醫(yī)學(xué)影像學(xué):第五章　磁共振成像

磁共振成像是利用原子核在磁場(chǎng)內(nèi)共振所產(chǎn)生信號(hào)經(jīng)重建成像的一種成像技術(shù)。

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(bào)道了這種現(xiàn)象并應(yīng)用于波譜學(xué)。Lauterbur1973年發(fā)表了MR成象技術(shù)，使核磁共振不僅用于物理學(xué)和化學(xué)。也應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。近年來(lái)，核磁共振成像技術(shù)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(nèi)推廣應(yīng)用。為了準(zhǔn)確反映其成像基礎(chǔ)，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(xué)成像，在診斷疾病中有很大優(yōu)越性和應(yīng)用潛力

第一節(jié)　MRI的成像基本原理與設(shè)備

一、磁共振現(xiàn)象與MRI

含單數(shù)質(zhì)子的原子核，例如人體內(nèi)廣泛存在的氫原子核，其質(zhì)子有自旋運(yùn)動(dòng)，帶正電，產(chǎn)生磁矩，有如一個(gè)小磁體（圖1-5-1)。小磁體自旋軸的排列無(wú)一定規(guī)律。但如在均勻的強(qiáng)磁場(chǎng)中，則小磁體的自旋軸將按磁場(chǎng)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(zhì)子帶正電荷，它們像地球一樣在不停地繞軸旋轉(zhuǎn)，并有自己的磁場(chǎng)

用特定頻率的射頻脈沖（radionfrequency，RF)進(jìn)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(lái)，其相位和能級(jí)都恢復(fù)到激發(fā)前的狀態(tài)。這一恢復(fù)過(guò)程稱為弛豫過(guò)程（relaxationprocess)，而恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)所需的時(shí)間則稱之為弛豫時(shí)間（relaxationtime)。有兩種弛豫時(shí)間，一種是自旋-晶格弛豫時(shí)間（spin-lattice relaxationtime)又稱縱向弛豫時(shí)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(shí)間，也是90°射頻脈沖質(zhì)子由縱向磁化轉(zhuǎn)到橫向磁化之后再恢復(fù)到縱向磁化激發(fā)前狀態(tài)所需時(shí)間，稱T₁。另一種是自旋-自旋弛豫時(shí)間（spin-spin relaxation time)，又稱橫向弛豫時(shí)間（transverse relaxation time)反映橫向磁化衰減、喪失的過(guò)程，也即是橫向磁化所維持的時(shí)間，稱T₂。T₂衰減是由共振質(zhì)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(zhì)子處于雜亂無(wú)章的排列狀態(tài)。當(dāng)把它們放入一個(gè)強(qiáng)外磁場(chǎng)中，就會(huì)發(fā)生改變。它們僅在平行或反平行于外磁場(chǎng)兩個(gè)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(duì)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(shí)間上的差別，是MRI的成像基礎(chǔ)。有如CT時(shí)，組織間吸收系數(shù)（CT值)差別是CT成像基礎(chǔ)的道理。但MRI不像CT只有一個(gè)參數(shù)，即吸收系數(shù)，而是有T1、T₂和自旋核密度（P)等幾個(gè)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(jì)算機(jī)處理，獲得每個(gè)體素的T₁值（或T₂值)，進(jìn)行空間編碼。用轉(zhuǎn)換器將每個(gè)T值轉(zhuǎn)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(shè)備

MRI的成像系統(tǒng)包括MR信號(hào)產(chǎn)生和數(shù)據(jù)采集與處理及圖像顯示兩部分。MR信號(hào)的產(chǎn)生是來(lái)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(shè)備包括磁體、梯度線圈、供電部分、射頻發(fā)射器及MR信號(hào)接收器，這些部分負(fù)責(zé)MR信號(hào)產(chǎn)生、探測(cè)與編碼；模擬轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、磁盤與磁帶機(jī)等，則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、圖像重建、顯示與存儲(chǔ)（圖1-5-3)。

磁體有常導(dǎo)型、超導(dǎo)型和永磁型三種，直接關(guān)系到磁場(chǎng)強(qiáng)度、均勻度和穩(wěn)定性，并影響MRI的圖像質(zhì)量。因此，非常重要。通常用磁體類型來(lái)說(shuō)明MRI設(shè)備的類型。常導(dǎo)型的線圈用銅、鋁線繞成，磁場(chǎng)強(qiáng)度最高可達(dá)0.15～0.3T^*，超導(dǎo)型的線圈用鈮-鈦合金線繞成，磁場(chǎng)強(qiáng)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(zhì)制成的磁磚所組成，較重，磁場(chǎng)強(qiáng)度偏低，最高達(dá)0.3T。

梯度線圈，修改主磁場(chǎng)，產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)。其磁場(chǎng)強(qiáng)度雖只有主磁場(chǎng)的幾百分之一。但梯度磁場(chǎng)為人體MR信號(hào)提供了空間定位的三維編碼的可能，梯度場(chǎng)由X、Y、Z三個(gè)梯度磁場(chǎng)線圈組成，并有驅(qū)動(dòng)器以便在掃描過(guò)程中快速改變磁場(chǎng)的方向與強(qiáng)度，迅速完成三維編碼。

圖1-5-3　MRI設(shè)備基本結(jié)構(gòu)示意圖

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

MRI設(shè)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(shè)備非常相似。

第二節(jié)　MRI圖像特點(diǎn)

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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的關(guān)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(hào)強(qiáng)度的不同或弛豫時(shí)間T₁與T₂的長(zhǎng)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(shí)，為T₁加權(quán)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(shí)，則為T₂加權(quán)像（T₂weighted image，T₂WI)。

因此，一個(gè)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(jīng)各種軟組織間T₁差別明顯，所以T₁WI有利于觀察解剖結(jié)構(gòu)，而T₂WI則對(duì)顯示病變組織較好。

在T₁WI上，脂肪T₁短，MR信號(hào)強(qiáng)，影像白；腦與肌肉T₁居中，影像灰；腦脊液T₁長(zhǎng)；骨與空氣含氫量少，MR信號(hào)弱，影像黑。在T₂WI上，則與T₁WI不同，例如腦脊液T₂長(zhǎng)，MR信號(hào)強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(yīng)

心血管的血液由于流動(dòng)迅速，使發(fā)射MR信號(hào)的氫原子核離開接收范圍之外，所以測(cè)不到MR信號(hào)，在T₁WI或T₂WI中均呈黑影，這就是流空效應(yīng)（flowing Void)。這一效應(yīng)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(yùn)動(dòng)器官成像

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

第三節(jié)　MRI檢查技術(shù)

MRI的掃描技術(shù)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(dāng)?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(shù)。掃描時(shí)間參數(shù)有回波時(shí)間（echo time，TE)和脈沖重復(fù)間隔時(shí)間（repetition time，TR)。使用短TR和短TE可得T₁WI，而用長(zhǎng)TR和長(zhǎng)TE可得T₂WI。時(shí)間以毫秒計(jì)。依TE的長(zhǎng)短，T₂WI又可分為重、中、輕三種。病變?cè)诓煌琓₂WI中信號(hào)強(qiáng)度的變化，可以幫助判斷病變的性質(zhì)。例如，肝血管瘤T1WI呈低信號(hào)，在輕、中、重度T₂WI上則呈高信號(hào)，且隨著加重程度，信號(hào)強(qiáng)度有遞增表現(xiàn)，即在重T₂WI上其信號(hào)特強(qiáng)。肝細(xì)胞癌則不同，T₁WI呈稍低信號(hào)，在輕、中度T₂WI呈稍高信號(hào)，而重度T2WI上又略低于中度T2WI的信號(hào)強(qiáng)度。再結(jié)合其他臨床影像學(xué)表現(xiàn)，不難將二者區(qū)分。

MRI常用的SE脈沖序列，掃描時(shí)間和成像時(shí)間均較長(zhǎng)，因此對(duì)患者的制動(dòng)非常重要。采用呼吸門控和（或)呼吸補(bǔ)償、心電門控和周圍門控以及預(yù)飽和技術(shù)等，可以減少由于呼吸運(yùn)動(dòng)及血液流動(dòng)所導(dǎo)致的呼吸偽影、血流偽影以及腦脊液波動(dòng)偽影等的干擾，可以改善MRI的圖像質(zhì)量。

為了克服MRI中SE脈沖序列成像速度慢、檢查時(shí)間長(zhǎng)這一主要缺點(diǎn)，zxtf.net.cn/kuaiji/近年來(lái)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(shù)，已取得重大成果并廣泛應(yīng)用于臨床。此外，還開發(fā)了指肪抑制和水抑制技術(shù)，進(jìn)一步增加MRI信息。

MRI另一新技術(shù)是磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA)。血管中流動(dòng)的血液出現(xiàn)流空現(xiàn)象。它的MR信號(hào)強(qiáng)度取決于流速，流動(dòng)快的血液常呈低信號(hào)。因此，在流動(dòng)的血液及相鄰組織之間有顯著的對(duì)比，從而提供了MRA的可能性。目前已應(yīng)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(yīng)用前景。MRA還可用于測(cè)量血流速度和觀察其特征。

MRI也可行造影增強(qiáng)，即從靜脈注入能使質(zhì)子弛豫時(shí)間縮短的順磁性物質(zhì)作為造影劑，以行MRI造影增強(qiáng)。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(guò)完整的血腦屏障，不被胃粘膜吸收，完全處于細(xì)胞外間隙內(nèi)以及無(wú)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(jīng)系統(tǒng)MRI作造影增強(qiáng)時(shí)，癥灶增強(qiáng)與否及增強(qiáng)程度與病灶血供的多少和血腦屏障破壞的程度密切相關(guān)，因此有利于中樞神經(jīng)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(dòng)態(tài)觀察和診斷。

基于MRI對(duì)血流擴(kuò)散和灌注的研究，可以早期發(fā)現(xiàn)腦缺血性改變。它預(yù)示著很好的應(yīng)用前景。

帶有心臟起搏器的人需遠(yuǎn)離MRI設(shè)備。體內(nèi)有金屬植入物，如金屬夾，不僅影響MRI的圖像，還可對(duì)患者造成嚴(yán)重后果，也不能進(jìn)行MRI檢查，應(yīng)當(dāng)注意。

第四節(jié)　MRI診斷的臨床應(yīng)用

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

在神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用較為成熟。三維成像和流空效應(yīng)使病變定位診斷更為準(zhǔn)確，并可觀察病變與血管的關(guān)系。對(duì)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(duì)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(jià)值。

縱隔在MRI上，脂肪與血管形成良好對(duì)比，易于觀察縱隔腫瘤及其與血管間的解剖關(guān)系。對(duì)肺門淋巴結(jié)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(nèi)腔，所以，心臟大血管的形態(tài)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的研究可在無(wú)創(chuàng)傷的檢查中完成。

對(duì)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(dāng)價(jià)值。在惡性腫瘤的早期顯示，對(duì)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(hào)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(guān)節(jié)內(nèi)病變及軟組織方面也有其優(yōu)勢(shì)。

MRI在顯示骨骼和胃腸方面受到限制。

MRI還有望于對(duì)血流量、生物化學(xué)和代謝功能方面進(jìn)行研究，對(duì)惡性腫瘤的早期診斷也帶來(lái)希望。

在完成MR成像的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，對(duì)人體健康不致帶來(lái)不良影響，所以是一種非損傷性檢查。

但是，MRI設(shè)備昂貴，檢查費(fèi)用高，檢查所需時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)某些器官和疾病的檢查還有限度，因之，需要嚴(yán)格掌握適應(yīng)證。