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磁共振成像基础(九)之人体正常组织的MR信号特点

2015-1-12 19:22| 发布者: admin| 查看: 7994| 评论: 7|原作者: 磁共振之家

摘要: 人体正常组织的MR信号特点MR的信号强度是多种组织特征参数的可变函数,它所反映的病理、生理基础较CT更广泛。MRI信号强度与组织的弛豫时间、氢质子密度、血液(或脑脊液)流动、化学位移及磁化率有关。其中弛豫时间 ...
                                                              人体正常组织的MR信号特点
MR的信号强度是多种组织特征参数的可变函数,它所反映的病理、生理基础较CT更广泛。MRI信号强度与组织的弛豫时间、氢质子密度、血液(或脑脊液)流动、化学位移及磁化率有关。其中弛豫时间,即T1和T2弛豫时间对图像对比起重要作用。它是区分不同正常组织、正常与异常组织的MRI主要诊断基础。
6.1.1
形成MRI的氢原子大部分存在于生物组织的水和脂肪中,其氢原子占人体组织原子数量的2/3。正常人体组织中MR信号80%来自细胞内,20%来源于细胞外间隙。组织水对MR信号的形成贡献最大。纯水的T1和T2弛豫时间均很长,质子密度较低,局部组织的含水量稍有增加,不论是自由水,还是结合水都会使MR信号发生变化。水分子很小,具有较高的自然运动频率,这部分水称为自由水;如果水分子依附在运动缓慢的较大分子,如蛋白质周围时,它的自然运动频率就会大大降低,这部分水称为结合水。T1反映了水分子运动频率与拉莫尔(Larmor)共振频率的关系,当两者较近时,T1弛豫快;两者不同时,T1弛豫时间缓慢。自由水运动频率明显高于Larmor共振频率。因此,T1弛豫缓慢,T1时间长。较大分子的运动频率明显低于Larmor共振频率。所以,T1弛豫也慢,T1长。结合水运动频率介于自然水和大分子水之间。因此,T1弛豫时间明显缩短(图6-1)。
6.1.2脂肪与骨髓
脂肪与骨髓组织具有较高的质子密度和非常短的T1值,信号强度大。其T1加权像表现为高信号,呈白色,T2加权像也表现为较高信号,脂肪抑制序列(STIR)上呈低信号(图6-2)。
6.1.3肌肉
肌肉组织所含质子密度明显少于脂肪组织,它具有较长T1值和较短T2值。因此,根据信号强度公式,T1的增强和T2的减少,均使MR信号减弱。所以,T1加权像呈较低信号,T2呈中等灰黑信号。韧带和肌腱的质子密度低于肌肉组织,也具有长T1短T2弛豫特点,其T1加权像和T2加权像均呈中低信号。
6.1.4骨骼
骨皮质所含质子密度很低,MR信号强度非常低,无论短TR的T1加权,还是长TR的T2加权,均表现为低信号(黑色),钙化软骨的质子密度特点与骨骼相同。松质骨为中等信号,例如椎体,T1和T2加权像均呈中等偏高信号。致密骨呈长T1短T2低信号。纤维软骨组织内的质子密度明显高于骨皮质,T1、T2加权像呈中低信号。透明软骨内所含水份较多,具有较大质子密度,并且有较长T1和长T2弛豫特征,T1加权呈低信号,T2加权信号强度明显增加(图6-3)。
6.1.5淋巴
淋巴组织质子密度高,且具有较长的T1值和较短的T2值,根据长T1弛豫特点,组织T1加权像呈中等信号,而T2加权像因T2不长也呈中等信号。
6.1.6气体
因气体的质子密度趋于零,故表现为黑色无信号区。因此,在任何脉冲序列,改变TR、TE值都不会改变信号。
6.2人体病理组织的MR信号特点
病理过程随病程及治疗情况不同病理组织内部的细微结构表现各异。它们的病理及病变组织具有不同的质子密度,T1和T2弛豫时间,液体流速,对病变做定性关键在于分析病变的MRI信号,掌握这些变化特征。
6.2.1水肿
脑水肿分为三种类型:血管源性水肿、细胞毒素水肿和间质性水肿。
6.2.1.1血管源性水肿
血管源性水肿是由于血脑屏障破坏,血浆由血管内漏出进入细胞外间隙所致,常见于肿瘤和炎症,典型者呈手指状分布于脑白质中。它以结合水增多为主,自由水增加为辅,最初仅在T2加权像显示。这种水肿的早期显示,往往提示存在一个较早期或局限脑部病变,如脑肿瘤。肿瘤实质和水肿的鉴别需长TE长TR序列,随着回波时间延长水肿信号逐渐增高,而肿瘤本身信号增强幅度不大。Gd-DTPA增强扫描,水肿无异常对比增强(图6-4)。
6.2.1.2细胞毒素水肿
细胞毒素水肿,由于缺氧,钠与水进入细胞内,造成细胞肿胀,细胞外间隙减少,常见于急性脑梗死的周围,白质、灰质同时受累。在T2加权像之边缘信号较高。
6.2.1.3间质性水肿
间质性水肿是由于脑室内压力增高脑脊液经室管膜迁移到脑室周围白质中所致。如急性脑积水或交通性脑积水时,于脑室周围出现边缘光滑的稍长
T1长T2信号带,由于间质性脑水肿所含结合水增加,信号强度明显高于脑室内脑脊液。T2加权能见到此现象,质子密度加权像更明显。因为脑脊液为自由水,间质性水肿为结合水(图6-5)。
6.2.2出血         
出血的MR表现取决于出血时间,血肿的信号强度随时间的变化主要与血红蛋白含氧量和红细胞的完整性有关。MR信号强度实际上反映了血红蛋白内的铁的演变。依据其所处的不同时期MR表现分为4期:超急性期,急性期,亚急性期和慢性期。
6.2.2.1超急性期
出血发生在24小时以内。红细胞内为氧和血红蛋白,由于未能形成去氧血红蛋白,MRI信号不变。氧合血红蛋白内电子成对,不具顺磁性。
6.2.2.2急性期
出血发生后1~3 天内。MR信号开始发生变化。由于氧合血红蛋白变为去氧血红蛋白,后者具有4 个不成对的电子,有显著顺磁性。因此,使T2弛豫时间缩短,呈低信号(图6-6)。
6.2.2.3亚急性期
出血发生后4~7 天时。由于出血从周边开始形成正铁血红蛋白,有很强的顺磁性,T1加权像血肿周围呈高信号,限于红细胞内的正铁血红蛋白有短T1作用,对T2时间不产生作用。
6.2.2.4慢性期
出血发生后8~14天。血肿中心部也产生正铁血红蛋白,而且均位于红细胞外,红细胞的破裂使得血肿内较均匀地分布正铁血红蛋白及少量去氧血红蛋白。这种正铁血红蛋白具有短T1长T2作用,T1和T2加权像均呈高信号。慢性血肿在14 天以上,其中心部和外周部呈不同的MRI信号。中心部T1加权像呈等一低信号,T2加权像呈等一高信号;而外周部红细胞内有含铁血黄素(有短T1作用),无论T1加权像,还是T2加权像均呈低信号,并可持续几个月,甚至更长时间(图6-7)。
6.2.3梗死
脑血栓形成是脑梗死的主要原因。因血供中断,组织表现为缺血、水肿、变性、坏死等。依据梗死发生时间不同分为急性期,亚急性期和慢性期。
6.2.3.1急性期
由于细胞毒素性水肿,使T 1和T2均延长,Gd-DTPA增强扫描,梗死区有异常对比增强。T2FLAIR序列在显示脑室周围、脑沟旁皮质等紧邻脑脊液的脑实质区病变方面特别有用,显示上述区域梗死灶的敏感性远高于常规T2WI。DWI对于超急性期和隐匿性脑梗死有高度敏感性,已成为脑卒中的常规序列。对6小时以内的急性脑梗死,只有在弥散加权(DWI)时才能显示出来,表现为高信号(图6-8)。

6.2.3.2亚急性期
由于水肿加重,T1加权像渐渐呈短T1高信号,T2加权像呈高信号。脑梗死的典型表现为供血范围内脑组织T1加权像呈低信号,T2加权像呈高信号。Gd-DTPA增强扫描,脑梗死呈异常对比增强;脑回增强是亚急性期的特征性表现(图6-9)。
6.2.3.3慢性期
脑梗死发生几个月后,MR呈两种表现,一种表现为局部脑萎缩,另一种表现为脑萎缩并形成囊性脑软化。T1和T2显著延长。
6.2.4坏死
坏死组织的MR信号强度随组织类型不同、坏死的内容物不同而异。一般坏死组织的自由水和结合水都有增加,T1和T2弛豫时间均较长,但不显著。因此,T1加权像信号较低,T2加权像信号有增高,但信号强度不均匀。当机体修复呈纤维结缔组织时,质子密度明显减少,T2缩短,故T1和T2加权像均呈低信号。
6.2.5钙化
钙化组织缺乏可动性质子,以往认为,其T1和T2加权像均为低信号;现在认为,钙化主要取决于钙盐的成份,若含有锰盐时,也可有信号,其T1加权像表现为高信号。
6.2.6囊变
囊变内容物有两种,一种为自由水,另一种为蛋白结合水。由于自由水明显增多,造成T1和T2延长,T1加权像为低信号,T2加权像为高信号。蛋白结合水的T1加权像为中等信号,T2加权为高信号,信号强度均匀。T2FLAIR和DWI对于鉴别囊肿内水的性质有价值,自由水液体反转恢复时被抑制和弥散不受限制而在二个序列中均呈低信号,反之结合水均呈高信号。
6.3磁共振检查的适应证与禁忌证
6.3.1适应证
6.3.1.1中枢神经系统疾患
中枢神经系统是MR检查的最佳适应证。MRI的多方位、多参数成像特点,对中枢神经系统病变的定位定性诊断极有帮助,而且均优于CT,是诊断中枢神经系统病变的最佳选择。
6.3.1.2颅颈部疾患
由于MR不产生骨伪影,对后颅凹及颅颈交界区病变显示十分清晰,为咽、喉、颈部淋巴腺、血管病变等的诊断提供可靠信息。
6.3.1.3胸部疾患
由于纵隔内血管的流空效应及纵隔内脂肪的高信号衬托,形成MR图像的良好对比,诊断纵隔占位性病变优于CT。但对肺内病变的诊断不如CT。
6.3.1.4心脏、大血管疾患
MRI可对心肌、心包病变、先天性心脏病做出明确诊断。可对心功能作定量分析。可直观显示主动脉瘤、夹层动脉瘤等大血管病变。对冠状动脉的显示前景看好。
6.3.1.5肝、胆、脾、肾、腹膜后疾患
对腹部脏器的占位性病变可做出比较明确的定位定性诊断。对良恶性病变的鉴别诊断优于CT。
6.3.1.6胰腺、胆管病变及输尿管病变
由于胰腺周围脂肪的衬托,MR能显示胰腺及胰管。MRCP对胰腺疾病的诊断有一定的帮助,能清晰显示扩张的胰管。肾周围脂肪囊能与肾形成对比,MRI对肾脏疾病的显示有重要诊断价值。MRU对肾、输尿管梗阻、狭窄显示清楚,与静脉肾盂造影、逆行肾盂造影两者具有互补作用。
6.3.1.7盆腔病变
MRI能清楚地显示盆腔的解剖结构。对男、女性盆腔肿瘤、炎症、转移等病变,淋巴结等,能为提供重要的诊断依据,是最佳影像学诊断手段。
6.3.1.8四肢、关节病变
MRI可清楚显示软骨、关节囊、关节液及关节韧带,对关节软骨损伤性病变能提供重要的诊断依据。能比其它影像方法更早地对早期关节软骨变性与坏死作出诊断
6.3.2禁忌证
·有心脏起搏器的患者;
·手术后动脉夹存留患者;
·铁磁性异物患者,如体内存留有弹片、眼内存留有金属异物等;
·换有人工金属心脏瓣膜患者;
·金属假肢、金属关节患者;
·体内置有胰岛素泵或神经刺激器者;
·妊娠不足3个月。
以上各项有疑问有患者要进行调研,弄清情况,再决定是否做MRI检查。否则应谢绝做此项检查。

6.4磁共振检查前的准
磁共振检查前的准备应包括以下8个方面:
·接诊时核对资料、病史、明确检查目的和要求。
·确认无禁忌证后,发给预约单,其内容为MR宣传资料,嘱患者认真阅读。
·对腹部盆腔部位检查者,检查当日早晨控制小量进食水。置有金属避孕环患者,嘱取环后再行检查。
·对预约检查登记患者,要核对资料、登记建档,并询问是否做过MRI及CT检查。有“老号”者,认真查找老片,以利于对比。
·
进入MR室前应嘱患者除去携带的一切金属物品、磁性物品及电子元件,以免引起伪影,伤害患者。对于体内有金属异物及安装心脏起搏器者禁止检查,以防发生意外。
·消除患者恐惧心理,争取患者密切配合与合作。
·对婴儿及躁动患者,应在临床医师指导下适当给予镇静处理。
·对于危重患者,除早期脑梗死患者外,原则上不做等MR检查,如果特别需要,一必须检查,应由有经验的临床医师陪同。并备齐抢救器械和药品,并向临床医师说明发生意外不能在机器房内抢救。

6.5磁共振的特殊成像技术及其应用
MR成像过程中产生的各种伪影直接影响MR图像质量。为了克服各种伪影达到理想的成像效果,常常使用一些特殊的技术,抑制以至消除伪影。这些特殊技术的使用获得了很好的效果。本节主要讨论心电门控和脉搏门控、呼吸门控、脂肪抑制、脑功能成像和波谱技术。
6.5.1心电触发及门控技术
为了充分显示心脏,大血管的内部结构,减少心脏搏动伪影获得满意的高质量图像,常常使用心电门控技术(ECG trigger and gating)获得心动周期预定点的图像。
6.5.1.1原理
心电触发是利用心电图的R波触发MR信号采集,选择适当的触发延迟时间,即R波与触发之间的时间,使每一次数据采集与心脏的每一次运动周期同步。
心电门控技术采用阈值法。根据心电图与心动周期的关系,设置上、下阈值,即“门”。数据采集只能在门内(上下域之间)进行,即门开放时获得资料,在门外则不采集。心电门的宽度和位置可由操作者选择。
6.5.1.2心电图导联的安装
心电图是心电轴电位周期变化的过程。为了减少心电门控对MR信号的干扰,常采集与心电轴一致的方法(心电轴一般与心电长轴一致),将3个或4个电极平行于心脏长轴。通常安放在胸骨右缘第二肋间,左锁骨中线第5肋间,左腋前线第6 肋间处。导线不能卷曲,特别要避免卷曲成环形或与呼吸门控接触,否则会干扰MR信号。
R波幅度小时会影响心电触发,此时要调整电极位置,以增加R波的幅度。
6.5.2脉搏触发技术
脉搏触发技术与心电触发相似,利用脉搏幅度触发扫描,使心脏运动与数据采集同步。心脏检查一般不使用,脉搏触发比心电触发简单,粗糙,无准确的时相对应。如果行心电门控有困难时,可采用脉搏门控。
脉搏门控常用于大血管、脑脊液检查,胸部及纵隔扫描等。
6.5.3呼吸门控技术
呼吸运动伪影干扰胸腹部的MR成像,特别是高场强MR系统,伪影显示更加明显。所以做胸腹部MR检查更需要使用呼吸门控。
呼吸触发及呼吸门控技术与心电触发及门控技术相似。触发是利用呼吸波的波峰固定触发扫描达到同步采集数据。门控技术是在呼吸波一定阈值的上下限内采集数据。一般在每一呼吸周期的呼气相采集数据。由于呼吸周期的不规律性,采集数据要过多地耗费时间,才能获得呼吸门控控制的效果。更为重要的是要向患者说明、并让其尽可能做到保持有规律地呼吸,才能达到每一次采集的同步,缩短扫描时间。
6.5.4脂肪抑制技术
由于人体组织里含有大量脂肪,而脂肪信号T1WI像呈高信号,T2WI像信号也较高。因此,在图像中由于脂肪信号干扰,有时对病灶的观察难以令人满意,特别是脂肪分布较多的部位,脂肪高信号影响对病变范围、大小、性质的显示。
临床上常常使用脂肪抑制技术来消除脂肪信号的干扰。常使用的脂肪抑制技术方法有化学饱和法、短TI时间反转恢复法。其中化学饱和法更加常用。化学位移水-脂分离法用于特殊检查。
6.5.4.1化学饱和法
化学饱和法是一种被广泛使用的脂肪抑制技术。它是在无梯度场条件下,在激发脉冲前先施加一个脂肪频率的预饱和脉冲优先激发脂肪,以消除脂肪的纵向磁化,用附加的梯度场使脂肪信号相位分散。然后再使用所选择的脉冲。此时,因脂肪未弛豫,而不能被反转到横向平面上,因此采集不到信号,使脂肪信号得到抑制。
此方法的优点是使用方便,图像的信噪比较高。缺点是增加扫描时间,因为需要另加射频脉冲及梯度场。受磁场均匀性影响大,磁场不均匀或偏离中心处脂肪抑制效果差。
6.5.4.2短T1时间反转恢复法
此法是适当选择反转时间TI使脂肪信号为零。反转恢复脉冲序列是先使用180°射频脉冲,使纵向磁化矢量从正Z轴转向负Z轴,180°脉冲停止后,纵向磁化开始恢复,由负方向恢复至,最终到平衡状态,此时因无横向磁化而不产生MR信号。当180°脉冲停止后,纵向磁化要恢复一段时间即反转时间。不同场强、不同组织有不同的反转时间,短T1组织,如脂肪组织的反转时间为200ms(1.5T机器)。在200 ms时,脂肪的纵向磁化矢量接近零,即零点值,信号被抑制。此时,即使施加90°脉冲,脂肪也不能产生MR信号。而邻近长T1组织虽为负值,但信号高。
此方法的优点是抑制脂肪效果好,对病变敏感、受磁场均匀性影响小。缺点是扫描时间长,图像信噪比差。和脂肪T1值接近的组织也同样被抑制。
6.5.4.3化学位移水-脂反相位成像技术
水中氢质子和脂肪中氢质子的化学位移为3.5ppm.在不同场强的磁场中其频率相差不同。在1.5 T磁场中,水质子比脂肪质子快1 周时所用的时间大约为8.4ms。激发停止后,水质子的横向磁化与脂肪质子的横向磁化每隔8.4ms出现相位相同状态,即同相位(in phase)。每隔4.2ms,其横向磁化的相位呈相反状态,即反相位(opposed phase)。用成像序列不同的回波时间,分别采集水和脂肪的质子宏观磁化矢量同相位和反相位的MR信号,同相位时两者信号相加,可去除脂肪的质子磁化矢量,得到纯水的质子图像;反相位时,两者MR信号相减,去除水的质子磁化矢量,得到纯脂肪的质子图像。因此,反相位图像水脂肪交界处或同时含水和脂肪的部位信号下降。
梯度回波序列常用于肝脏病变的鉴别诊断。
6.5.4.4脂肪抑制技术的应用   
⑴颅脑
T1WI颅内高信号病变性质的鉴别诊断,往往需要脂肪抑制技术。一般需要在常规SE序列扫描的基础上,再加做T1WI或T2WI的脂肪抑制。垂体瘤术后复查,由于脂肪填塞,其信号变化与垂体瘤复发分辨不清。颅内脂肪瘤以及含脂肪类肿瘤破裂等高信号病变的鉴别,含脂类病变信号会降低。
位于颅底附近的病变,往往需做Gd-DTPA增强扫描,以确定病变的位置及性质。但在颅底区脊髓的高信号易于掩盖增强后的病变,显示病变较为困难。因此,在做T1WI增强扫描时,与脂肪抑制技术同时使用,对诊断病变颇有邦助。一般在增强扫描时,在常规的3个方位中选择1~2个方位作脂肪抑制,选择冠状位作脂肪抑制收效更大。
⑵颈部
颈部区域解剖复杂,脂肪较多。显示、确定该区肿瘤性病变的范围和性质比较困难。平扫时,T2WI加脂肪抑制,必要时T1WI也要增加脂肪抑制序列。特别是T1WI增强扫描,增强后的病变,因受周围脂肪信号的影响,显示病变边界不满意。快速自旋回波(FSE)序列T2WI脂肪信号较常规SE序列更强。鉴于以上情况,做颈部扫描时,都需加脂肪抑制技术,以降低脂肪信号,突出病变,更好地显示细微结构。
⑶眼眶
眼眶内的大量脂肪会掩盖视神经、视神经周围病变及其两者关系的显示。应用脂肪抑制技术消除脂肪信号的干扰,可清楚显示视神经,肌肉以及肿瘤。因此,做眼眶检查时,常规T2WI需使用脂肪抑制技术。增强扫描时3 个方位均应使用脂肪抑制,以避免病变增强后与脂肪的高信号影重叠,影响显示病变。
⑷脊柱
脊髓常规扫描用SE
序列T1WI,如果发现椎管内有高信号,一般要加做T1WI脂肪抑制,对确定髓内肿瘤、脂性脊髓肿瘤、脊膜膨出等病变性质极有帮助。疑有转移性病变,FSE序列T2WI转移灶信号有时不象梯度回波脉冲序列那么高而明显,使用脂肪抑制能达到梯度回波的效果。对于硬膜外转移也不会因硬膜外脂肪信号而显示不清。做T1WI增强扫描时,更需使用脂肪抑制,以消除碣膜外脂肪信号干扰,充分显示病变。
⑸腹部
腹部扫描T2 WI加脂肪抑制,可明显性改善腹部MR图像质量。腹腔内大量的脂肪组织是产生呼吸运动伪影的重要因素,同时,还可诱发化学位移伪影。做肝脏、肾脏、胰腺等的FSE序列T2WI,必须加脂肪抑制,方能显示脏器内部的病变。所以脂肪抑制技术对于明确病变组织特性和范围有其特殊的价值。腹部脏器做动态增强扫描也必须加脂肪抑制。
⑹盆腔
男、女盆腔内有大量的脂肪组织,特别是肥胖患者。盆腔及前列腺扫描时T2WI要加脂肪抑制才能充分显示盆腔的解剖结构。增强扫描时,3 个方位均须加脂肪抑制。
⑺骨关节、长骨
做T2WI要加脂肪抑制才能充分显示病变。增强扫描时,3 个方位均须加脂肪抑制。



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最新评论

引用 1987124382 2014-12-24 20:37
总结的全面 ~~~~~很不错~
引用 newnew100 2015-5-6 22:55
学习了,感谢楼主
引用 meteor685 2015-7-14 15:11
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引用 zhouyongneng 2016-6-27 22:53
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引用 llxy87 2017-4-8 17:56
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引用 zhouyongneng 2017-12-12 21:35
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