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第五节精选磁共振特殊检查技术-PPT

第五节MRI特殊检查技术一、流动补偿技术MRI中的流动效应主要来自于血液流动和脑脊液流动。血液具有复杂的流动模式，血液的信号强度并不完全取决于其质子密度，而是取决于其流动模式和成像技术(脉冲序列等。).流量会导致血液信号的增减。导致血液信号下降的流动现象有两种:体素内相位损失，这种现象称为体素内相位损失如果在同一个体素中既有运动质子又有静止质子或者运动质子的速度和方向不一致，体素中的质子之间就会产生相位差，导致体素内质子相位损失和信号减少。速度稳定的层流引起的内相损失可以补偿，湍流引起的内相损失不能补偿。空化效应，在使用自旋回波序列时，如果一个平面内的血流接收到90个脉冲但没有接收到180RF脉冲，就会流出平面，或者进入平面后没有接收到90个脉冲而只接收到180RF脉冲就流出平面。此时血液信号极低。空洞效应的大小取决于速度、序列回波时间(TE)和层厚，当血流速度快、层薄、TE长时，空洞效应明显。一般情况下，快速流动的血液因空效应而失去信号，呈黑色；缓慢流动的血液不产生明显的空洞效应，类似于周围实质性组织的信号；中等流速的血液的信号强度是不可预测的。空化效应是指自旋回波序列图像中的现象，但在梯度回波序列图像中，由于没有多相脉冲，血管多显示为高信号。流动补偿技术通常使用梯度脉冲来补偿在某个梯度场方向上流动或移动的质子的体素内失相。该方法是在切片上选择梯度和/或频率编码梯度方向，并施加随梯度和频率编码梯度的极性和幅度按一定关系变化的额外梯度脉冲，以补偿与流动或运动的速度和加速度有关的相移，从而消除不同速度和加速度的质子的相位差，从而消除流动和运动伪影。二、饱和度成像技术1。局部饱和技术局部饱和技术又称预饱和，是最常用的饱和技术。它在射频脉冲激发之前，对一定区域内的所有组织施加非选择性的预饱和射频脉冲，使其纵向磁化全部饱和。之后立即进行目标区域的激励和数据采集，使饱和区域的组织不会产生磁振动信号。该技术的主要功能包括两个方面:消除伪影，消除血流脉动、脑脊液脉动和呼吸吞咽引起的伪影。例如，当腹部的横向平面被成像时，预饱和区被布置在成像体积的上方和/或下方，使得来自上方的动脉血和来自下方的静脉血可以被预饱和，不产生信号，并且不再产生血管脉动伪影。辅助诊断，利用MRA中预设的饱和区，可以选择性地对某一方向的血流进行成像，在静脉流入端加上预饱和，可以只显示动脉图像；如果显示静脉，则在动脉的流入端添加预饱和区。此外，通过预设饱和带可以确定血管的血流方向，为定性诊断提供重要信息。2.化学位移选频饱和技术由于化学结构的差异，同一元素的原子在相同强度的磁场中具有不同的拉莫尔频率，称为化学位移。脂肪或水的信号可以通过化学位移消除。水中氢质子与脂肪中氢质子的化学位移为3.5ppm，即水中氢质子的拉莫尔频率比脂肪中氢质子在1.0T磁场中的拉莫尔频率快约148Hz，因此可以用特定频率的射频脉冲激发其中一个使其预饱和。脂肪预饱和是先对FOV施加一个脂肪频率的预饱和脉冲，使FOV中脂肪成分的纵向磁化反转。当它在脉冲序列开始后再次被激发时，它将会饱和，当它达到完全饱和时，它将不再产生信号，并且在获得的图像中脂肪信号将被消除。同样，水预饱和是先对FOV施加一个水进动频率的预饱和脉冲，使脉冲序列开始后，水中的质子完全饱和，没有信号产生，水的信号在得到的图像中被消除。3.水-脂肪反相饱和成像技术由于水中的氢质子和脂肪中的氢质子发生化学位移，水中氢质子的磁化矢量和脂肪中氢质子的磁化矢量在横向磁化时的相位关系是不断变化的。在1.0T的磁场中，水中的氢质子比脂肪中的氢质子快一个周期需要t = 1000ms/148 = 6.8ms。激发停止后，水和脂肪中氢质子的横向磁化每隔6.8ms就会同相，即同相。然后，在激励停止后，其横向磁化的相位每隔3.4 ms呈现相反的状态，即反相，因此，当成像序列的回波时间te设为3.4(2n-1)时，为反相图像，te为3.42n时，为同相图像(n为自然数)。横向磁化时，水中的氢质子和脂肪中的氢质子的相位交替出现同相和反相，MR信号的幅度也有波动。同相时，两个信号相加，反相时，两个信号相减，使幅度小的信号消失或减小。在反相图像上，水和脂肪交界处以及同时在水和脂肪位置的信号明显减弱。在梯度回波序列中，这种技术常用于检查肝脏的脂肪浸润。三、门控技术1。心电门控技术心电门控和外周(脉搏)门控技术利用心电图的R波触发信号采集，使每次数据采集与心脏的每个运动周期同步，序列的TR值与心电图的R-R间期相同(图4-3)。对于心电或脉搏门控采集的图像，在每个心电周期的同一时间采集特定层的所有数据，心跳或脉搏对该层所有数据的影响基本相同，在几乎相同的运动位移或相位弥散状态下采集信号，从而抑制运动伪影。心电图门控示意图心电图门控通常由心电图的R波触发，TR等于R-R心动周期的倍数；呼吸门控由呼吸波的峰值触发，tr等于呼吸周期的倍数。心电触发和门控技术主要用于心脏血管、肺和纵隔的MR成像。上述R波触发信号采集的门控技术也可以称为前瞻性心电门控，还有一种回顾性心电门控技术也可以称为伪门控。回顾性心电门控技术常用于心脏MRI胶片检查。回顾性心电门控技术不需要心电R波触发，而是连续采集数据。TR值与心电图的R-R间期不同，心电图的变化不会影响数据采集，但每次都会记录并存储相应的心电图位置。采集后，根据心电图对应的数据重建不同时相的图像。这种方法主要用于心脏动力学和电影显示。2.呼吸触发和门控技术呼吸波触发和呼吸门控技术与心电触发和门控技术类似。触发技术是利用呼吸波的峰值来固定触发扫描，如图4-3所示，从而实现同步采集，使受呼吸运动影响的成像平面数据保持相对稳定的状态，抑制呼吸运动的干扰。回顾性呼吸门控技术类似于回顾性ECG门控技术。记录并存储整个呼吸过程中采集到的相应呼吸波，对不同呼吸状态下采集到的信号进行分类和相位重排。将呼气末和吸气初呼吸幅度最小的相对静止状态的数据加入到K空间的中心部分，而将其他时间采集的数据加入到K空间的边缘部分，从而可以在不延长成像时间的情况下抑制呼吸运动伪影。这种方法也叫呼吸补偿。呼吸传感器是用来感知呼吸状态引起的呼吸运动幅度的波动。由于男女的呼吸方式不同，男性应将呼吸传感器放在上腹部，女性放在下胸部。传感器两端环绕患者胸部和腹部的带子的松紧度应适中。过紧或过松都会导致传感信号的变形。呼吸触发和门控技术在消除呼吸运动伪影方面非常有效，并且可以用于检查的许多部分。4.空间编码为了减少成像时的扫描时间，一般采用矩形FOV，将图像中被扫描对象的解剖长轴设为频率编码方向，短轴设为相位编码方向。比如体轴成像，切片解剖的长轴是人体的左右方向；但是在轴位头部成像中，断层解剖的长轴一般是前后方向。此外，在选择频率编码方向和相位编码方向时，要考虑图像伪影。有些伪影只出现在特定方向，比如运动伪影是沿着相位编码方向，化学位移伪影是沿着频率编码方向。在具体操作中，这两种编码方向可以根据需要互换，以尽量减少伪影。五、磁化传递对比技术生物体内含有自由水质子和结合水质子(与蛋白质等大分子结合)。MR信号主要来自自由水质子，而束缚水质子会影响MR信号。自由水质T值长，其* * *振动频率范围小，而结合水质T值短，其* * *振动频率范围大。在磁化转移对比度(磁化转移对比度；在MTC)技术中，一般在常规激发脉冲之前预先使用一个低能的射频脉冲(图4-4)，这个射频脉冲的频率偏离游荡的水质子的* * *振动频率但不超过束缚水质子的* *振动频率范围，这样就可以选择性地激发束缚水质子，使束缚水质子饱和，然后通过磁化交换过程将饱和传递给相邻的水质子。因此，某些组织(同时具有自由水质子和束缚水质子的组织)的MR信号强度有不同程度的降低，从而产生与磁化传递有关的新组织对比。自由水质子的振动频率范围较小，而束缚水质子的振动频率范围较大。偏离自由水质子振动频率的MT预脉冲可以激发束缚水质子并最终使它们饱和。目前磁化传递对比技术的主要应用有:磁共振血管成像，可以在不影响血管信号的情况下，降低血管周围背景组织的信号，从而提高血管与背景的对比度；MR增强检查可以降低肿瘤周围组织的信号，而不影响富含钆对比剂的肿瘤的信号，从而提高肿瘤与背景的对比度；多发性硬化病变的检查可以显示硬化斑的脱髓鞘程度，因为磁化转移的程度与组织的物理化学状态有关。半傅立叶采集法不是采集所有的K空间数据，而是只采集一半多一点的K空间数据(只有正相位编码序列、零编码序列和少数负相位编码序列的数据)，然后利用K空间的数学对称性原理复制正相位编码数据，最后由采集的数据和复制的数据重建一幅完整的图像。这种方法也叫1/2平均技术。由于只采集了一半多一点的数据，半傅立叶采集法的扫描时间减少了将近一半。另一方面，虽然K空间数据具有原点对称的特性，使得K空间的一半包含与整个K空间一样多的数据，但是信号采集量不够，因此信号幅度小，信噪比降低。由于信号采集体积减少了约50%，半傅立叶采集模式的信噪比约为常规扫描的(1/2) 1/2 =71%。这种方法可以节省约50%的采集时间，并且图像的空间分辨率不受影响。因此，在信噪比允许的情况下，使用半傅立叶采集技术是快速成像的重要方法。如果采集时间增加，可以减少采集时间中的运动伪影，类似于常规扫描。七、磁共振水成像技术磁共振水成像是指对体内静止或缓慢流动的液体进行磁共振成像的技术。MR水成像采用重T加权技术，使实体器官和流动的血液呈低信号，长T静态液体呈高信号。它包括磁共振胰胆管造影术(MRCP)、磁共振尿路造影术(MRU)、磁共振脊髓成像(MRM)、磁共振内耳成像、磁共振涎管造影术、磁共振泪管造影术、磁共振脑室造影术和磁共振脑室造影术。MR水成像技术主要使用长te和长TR序列，长te值是水成像成功的关键。长TE值使横向磁化矢量在读出信号时衰减更多，短t的组织信号很低，几乎为零；静态液体具有较长的T弛豫时间，横向磁化矢量衰减减小。因此，在重T加权像上，流动缓慢或相对静止的液体如稀胆汁、胰液、尿液、脑脊液、内耳淋巴液、唾液、泪液等均呈高信号，而T短的实性器官和流动的血液呈低信号，从而显影含液器官。磁振动水成像技术作为一种安全、无创、无需造影剂的成像方法，能够提供有价值的诊断信息。目前MR水成像主要有两种方法:二维FSE序列或三维FSE序列重T加权，应同时对腹部应用呼吸门控技术，扫描后用最大信号投影(MIP)重建图像；半傅立叶用于收集单激发快速自旋回波序列。一般只扫描一个切片，切片厚。对于腹部，要屏住呼吸，快速扫描。扫描后直接成像，无需重建。八、磁共振波谱的临床应用磁共振波谱首先用于物质结构的物理和化学分析。随着高场磁共振的应用和相关技术的快速发展，磁共振波谱在活体中得到了广泛的应用。是目前唯一无损检测活体器官和组织的代谢、生化和化合物定量分析的技术。即使是同一静磁场中同一物种的原子核，也被电子所包围。由于它们在化合物中所处的化学环境不同，它们的核磁共振频率也会不同，MRS上* * *峰的位置也不同。以上现象如下。以甲醇(CH OH)为例，甲基(CH H***的振动频率不同。实际测量只能得到化学位移的相对值，单位是赫兹的百万分之一，即ppm(百万分之一)。化学位移=(V:原子核的标准* * *振动频率。与其他化合物相比，它的化学位移为0.0ppm。测量磷光谱时，以磷酸肌酸(PCr)为参比，化学位移为0.0ppm，不同化合物中原子核的化学位移不同，可以通过Mrs中* * *振动峰的位置来识别，* * *振动峰的积分面积与* * *振动核的数量成正比，反映了化合物的浓度，可以进一步定量分析。最常用的是23Na，17 31P。MRS硬件环境要求高场强和静磁场的高均匀性。MRS检测的灵敏度与磁场强度的2/3次方成正比。均匀的磁场是获得高分辨率MRS的必要条件，所以在进行MRS检测之前，磁场必须是均匀的。射频信号发射和接收线圈的尺寸会影响磁场的均匀性和信噪比。空间定位技术是一种将探测范围限制在一定体积的感兴趣区域(ROI)的技术。目前常用的技术主要是基于梯度磁场法。1.深度分辨表面线圈光谱学:DRESS)选择一个梯度脉冲来激励与体表隔开并平行于表面线圈的单个切片，使得ROI信号来自该切片。也就是说，当发射90个脉冲时，同时施加Gy梯度场。获得的切片深度由梯度场和脉冲频率决定，切片厚度与脉冲带宽相关。2.singlevoxel selection在射频激发时利用梯度在某一层的一个体素体积块中选择激发核，可以实现三维空间定位，这种方法是精确的(图4-5)。磁共振质子波谱(a)几种主要产物的定量分析(化学位移成像；光谱学；CSI)用相位编码对探测平面区域内的多个体素进行编码，在一次测量中可以同时探测到一定数量的体素，从而获得某一区域的光谱。这种方法的优点是可以定位二维和三维，一次检测多个体素，这样就可以方便地比较正常和病变的光谱。因为每个体素体积小，信号强度低，采集时间长。4.光谱成像；；SI)将在特定化学位移区域获得的化合物的振动信号转换成可视图像的方法。可以进行相对值和绝对值浓度分析。相对值是比较光谱中不同化合物的信号强度(积分面积)，这种方法常用于前期。计算绝对浓度的方法有两种:外标法，同时扫描已知浓度化合物的体模和被检部位，比较两者之间化合物的绝对浓度。这种方法受设备和生物因素的影响很大。内标法以体内已知浓度的化合物(如水和肌酸)为参照计算化合物浓度，受设备和生物因素影响较小，但要求化合物浓度在生理变化时应保持恒定，且必须已知。目前多采用这种方式。1.氢质子谱(H-MRS)是最灵敏的检测方法。可检测与脂肪代谢、氨基酸代谢和神经递质相关的化合物，如肌酸(Cr)、胆碱(Cho)、肌醇(mI)、γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酸和谷氨酰胺(Glu+Gln)、乳酸(Lac)、N-乙酰天冬氨酸(NAA)。与31 H-MRS相比，无需增加磁* * *振动硬件设备，一次检查即可完成MRI和MRS，无需重新定位和更换线圈。2.磷谱磷谱(31 P-MRS)许多含磷化合物参与细胞能量代谢和生物膜相关的磷脂代谢。31 P-MRS广泛用于研究组织能量代谢和生化变化。体内31 P-MRS可以检测磷酸单酯(PME，6.8ppm)、磷酸二酯(PDE，2.9ppm)、磷酸肌酸(PCr，0ppm)、无机磷(Pi，4.8ppm)和三磷酸腺苷，现在的脑31 P-MRS可以检测以上7种化合物。主要用于研究脑组织的能量代谢、脑磷脂代谢和pH值测量。正常肝脏的31 P谱可以检测到β -ATP、β-ATP、γ-ATP、PDE、Pi和PME。31 P-MRS在正常心肌中可检测的化合物有PME、PDE、Pi、PCr、-ATP、β-ATP和γ -ATP。