第三节　磁共振成像

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）利用人体中的原子核（如氢质子）在磁场中受到射频（radio frequency，RF）脉冲的激励发生核磁共振现象，在脉冲停止后受激励的质子产生电信号，经MRI成像仪采集及计算机处理得到图像。1973年由美国科学家Lauterbur和英国科学家Mansfield开发，其后逐渐用于临床医学领域，已成为目前先进的医学诊断手段之一。

一、磁共振成像装置的设备构成

磁共振成像装置由主磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统及辅助设备构成。

主磁体：产生稳定均匀的静磁场使组织产生磁化，磁体有三种类型：常导型、永磁型及超导型。磁场强度从0.35～3.0T（特斯拉，tesla，T），目前常用的有低场0.35T、0.5T，中高场有1.5T、3.0T。

梯度系统：主要由X、Y、Z轴三组梯度线圈构成，产生线性变化的梯度磁场，根据磁场的梯度差别明确层面的位置，提供空间定位三维编码，决定图像的空间分辨率。

射频系统：包括射频发射器、发射线圈及接受线圈等。射频发射器发射的射频脉冲使磁化的氢质子吸收能量而产生共振，按收线圈在弛豫过程采集氢质子释放能量发出的磁共振信号。

计算机系统：包括硬件和软件两大部分，控制着MRI的脉冲激发、信号采集、数据运算和图像显示等功能。

辅助设备：包括有配电设备、冷却系统、激光打印机等。

二、磁共振成像原理

（一）物理基础

1.核磁与进动　原子核的自旋形成电流环路，从而产生具有一定大小和方向的磁化矢量，称为核磁。原子核以一定的频率绕着自身的轴进行自旋，人体MRI采用氢质子（1H）作为成像对象。当人体位于主磁场中，质子自旋产生的小磁场将与主磁场平行同向排列（低能级）或平行反向排列（高能级），平行同向者略多于平行反向者，最后产生一个与主磁场方向一致的宏观纵向磁化矢量（图1-2-20）。处于主磁场的质子除了自旋运动外，还绕着主磁场轴进行如陀螺样旋转摆动，称为进动（图1-2-21）。进动频率也称Larmor频率，质子的进动频率与主磁场场强成正比（ω=γ·B。ω：进动频率；γ：磁旋比，42.5MHz/T；B：主磁场场强）。

2.射频与磁共振现象　给予与主磁场中的人体组织进动频率一致的射频脉冲，射频脉冲的能量将传递给处于低能级的质子，低能级的质子获得能量后将跃迁到高能级，这种现象称为磁共振现象。

3.弛豫　处于主磁场中人体内的质子磁矢量方向将沿主磁场的方向排列，并产生纵向磁化矢量，但横向磁化矢量为零。纵向磁化矢量不能获得MRI信号，横向磁化矢量才能切割磁场产生MRI信号，因此，在X轴的方向（与主磁场垂直方向）上给质子发射一个与氢质子的进动频率一致的射频脉冲，激发质子使其获得能量发生核磁共振现象，纵向磁化发生偏转，即纵向磁化矢量减少，并产生横向磁化矢量（图1-2-21）。

射频脉冲停止后，质子的纵向磁化矢量和横向磁化矢量都将恢复到平衡状态，这一过程叫做弛豫（relaxation），其所需的时间叫弛豫时间，弛豫时间有两种即T1和T2。纵向磁化矢量逐渐增大恢复至原有的平衡过程，称纵向弛豫（图1-2-22），其时间用T1表示，为纵向磁化矢量从最小值恢复至原有的63%所经历的弛豫时间。横向磁化逐渐衰减的过程，称横向弛豫，其时间用T2表示，为横向磁化由最大值衰减至37%时所经历的时间。

人体不同器官或组织、正常组织与病理组织质子含量不同，因而具有不同且相对固定的T1、T2值，这是MRI成像的基础。

4.磁共振图像的产生　当射频脉冲停止后，质子以回波形式释放能量，产生MR信号，进行三维空间编码后，被体外线圈接收，并被测出频率和强度，经计算机处理系统后重建成图像。突出T1、T2信号重建的图像，分别称为T1加权像（T1WI）、T2加权像（T2WI）。

（二）成像原理

可以概括为如下几个步骤：①处于主磁场中的人体内质子被磁化产生纵向磁化矢量；②发射射频脉冲后，人体内质子发生共振从而产生横向磁化矢量；③射频脉冲停止后，质子发生T1、T2弛豫，同时梯度系统进行空间编码；④质子恢复到原有状态过程中释放出MR信号，经计算机处理转换为MR图像（图1-2-23）。

三、磁共振成像的检查技术

磁共振成像检查技术非常丰富，这里简要介绍临床常用技术。

1.序列检查技术　MRI是利用脉冲序列进行的扫描，按照采集信号类型，脉冲序列又分为包括自旋回波序列（SE）、快速自旋回波序列（TSE、FSE）、梯度回波序列（GRE）、反转恢复序列（IR）和平面回波成像（EPI）等。在这些成像序列中，改变成像参数，可获得更多的成像序列和产生更多的成像技术达到诊断目的。

2.磁共振成像增强扫描　当人体正常组织或病理组织彼此缺乏信号差别时，可人为引入对比剂，从而改变其T1、T2弛豫时间，并得到不同信号强度的图像，以显示病变。一些顺磁性或超顺磁性物质使局部产生磁场，可缩短周围质子弛豫时间，此效应称为质子弛豫增强效应。临床常用钆离子的螯合物，即二乙烯三胺五乙酸钆（gadolinium-diethylene-triamine-pentoacetic acid，Gd-DTPA），此为顺磁性物质，能缩短T1、T2弛豫时间，在静脉注射后常采用以T1WI为主的成像技术（图1-2-24）。

3.磁共振血管成像（MR angiography，MRA）　MRA为非创伤性血管造影，常用时间飞跃法（time of fly，TOF）、相位对比法（phase contrast，PC）和对比增强法（contrast enhancement MRA，CE-MRA）三种成像方法。前两种方法为无创性检查，不需对比剂。TOF-MRA基于血液的流入增强效应成像，基本原理是同一层面内，发射激发脉冲前，新流入的未被激发的血液取代已流出该层面血流，激发后其信号强化明显高于周围处于饱和静止组织的信号强度，因此具有更高的磁化，血流成为高信号，周围组织为低信号（图1-2-25）。可选择性地显示动脉或静脉，但在血管弯曲或分叉处易受血液湍流的影响而形成狭窄假象，为临床常用。PC-MRA基于血流质子的相位变化成像，可显示较小血管，对慢血流的静脉显示较好，并可进行血流定量分析。CE-MRA需静脉注入顺磁性对比剂，可显著缩短血液的T1值来获取血管图像，对血管腔的显示更为可靠，对于肿瘤血管或肿瘤对血管的侵犯有重要价值。

4.磁共振电影技术（MR cine，MRC）　是运用快速成像序列，使运动器官快速成像，从而评价运动器官的运动功能，主要用于心脏大血管的检查。

5.磁共振水成像（MR hydrography，MRH）　是利用水的长T2特性，体内静态或缓慢流动的液体的T2值远远大于其他组织，采用长回波时间（echo time，TE）技术获得重T2WI图像，突出水的信号，从而使含水器官清晰显示。常用的有MR尿路成像（MR urography，MRU）、MR胆胰管成像（MR cholangiopancreatography，MRCP）和MR椎管成像（MR myelography，MRM）等（图1-2-26）。

6.磁共振脂肪抑制成像（MR fat-suppression，MRFS）　是利用特定的检查技术抑制脂肪信号，使脂肪组织信号减低，非脂肪组织信号保持不变。主要用于分析病变组织内是否含有脂肪组织，有助于疾病的鉴别诊断。

7.磁共振波谱（MR spectoscopy，MRS）　是利用磁共振中化学位移现象来测定分子组成及空间构型的一种技术，亦是目前惟一可检测活体组织代谢物的化学成分及含量的检查方法。目前常用的是氢质子（1H）波谱技术。由于1H在不同化合物中的磁共振频率存在差异，因此它们在MRS的谱线中共振峰的位置也就有所不同，据此可判断化合物的性质，有助于有代谢产物变化疾病的诊断。在脑、肝脏、乳腺及前列腺等疾病的诊断和鉴别方面有一定价值。

8.磁共振功能成像　包括弥散成像（diffusion imaging，DI）、灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）和脑活动功能MR成像（functional MRI，fMRI）等技术。

DI包括弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）和弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）两种。DWI显示组织中水分子的弥散运动，可用于超急性和急性脑梗死的诊断以及肿瘤的诊断及疗效评价（图1-2-27）；DTI可显示白质纤维束的走行，有助于白质病变及白质束走行异常的诊断。

PWI能够反映组织血流灌注情况，用于评估脑血流量、脑血容积等，从而有助于脑部疾病的诊断，此外亦可用于肝、肾、心脏等器官的灌注分析。

脑fMRI是基于血氧水平依赖（blood oxygen level dependent，BOLD）增强技术原理的成像技术，可利用脑活动区局部血流中氧合与去氧血红蛋白的比例改变所引起的T2变化，指明脑组织的活动功能及活动范围。对大脑的传统视觉中枢、运动中枢、听觉中枢等的具体定位、精神疾病的影像学表现有较大帮助，在针灸基础与临床研究中具有较广阔的应用前景。

9.磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）　以T2加权梯度回波序列为基础，根据不同组织间的磁敏感性差异提供图像对比增强，可同时获得磁矩图像（magnitude image）、相位图像（phase image）、最小强度投影图像（MIP image）和磁敏感加权图像（SWI）。SWI对于显示静脉血管、血液代谢产物以及铁质沉积有较好的效果，在脑血管、脑肿瘤、脑外伤、帕金森病等疾病的临床诊断中具有较高应用价值。

四、磁共振成像图像的特点

1.多参数灰阶成像　MRI成像的主要参数有T1、T2和质子密度，可分别获得同一层面的T1WI、T2WI（图1-2-28）和PdWI，PdWI为质子密度加权成像，主要反映组织间质子密度差。MRI信号强度与弛豫时间T1与T2的值有关，组织信号强，图像就亮（白影为强信号），组织信号弱，图像就暗（黑影为弱信号）。长T1的组织，T1WI序列呈弱信号（黑），长T2的组织，T2WI序列呈强信号（白），短T1、短T2的组织分别在T1WI、T2WI上呈强信号（白）、弱信号（黑）（表1-2-1）。因此，人体正常组织与病理组织具有不同的MRI信号强度，是灰阶成像（表1-2-2）。

2.直接多方位成像　与常规CT重组的冠、矢状图像不同，MRI可直接获得横断位、冠状位、矢状位和任意斜位的断层图像，比重组图像分辨率更高（图1-2-28）。

3.流空效应　流动的液体，如心血管中流动的血液，在激发后开始采集该层面MR信号时，血液中被激发的质子已流出该层面，因此不能采集到流动血液的信号而表现出无信号黑影，这种现象称为流空效应（flow-void effect）。由于流空效应，不使用对比剂即可显示血管。

4.对比增强效应　顺磁性物质作为对比剂可缩短周围质子的弛豫时间，称为质子弛豫增强效应，利用此效应可进行MRI的增强检查。

5.伪彩色功能成像　利用不同的功能成像技术，可使正常组织或病变组织以伪彩色的影像显示。例如，脑皮质功能区和脑白质纤维束的彩色显示、脑灌注彩色显示等。

五、磁共振成像的优势与限度

1.磁共振成像的优势　①对软组织的对比度与分辨率较高；②不受骨伪影的干扰，易于显示颅底病变；③多参数成像有利于病变的诊断与鉴别诊断；④不使用对比剂即可显示血管，对血管性疾病有较大优势；⑤特殊检查技术，如水成像、脂肪抑制、MRS等，对某些疾病的诊断与鉴别诊断具有独特优势；⑥功能成像对器官的功能评价和早期诊断、预后评估有较大帮助；⑦对中医各研究领域，尤其是针灸方面具有重要价值；⑧无电离辐射，也无需含碘的对比剂。

2.磁共振成像的限度　①MRI显示钙化、骨皮质不敏感，因此对于显示骨骼系统某些疾病特征有一定的限度；②对胃肠道、呼吸系统的病变显示不及CT检查敏感；③体内有铁磁性植入物、心脏起搏器等，不适宜行MRI检查；④目前检查空间较狭长，有幽闭恐惧症的患者不能完成检查；⑤检查制动时间较长，使其应用受到一定限制。

六、磁共振成像的临床应用

1.中枢神经系统　应用较广泛。对脑肿瘤、脑炎性病变、脑白质病变、脑梗死、脑先天性异常、脊髓和椎管内等病变的诊断比CT更敏感，尤其是对早期病变、微小病灶的检出优势明显。MRI对脑垂体、脑干病变、脑神经和脊神经病变可清晰显示，脑血管疾病可进行无对比剂检查，对于亚急性脑出血，MRI优于CT，急性脑出血CT优于MRI。

2.头颈部　对眼、耳、鼻、喉部的肿瘤性病变显示比CT更清晰，定位更准确。尤其在显示肿瘤对病灶周围的神经、骨结构和软组织侵犯等方面有优势。颈部血管病变也可进行无对比剂MR血管成像，可作为了解颈动脉有无粥样斑块的筛查手段。MRI图像可以很容易地区分血管断面和淋巴结。

3.胸部　MRI在呼吸系统的优势不如CT，故多不用于肺部疾病的诊断，但在纵隔、肺门、胸壁、臂丛神经和肺动脉病变、心脏和大血管疾病的诊断有重要价值。

4.腹盆部　在腹部的临床应用大多优于CT，以实质性脏器局灶性病变的定位、定量和定性诊断为主要目的，如良性和恶性肿瘤、脓肿、肉芽肿等。MRI对肝癌、转移瘤、血管瘤和囊肿的诊断方面优于CT。MRI在显示胆道梗阻疾病方面具有较大优势。MRI可显示子宫、膀胱、前列腺、精囊等器官的病变，可直接显示子宫内膜、肌层，对子宫肿瘤的早期诊断帮助较大。

5.骨骼肌肉系统　MRI可直接显示关节软骨盘、肌腱、韧带的损伤，对骨髓的轻微变化十分敏感，对关节、软组织结构显示非常清晰，因此在关节病变、软组织疾病和骨髓病变的诊断价值明显高于CT。