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磁共振成像原理及序列技术临床应用 省千佛山医院影像科 李爱银
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磁共振成像 MRI M: magnetic 磁 R: resonance 共振 I: imaging 成像
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发展史 History MRI成像基本原理与设备 Basic Principle of MRI Imaging＆Equipment
MRI Images character MRI检查序列技术 MRI Examination Technique MRI诊断的临床应用 Clinical Application of MRI diagnosis
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History 1946 发现核磁共振现象 1952年获诺贝尔奖 Edward purcell Felix Bloch
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2003年获Nobel奖 Lauterbur Mansfield
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1946--发现核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance NMR）现象
Bloch、 purcell获得诺贝尔奖 Lauterbur利用NMR原理成像 1980--MRI仪商品化并应用于临床 1985—我国南方医院引进第一台MR 1990—发明功能性磁共振成像（ fMRI） ……
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一: MRI成像基本原理与设备 Basic Principle of MRI imaging＆Equipment
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(一)、MRI成像基本原理 Basic Principle of MRI imaging
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原子与原子核 物质 分子 原子 质子 原子核 中子 电子 1H、13C、23Na、31P、39K
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医用MRI均选用1H为靶原子核 体内分布最广，含量最高 氢的原子核最简单，只有单 一的质子，具有最强的磁矩。 易受外来磁场的影响 65 %
H2O 体内分布最广，含量最高 氢的原子核最简单，只有单 一的质子，具有最强的磁矩。 易受外来磁场的影响
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Step 1.Put patient into magnetic field 2.Emit radio frequency pulse
3.Stop radio frequency pulse 4.Receive signal from body 5.Reconstruction MR images
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M0 1. Put patient into magnetic field M0=0 Patient + Magnet
With magnetic field : Without magnetic field : M0=0 M0
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person in magnetic field M0 M0
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2. Emit radio frequency pulse
90度RF
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3.Stop radio frequency pulse
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所有MR信号的接收都是在横向磁场时进行，接收旋进核子的电信号后，输入计算机和图像处理系统计算，然后输入计算机存贮器和显示图像于监视器上。
4. Receive signal from body 所有MR信号的接收都是在横向磁场时进行，接收旋进核子的电信号后，输入计算机和图像处理系统计算，然后输入计算机存贮器和显示图像于监视器上。
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Step 1.Put patient into magnetic field 2.Emit radio frequency pulse
3.Stop radio frequency pulse 4.Receive signal from body 5.Reconstruction MR images
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原理小结 将1H（人体）等具有磁动量的质子放在静磁场中，1H质子会对磁场方向以特定的频率（Larmor frequency)绕行，经过一定时间后，顺磁方向和反磁方向的质子数达到平衡,形成净磁化矢量M0。此时用一个外部发射线圈发射一个相同频率的射频脉冲（radio frequence,RF),旋进的质子被激励，部分从低能态（顺磁方向）转化为高能态（逆磁方向），并相位一致产生横向磁化矢量。RF停止后，横向磁化矢量由XY平面逐渐回复到Z轴 ，同时以射频信号的形式放出能量，这些被释放出的，并进行了三维空间编码的射频信号被体外线圈接收，经计算机处理后重建成图像
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概念（conception） T1值、T2值 T1加权图像（T1 weighted image, T1WI） T2加权图像（T2 weighted image, T2WI） 质子密度加权像（ PDWI ） 重复时间 （time to repeat, TR） 回波时间 （ time to echo, TE）
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T1值: 为纵向磁化矢量从最小值恢 复至平衡态的63％所经历的弛豫 时间。 T1 63%
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Z 磁化矢量 63% T1 时间 纵向弛豫
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不同组织 T1值不同 图像上则表现为灰阶的差别 MR信号强度上的差别 纵向弛豫率的快慢不同
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周围环境（晶格） 场强 场强高，质子进动频率快，向频率 影响T1的因素（高能 低能） 较慢的晶格传递能量慢，T1值长。 中等大小的分子，脂肪
场强 场强高，质子进动频率快，向频率 较慢的晶格传递能量慢，T1值长。 中等大小的分子，脂肪 T1值短信号高 大、小分子蛋白质 T1值长信号低
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T1加权图像（T1 weighted image, T1WI） 主要以T1参数构成的图像为T1加权像
通过采集部分饱和的纵向磁化产生的MR信 号，具有T1依赖性，其重建的图像即为T1 加权图像。
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T2 值 为横向磁化由最大值衰减至37％时 所经历的时间，它是衡 量组织横向磁化 衰减快慢的一个尺度。 T2 37%
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磁化矢量 37% T2 时间 横向弛豫
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影响T2的因素： 外磁场和组织内局部磁场的不均匀性 局部磁场均匀（水）：质子同相位维持时间 局部磁场不均匀：大分子液体，固体失去相
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T2加权图像（T2 weighted image, T2WI）
MR信号主要以T2参数构成的图像称为T2加权图像。是以横向弛豫差别为主的图像，即此种图像的亮度差别主要取决于不同组织的横向弛豫差别。
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质子密度加权像（PDWI） 主要由组织内质子密度构成的图像为 质子密度加权像（PDWI）
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T1 加权图像 T2 加权图像
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1.5T场强下正常人体组织的T1、T2参考值 组织名称 T1值 T2值 脑白质 ~ 500 ms ~ 100 ms 脑灰质 ~ 600 ms ~ 120 ms 脑脊液 ~ 4000 ms ~ 2000 ms 肝脏 ~ 400 ms ~ 55 ms 脾脏 ~ 450 ms ~ 160 ms 肾皮质 ~ 420 ms ~ 100ms 肾髓质 ~ 650 ms ~ 150 ms 骨骼肌 ~ 600 ms ~ 90 ms 皮下脂肪 ~ 250 ms ~ 130 ms
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T1 T2 T1时间明显长于T2
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重复时间 （time to repeat, TR）
两个连续射频脉冲间的间隔时间 回波时间 （ time to echo, TE） 从射频脉冲开始到收集信号的时间
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A 不同组织TR的长短不同，则磁矩在纵轴向上的大小（T1）不同，表现的MRI信号的强弱也不同。 B
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（二）、MRI 设备 磁体系统 梯度系统 射频系统 计算机及数据处理系统 辅助设备部分 5个系统
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1.磁体系统： 常导型、永磁型和超导型 磁体性能的主要参数有磁场强度、磁场均匀性、磁场稳定性等
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超导型（superconducting magnets）
线圈用银一钛合金线绕成,在超导温度（-2690）对电流无阻力，电流持久流动—恒定磁场 场强高：0.35T～ 3.OT 磁场均匀 造价高 冷却剂贵
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2.梯度系统： 梯度放大器及X、Y、Z三组梯度线圈组成 作用 60MT／M
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3.射频系统 ： 发射射频脉冲，使磁化的氢质子吸收能量而产生共振。
发射与接收两部分组成，其部件包括射频发射器、功率放大器、发射线圈、接收线圈以及噪声信号放大器等。
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二：MRI图像特点 组织间弛豫时间上的差别，是磁共振成像诊断的基础。
MRI图像反映的是MRI信号强度的不同或弛豫时间T1与T2的长短，组织信号强，图像所相应的部分就亮，组织信号弱，图像所相应的部分就暗。
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T2加权像（T2 weighted imaging，T2WI）
（一）：多参数、多方位成像： T1加权像（T1 weighted imaging，T1WI） 短TR、短TE可获得T1加权像， T1WI有利于观察解剖结构。 T2加权像（T2 weighted imaging，T2WI） 长TR、长TE可获得T2加权像 T2WI对显示病变组织较好
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质子密度加权像（Proton density weighted
imaging，PdWI） 图像的对比主要依赖于组织的质子密度，又简称质子加权像。无质子部位无信号，质子多部位信号强。长TR、短TE可获得质子加权像
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多参数 T1加权 T2加权 质子密度像
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T2WI T1WI
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多方位
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（二）：流空现象（flow void phenomenon）
由于血液在不停地流动，采集信号时受到激励的血液已经离开原来层面，新流入的血液未受激励，不会产生信号。故流动液体在成像过程中采集不到信号而呈无信号黑影，称之为流空效应。由于T2WI的回波时间长，流空效应明显。
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血流 激励层面 90°+180°
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激励 采集信号 流空现象
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流空现象
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流入增强现象（Flow enhancement
phenomenon ）: RF M0
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三.MRI对比增强效应 顺磁性和超顺磁性物质使局部产生磁场，缩短周围质子弛豫时间，此现象称为质子弛豫增强效应 对比剂 钆
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四. 伪彩色的功能显示
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三： MRI检查序列技术 （一）、序列技术 （二）、MR对比增强检查 （三）、MR血管造影技术 （四）、MR电影成像技术
（六）、脑功能成像 （七）、MR波谱技术
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（一）、序列技术 1．自旋回波（SE）序列 2. 反转恢复(inversion recovery，IR）序列
3．快速自旋回波（turbo SE，TSE；fast SE，FSE） 序列 4．梯度回波（gradient echo，GRE）序列 5．快速梯度自旋回波（TGSE）序列 6．单次激发半傅里叶采集快速自旋回波（half－ fourier acquisition single－shot－turbo－ SE，HASTE）序列 7．平面回波成像（echo planar imaging，EPI）
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1．自旋回波（SE）序列: 采用“90°-180°”脉冲组合形式构成。
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90°脉冲—等待TE/2—180°脉冲—等待TE/2 —记录信号 —一个自旋回波脉冲 可重复两次或多次
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自旋回波 90°- TE/2 -180°- TE/2-回波
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特点： 该序列为MRI的基础序列。 1.可消除由于磁场不均匀性所致的去相位效应，磁敏感伪影小。
2.其采集时间较长，尤其是T2加权成像，重T2加权时信噪比较低。 该序列为MRI的基础序列。
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自旋回波序列（spin echo) 长TR（消除T1差别）长TE（增加T2差别） 产生T2加权图像
据质子密度多少成像，产生PDWI加权图像
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T1加权图像 T2加权图像
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2.反转恢复(inversion recovery，IR）序列
采用“180°-90°-180°”脉冲
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特点: 具有较强的T1对比，短反转时间（inversion time，TI）的反转恢复序列， 同时具有强的T2对比。
有特征性对比的图像，如短T1反转恢复（short T1 Inversion recovery，STIR）、 液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery，FLAIR）等序列。
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3．快速自旋回波（turbo SE，TSE；fast SE，FSE）序列：
采用“90°-180°-180°-...”脉冲组合形式构成。 磁敏感性更低，成像速度加快。
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4．梯度回波（gradient echo，GRE）序列 1.用小角度脉冲小于 90°。 2.用一对极性相反的梯度磁场代替 最常用的两个序列：
1800 脉冲，缩短TR。 最常用的两个序列： 快速小角度激发（fast low angle shot，FLASH）序列 稳态进动快速成像（fast imaging with steady state precession，FISP）序列。
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7．平面回波成像（echo planar imaging， EPI）
最快的 MRI成像技术 单次激发EPI：弥散成像、灌注成像、脑运 动皮层功能成像。 多次激发EPI：心脏快速成像、心脏电影、 血管造影、腹部快速成像等
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发作6小时DWI图像
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脂肪抑制： T1WI FAT SUPPRESION
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脂肪抑制 STIR
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右侧桥小脑角区脂肪瘤 a：轴位T1WI显示右侧桥小脑角区团块状高信号病灶；b：T2WI显示病灶仍呈高信号；c：脂肪抑制序列T1WI, 病灶高信号被抑制而呈低信号
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（二）、MR对比增强检查（ Enhanced examination）
提高MRI影像对比度
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MRI对比剂分类： 增强类型 阳性对比剂（如钆-二乙三胺五乙酸，即Gd 一DTPA） 阴性对比剂（如超顺磁氧化铁即SPIO) 在体内分布
细胞内分布或与细胞结合对比剂（如肝细胞靶向 性对比剂钆卞氧丙基四乙酸盐（Gd—EOB-DTPA） 网状内皮细胞向性对比剂（如SPIO） 胃肠道磁共振 对比剂。
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目前临床上最常用的MRI对比剂为Gd-DTPA。
剂量为0.lmmol／kg 静脉内快速团注，可行双期或动态扫描。 选用T1WI序列，结合脂肪抑制或磁化传递 等技术可增加对比效果。
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作用机理：低剂量缩短组织的T1值；高剂量缩短组织的T2值。一般利用前者，表现为有增强的组织信号“变白”。
增强代表的意义：脑组织：血脑屏障的破坏。其他组织：血供丰富。 T1WI平扫 T1WI增强扫描
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颈髓平扫 Gd-DTPA强化
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顶部镰旁脑膜瘤 a：轴位T1WI显示顶部类圆形等信号病灶；b：T2WI显示病灶呈等信号； c：静脉注射Gd-DTPA后T1WI上病灶显著强化呈高信号
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（三）、MR血管造影技术 磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA）利用血液的流动效应，使血管内腔成像的技术。 无创伤性的检查 、 不需使用对比剂
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流体MRI影像上的表现取决于： 组织特征 流动速度 流动方向 流动方式 所使用的序列参数
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常用的MRA方法 ： 时间飞越（time of flight，TOF）法 相位对比（Phase contrast，PC）法
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MRA
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近年来发展起来新的MRA方法： 1.对比增强MRA（contrast enhancement 2-3倍于常规剂量的Gd－DTPA对比剂
MRA，CE－MRA） 2-3倍于常规剂量的Gd－DTPA对比剂 超短TR、TE快速梯度回波技术，三维采 集，该方法对胸腹部及四肢血管的显示极 其优越。
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2. 椭圆中心tricks扫描技术
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（四）、MR电影成像技术 磁共振电影（magnetic resonance cine，MRC）成像技术是利用MRI快速成像序列对运动脏器实施快速成像，产生一系列运动过程的不同时段（时相）的“静态”图像。将这些“静态”图像对应于脏器的运动过程依次连续显示，即产生了运动脏器的电影图像。 对运动脏器的运动功能评价有重要价值。 心脏、 关节
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（五）、MR水成像技术 （MR hydrography）
用很长TR和很长TE可获得重T2WI，使静态或缓慢流动液体呈高信号，背景的其他组织呈低信号而形成良好对比。经过重组可是含液体器官或间隙呈高信号，获得犹如造影效果的图像，即MR水成像。
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优点： 安全、无需对比剂、无创伤性 。 MR胰胆管成像（MRCP） MR泌尿系成像（MRU） MR椎管成像（MRM） MR内耳成像
优点： 安全、无需对比剂、无创伤性 。 MR胰胆管成像（MRCP） MR泌尿系成像（MRU） MR椎管成像（MRM） MR内耳成像 MR涎腺管成像 MR泪道成像 MR脑室系统成像等
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MR胰胆管成像（MRCP）
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（六）、脑功能成像：（functional MRI， fMRI）
弥散成像（diffusion weighted imaging，DWI） 灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI） 脑活动功能成像
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以图像来显示分子微观运动的检查技术 1.弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI） 表观弥散系数 ADC值
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T2WI T2flair diffusion weighted imaging，DWI
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超急性期脑梗塞的诊断和鉴别诊断，可检出发病6小时内甚至2小时以内的脑梗塞。
ＣＴ １２－２４小时以后 常规ＭＲＩ ６－１２小时以后
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2.灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI）
用来反映组织微循环的分布及其血流灌注情 况、评估局部组织的活力和功能的磁共振技术。 适用于： 超急性期脑梗塞，大面积梗塞于血管闭塞后可立刻检出 心肌血流灌注分析，检出早期心肌缺血
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3．脑活动功能成像 是利用脑活动区域局部血液中氧合血红蛋白与去氧血红蛋白比例的变化，所引起局部组织T2*的改变，从而在T2*加权像上可以反映出脑组织局部活动功能的成像技术。又称之为血氧水平依赖性MR成像（BOLD MRI）。
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适用于： 避免手术损伤 脑科学研究
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（七）、MR波谱技术（magnetic resonance
spectroscopy，MRS） 是利用MR中的化学位移现象来测定分子组成及空间分布的一种检测方法。对一些由于体内代谢物含量改变所致的疾病有一定的诊断价值。 在均匀磁场中，同种元素的同一种原子由于其化学结构的差异，其共振频率也不相同，这种频率差异称化学位移。 CH3—CH2—OH
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四： MRI诊断的临床应用 中枢神经系统疾病 头颈部疾病 胸部疾病 心及大血管疾病 腹部及盆部疾病 骨骼肌肉系统疾病
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MRI的禁忌证 • 装有心脏起搏器、疑有眼球内金属异物者，动脉瘤用银夹结扎术后者 严禁！ • 体内留置金属异物或金属假体者，早孕妇 不宜！
• 装有心脏起搏器、疑有眼球内金属异物者，动脉瘤用银夹结扎术后者 严禁！ • 体内留置金属异物或金属假体者，早孕妇 不宜！ • 因监护仪器、抢救器材不能带入MR检查室，故在检查过程中有生命危险的急诊、危重病人 不能！
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优点 组织分辨率较CT高，可检出更多的病变 大多数病变不用造影剂就能较好显示 不用造影剂就可较好显示血管
没有骨性伪影，有利于后颅窝、椎管等部位病变的检查 多参数成像，能为病变检出和鉴别诊断提供更多信息 可任意断面成像，CT一般仅能进行横断面扫描 无放射线损伤
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缺点 钙化显示不及CT 空间分辨率一般不及CT，但现代先进的MRI的空间分辨率已与CT接近
价格比较昂贵 操作较为复杂
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