個參數(shù)，即吸收系數(shù)，而是有T1、T₂和自旋核密度（P)等幾個參數(shù)，其中T₁與T₂尤為重要。因此，獲得選定層面中各種組織的T₁（或T₂)值，就可獲得該層面中包括各種組織影像的圖像。

MRI的成像方法也與CT相似。有如把檢查層面分成Nx，Ny，Nz……一定數(shù)量的小體積，即體素，用接收器收集信息，數(shù)字化后輸入計算機處理，獲得每個體素的T₁值（或T₂值)，進行空間編碼。用轉換器將每個T值轉為模擬灰度，而重建圖像。

表1-5-1a　人體正常與病變組織的T₁值（ms)

表1-5-1b　正常顱腦的T₁與T₂值（ms)

二、MRI設備

MRI的成像系統(tǒng)包括MR信號產生和數(shù)據(jù)采集與處理及圖像顯示兩部分。MR信號的產生是來自大孔徑，具有三維空間編碼的MR波譜儀，而數(shù)據(jù)處理及圖像顯示部分，則與CT掃描裝置相似。

MRI設備包括磁體、梯度線圈、供電部分、射頻發(fā)射器及MR信號接收器，這些部分負責MR信號產生、探測與編碼；模擬轉換器、計算機、磁盤與磁帶機等，則負責數(shù)據(jù)處理、圖像重建、顯示與存儲（圖1-5-3)。

磁體有常導型、超導型和永磁型三種，直接關系到磁場強度、均勻度和穩(wěn)定性，并影響MRI的圖像質量。因此，非常重要。通常用磁體類型來說明MRI設備的類型。常導型的線圈用銅、鋁線繞成，磁場強度最高可達0.15～0.3T^*，超導型的線圈用鈮-鈦合金線繞成，磁場強度一般為0.35～2.0T，用液氦及液氮冷卻；永磁型的磁體由用磁性物質制成的磁磚所組成，較重，磁場強度偏低，最高達0.3T。

梯度線圈，修改主磁場，產生梯度磁場。其磁場強度雖只有主磁場的幾百分之一。但梯度磁場為人體MR信號提供了空間定位的三維編碼的可能，梯度場由X、Y、Z三個梯度磁場線圈組成，并有驅動器以便在掃描過程中快速改變磁場的方向與強度，迅速完成三維編碼。

圖1-5-3　MRI設備基本結構示意圖

射頻發(fā)射器與MR信號接收器為射頻系統(tǒng)，射頻發(fā)射器是為了產生臨床檢查目的不同的脈沖序列，以激發(fā)人體內氫原子核產生MR信號。射頻發(fā)射器及射頻線圈很象一個短波發(fā)射臺及發(fā)射天線，向人體發(fā)射脈沖，人體內氫原子核相當一臺收音機接收脈沖。脈沖停止發(fā)射后，人體氫原子核變成一個短波發(fā)射臺，而MR信號接受器則成為一臺收音機接收MR信號。脈沖序列發(fā)射完全在計算機控制之下。

MRI設備中的數(shù)據(jù)采集、處理和圖像顯示，除圖像重建由Fourier變換代替了反投影以外，與CT設備非常相似。

第二節(jié)　MRI圖像特點

一、灰階成像

具有一定T₁差別的各種組織，包括正常與病變組織，轉為模擬灰度的黑白影，則可使器官及其病變成像。MRI所顯示的解剖結構非常逼真，在良好清晰的解剖背景上，再顯出病變影像，使得病變同解剖結構的關系更明確。

值得注意的是，MRI的影像雖然也以不同灰度顯示，但反映的是MR信號強度的不同或弛豫時間T₁與T₂的長短，而不象CT圖象，灰度反映的是組織密度。

MRI的圖像如主要反映組織間T₁特征參數(shù)時，為T₁加權象（T₁weighted image，T₁WI)，它反映的是組織間T₁的差別。如主要反映組織間T₂特征參數(shù)時，則為T₂加權像（T₂weighted image，T₂WI)。

因此，一個層面可有T₁WI和T₂WI兩種掃描成像方法。分別獲得T₁WI與T₂WI有助于顯示正常組織與病變組織。正常組織，如腦神經各種軟組織間T₁差別明顯，所以T₁WI有利于觀察解剖結構，而T₂WI則對顯示病變組織較好。

在T₁WI上，脂肪T₁短，MR信號強，影像白；腦與肌肉T₁居中，影像灰；腦脊液T₁長；骨與空氣含氫量少，MR信號弱，影像黑。在T₂WI上，則與T₁WI不同，例如腦脊液T₂長，MR信號強而呈白影。表1-5-2是例舉幾種組織在T₁WI和T₂WI上的灰度。

表1-5-2　人體不同組織T₁WI和T₂WI上的灰度

圖1-5-4　不同器官結構的MRI

A.B.C.顱腦的冠狀面、矢狀面及橫斷面的MRI　D.頸部的矢狀面MRI

E.F.心臟大血管的橫斷面和矢狀面MRI　G.軀干冠狀面MRI　H.足的矢狀面MRI

二、流空效應

心血管的血液由于流動迅速，使發(fā)射MR信號的氫原子核離開接收范圍之外，所以測不到MR信號，在T₁WI或T₂WI中均呈黑影，這就是流空效應（flowing Void)。這一效應使心腔和血管顯影（圖1-5-4)，是CT所不能比擬的。

三、三維成像

MRI可獲得人體橫面、冠狀面、矢狀面及任何方向斷面的圖像，有利于病變的三維定位。一般CT則難于作到直接三維顯示，需采用重建的方法才能獲得狀面或矢狀面圖像以及三維重建立體像（圖1-5-4)。

四、運動器官成像

采用呼吸和心電圖門控（gating)成像技術，不僅能改善心臟大血管的MR成像，還可獲得其動態(tài)圖象。

第三節(jié)　MRI檢查技術

MRI的掃描技術有別于CT掃描。不僅要橫斷面圖像，還常要矢狀面或（和)冠狀面圖像，還需獲得T₁WI和T₂WI。因此，需選擇適當?shù)拿}沖序列和掃描參數(shù)。常用多層面、多回波的自旋回波（spin echo，SE)技術。掃描時間參數(shù)有回波時間（echo time，TE)和脈沖重復間隔時間（repetition time，TR)。使用短TR和短TE可得T₁WI，而用長TR和長TE可得T₂WI。時間以毫秒計。依TE的長短，T₂WI又可分為重、中、輕三種。病變在不同T₂WI中信號強度的變化，可以幫助判斷病變的性質。例如，肝血管瘤T1WI呈低信號，在輕、中、重度T₂WI上則呈高信號，且隨著加重程度，信號強度有遞增表現(xiàn)，即在重T₂WI上其信號特強。肝細胞癌則不同，T₁WI呈稍低信號，在輕、中度T₂WI呈稍高信號，而重度T2WI上又略低于中度T2WI的信號強度。再結合其他臨床影像學表現(xiàn)，不難將二者區(qū)分。

MRI常用的SE脈沖序列，掃描時間和成像時間均較長，因此對患者的制動非常重要。采用呼吸門控和（或)呼吸補償、心電門控和周圍門控以及預飽和技術等，可以減少由于呼吸運動及血液流動所導致的呼吸偽影、血流偽影以及腦脊液波動偽影等的干擾，可以改善MRI的圖像質量。

為了克服MRI中SE脈沖序列成像速度慢、檢查時間長這一主要缺點，jfsoft.net.cn/kuaiji/近年來先后開發(fā)了梯度回波脈沖序列、快速自旋回波脈沖序列等成像技術，已取得重大成果并廣泛應用于臨床。此外，還開發(fā)了指肪抑制和水抑制技術，進一步增加MRI信息。

MRI另一新技術是磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA)。血管中流動的血液出現(xiàn)流空現(xiàn)象。它的MR信號強度取決于流速，流動快的血液常呈低信號。因此，在流動的血液及相鄰組織之間有顯著的對比，從而提供了MRA的可能性。目前已應用于大、中血管病變的診斷，并在不斷改善。MRA不需穿剌血管和注入造影劑，有很好的應用前景。MRA還可用于測量血流速度和觀察其特征。

MRI也可行造影增強，即從靜脈注入能使質子弛豫時間縮短的順磁性物質作為造影劑，以行MRI造影增強。常用的造影劑為釓——二乙三胺五醋酸（Gadolinium-DTPA,Gd-DTRA)。這種造影劑不能通過完整的血腦屏障，不被胃粘膜吸收，完全處于細胞外間隙內以及無特殊靶器官分布，有利于鑒別腫瘤和非腫瘤的病變。中樞神經系統(tǒng)MRI作造影增強時，癥灶增強與否及增強程度與病灶血供的多少和血腦屏障破壞的程度密切相關，因此有利于中樞神經系統(tǒng)疾病的診斷。

MRI還可用于拍攝電視、電影，主要用于心血管疾病的動態(tài)觀察和診斷。

基于MRI對血流擴散和灌注的研究，可以早期發(fā)現(xiàn)腦缺血性改變。它預示著很好的應用前景。

帶有心臟起搏器的人需遠離MRI設備。體內有金屬植入物，如金屬夾，不僅影響MRI的圖像，還可對患者造成嚴重后果，也不能進行MRI檢查，應當注意。

第四節(jié)　MRI診斷的臨床應用

MRI診斷廣泛應用于臨床，時間雖短，但已www.med126.com顯出它的優(yōu)越性。

在神經系統(tǒng)應用較為成熟。三維成像和流空效應使病變定位診斷更為準確，并可觀察病變與血管的關系。對腦干、幕下區(qū)、枕大孔區(qū)、脊髓與椎間盤的顯示明顯優(yōu)于CT。對腦脫髓鞘疾病、多發(fā)性硬化、腦梗塞、腦與脊髓腫瘤、血腫、脊髓先天異常與脊髓空洞癥的診斷有較高價值。

縱隔在MRI上，脂肪與血管形成良好對比，易于觀察縱隔腫瘤及其與血管間的解剖關系。對肺門淋巴結與中心型肺癌的診斷，幫助也較大。

心臟大血管在MRI上因可顯示其內腔，所以，心臟大血管的形態(tài)學與動力學的研究可在無創(chuàng)傷的檢查中完成。

對腹部與盆部器官，如肝、腎、膀胱，前列腺和子宮，頸部和乳腺，MRI檢查也有相當價值。在惡性腫瘤的早期顯示，對血管的侵犯以及腫瘤的分期方面優(yōu)于CT。

骨髓在MRI上表現(xiàn)為高信號區(qū)，侵及骨髓的病變，如腫瘤、感染及代謝疾病，MRI上可清楚顯示。在顯示關節(jié)內病變及軟組織方面也有其優(yōu)勢。

MRI在顯示骨骼和胃腸方面受到限制。

MRI還有望于對血流量、生物化學和代謝功能方面進行研究，對惡性腫瘤的早期診斷也帶來希望。

在完成MR成像的磁場強度范圍內，對人體健康不致帶來不良影響，所以是一種非損傷性檢查。

但是，MRI設備昂貴，檢查費用高，檢查所需時間長，對某些器官和疾病的檢查還有限度，因之，需要嚴格掌握適應證。