磁共振血管壁成像的技术实现及应用进展

FMRI脑功能磁共振成像的原理及应用进展

ＦＭＲＩ脑功能磁共振成像的原理及应用进展 功能磁共振是在磁共振原理的基础上根据人脑功能区被信号激活时血红蛋白和脱氧血红蛋白两者之间比例发生改变，随之产生局部磁共振信号的改变而进行工作的。凭借其具有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可在活体上重复进行检测等优点已广泛应用于脑功能的研究。 1 磁功能磁共振概述 磁共振功能成像(function magnetic resonance imaging，FMRI)是目前脑功能研究中的一个热点。20世纪90年代后，BOLD（blood oxygenation level dependent）磁共振功能成像已广泛应用于脑功能的研究。其优点是就有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可以在活体上重复进行检测。理论上讲，凡以反映器官功能状态成像为目标的磁功能成像技术都应称之为功能磁共振成像。目前，临床上已较为普遍使用的功能成像技术有：各种弥散加权磁共振成像技术（diffusion-weighted imaging，DWI），各种灌注加权磁共振成像技术（perfusion weighted imaging，PWI），磁共振波谱和波谱成像技术（blood oxygenation level dependent，BOLD）。观察脑神经元活动和神经通路的成像技术时，这种成像技术应叫做脑功能磁共振成像（FMRI），它一般包括水平依赖成像；脑代谢测定技术成像；神经纤维示踪技术如弥散张量和磁化转移成像。 1.1 FMRI的基本原理：FMRI的方法很多，主要包括注射照影剂、灌注加权、弥散加权及血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）法，目前应用最广泛的方法为BOLD法：血红蛋白包括含氧血红蛋白和去氧血红蛋白[1]，两种血红蛋白对磁场有完全不同的影响，氧合血红蛋白是抗磁性物质，对质子弛豫没有影响，去氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，可产生横向磁化磁豫缩短效应（preferential T2 proton relaxation effect，PT2PRE）。因此，当去氧血红蛋白含量增加时，T2加权像信号减低。当神经元活动增强时，脑功能区皮质的血流显著增加，去氧血红蛋白的含量降低，削弱了PT2PRE，导致T2加权像信号增强，即T2加权像信号能反映局部神经元活动，这就是所谓血氧水平依赖BOLD[2]效应，它是FMRI基础[3]。 梯度回波成像（gradient recall echo，GRE）是FMRI的常规脉冲序列，它对磁化效应引起的T2效应非常敏感，梯度回波脉冲序列使用单次激发小翻转角射频脉冲和极性翻转的f编码梯度场，在采集信号过程中，由于梯度场引起的去相位就会完全被再聚集，而回波信号则取决于组织的T2。在信号采集过程中，GRE 与SE序列相似。都是通过多次反复采集回波信号完成全部的相位编码和数据采集。ＧRＥ扫描对流空现象，扩散现象以及对功能成像非常重要的Ｔ２效应等诸

磁共振的临床应用价值

磁共振的临床应用价值 1、MRI比较于CT的优势 MRI利用人体中最多的氢质子在磁场中产生的共振效应，通过计算机处理后得到的图像。根据图像的性质不同，一般可分为T1加权像，T2加权像，质子密度像这三种基本图像。而CT是依赖于组织的X线衰减（CT值）。这是它们图像上的基本不同。所以，MRI相对于CT的优势非常明显： 1、MRI有很高的组织对比分辨率：MRI成像主要是考察组织的含水量的多少 以及所含水的特性不同。也就是说，含水量不同，MRI图像上就可以明显区分开来，即使含水量一样，由于所含水的特性（比如弛豫特性、流动特性、扩散特性 等等）不同，在MRI的图像上，最终表现出来的信号会完全不同。所以MRI的图像在所有的影像学图像中，是最接近于人体实际解剖结构的，甚至可以说和解剖书上的示图完全一样，非常直观。在考察软组织病变，特别是占位性病变比如脑膜瘤，胶质瘤，垂体腺瘤等等时，MRI的优势巨大。MRI图像上病变边缘会较CT 清晰锐利得多，完全可以确定占位性病变的边界，对临床手术及切除后复诊起到极其重要的指导意义。 2、MRI有多种参数的选择与变化从而有可能对各种病变的性质加以判断。 CT只能通过CT值的变化来进行诊断，参数只有CT值一个。MRI的参数有几十种之多，经常用到的就有十几种。根据参数选择的不同，MRI的图像就会完全不同。一般可分为T1加权像，T2加权像，质子密度像这三种基本图像。临床上最常用 到的是T1加权像（又称解剖像）和T2加权像（又称病理像）。举例来说，脂肪在T1加权像和T2加权像上均为高信号，肌肉、肝脏、胰腺等组织器官在T1加权像上为中等信号，而在T2加权像上则为较低信号，肺组织，大血管，钙化等 在上述图像上均为一般均匀低信号，而肾、脾等组织器官在T1加权像上为较低信号，在质子像和T2加权像上均为较高信号。通过选择不同的参数，得到几种 不同信号表现的图像，MRI可以将每种组织器官及病变完全区分开来，而不同的 组织的CT值有可能完全一样，这时CT的局限性就暴露出来了。 3、MRI没有放射线的损害，MRI使用的是无线电波进行检测，频率也不高，以0.35T为例，频率仅为14.9MHz，并且持续时间很短。MRI只产生非常微量的热效应，人体几乎感觉不到。相对于CT所使用的射线，MRI无疑是一种环保的，

磁共振血管成像

磁共振血管成像 一、磁共振成像 磁共振成像（Magnetic resonance imaging, MRI）是近年来应用于临床的先进影像学检查技术之一。1946年美国哈佛大学的Percell及斯坦福大学的Bloch分别独立地发现磁共振现象并接收到核子自旋的电信号，同时将该原理最早用于生物实验。1971年发现了组织的良、恶性细胞的MR信号有所不同。1972年P. C. Lauterbur用共轭摄影法产生一幅试管的MR图像。1974年出现第一幅动物的肝脏图像。随后MRI技术在此基础上飞速发展，继而广泛地应用于临床。 磁共振成像的基本原理是将受检物体置于强磁场中，某些质子的磁矩沿磁场排列并以一定的频率围绕磁场方向运动。在此基础上使用与质子运动频率相同的射频脉冲激发质子磁矩，使其发生能级转换，在质子的驰豫过程中释放能量并产生信号。MRI的接受线圈获取上述信号后通过放大器进行放大，并输入计算机进行图像重建，从而获得我们需要的磁共振影像。 磁共振成像的优势在于无辐射、无创伤；多方位、任意角度成像；成像参数多，对病变部位和性质有较强的诊断意义；软组织分辨率高等，日益受到临床的关注与欢迎。 二、磁共振血管成像 磁共振血管成像（Magnetic Resonance Angiography，MRA）是显示血

管和血流信号特征的一种技术。MRA不但可以对血管解剖腔简单描绘，而且可以反应血流方式和速度等血管功能方面的信息。近几年来该技术发展迅速，可供选择的磁共振血管成像技术有多种： (一)时间飞越法 时间飞越法（Time of Flight，TOF）血管成像的基本原理是采用了“流动相关增强’机制，是目前较广泛采用的MRA方法。TOF血管成像用具有非常短TR的梯度回波序列。由于TR短，静态组织在没有充分弛豫时就接受到下一个脉冲的激励，在脉冲的反复作用下，其纵向磁化矢量越来越小而达到饱和，信号被衰减，对于成像容积以外的血流，因为开始没有接受脉冲激励而处于完全弛豫状态，当该血流进入成像容积内时被激励而产生较强的信号。 TOF MRA极大地依赖于血管进入扫描层面的角度，所以在用TOF法进行血管成像时扫描层面一般要垂直于血管走向。另外，在TOF血管成像中，通过在成像区域远端或近端放置预饱和带，去除来自某一个方向的血流信号，因而可以选择性地对动脉或静脉成像。 1.三维(3D)单容积采集TOF法MRA 3D TOF法MRA采用同时激励一个容积，这种容积通常3～8mm厚，含有几十个薄层面。3D TOF的最大优点是可以薄层采集，可薄于l mm，最终产生很高分辨率的投影。另外，3D TOF对容积内任何方向的血流均敏感，所以对于迂曲多变的血管，如脑动脉的显示有一定优势。但是对于慢血流，因其在成像容积内停留时间较长，反复接受多个脉冲的激励，可能在流出层块远端之前产生饱和而丢失信号，所以3D TOF

功能性磁共振成像的应用和发展前景_final

功能性磁共振成像的应用和发展前景 王君1*刘嘉1，2 1认知神经科学与学习国家重点实验室，北京师范大学，100875 2中国科学院研究生院，北京，100049 摘要：功能性磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging ，fMRI）是当代 医学影像技术应用于脑神经科学研究最为迅速的领域之一。本文首先简要介绍功能 性磁共振成像的基本原理，然后着重叙述该技术在临床和基础研究中的应用和发展 前景。 关键词：功能性磁共振成像脑神经科学临床应用基础研究 Applications of fMRI in Clinical Medicine and Brain Neuroscience Jun Wang1*, Jia Liu1，2 1State Key Lab of Cognitive Neuroscience and Learning，Beijing Normal University, Beijing, 100875 2Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing，Beijing, 100049 Abstract: Now functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has been more rapidly applied in clinical medicine and brain neuroscience than some other modern medical imaging techniques. This paper first briefly introduces the principle of fMRI, and then its some applications in clinical medicine and brain function research are described in details together with its some recent developments. Key words: fMRI Brain Neuroscience Clinical application Basic Research 20世纪90年代以来，在传统磁共振成像（Magnetic Resonance Image， MRI） 技术的基础上发展的功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Image , fMRI） 技术已广泛应用于脑功能的临床和基础研究。fMRI结合了功能、解剖和影像三方面 的因素，为临床磁共振诊断从单一形态学研究到与功能相结合的系统研究提供了强 有力的技术支持。该技术具有无创伤性、无放射性、可重复性、较高的时间和空间 分辨率、可准确定位脑功能区等特点，为脑神经科学提供了广阔的应用前景。 1.fMRI的基本原理 1990年, Ogawa等人根据脑功能活动区氧合血红蛋白（HbO2）含量的增加导 致磁共振信号增强的原理得到了关于人脑的功能性磁共振图像[1]，即血氧水平依赖 的脑功能成像(Blood Oxygen Level Dependent fMRI, BOLD fMRI) 。由于血液动力学

磁共振功能成像

磁共振功能成像（functional magnetic resonance imaging;FMRI）是一种安全的影像学检查手段，在完全无创伤的条件下可对人脑进行功能分析，其时间及空间分辨率较高，一次成像可同时获得解剖与功能影像，而且对人体无辐射损伤，在这一点上优于ECT和PET成像。目前，FMRI已广泛地用于人脑正常生理功能和脑肿瘤的术前评价，对手术计划的制定及最大程度地减小术后功能损伤有极大帮助。 1MR脑功能成像的原理与技术 神经元活动与细胞能量代谢密切相关，磁共振功能成像并不能直接检测神经元活动，而是通过MR信号的测定来反映血氧饱和度及血流量，从而间接反映脑的能量消耗，因此，在一定程度上能够反映神经元的活动情况，达到功能成像的目的。血氧水平依赖（blood oxygen level dependent;BOLD）技术是FMRI的基础，神经元活动增强时，脑功能区皮层的血流量和氧交换增加，但与代谢耗氧量的增加不成比例，超过细胞代谢所需的氧供应量，其结果可导致功能活动区血管结构中氧合血红蛋白增加，脱氧血红蛋白相对减少。脱氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，磁矩较大，有明显的T2缩短效应，即PT2PRE（preferential t2 proton relaxation effect）。因此，脱氧血红蛋白的直接作用是引起T2加权像信号减低，FMRI对其在血管结构中的浓度变化极为敏感，当浓度增加时可引起局部信号减低，减低时则可使磁化率诱导的象素内失相位作用减低，引起自旋相干性增大，从而导致T2*和T2弛豫时间延长，信号升高，使脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号。 磁场强度的高低对脱氧血红蛋白引起的磁化率改变敏感性不同，磁场强度越高对磁化率变化的敏感性越大，超高磁场MRI仪对磁化率变化最为敏感。但由于技术上的限制，临床上一般采用1T～2T的磁共振仪进行脑功能成像，其结果也较为满意。FMRI一般采用梯度回波和回波平面T2加权成像，常用的梯度回波序列有：梯度破坏稳态再聚焦采集（spoiled gradient recalled acquisition in the steady-state;GRASS）序列和快速小角度激发（fast low angle shot;FLASH）序列，扫描参数为：TR/TE=40～120/40～60ms，翻转角30～40度，矩阵256×64～128，视野200～400mm，根据机型及获得的扫描层数不同，扫描参数有一定的差别；回波平面成像技术（echo-planar imaging;EPI）是一种超快速MR成像方法，是目前采用的主要技术，可以结合GRE序列和SE序列得到不同对比度的T1、T2加权像。目前，脑功能成像多采用单次激发梯度回波—回波平面成像（gradient-echo echo-planar imaging）序列，扫描参数因场强和机型不同而不同，常用参数为TR/TE=1000-3500/40～70ms，翻转角90度。

磁共振血管成像技术

磁共振血管成像技术 磁共振血管成像以其无创性和图像的直观清晰性，越来越受到临床的重视。近年来磁共振血管成像(MRA)技术发展迅速，可供选择的磁共振血管成像(MRA)技术有多种，充分理解MRA技术的原理及其特性，有利于日常工作中恰当地应用这些技术。 目前比较常用的普通磁共振血管造影成像方法有时间飞跃法（time-of-flight，TOF）、相位对比法（phase contrast，PC）以及对比增强磁共振血管造影法（contrast-enhanced magnetic resonance angiography，CE MRA）。在MRA 中起重要作用的流动效应有二种：饱和效应和相位效应，二者均可区分流动血液和静止组织。CE-MRA则是利用了对比剂作用，改变血液的弛豫时间 下面就几种技术作一简单的分析和比较，希望对我们临床中正确选择和使用不同的方法有帮助。 一、时间飞越法（TOF）MRA 时间飞越法血管成像采用"流动相关增强"机制，是最广泛采用的MRA方法。TOF血管成像使用具有非常短TR的梯度回波序列。由于TR 短，静态组织没有充分弛豫就接受下一个脉冲激励，在脉冲的反复作用下，其纵向磁化矢量越来越小而达到饱和，信号被衰减；对于成像容积以外的血流，因为开始没有接受脉冲激励而处于完全弛豫状态，当该血流进入成像容积内时才被激励而产生较强的信号。 TOF MRA的对比极大地依赖于血管进入的角度，所以在用TOF法进行血管成像时扫描层面一般要垂直于血管走行。另外，在TOF血管成像中，通过在成像区域远端或近端放置预饱和带，去除来自某一个方向的血流信号，因而可以选择性地对动脉或静脉成像。 目前已有效地应用于身体各部位的TOF技术有多种，并且各具特色。 1. 三维（3D）单容积采集TOF法MRA 3D TOF同时激励一个容积，这种容积通常3~8cm厚，含有几十个薄层面。3D TOF的最大优点是可以采集薄层，可薄于1mm，最终产生很高分辨率的投影。另外，3D TOF对容积内任何方向的血流均敏感，所以对于迂曲多变的血管，如脑动脉的显示有一定优势。但是对于慢血流，因其在成像容积内停留时间较长，反复接受多个脉冲的激励，可能在流出层块远端之前产生饱和而丢失信号，所以3D TOF不适于慢血流的显示，也因此不能对大范围血管(例如颈部血管)成像，这是3D TOF的主要缺陷。3D TOF一般不用于静脉以及具有严重狭窄和流速较低的动

-MRI成像技术(1)

第七讲-MRI成像技术（1） 1 MRI成像系统简介 ●1.1M R I影像设备发展概况 ●磁共振成像技术是在磁共振波谱学的基础上发展起来的。磁共振成像自出现以来曾被 称为：核磁共振成像、自旋体层成像、核磁共振体层成像、核磁共振C T等。 ●1945年由美国加州斯坦福大学的布洛克（B l o c h）和麻省哈佛大学的普塞尔（P u r c e l l） 教授同时发现了磁共振的物理现象，即处在某一静磁场中的原子核受到相应频率的电磁波作用时，在它们的核能级之间发生共振跃迁现象。因此两位教授共同获得1952年诺贝尔物理学奖。 ●F o r p e r s o n a l u s e o n l y i n s t u d y a n d r e s e a r c h;n o t f o r c o m m e r c i a l u s e ● ●磁共振的物理现象被发现以后，很快形成一门新兴的医学影像学科—磁共振波谱学。 ●1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》杂志上发表了题为“核 磁共振（NMR）信号可检测疾病”和“癌组织中氢的T1时间延长”等论文， ●1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。 ●1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。 ●1975年恩斯托（Ernst）研制出相位编码成像方法。 ●1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。 ●1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。 ●几十年期间，有关磁共振的研究曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了 六次诺贝尔奖。(2003年10月6日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国化学家保罗·劳特布尔（Paul C. Lauterbur）和英国物理学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield），以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的核磁共振成像技术领域的突破性成就。) 雷蒙德·达马蒂安的“用于癌组织检测的设备和方法” 幻灯片7 1.2 MRI影像设备功能 现代磁共振成像系统大体结构都很相似，基本上由四个系统组成：即磁体系统、梯度磁场系统、射频系统和计算机系统。 ●1．磁体系统 ●磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件，是磁共振系统中最强大的磁场， 平时我们评论磁共振设备的大小就是指静磁场的场强数值，单位用特斯拉（Tesla，简称T,垂直于磁场方向的1米长的导线，通过1安培的电流，受到磁场的作用力为1牛顿时，通电导线所在处的磁感应强度就是1特斯拉。）或高斯（Gauss）表示，1T=1万高斯。 ●临床上磁共振成像要求磁场强度在0.05～3T范围内。一般将≤0.3T称为低场，0.3T～ 1.0T称为中场，＞1.0T称为高场。磁场强度越高，信噪比越高，图像质量越好。但磁 场强度过高也带来一些不利的因素。 ●为了获得不同场强的磁体，生产厂商制造出了不同类型的磁体，常见的磁体有永久磁 体、常导磁体和超导磁体。

磁共振功能成像

一、更优秀的图像质量，探测小病灶能力增强 3.0T磁共振首先会带来图像信噪比的提升，从而获得更加清晰锐利的磁共振影像，对临床疾病的诊断与治疗具有重要意义。同时，随着图像分辨率的提高，也意味着能够显示更加微小的病变，从而对疾病的早期发现做出贡献。 二、更快速的成像速度，承载更大的病人量 3.0T磁共振配备西门子Tim 4G和Dot技术的MAGNETOM skyra，可以帮助实现每日超过30%的工作量增加。如果结合并行采集技术，采集速度将会有更大的提升。这使得一些在1.5T磁共振上难以实现的扫描成为可能（如腹部多期动态增强扫描）。同时，扫描速度的提升也意味着可以承受更大的病人量。 三、更强大的设备性能，为临床与科研助力 3.0T磁共振系统具有更强大的磁场稳定性，更高效的数据传输能力，更高的梯度磁场，更快的磁场切换率，集合多通道线圈采集技术，可以提供更丰富的临床与科研检查项目。 四、神经系统成像的巨大优势 由于信噪比和扫描速度的增加，使得磁共振在神经系统成像上的优势被更加放大。除了常规扫描序列图像质量与信噪比的提升，更稳定的磁场均匀度使得在弥散加权成像（DWI）中，可以设置更高的b值，同时获得更高质量的图像。此外，也使更多的神经系统成像技术在临床与科研中成为可能，如： 1.弥散张量成像（DTI）：可以获得活体状态下的脑白质纤维束走行影像，揭示脑肿瘤等病灶与脑白质纤维走行的关系，也可以用于神经外科手术的术前定位，增加手术的成功率与后期预后效果。 2.脑灌注成像（PWI）：通过静脉快速团注造影剂，超快速采集血液流通数据，绘制时间信号强度曲线，分析脑组织的灌注情况，可正确判断早期脑缺血的程度及可逆性。还可用于脑血管病（烟雾病）、脑肿瘤的辅助诊断。 3.磁共振头波谱成像（CSI）：由于正常与病变脑组织在代谢过程中的产物不同，利用化学位移成像技术，分析组织代谢产物峰值，预测病变的良恶性。亦在前列腺及乳腺的临床检查及科研中应用。 4.磁敏感成像（SWI）：清晰显示颅内微静脉、微出血及微钙化，用于脑血管畸形、微血管病变等疾病的协助诊断。 5.脑组织血氧水平依赖成像（BOLD）：磁共振功能成像（FMRI）可以揭露大脑皮质与代谢之间的关系，使脑功能成像的许多研究成为可能，在这方面的研究目前3.0T占有绝对优势。 五、真正的腹部多期动态增强扫描

磁共振成像概述

磁共振成像概述 磁共振成像( Magnetic Resonance Imaging )是利用人体内氢原子核在强磁场内共振产生影像的一种医学检查和诊断的方法。 ?MRI是什么？ –——无线电波成像 ?MRI的特点？ –——是软组织分辨率最高的影像检查手段 ?MRI的适应症？ –——可适用全身检查 ?功能MRI是什么？ –——可提供活体的结构、代谢信息 磁共振信号＝无线电波 依据质子拉莫尔频率，其波长位于短波或超短波。 如：0.5T 拉莫尔频率为21.3MHz, 波长为14.08m（短波） 1.5T 拉莫尔频率为63.9MHz, 波长为4.69m（超短波） 磁共振成像的定义： 磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是利用射频（radio frequency，RF）电磁波对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，发生核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR），用感应线圈采集磁共振信号，按一定数学方法进行处理而建立的一种数字图像。 核磁共振的含义：

核—磁共振现象涉及原子核（特别是氢原子核） 磁—磁共振过程发生在强大静磁场的巨大磁体内在静磁场上叠加射频场按时做激励诱发共振叠加梯度磁场进行空间标记并控制成像 共振—借助宏观世界自然现象解释微观世界的物理学原理（如音叉振动），核子间能量吸收与释放可产生共振（磁场中） 共振现象的三个基本条件 (1) 必须有一个主动振动的频率 (2)主动振动频率与被动振动的物体固有频率必须相同 (3) 主动振动物体具有一定强度并与被振动物体保持一定距离 磁共振具备三种磁场才能完成：即静磁场，梯度磁场，射频脉冲磁场。磁共振现象： 处于恒定磁场中的氢原子核，在特定频率（拉摩尔Larmor ）的射频脉冲( RF ) 影响下交替吸收、释放能量的过程。 什么是核磁共振现象？ 位于静磁场中的人体组织受到射频场的作用产生磁共振信号并利用梯度场进行空间编码实现对信号的定位，通过计算机的重建处理，从而得到图像。 1.人体磁共振的基本成像过程：人体未进入静磁场，体内氢质子群 磁矩自然无规律排列； 2. 进入静磁场，所有自旋的氢质子重新排列定向，磁矩指向N 或S 极； 3. 通过射频线圈与静磁场垂直方向施加射频脉冲，受检部位氢质子

磁共振的临床应用价值

磁共振的临床应用价值1、MRI比较于CT的优势 MRI利用人体中最多的氢质子在磁场中产生的共振效应，通过计算机处理后得到的图像。根据图像的性质不同，一般可分为T1加权像，T2加权像，质子密度像这三种基本图像。而CT是依赖于组织的X线衰减（CT值）。这是它们图像上的基本不同。所以，MRI相对于CT的优势非常明显： 1、MRI有很高的组织对比分辨率：MRI成像主要是考察组织的含水量的多少以及所含水的特性不同。也就是说，含水量不同，MRI图像上就可以明显区分开来，即使含水量一样，由于所含水的特性（比如弛豫特性、流动特性、扩散特性等等）不同，在MRI的图像上，最终表现出来的信号会完全不同。所以MRI的图像在所有的影像学图像中，是最接近于人体实际解剖结构的，甚至可以说和解剖书上的示图完全一样，非常直观。在考察软组织病变，特别是占位性病变比如脑膜瘤，胶质瘤，垂体腺瘤等等时，MRI的优势巨大。MRI图像上病变边缘会较CT 清晰锐利得多，完全可以确定占位性病变的边界，对临床手术及切除后复诊起到极其重要的指导意义。 2、MRI有多种参数的选择与变化从而有可能对各种病变的性质加以判断。CT只能通过CT值的变化来进行诊断，参数只有CT值一个。MRI的参数有几十种之多，经常用到的就有十几种。根据参数选择的不同，MRI的图像就会完全不同。一般可分为T1加权像，T2加权像，质子密度像这三种基本图像。临床上最常用到的是T1加权像（又称解剖像）和T2加权像（又称病理像）。举例来说，脂肪在T1加权像和T2加权像上均为高信号，肌肉、肝脏、胰腺等组织器官在T1加权像上为中等信号，而在T2加权像上则为较低信号，肺组织，大血管，钙化等在上述图像上均为一般均匀低信号，而肾、脾等组织器官在T1加权像上为较低信号，在质子像和T2加权像上均为较高信号。通过选择不同的参数，得到几种不同信号表现的图像，MRI可以将每种组织器官及病变完全区分开来，而不同的组织的CT值有可能完全一样，这时CT的局限性就暴露出来了。 3、MRI没有放射线的损害，MRI使用的是无线电波进行检测，频率也不高，以为例，频率仅为，并且持续时间很短。MRI只产生非常微量的热效应，人体几乎感觉不到。相对于CT所使用的射线，MRI无疑是一种环保的，绿色的影像学

功能磁共振成像

功能磁共振成像(fMRI) 功能磁共振成像技术简述 功能性磁共振成像（fMRI）是一种新兴的神经影像学方式，其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。由于fMRI的非侵入性、没有辐射暴露问题与其较为广泛的应用，从1990年代开始就在脑部功能定位领域占有一席之地。目前主要是运用在研究人及动物的脑或脊髓。 相关技术发展 自从1890年代开始，人们就知道血流与血氧的改变（两者合称为血液动力学）与神经元的活化有着密不可分的关系。神经细胞活化时会消耗氧气，而氧气要借由神经细胞附近的微血管以红血球中的血红素运送过来。因此，当脑神经活化时，其附近的血流会增加来补充消耗掉的氧气。从神经活化到引发血液动力学的改变，通常会有1-5秒的延迟，然后在4-5秒达到的高峰，再回到基线（通常伴随着些微的下冲）。这使得不仅神经活化区域的脑血流会改变，局部血液中的去氧与带氧血红素的浓度，以及脑血容积都会随之改变。 血氧浓度相依对比（Blood oxygen-level dependent, BOLD）首先由贝尔实验室小川诚二等人于1990年所提出[2]，小川博士与其同事很早就了解BOLD对于应用MRI于脑部功能性造影的重要性，但是第一个成功的fMRI研究则是由John W. Belliveau 与其同事于1991年透过静脉内造影剂（Gd）所提出。接着由邝健民等人于1992年发表在人身上的应用。同年，小川博士于4月底提出了他的结果且于7月发表于PNAS。在接下来的几年，小川博士发表了BOLD的生物物理学模型于生物物理学期刊。Bandettini博士也于1993年发表论文示范功能性活化地图的 量化测量。由于神经元本身并没有储存所需的葡萄糖与氧气，

磁共振临床应用手册

磁共振成像技术（核磁共振，MRI）是与CT几乎同步发展起来的医学成像技术。MRI 作为最先进的影像检查技术之一，在许多方面有其独到的优势，尤其是近年来高场磁共振超 快速成像与功能成像的出现，使得MRI的优势更为明显。但是，由于国情所限，MRI远没有CT普及，实际工作中，大量的病例本应首选MRI检查，却都进行了CT检查，因此造成的误诊及漏诊屡见不鲜。除病人经济情况的原因之外，临床医生对MRI的了解不足也是一个重要原因。 目前关于磁共振成像的书籍虽很多，专业性均很强，信息量也非常大，临床医生很难有时间仔细翻阅，但临床医生又急需了解磁共振的相关知识。鉴于此，我们编写了这本小册子，以期临床医生在阅读之后能够了解磁共振成像的临床应用价值、哪些情况下应当建议病人进 行MRI检查、以及一些磁共振基本读片知识。 1 磁共振成像的特点 一、无损伤性检查。CT、X线、核医学等检查，病人都要受到电离辐射的危害，而MRI 投入临床20多年来，已证实对人体没有明确损害。孕妇可以进行MRI检查而不能进行CT 检查。 二、多种图像类型。CT、X线只有一种图像类型，即X线吸收率成像。而MRI常用的图像类型就有几十种，且新的技术和序列不断更新，理论上有无限多种图像类型。可根据组织特意性用不同的技术制造对比，制造影像，力求诊断疾病证据充分、客观、可靠。有更丰 富的细节和依据方便医师作出明确的诊断，对疾病的治疗前及愈后作出更详细、系统的评估。 三、图像对比度高。磁共振图像的软组织对比度要明显高于CT。磁共振的信号来源于氢原子核，人体各处都主要由水、脂肪、蛋白质三种成分构成，它们均含有丰富的氢原子核 作为信号源，且三种成分的MRI信号强度明显不同，使得MRI图像的对比度非常高，正常 组织与异常组织之间对比更显而易见。CT的信号对比来源于X线吸收率，而软组织的X线吸收率都非常接近，所以MRI的软组织对比度要明显高于CT。 四、任意方位断层。由于我院MRI拥有 1.5T高场强主磁体及先进的三维梯度系统逐点 获得容积数据，所以可以在任意设定的成像断面上获得图像。 五、心血管成像无须造影剂增强。基于MRI特有的时间飞逝法（TOF）和相位对比法（PC）血流成像技术，磁共振血管成像（MRA）与传统的血管造影（DSA）相比，对人体无损伤性（不需要注射造影剂）、费用低、检查方便等优点。且随着MRI技术的不断进步，我院磁共振MRA的图像质量与诊断能力已与DSA非常接近，基于以上MR血管成像特性，MRA完全可作DSA术前筛查以及血管手术后复查。 六、代谢、功能成像。MRI的成像原理决定了MRI信号对于组织的化学成分变化极为 敏感。我院在高场MRI系统上拥有丰富磁共振功能成像技术，划时代地实现了对于功能性 疾病、代谢性疾病的影像诊断，同时也大大提高了对一些疾病的早期诊断能力，甚至可达到分子水平。 2 磁共振成像的原理 想获得人体的体层图像，任何成像系统都需要解决三方面问题：图像信号的来源、图像组织对比度的来源、图像空间信息的来源。磁共振成像也同样要解决这些问题。现对磁共振成像的原理作一简单介绍。 2.1 核磁共振信号的来源 磁共振成像，是依靠核磁共振现象来成像的。核磁共振现象，是指处于静磁场中的原子核系统受到一定频率的电磁波作用时，将在他们的磁能级间产生共振跃迁。 上述过程，是原子核与磁场发生的共振，所以称为核磁共振，因为“核”字涉嫌核辐射，

脑功能磁共振成像及其应用进展

脑功能磁共振成像及其应用进展 聂生东1,聂斌2 (1.上海第二医科大学计算机教研室,上海 200025; 2.泰山医学院) 功能磁共振成像是近10余年来在传统的磁共振成像技术的基础上迅速发展起来的一种新的成像技术。与传统的磁共振成像技术不同的是，功能磁共振成像得到的是人脑在执行某项任务或受到某种刺激时的功能映射图，而不是人脑的解剖图像。它能够确定人脑在执行某项任务或受到某种刺激时大脑的哪些区域被激活。目前，功能磁共振成像技术在国外已经得到了广泛的应用，其应用领域涉及到脑科学研究的各个领域，如认知科学、心理学、神经科学、药物滥用以及临床应用等。国内在这一方面的研究和应用还刚刚开始。本文对近年来功能磁共振成像及其在国内外的应用进行了综述。 一、功能磁共振成像的原理及特点 功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging,fMRI）的突出特点是可以利用超快速的成像技术，反映出大脑在受到刺激或发生病变时脑功能的变化。它突破了过去仅从生理学或病理生理学角度对人脑实施研究和评价的状态，打开了从语言、记忆和认知等领域对大脑进行探索的大门。 传统的磁共振成像（MRI）与功能磁共振成像（fMRI）之间的主要区别是它们所测量的磁共振信号有所不同[1-3,6]。MRI是利用组织水分子中的氢原子核处于磁场中发生的核磁共振现象，对组织结构进行成像，而fMRI所测量的是在受到刺激或发生病变时大脑功能的变化。根据所测量的脑功能信号的不同，磁共振功能成像主要有以下四种工作方式：①血氧水平依赖功能磁共振成像（blood-oxygen-level-dependent fMRI，BOLD-fMRI）,它主要是通过测量区域中氧合血流的变化（或血流动力学的变化），实现对不同脑功能区域的定位；②灌注功能磁共振成像（perfusion fMRI）,又称为灌注加权成像(perfusion weighted imaging，PWI)。这种成像方法主要用于测量局部脑血流和血容积；③弥散加权功能磁共振成像（diffusion-weighted fMRI）,这种方法主要用于测量水分子的随机运动；④磁共振波谱成像（MRI spectroscopy）,该方法用于测量脑的新陈代谢状态以及参加到新陈代谢中的某些物质(如磷和氧)的含量。目前，临床上和脑科学研究中一般都是用第一种方式，文献中出现的fMRI，如果不做特别说明，一般都是指BOLD-fMRI，简称为fMRI。以下只给出其工作原理。 BOLD技术是fMRI的理论基础。当大脑在执行一些特殊任务或受到某种刺激时，某个脑区的神经元的活动就会增强。增强的脑活动导致局部脑血流量的增加，从而使得更多的氧通过血流传送到增强活动的神经区域，使该区域里的氧供应远远超出了神经元新陈代谢所需的氧量，导致了血流中氧供应和氧消耗之间的失衡，结果造成了功能活动区血管结构中氧合血红蛋白(oxyhemoglobin)的增加，而脱氧血红蛋白(deoxyhemoglobin)的相对减少[3-7]。脱氧血红蛋白是一种顺磁性物质，其铁离子有四个不成对电子，磁距较大，有明显的T2*缩短效应，因此在某一脑区脱氧血红蛋白的浓度相对减少将会造成该区域T2*信号的相对延长，使得该区域中的MR信号强度增强，在脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号，利用EPI快速成像序列就可以把它检测出来。 目前，在临床和脑科学研究中进行脑功能成像的手段主要有：单光子发射计

磁共振成像的临床应用

磁共振成像的临床应用 （作者:___________单位: ___________邮编: ___________） 【摘要】上世纪七十年代CT的问世是医学影像学的一场革命，她带动了医学事业蓬勃发展，因此，发明者获得了诺贝尔医学奖。至八十年代磁共振成像（magneticresonanceimaging）的兴起，医学影像的成像原理发生了本质变化，从简单的x线能量衰减转化为物理生物学成像。大大拓宽了医学影像的发展道路，各种新的成像技术层出不穷。改变了影像学就是形态学的传统观念，引导影像学向定性、定量诊断方向发展。 【关键词】磁共振原理临床应用技术设备 磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。 核磁共振（nuclearmagneticresonance，NMR）是一种核物理现象。早在1946年Block与Purcell就报道了这种现象并应用于波谱学。Lauterbur1973年发表了MR成象技术，使核磁共振不仅用于物理学和化学。也应用于临床医学领域。近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，已日臻成熟完善。检查范围基本上覆盖了全身各系统，并在世界范围内推广应用。为了准确反映其成像基础，避免与核素成

像混淆，现改称为磁共振成象。参与MRI成像的因素较多，信息量大而且不同于现有各种影像学成像，在诊断疾病中有很大优越性和应用潜力。 1中枢神经系统 （1）脑血管性疾病由于弥散、灌注及水抑制的应用，使的MRI 诊断脑梗塞的敏感性、特异性均明显高于CT。MRI对脑溢血的价值在于其能对血肿进行准确分期。脑动脉瘤、动静脉畸形均有流空血管影显示。 （2）脑肿瘤脑肿瘤在MRI上有形态学和异常信号改变，三维成像的使用对脑肿瘤的定性、定位诊断更准确。 （3）炎症各种细菌、病毒、霉菌性脑炎、脑膜炎与肉芽肿在MRI 可显示，注射顺磁性造影剂Gd－DTPA对定性诊断更有价值。对弓形体脑炎、脑囊虫、脑包虫病可定性诊断，并能分期分型。 （4）脑退行性病变MR能清楚的显示皮质性、髓质性、弥漫性脑萎缩。MR还能诊断原发性小脑萎缩。协助诊断皮质下动脉硬化性脑病、Alzermer氏病、pick氏病、hunfing氏舞蹈病，wilson氏病、leigh氏病、fahr氏病及CO中毒、霉变干蔗中毒、甲旁减等疾病。 （5）脑白质病变MR对诊断多发性硬化、肾上腺性脑白质病等脱髓鞘和髓鞘形成不良性疾病都有重要价值。 （6）脑室与蛛网膜下腔病变MR能清楚的显示孟氏孔和中脑导水管，即能明确分辨梗阻性和交通性脑积水。MR显示蛛网膜囊肿、室管膜囊肿、脑室内肿瘤、脑室内囊肿等均很敏感。

功能磁共振成像fMRI工作原理

功能磁共振成像技术(functional mangetic resonance imaging, FMRI) 磁共振成像对软组织结构有非常好的对比和分辨率，可以不用外源性造影剂就能无损伤地对人脑中神经元活动增加的区域成像。 实验原理：基于血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent, BOLD）的对比原理。脱氧血红蛋白是顺磁性的，而氧合血红蛋白与组织类似，是反磁性的，并且脑中局部脱氧血红蛋白浓度的改变能够导致MRI图像强度的变化。 在神经元活动时，局部毛细血管和静脉中的脱氧血红蛋白浓度降低，从而导致T2*（NMR信号衰减时间常数）和T2（横向弛豫时间）增加。这种增强表现为T2*和T2加权的MR图像强度增强。 实验设计：当被试休息时或进行特定的作业或呈现于特定的刺激时，连续地获得T2*和T2加权像。用统计学方法对图像进行分析，确定有意义的脑区，这些区域在进行作业或者呈现刺激时与休息时的信号比较，有明显的变化。 应用范围：各种神经加工过程的研究，包括初级感觉和运动皮层的活动，以及认知功能（注意、语言、学习和记忆等）的研究。 基本原理： 1.MRI物理原理 通过梯度磁场获得图像。单次激发方法对一个切片成像大约需要30-100ms，对监视脑激活期间脑中连续的动态变化很理想。 2.BOLD的生物物理学原理 氧化的血是反磁性的，类似于脑组织。脱氧血红蛋白是顺磁性的，它的出现导致含有这些分子的区室和其他没有这些分子的区室时间很大的磁化率差异。 在脑中，血红蛋白位于血管内，它对水质子的影响依赖于质子相对于血管的位置，一条血管出现在一个特定的体素（voxe, 图像的单位体积成分）中，这个体素内的磁场就会不均一，动态的平均是水分子的弥散运动造成的，静态平均是在不同香味的自旋引起的，相位是由进动频率的差异产生的。 BLOD场的不均匀性对MR造成影响，有大血管和小血管引起的血管内和血管外效应。当血液占据体素体积的大部分时，导致TE内的血液信号和组织信号之间的不连贯，是体素信号降低，这是fMRI的类型2血液效应。当场强非常高的情况下（7T），基于BOLD fMRI的T2 才可能主要与毛细血管有关。 3.生理学原理 神经活动时脑血流量CBF大量增加，超过了氧利用率CMRO2 的小量增加，结果是兴奋的神经元活动发生时CMRO2 /CBF降低，导致R2*(=1/T2*)，因此，对T2*敏感的图像中信号强度增加。