MRI

1  技术特点

　　磁共振成像是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息。1946年斯坦福大学的Flelix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell各自独立的发现了核磁共振现象。磁共振成像技术正是基于这一物理现象。1972年Paul Lauterbur 发展了一套对核磁共振信号进行空间编码的方法，这种方法可以重建出人体图像。

　　磁共振成像技术与其它断层成像技术（如CT）有一些共同点，比如它们都可以显示某种物理量（如密度）在空间中的分布；同时也有它自身的特色，磁共振成像可以得到任何方向的断层图像，三维体图像，甚至可以得到空间－波谱分布的四维图像。

　　像PET和SPECT一样，用于成像的磁共振信号直接来自于物体本身，也可以说，磁共振成像也是一种发射断层成像。但与PET和SPECT不同的是磁共振成像不用注射放射性同位素就可成像。这一点也使磁共振成像技术更加安全。

　　从磁共振图像中我们可以得到物质的多种物理特性参数，如质子密度，自旋－晶格驰豫时间T1，自旋－自旋驰豫时间T2，扩散系数，磁化系数，化学位移等等。对比其它成像技术（如CT 超声 PET等）磁共振成像方式更加多样，成像原理更加复杂，所得到信息也更加丰富。因此磁共振成像成为医学影像中一个热门的研究方向。

　　MR也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT，带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MR的检查，另外价格比较昂贵、扫描时间相对较长，伪影也较CT多。

2  工作原理

　　核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为磁共振成像术(MR)。

　　MRI通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲，使人体中的氢质子受到激励而发生磁共振现象。停止脉冲后，质子在弛豫过程中产生MR信号。通过对MR信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程，即产生MR信号。

3  成像原理

　　核磁共振成像原理：原子核带有正电，许多元素的原子核，如1H、19FT和31P等进行自旋运动。通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。这样一来，自旋的核同时也以自旋轴和外加磁场的向量方向的夹角绕外加磁场向量旋进，这种旋进叫做拉莫尔旋进，就像旋转的陀螺在地球的重力下的转动。自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。如果此时核自旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。这样，自旋核还要在射频方向上旋进，这种叠加的旋进状态叫做章动。在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之能进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。原子核从激化的状态回复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程。它所需的时间叫弛豫时间。弛豫时间有两种即T1和T2，T1为自旋-点阵或纵向驰豫时间，T2为自旋-自旋或横向弛豫时间。

4  医疗用途

　　磁共振最常用的核是氢原子核质子（1H），因为它的信号最强，在人体组织内也广泛存在。影响磁共振影像因素包括：(a)质子的密度；(b)弛豫时间长短；(c)血液和脑脊液的流动；(d)顺磁性物质(e)蛋白质。

　　磁共振影像灰阶特点是，磁共振信号愈强，则亮度愈大，磁共振的信号弱，则亮度也小，从白色、灰色到黑色。

　　各种组织磁共振影像灰阶特点如下：脂肪组织，松质骨呈白色；脑脊髓、骨髓呈白灰色；内脏、肌肉呈灰白色；液体，正常速度流血液呈黑色；骨皮质、气体、含气肺呈黑色。

　　核磁共振的另一特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应。因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色。这样使血管很容易与软组织分开。正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号结构。

　　核磁共振（MRI）已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率较高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。在对脑脊髓病变诊断时，可作冠状、矢状及横断面像。

5  设备特点

　　MRI在临床的应用表现在哪些方面？

　　磁共振成像的图像与CT图像非常相似，二者都是“数字图像”，并以不同灰度显示不同结构的解剖和病理的断面图像。与CT一样，磁共振成像也几乎适用于全身各系统的不同疾病，例如肿瘤、炎症、创伤、退行性病变，以及各种先天性疾病等的检查。

　　磁共振成像无骨性伪影，可随意作直接的多方向（横断、冠状、矢状或任何角度）切层，对颅脑、脊柱和脊髓等的解剖和病变的显示，尤优于CT，磁共振成象借其“流空效应”，可不用血管造影剂，显示血管结构，故在“无损伤”地显示血管（微小血管除外），以及对肿块、淋巴结和血管结构之间的相互鉴别方面，有独到之处。磁共振成像有高于CT数倍的软组织分辨能力，它能敏感地检出组织成分中水含量的变化，故常可比CT更有效和早期地发现病变。通过磁共振血流成像技术的研究获得的进展，使在活体上测定血流量和血流门控的使用，使磁共振成像能清楚地、全面地显示心脏、心肌、心包以及心内的其他细小结构，为无损地检查和诊断各种获得性与先天性心脏疾患（包括冠心病等），以及心脏功能的检查，提供了可靠的方法。随着各种不同的快速扫描序列和三维取样扫描技术的研究和成功地应用于临床，磁共振血管造影和电影摄影新技术已步入临床，且日臻完善。又实现了磁共振成像和局部频谱学的结合（即MRI与MRS的结合），以及除氢质子以外的其他原子核如氟、钠、磷等的磁共振成像，这些成就将能更有效地提高磁共振成像诊断的特异性，也开阔了它的临床用途。

　　磁共振成像术的主要不足，在于它扫描所需的时间较长，因而对一些不配合的病人的检查常感困难，对运动性器官，例如胃肠道因缺乏合适的对比剂，常常显示不清楚；对于肺部，由于呼吸运动以及肺泡内氢质子密度很低等原因，成像效果也不满意。磁共振成像对钙化灶和骨骼病灶的显示，也不如CT准确和敏感。磁共振成像术的空间分辨室，也有待进一步提高。

　　1、颅脑与脊髓 MRI对脑肿瘤、脑炎性病变、脑白质病变、脑梗塞、脑先天性异常等的诊断比CT更为敏感，可发现早期病变，定位也更加准确。对颅底及脑干的病变因无伪影可显示得更清楚。MRI可不用造影剂显示脑血管，发现有无动脉瘤和动静脉畸形。MRI还可直接显示一些颅神经，可发现发生在这些神经上的早期病变。MRI可直接显示脊髓的全貌，因而对脊髓肿瘤或椎管内肿瘤、脊髓白质病变、脊髓空洞、脊髓损伤等有重要的诊断价值。对椎间盘病变，MRI可显示其变性、突出或膨出。显示椎管狭窄也较好。对于颈、胸椎，CT常显示不满意，而MRI显示清楚。另外，MRI对显示椎体转移性肿瘤也十分敏感。

　　2、头颈部 MRI对眼耳鼻咽喉部的肿瘤性病变显示好，如鼻咽癌对颅底、颅神经的侵犯，MRI显示比CT更清晰更准确。MRI还可做颈部的血管造影，显示血管异常。对颈部的肿块，MRI也可显示其范围及其特征，以帮助定性。

　　3、胸部 MRI可直接显示心肌和左右心室腔（用心电门控），可了解心肌损害的情况并可测定心脏功能。对纵隔内大血管的情况可清楚显示。对纵隔肿瘤的定位定性也极有帮助。还可显示肺水肿、肺栓塞、肺肿瘤的情况。可区别胸腔积液的性质，区别血管断面还是淋巴结。

　　4、腹部 MRI对肝、肾、胰、脾、肾上腺等实质性脏器疾病的诊断可提供十分有价值的信息，有助于确诊。对小病变也较易显示，因而能发现早期病变。MR胰胆道造影（MRCP）可显示胆道和胰管，可替代ERCP。MR尿路造影（MRU）可显示扩张的输尿管和肾盂肾盏，对肾功能差、IVU不显影的病人尤为适用。

　　5、盆腔 MRI可显示子宫、卵巢、膀胱、前列腺、精囊等器官的病变。可直接看到子宫内膜、肌层，对早期诊断子宫肿瘤性病变有很大的帮助。对卵巢、膀胱、前列腺等处病变的定位定性诊断也有很大价值。

　　6、后腹膜 MRI对显示后腹膜的肿瘤以及与周围脏器的关系有很大价值。还可显示腹主动脉或其他大血管的病变，如腹主动脉瘤、布—查综合征、肾动脉狭窄等。

　　7、肌肉骨骼系统 MRI对关节内的软骨盘、肌腱、韧带的损伤，显示率比CT高。由于对骨髓的变化较敏感，能早期发现骨转移、骨髓炎、无菌性坏死、白血病骨髓浸润等。对骨肿瘤的软组织块显示清楚。对软组织损伤也有一定的诊断价值。

　　MRI提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。MRI对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。

　　检查目的：颅脑及脊柱、脊髓病变，五官科疾病，心脏疾病，纵膈肿块，骨关节和肌肉病变，子宫、卵巢、膀胱、前列腺、肝、肾、胰等部位的病变。

　　优点：

　　1．MRI对人体没有电离辐射损伤；

　　2．MRI能获得原生三维断面成像而无需重建就可获得多方位的图像；

　　3．软组织结构显示清晰，对中枢神经系统、膀胱、直肠、子宫、阴道、关节、肌肉等检查优于CT。

　　4．多序列成像、多种图像类型，为明确病变性质提供更丰富的影像信息。

　　缺点：

　　1．和CT一样，MRI也是影像诊断，很多病变单凭MRI仍难以确诊，不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断；

　　2．对肺部的检查不优于X线或CT检查，对肝脏、胰腺、肾上腺、前列腺的检查比CT优越，但费用要高昂得多；

　　3．对胃肠道的病变不如内窥镜检查；

　　4．对骨折的诊断的敏感性不如CT及X线平片；

　　5．体内留有金属物品者不宜接受MRI。

　　6. 危重病人不宜做

　　7.妊娠3个月内者除非必须，不推荐进行MRI检查

　　8.带有心脏起搏器者不能进行MRI检查，也不能靠近MRI设备

　　9.多数MRI设备检查空间较为封闭，部分患者因恐惧不能配合完成检查

　　10.检查所需时间较长

　　注意事项

　　由于在核磁共振机器及核磁共振检查室内存在非常强大的磁场，因此，装有心脏起搏器者，以及血管手术后留有金属夹、金属支架者，或其他的冠状动脉、食管、前列腺、胆道进行金属支架手术者，绝对严禁作核磁共振检查，否则，由于金属受强大磁场的吸引而移动，将可能产生严重后果以致生命危险。一般在医院的核磁共振检查室门外，都有红色或黄色的醒目标志注明绝对严禁进行核磁共振检查的情况。

　　身体内有不能除去的其他金属异物，如金属内固定物、人工关节、金属假牙、支架、银夹、弹片等金属存留者，为检查的相对禁忌，必须检查时，应严密观察，以防检查中金属在强大磁场中移动而损伤邻近大血管和重要组织，产生严重后果，如无特殊必要一般不要接受核磁共振检查。有金属避孕环及活动的金属假牙者一定要取出后再进行检查。

　　有时，遗留在体内的金属铁离子可能影响图像质量，甚至影响正确诊断。

　　在进入核磁共振检查室之前，应去除身上带的手机、呼机、磁卡、手表、硬币、钥匙、打火机、金属皮带、金属项链、金属耳环、金属纽扣及其他金属饰品或金属物品。否则，检查时可能影响磁场的均匀性，造成图像的干扰，形成伪影，不利于病灶的显示；而且由于强磁场的作用，金属物品可能被吸进核磁共振机，从而对非常昂贵的核磁共振机造成破坏；另外，手机、呼机、磁卡、手表等物品也可能会遭到强磁场的破坏，而造成个人财物不必要的损失。

　　随着科技的进步与发展，有许多骨科内固定物，特别是脊柱的内固定物，开始用钛合金或钛金属制成。由于钛金属不受磁场的吸引，在磁场中不会移动。因此体内有钛金属内固定物的病人，进行核磁共振检查时是安全的；而且钛金属也不会对核磁共振的图像产生干扰。这对于患有脊柱疾病并且需要接受脊柱内固定手术的病人是非常有价值的。但是钛合金和钛金属制成的内固定物价格昂贵，在一定程度上影响了它的推广应用。

6  检查适应症

　　1、神经系统病变：脑梗塞、脑肿瘤、炎症、变性病、先天畸形、外伤等，为应用最早的人体系统，对病变的定位、定性诊断较为准确、及时，可发现早期病变。

　　2、心血管系统：可用于心脏病、心肌病、心包肿瘤、心包积液以及附壁血栓、内膜片的剥离等的诊断。

　　3、胸部病变：纵隔内的肿物、淋巴结以及胸膜病变等，可以显示肺内团块与较大气管和血管的关系等。

　　4、腹部器官：肝癌、肝血管瘤及肝囊肿的诊断与鉴别诊断，腹内肿块的诊断与鉴别诊断，尤其是腹膜后的病变。

　　5、盆腔脏器；子宫肌瘤、子宫其它肿瘤、卵巢肿瘤，盆腔内包块的定性定位，直肠、前列腺和膀胱的肿物等。

　　6、骨与关节：骨内感染、肿瘤、外伤的诊断与病变范围，尤其对一些细微的改变如骨挫伤等有较大价值，关节内软骨、韧带、半月板、滑膜、滑液囊等病变及骨髓病变有较高诊断价值。

　　7、全身软组织病变：无论来源于神经、血管、淋巴管、肌肉、结缔组织的肿瘤、感染、变性病变等，皆可做出较为准确的定位、定性的诊断。

　　MRI（Matz‘s Ruby Interpreter）

　　标准的Ruby实现，标准的Ruby解释器

7  常用检查方式

　　平扫

　　不注射对比剂直接进行的扫描

　　MRI增强扫描

　　通过注射MRI造影剂，缩短组织在外磁场作用下的共振时间、增大对比信号的差异、提高成像对比度和清晰度的一类诊断试剂。它能有效改变生物体内组织中局部的水质子弛豫速率，缩短水分子中质子的弛豫时间，准确地检测出正常组织与患病部位之间的差异的一种检查方式。

　　MRA

　　MR血管成像，分为使用造影剂和不使用造影剂，相对DSA，是一种无创的血管造影技术。

　　MRCP

　　MR胆管成像，显示肝内外胆管及胆囊，确定有无结石及胆道扩张。

　　MRU

　　MR泌尿成像，显示输尿管及膀胱，确定有无尿路扩张及畸形等疾病。

　　MRM

　　MR脊髓水成像，磁共振脊髓水能充分显示椎管内脑脊液形态，是判断椎管内外病变性质的新型可靠的检查方法。

8  常用检查序列

　　SE 自旋回波序列

　　在MRI中施加脉冲的顺序是先给90°激励脉冲，尔后给予一个180°相位重聚脉冲，故在一个TR内只有一次180°脉冲，称之为自旋回波序列(spin—echosequence，SE)。

　　FSE/TSE 快速自旋回波序列

　　FSE序列是建立在SE序列基础上的一种序列，在MRI中施加脉冲的顺序是先给90°激励脉冲，尔后给予多个同方向的180°相位重聚脉冲，形成回波链（ETL），从而减短扫描时间，称之为自旋回波序列(Fast spin—echosequence，FSE)。

　　IR 快速反转序列

　　通过发射180°反转脉冲，使组织内某些质子先达到饱和，再发射90°一180°一180°一脉冲，由于已经达到饱和的质子不产生信号，从而达到抑制效果，分STIR（脂肪抑制）和FLAIR（自由水抑制）两种。

　　GE/GRE 梯度回波序列

　　在射频激发之后，热平衡态的磁化向量（磁向量）M0部分或全部被翻转到垂直主磁场的横平面上，产生了自由感应衰减（FID）这种信号。若加上额外的梯度磁场第一叶，其信号衰减会变得更快，因为外加梯度磁场的存在，使得不同位置的磁化向量又额外多了相位差异，这因素加了进来使得磁化向量的向量和更快变小，即造成信号强度。梯度回波的产生，是额外再加上一个与前者相反极性的梯度磁场第二叶，其作用影响可以抵销掉，随着时间抵销越来越多，当积分面积G2dt=-G1ft时，可以发现自旋信号强度达到最高峰。

　　EPI 回波平面成像

　　EPI实际上是FSE基础上发展起来的一种超快速成像方法。SE序列是利用一次90o和180o的RF激发后回波，进行不同相位重复的180o再激发来一次完成8-16排K空间信号采集，这里的回波链采集时每个回波间隔时间仍达100ms左右，每个回波都遵循T2*的自由诱导衰减（FID）规律进行。这是可以再利用的。现代MRI技术的发展已允许各种成像序列的交叉结合，而梯度磁场性能的发展已可达0.25ms时间内快速上升到20-30mT/m的高度，可以在6.0ms时间内完成梯度施放、切换和回波采集的全过程，取得一个回波信号。这种超快速梯度回波技术与前述的FSE技术结合就产生了平面回波成像技术。也就是在FSE序列遵循T2衰减的回波链中，每个回波产生后遵循T2*衰减，在这个T2*衰减的回波中再采用快速梯度进行高信号再编码和回波采集，一个T2*衰减的回波时间内再完成16个相位K空间的信号采集，这样可以在90和180一脉冲之后完成所有K空间平面的数据采集，一个序列只需2.0ms！ 这就是平面回波成像序列，只有在具有强大梯度磁场性能和良好主磁场强度和均匀度的硬件条件和强大而先进的计算机软件支持下才能实现。这是目前MRI超快速成像的顶尖技术，可以与其他序列搭配使用。

9  历史

　　核磁共振技术的历史

　　1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。

　　1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1950年度诺贝尔物理学奖。

　　人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱技术不断发展，从最初的一维氢谱发展到13C谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强，进入1990年代以后，人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。

　　另一方面，医学家们发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象，利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息，从而精确绘制人体内部结构，在这一理论基础上1969年，纽约州立大学南部医学中心的医学博士达马迪安通过测核磁共振的弛豫时间成功的将小鼠的癌细胞与正常组织细胞区分开来，在达马迪安新技术的启发下纽约州立大学石溪分校的物理学家保罗·劳特伯尔于1973年开发出了基于核磁共振现象的成像技术(MRI)，并且应用他的设备成功地绘制出了一个活体蛤蜊的内部结构图像。劳特伯尔之后，MRI技术日趋成熟，应用范围日益广泛，成为一项常规的医学检测手段，广泛应用于帕金森氏症、多发性硬化症等脑部与脊椎病变以及癌症的治疗和诊断。2003年，保罗·劳特伯尔和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔因为他们在核磁共振成像技术方面的贡献获得了当年度的诺贝尔生理学或医学奖。

10  MRI造影剂

　　按照作用原理来分，MRI造影剂可以分为纵向弛豫造影剂 (T1制剂)和横向弛豫造影剂（T2制剂）。T1制剂是通过水分子中的氢核和顺磁性金属离子直接作用来缩短T1，从而增强信号，图像较亮；T2制剂是通过对外部局部磁性环境的不均匀性进行干扰，使邻近氢质子在弛豫中很快产生相(diphase)来缩短T2，从而减弱信号，图像较暗。

　　按磁性构成来分，MRI造影剂可以分为顺磁性、铁磁性和超顺磁性三大类。临床中常用的钆类造影剂就属于顺磁造影剂。

　　目前已有六种小分子的钆配合物造影剂应用于临床上，分别为：(NMG )2[Gd（DTPA）H2O）]( Magnevist)，Gd(DTPA-BMA)( Omniscan)，(NMG)[Gd(DOTA)(H2O)](Dotarem)， Gd（HP-DO3A)(Prohance)， (NMG)2[Gd(BOPTA)(H2O)]（MultiHance)，Gd(DO3A-butrol)(H2O) (Gadovist)