§6.4 磁共振成像（MRI）
磁共振成像（MRI）是利用强外磁场内人体中的氢原子核即氢质子（1H）在特定射频（RF）脉冲作用下产生磁共振现象，所进行的一种医学成像技术，1973年后逐步应用于临床。MRI的应用极大地促进了医学影像学的发展，为此获得了2003年诺贝尔生理医学奖。
磁共振常用术语
TR：repetiyiontime 重复时间
TE：echotime 回波时间
SE：spinecho 自旋回波
T1WI：T1 T1加权像
T2WI：T2 T2加权像
N（H）WI或PWI 质子加权像
T：tesla 特斯拉（磁强度单位）
Gd-DTPA MRI造影剂
磁共振成像基本原理
磁共振成像是利用生物磁的自旋原理，收集磁共振信号而重建图像的成像技术。磁共振成像的过程较为复杂，但又是理解MRI图像的基础，下面分为磁共振成像条件与磁共振成像过程两部分进行叙述。（图6-134、图6-135）
图6-134 人体被置于主磁场（B0）、梯度场（G）和射频场（B1）的作用下实现磁共振成像
图6-135 磁共振设备工作原理示意图
（一）磁共振成像条件
磁共振成像需具备以下基本条件。
1.靶原子核：水占成人体重的65%左右，氢原子是构成水分子的重要成分，氢原子是人体内最多的物质。氢原子核只含一个质子、不含中子，最不稳定，最易受外加磁场的影响而发生磁共振现象，因此人体内的氢原子核最适合作为磁共振中的靶原子核。（图6-136）
图6-136 氢原子示意图
2.存在一个稳定的静磁场（磁体）：可由永磁型和超导型磁体形成静磁场。3.射频场：用于施加特定频率的射频脉冲，并产生磁共振现象。
4.梯度场：用于磁共振成像的空间编码和选层。
5.信号接收装置：各种接受磁共振信息的线圈。
6.计算机系统：完成信号采集、显示、传输、图像重建、后处理等。
（二）磁共振成像过程
1.氢原子核（H核）的自然状态：在自然状态下，人体内的氢核进动杂乱无章，磁性相互抵消，人体不显磁性（图6-137）。
图6-137 氢核在人体内的自然状态
2.外加磁场中的氢核子状态：进入静磁场后，H核磁短发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，并与静磁场（B0）方向相同，即为MR信号基础（图6-138、图6-139）。
图6-138 静磁场下的氢核状态（M为磁化矢量）
图6-139 总磁化矢量（M）示意图
3.施加射频（RF）脉冲引起磁共振现象：外加一个与主磁场成一定角度（90°）的短暂射频脉冲。该脉冲的频率与质子的进动频率相同，则H核子受到激励，由原来的低能态跃迁到高能态，形成了H核子“共振”现象。（图6-140、图6-141）
图6-140 进动磁矩的空间效应
图6-141 磁共振现象（B0所示为静磁场方向）
4.射频（RF）脉冲停止后H核子恢复至原有状态并产生MR信号：射频脉冲停止，接收到能量后的“高能态”质子以电磁波的形式将所吸收的能量散发出来，其横向磁化消退，纵向磁化恢复，磁场又慢慢回到平衡状态，这一过程称为弛豫过程，所需时间称为弛豫时间。有两种弛豫时间，一种是纵向磁矢量（Z）恢复的时间，为纵向弛豫时间，又称T1弛豫时间，简称T1；另一种为横向磁矢量（Y）的衰减和消失时间，称为横向弛豫时间，又称T2弛豫时间，简称T2。发生共振的氢核在弛豫过程中，就会连续产生代表T1值和T2值变化的MR信号（图6-142～144）。
图6-142 射频脉冲与磁场变化的关系[（c）～（e）为弛豫过程]
图6-143 横向弛豫示意图
图6-144 纵向弛豫示意图
5.采集、处理MR信号并重建为MRI图像：对于反映人体组织结构T1值和T2值的MR信号，经采集、编码、计算等一系列复杂处理，即可重建为MRI灰阶图像。人体不同组织和病变的T1和T2值各不相同，这便是MRI成像的基础。获取选定层面各组织和病变的T1和T2值，就可重建该层面的MRI图像。
MRI设备
（一）MRI设备种类
MRI设备的主要指标是磁场强度即场强，单位为特斯拉（tesla, T）。目前，临床应用的MR设备有以下两种主流机型。
1.高场强1.5T和3.0T超导型MR机：其图像质量好，功能齐全，能够进行各种脉冲序列检查，但成本较高。
2.低场强0.2～0.35永磁型MR机：其图像质量尚好，但成像脉冲序列受限，不能获得较佳的fMRI图像。
（二）MRI设备结构
磁共振成像设备包括5个系统：磁体系统、梯度系统、射频系统、计算机系统及数据处理系统和辅助设备（图6-145）。
图6-145 磁共振设备结构图
1.磁体系统：磁体系统主要由磁体线圈构成，包括永磁型、超导型等。
2.梯度磁场系统：是MRI系统的核心部分之一，它利用梯度线圈产生的在空间位置上变化的磁场，对MRI信号进行编码，以确定成像层面的位置和厚度。梯度线圈有3组，分别按相互垂直的X、Y、Z 3个方向设计，任何一组梯度场都可起到层面选择、相位编码、频率编码的作用，因此可对人体的横断位、冠状位、矢状位甚至任意斜位进行成像。（图6-146、图6-147）
图6-146 梯度磁场三维方向示意图
图6-147 MRI多方位成像
3.射频系统：射频系统兼有以下两方面的作用。
（1）射频发射功能：射频系统能有规律、间歇性地发射射频（RF）脉冲，使磁化的质子吸收能量产生共振现象（图6-148）。
图6-148 磁共振产生示意图
（2）磁共振信号接收器功能：射频系统在射频发射间歇期间，又承担接收质子在弛豫过程中释放的能量而产生磁共振（MR）信号，MR信号被接收线圈接收，再经计算机系统处理，最终形成MRI图像（图6-149）。
图6-149 射频系统功能示意图
4.计算机系统：包括主机、存储器、输入（出）设备、系统软件、应用软件等。
5.辅助设备：包括磁屏蔽、射频屏蔽、操作控制台、检查床、高压注射器等。
MRI检查技术
MRI检查技术种类繁多，各具其适用范围和诊断价值，应根据检查的目的进行选择，以下分别予以简要介绍。
（一）MRI普通平扫检查
普通MRI成像包括T1加权像（T1WI）、T2加权像（T2WI）和质子密度加权像（PdWI）。所谓“加权”即“突出重点”的意思，即利用成像参数的调整，使图像主要反映组织某方面特性，而尽量抑制组织其他特性对MR信号的影响。
1.T1加权像（T1WI）：MRI的图像若主要反映组织T1特征参数时，为T1加权像，它反映的是组织间T1的差别，T1WI有利于观察解剖结构（图6-150）。
图6-150 T1加权像（T1WI）
2.T2加权像（T2WI）：若主要反映组织间T2特征参数时，则为T2加权像，T2WI对显示病变组织较好（图6-151）。
图6-151 T2加权像（T2WI）
3.质子密度加权像（PdWI）：其图像的对比主要依赖于组织的质子密度，又称质子加权像，适用于观察细小结构的组织（图6-152、图6-153）。
图6-152 颅内上皮样囊肿质子密度加权像
图6-153 后踝韧带质子密度加权像
全身各部位MRI检查时，若无特殊要求，通常先行普通平扫检查，常规为横断层T1WI和T2WI检查，必要时辅以冠状、矢状或其他方位T1WI/T2WI检查。经普通平扫检查，一些病变如肝囊肿、胆囊石、子宫肌瘤等即可明确诊断。（图6-154、图6-155）
图6-154 单发与多发子宫肌瘤（T2WI）
图6-155 多发肝囊肿平扫图像
（二）MRI对比增强检查
MRI对比增强检查系静脉内注射造影剂进行扫描，称为强化，用于鉴别诊断等。MRI所用造影剂与CT的造影剂不同，除不是碘剂、不存在过敏之外，其作用的原理也不同。对比增强检查的方法除包括传统的常规增强外，还有延时增强、动态增强、增强血管成像（CE-MRA）、排泌性造影等（图6-156）。
图6-156 脑胶质瘤MRI对比剂增强扫描图
（三）磁共振血管成像（MRA）检查
MRA是一种无创伤性，不需用对比造影剂的血管成像方法，目前已广泛应用于临床。MRA检查主要用于诊断脑部、颈部、腹部、下肢的血管疾病，但效果通常不及CTA。MRA检查分为以下两种方法。
1.普通MRA检查：磁共振血管成像是对血管和血管信号特征显示的一种技术，与CT及常规放射学相比具有特殊的优势，它不需使用对比剂，流体的流动即是MRA固有的生理对比剂。MRA可用于血管畸形、动脉瘤、血管狭窄的检查，但目前仍不能代替DSA。（图6-157～图6-159）
图6-157 MRA图像（a～c为脑部、d～f为头颈部、g～h为腹部、i为颈胸腹部）
图6-158 磁共振血管造影图
图6-159 脑血管畸形MRA（SWI）
2.对比增强血管成像（CE-MRA）：其适用范围广，实用性强，方法是静脉内团注2～3倍于常规剂量的Gd-DTPA对比剂，三维采集，该技术对胸腹部及四肢血管的显示极其优越（图6-160）。
图6-160 对比增强磁共振血管造影
（四）MR水成像检查
MR水成像技术是一种无创检查技术，且不需对比剂，主要是利用静态液体具有长T2弛豫时间的特点。在使用重T2加权成像技术时，稀胆汁、胰液、尿液、脑脊液、内耳淋巴液、唾液、泪水等移动缓慢或相对静止的液体均呈高信号，而T2较短的实质器官及流动血液则表现为低信号，从而使含液体的器官显影。
MR水成像技术包括MR胰胆管成像（MRCP）、MR泌尿系成像（MRU）、MR椎管成像（MRM）、MR内耳成像、MR涎腺管成像、MR泪道成像及MR脑室系统成像等（图6-161、图6-162）。
图6-161 胰、胆道系统水成像
图6-162 泌尿系水成像（MRU）
（五）脑功能磁共振成像（fMRI）检查
脑功能磁共振成像可提供人脑部的功能信息，它包括扩散成像（DI）、灌注成像（PI）和脑活动功能成像（图6-163）。
图6-163 脑功能磁共振成像
（六）1H磁共振波谱（1H-MRS）成像检查
1H-MRS成像是利用磁共振MR中的化学位移现象来测定分子组成及空间分布的一种波谱成像技术。1H-MRS通常获取的是代表组织内不同生化成分中1H共振峰的波谱线图，进而能够明确其生化成分的组成和浓度。1H-MRS成像对脑肿瘤、前列腺癌、乳腺癌、脑脓肿等的诊断与鉴别诊断有很大帮助（图6-164、图6-165）。
图6-164 脑胶质瘤1H-MRS成像
图6-165 磁共振脑脓肿波谱分析（示乳酸增高）
（七）MR电影成像
MR电影成像是利用MRI快速成像序列对运动脏器实施快速成像，产生一系列运动过程的不同时段（时相）的“静态”图像。将这些“静态”图像对应于脏器的运动过程依次连续显示，即产生了运动脏器的电影图像。（图6-166）
图6-166 MR电影成像示意图
（八）MRI图像重建技术
MRI可以进行多方位数字化信息采集，为MRI图像重建创立了良好条件。MRI图像重建包括二维重建和三维重建。（图6-167～图6-169）
图6-167 头颈部MRI矢状面二维重建
图6-168 颅内动脉三维重建
图6-169 腹部血管MRI三维重建
成像特点
（一）MRI为黑白灰阶图像
图像上的黑白灰度即信号强度，反映的是组织结构的弛豫时间。值得注意的是MRI的影像虽然也以不同的灰度显示，但其反映的是MRI信号强度的不同或弛豫时间T1与T2的长短，而不像CT图像灰度反映的是组织密度。一般而言，组织信号强，图像所相应的部分就亮；组织信号弱，图像所相应的部分就暗。由组织反映出的不同的信号强度变化，就构成组织器官之间、正常组织和病理组织之间图像明暗的对比。（图6-170、表6-12、图6-171）
图6-170 普通平扫MRI加权图像特点
表6-12 各类组织平扫加权图像特点
图6-171 磁共振图像灰度显示特点
（二）MRI是多参数成像
X线、CT只有一种图像类型，即X线吸收率成像；而MRI通过多种序列的成像方法，可以形成数十种图像类型。MRI除可显示解剖形态外，尚可提供病理和生化的信息。通过不同类型图像的对比，可以更准确地发现病变和确定病变性质。
MRI的成像参数多，即可形成横断面、冠状面、矢状面的层面成像，也可形成任意方位的断面影像。通过MRI的特殊检查技术，还可形成对比增强图像、水成像、血管成像、灌注成像、电影成像、脑功能成像、波谱成像等。（图6-172、图6-173）
图6-172 MRI多参数成像
图6-173 MRI任意方位成像
（三）MRI图像对比度高
MRI图像的软组织对比度明显高于CT，可更容易发现软组织中的各种病变。例如，对急、慢性骨髓炎的诊断，MIR明显优于X线和CT检查。（图6-174、图6-175）
图6-174 软组织肿瘤的MRI图像
图6-175 化脓性骨髓炎MRI图像
（四）MRI对骨关节系统显示病变敏感
由于MRI对软骨及软组织分辨力良好，远胜于其他各种成像技术，因此对骨关节及其周围软组织的疾病有独特的诊断价值（图6-176、图6-177）。
图6-176 MRI正常骨关节成像
图6-177 MRI腰椎间盘突出图像
MRI阅片要点
1.核实和识别图像上的常用标记：包括核实姓名、年龄、性别、日期、编号等，识别图像左右、层厚、比例尺以及增强的标记等。
2.连贯地观察诸帧图像，目的在于发现所有的异常征象。
3.当发现病变后，应看其病变在T1加权，T2加权上的信号特征，以及血流空信号有无异常等。
4.通过多方位观察，确定病变大小、形态、数量、边界、位置。
5.观察病变与邻近器官或组织结构关系：如侵犯、受压、移位、扩张、增大、破坏或吸收等。
6.增强扫描观察病变有无强化、强化程度及延迟扫描强化特点等。
7.综合MRI图像所见，结合临床及其他影像学检查材料作出诊断。
临床应用
MRI检查设备在我国二、三级医院中已相当普及，但由于MRI技术多样而复杂，且涉及众多学科知识，掌握难度很大，因此许多临床医师和影像医学专业人员对MRI的认识和掌握程度仍然有限，致使MRI的临床应用潜力并未充分发挥。
从理论上说，MRI适用于人体大部分解剖部位和器官疾病的检查，可根据临床需要选择不同的成像序列进行检查。目前，MRI在以下领域应用较多。
（一）中枢神经系统疾病
MRI检查具有重要诊断价值，特别是对鞍区和颅后窝病变的探测优于CT扫描；对多发性硬化、脑白质营养不良、腔隙性脑梗死等疾病有较大的诊断作用；对脊髓疾病的诊断直观，优于其他任何影像检查方法（图6-178～图6-180）。
图6-178 急性缺血性脑梗死
图6-179 脊髓空洞
图6-180 颅内海绵状血管瘤
（二）心血管疾病
由于MRA技术可在无创伤条件清晰地显示全身血管状况，因此MRI对血管性疾病有重要诊断价值（图6-181、图6-182）。
图6-181 腹主动脉瘤MRA及重建图像
图6-182 股动脉栓塞MRA图像
（三）骨骼疾病
对骨髓腔、关节和肌肉系统病变的显像明显优于CT扫描，适用于骨挫伤、软骨损伤或退行性变、韧带损伤等（图6-183）。
图6-183 膝半月板损伤MRI图像
（四）其他
对纵隔、腹腔和盆腔疾病有一定的诊断价值，但对肺部和胃肠道病变的诊断作用有限（图6-184）。
图6-184 肝癌MRI图像
MRI检查安全性
MRI是一种无损伤性的检查。但是，MRI检查设备的强磁场会对检查造成影响，应引起高度重视和严格预防。
（一）MRI是无损伤性检查
X线、CT、放射性核素显像等检查，病人都要受到电离辐射的危害；MRI是利用磁共振原理成像，对人体不造成任何损伤，可多次反复进行检查。在传统介入治疗的过程中，医师与病人均会受到大剂量X线照射，而MRI检查无电离辐射，因此将成为介入治疗发展的热门方向。
（二）MRI检查的禁忌和注意事项
1.MRI设备产生的强磁场，对铁磁性物体有强大的吸引力，因此安装心脏起搏器和体内有金属性手术夹、支架、人工关节、其他金属异物的病人禁忌做MRI检查。
2.3 个月以内的孕妇禁忌MRI检查。
3.MRI增强检查所用的含钆造影剂无过敏之虞，但对肾脏功能有损害，故肾功能严重受损者禁用此类对比剂。
4.MRI检查对人体不造成辐射损害。
5.严禁医务人员、病人及家属将金属性医疗器械及其他任何铁磁性物体（如发夹、硬币、别针）带入检查室。