22336059573.0超高场磁共振的临床应用.ppt

3.0T磁共振临床应用特点磁共振临床应用特点n n在临床应用中有何优势？有何弊端？3.0T临床应用优缺点临床应用优缺点n n优点：优点：n n1 1、信噪比明显提高，空间分辨率提高信噪比明显提高，空间分辨率提高n n2 2、扫描速度加快扫描速度加快n n3 3、、 T2WIT2WI对比加强对比加强n n4 4、增强效果更好增强效果更好n n5 5、血管成像明显较、血管成像明显较1.5T1.5T好n n6 6、功能成像、频谱成像和磁敏感性更敏感和精确功能成像、频谱成像和磁敏感性更敏感和精确n n缺点：缺点：n n1 1、伪影更明显，如运动伪影、化学位移伪影更明显，如运动伪影、化学位移n n2 2、屏蔽效应使腹水病人或孕妇检查不利屏蔽效应使腹水病人或孕妇检查不利n n3 3、对体内有金属物的患者检查限制更严格对体内有金属物的患者检查限制更严格n n4 4、、T1WIT1WI对比下降对比下降1、信噪比、空间分辨率提高、信噪比、空间分辨率提高n n由于磁场强度的升高，敏感性增加，由于磁场强度的升高，敏感性增加，SNRSNR提高，空间分辨提高，空间分辨率增加n n随着场强的增加，随着场强的增加，SNRSNR几乎是线性增加几乎是线性增加n n但在临床实际应用当中，并非两倍场强就会产生两倍但在临床实际应用当中，并非两倍场强就会产生两倍SNRSNR：在高场中有很多物理障碍需要克服，而克服这些障碍通：在高场中有很多物理障碍需要克服，而克服这些障碍通常是牺牲常是牺牲SNRSNR来实现的，来实现的，3.0T3.0T的的SNRSNR大约是大约是1.5T1.5T的的1.71.7到到1.81.8倍倍n n一般情况下，扫描时间延长和降低空间分别率能提高信噪一般情况下，扫描时间延长和降低空间分别率能提高信噪比。

保持一定的空间分辨率而减少采集时间，或保持一定比保持一定的空间分辨率而减少采集时间，或保持一定的采集时间而提高空间分辨率等，这些因素都会抵消一定的采集时间而提高空间分辨率等，这些因素都会抵消一定的的SNRSNR中枢神经系统高分辨率扫描Propeller￿T2512X512分辨力1.5 T3.0 TFigure 9a: (a, b) FLAIR images in a 22-year-old female patient with clinically isolated syndrome 3.0 T TR/TE/IR: 12 000/140/2850; turbo factor, 38; NEX 1; acquisition time, 4 minutes 1.5 T 6000/110/2000; turbo factor, 29; NEX 2; acquisition time, 3 minutes脑结构成像脑结构成像n n3.0T高分辨率三维容积成像有助于发现细微皮质萎缩n n高分辨率T2WI有助于分辨颞叶癫痫病人的海马亚解剖结构Figure 10b: MR images in 32-year-old female patient with medically refractory complex partial seizures左侧海马信号强度增加，提示硬化左侧海马信号强度增加，提示硬化体积变化不明显，提示尚无萎缩体积变化不明显，提示尚无萎缩右侧海马所见的间隔样纹理结构丧失右侧海马所见的间隔样纹理结构丧失右侧海马亚解剖结构右侧海马亚解剖结构可见黑线样的白质卷入海马内可见黑线样的白质卷入海马内可能是海马白质（海马槽）可能是海马白质（海马槽）海马结构放大图海马结构放大图鼠脑成像鼠脑成像2、扫描速度加快、扫描速度加快n n共振频率随场强线性增加： ω＝γ B0。

n n1.5T的共振频率是63.9 MHz，3.0T是127.8n n更高（快）的共振频率能带来：更快的质子相位周期这样，就可以用更短的TE，加快采集速度，有助于减少伪影 n n相同条件下，同一序列约节省20%时间脑结构成像脑结构成像n n更快的成像速度：有利于意识不清及不配合的患者及儿童检查n n应用flip angle sweep and parallel imaging的FSE T2WI：成像时间从2分7秒降到8秒MR images in a 19-year-old male patient with multiple sclerosisFSE T2WI With SENSE flip angle sweep 60° 采集时间采集时间 8 s3、、 T2WI对比加强对比加强n n组织的T1、T2弛豫时间在不同程度上依赖于场强n n在3.0T，纵向弛豫速率减慢，T1时间增加约30%，而横向弛豫出现更快，T2时间缩短约15%n nT2时间缩短， T2WI对比加强4、增强效果更好、增强效果更好n nGdGd对比剂缩短（对比剂缩短（同一组织同一组织））T1T1的能力（的能力（T1T1弛豫效应）在弛豫效应）在1.51.5和和3.0 T3.0 T中相对恒定。

中相对恒定n n在在3.0T3.0T，（平扫时）组织的，（平扫时）组织的T1T1时间比时间比1.5T1.5T长，因此，即使长，因此，即使T1T1弛豫增强效应相同，增强后组织的弛豫增强效应相同，增强后组织的T1T1缩短比缩短比1.5T1.5T更多，更多，因此，因此， 3.0T3.0T组织增强前后的对比优于组织增强前后的对比优于1.5T1.5Tn n3.0T3.0T具有更高的具有更高的SNRSNR和和CNRCNRn n相同足剂量造影剂的增强扫描，病变的相同足剂量造影剂的增强扫描，病变的CNRCNR在在3.0T3.0T是是1.5T1.5T的双倍多，的双倍多，3.0T3.0T半剂量病变的半剂量病变的CNRCNR也比也比1.5T1.5T足剂量高得多，足剂量高得多，CNRCNR高则探查增强病变的敏感性提高高则探查增强病变的敏感性提高a 70-year-old woman with a temporal high-grade glioma，， the leptomeningeal spread of the tumor (arrowhead) 1.5 T with 0.10 mmol/kg 3.0 T with 0.05 mmol/kg 3.0 T with 0.10 mmol/kg Contrast-enhanced T1-weighted MR images in 46-year-old male patient with right parietal high-grade gliomaSE T1WI CE 1.5TSE T1WI CE 3.0TContrast-enhanced T1-weighted MR images in 46-year-old male patient with right parietal high-grade glioma IR FSE T1WI CE 3.0T SE T1WI CE 3.0TContrast-enhanced MR Imaging增强增强MRIn nSPIO（超顺磁性氧化铁）对比剂：主要缩短T2*n n在3.0T中，（平扫时）组织的T2*时间比1.5T短，这种更短的T2*部分抵消了SPIO的T2*增强效应n n至今，在肝脏局灶性病变的SPIO增强检查中， SPIO增强病变与正常组织之间的对比在3.0T中并未进一步增加5、血管成像较、血管成像较1.5T好好ØØSNR更高ØØ更短的TE时间（避免流动及磁敏感伪影）ØØ对比剂的T1缩短效应更明显ØØ与血液比较静态组织的T1时间延长（提高血管—背景组织对比）ØØ使用平行成像技术, 更短的采集时间MR Angiographyn nTOF MRA：1.5 T 体素大小0.72 mm3，3.0-T 体素大小0.03 mm3。

n n3.0T的高空间分辨率意味着能显示更小的血管及血管的远侧分支n n与平行采集技术结合，能明显减少采集时间、增加采集层面，扩大成像范围TOF (inflow) MRA at (a) 1.5 T and (b) 3.0 T in the same individual1.5 T3.0 T28/6.9; 50 sections; time, 2 minutes 34 seconds; section thickness, 2 mm; field of view, 160 x 160 ; matrix, 336 x 212; voxel size, 0.92 mm326/3.5; 100 sectionstime, 7 minutes 57 secondssection thickness, 1 mmfield of view, 250 x 250 mm2matrix, 832 x 571voxel size, 0.13 mm3TOF MR angiograms at (a) 1.5 T and (b) 3.0 T in a patient with high-grade stenosis of the right internal carotid artery1.5 T3.0 T扫描参数分别同上一图像扫描参数分别同上一图像MIPs from 3D TOF MR angiography in a 58-year-old woman show moyamoya vessels (arrows) from ICAs Transverse　　 MIP 3.0-T 1.5-T lateral MIP of the right side 3.0-T 1.5-T show moyamoya vessels (arrows) from ICAslateral MIP of the left side 3.0-T 1.5-T show moyamoya vessels (arrows) from ICAsMR Angiographyn n3.0-T TOF MRA的高空间分辨率及广解剖覆盖范围，较小的脑供血动脉病变的检查成为可能。

n n几乎与DSA相似的空间分辨率，以致有人乐观地预言其可大部分替代DSA检查n n这方面的临床研究有待深入61-year-old male patient with dysarthria 3T 3D TOF-MRA a segmental high-grade stenosisat the cavernous segment of the distal ICA DSA lateral view almost identical features of stenosis at the corresponding location A 70-year-old female patient with involuntary movement of the left side. 3T 3D TOF-MRA flow void in the proximal portion of the right middle cerebral artery DSA anteroposterior view a focal high-degree stenosis at the corresponding location A 69-year-old male patient with dizziness 3T 3D TOF-MRAa focal high-grade stenosis at the proximal portion of the basilar trunk. DSA oblique view a focal high-grade stenosis at the corresponding location MR Angiographyn nTime resolved three-dimensional contrast-enhanced MRA：4D MRAfour-dimensional time-resolved angiography using keyhole (4D-TRAK)DSA findingsearly arterialearly venous phasea patient with large frontal arteriovenous malformationfour-dimensional time-resolved angiography using keyhole (4D-TRAK)DSA findingsearly arterialearly venous phasea patient with large frontal arteriovenous malformationIIIIIIIV全身血流成像n n扫描床的移动扫描床的移动扫描床的移动扫描床的移动n n造影剂使用造影剂使用造影剂使用造影剂使用n n分辨率分辨率分辨率分辨率I: 1.0 x 1.0 x 2.0 mmI: 1.0 x 1.0 x 2.0 mmII: 0.8 x 0.8 x 1.3 mmII: 0.8 x 0.8 x 1.3 mmIII: 0.8 x 0.8 x 1.5 mmIII: 0.8 x 0.8 x 1.5 mmIV: 0.8 x 0.8 x 1.0 mmIV: 0.8 x 0.8 x 1.0 mm6、磁敏感性、功能成像和频谱成像、磁敏感性、功能成像和频谱成像更敏感和精确更敏感和精确n n磁敏感性n n功能成像：①弥散加权成像-DWI （fMRI） ②灌注成像-PWI ③脑皮层功能活动成像n n频谱成像-MRSSusceptibility 磁敏感性磁敏感性n n磁敏感效应随场强增大而线性增加n n磁敏感性：是不同物质被磁化的能力n n不同组织的磁敏感性不同产生磁敏感效应Susceptibility 磁敏感性磁敏感性n n人体不同组织的磁敏感性不一样，从而造成人体组织局部磁场场强不均匀n n根据拉莫定律，局部磁场的变化会引起相应质子的共振频率发生变化。

MR的空间编码是基于：成像范围内的磁场是均匀一致的、只随梯度场的应用才发生变化这种磁敏感性诱导的共振频率的变化会导致质子在空间位置编码上产生错误n n在没有1800再聚焦RF脉冲的GRE及EPI序列中，由此产生的磁敏感伪影更明显Susceptibility 磁敏感性磁敏感性n n磁敏感效应的积极应用：对比剂首过灌注成像，BOLD脑功能成像，更有利于检测含铁血黄素、铁、钙等金属成分Susceptibility-based and Perfusion　　Imagingn n3.0T的磁敏感效应明显，有利于生理性铁成分的检测，如中脑黑质，理论上可早期诊断Parkinson n n有利于出血的探查，对小海绵状血管瘤内的慢性出血、弥漫性轴突损伤的小出血灶的检测更有价值77-year-old man on the 2nd day after the onset T2-weighted FLAIR T1-weighted 1.5 T (A, C, and E) 3.0 T (B, D, and F) 56-year-old woman on the 6th day after the onset T2-weighted FLAIR T1-weighted 1.5 T (A, C, and E) 3.0 T (B, D, and F) Figure 3: Transverse T2-weighted turbo SE (a) 1.5-T (repetition time msec/echo time msec, 2500/100) and (b) 3.0-T (3000/80) MR images in a 52-year-old male patient with pontine cavernoma FSE T2WI 1.5T桥脑海绵状血管瘤桥脑海绵状血管瘤 FSE T2WI 3.0T 桥脑海绵状血管瘤桥脑海绵状血管瘤含铁的小脑齿状核显示更清楚含铁的小脑齿状核显示更清楚微出血微出血Figure 4: Functional brain MR images in the same individuals1.5-T (3000/50, 90° flip angle)3.0-T (3000/35, 90° flip angle)BOLD脑功能成像脑功能成像fMRI－－－－躯体运动，感觉，视觉，语言，针灸镇痛躯体运动，感觉，视觉，语言，针灸镇痛DWI and Diffusion-Tensor Imaging扩散加权及扩散张量成像扩散加权及扩散张量成像DWI and Diffusion-Tensor Imagingn nDWI是脑梗塞的必备检查序列，常用单次激发EPI。

3.0T的DWI能提高SNR，但同时磁敏感伪影也显著增加，同时应用平行采集技术有助消除伪影n n虽然可发现“3.0-T– only”细小梗塞，但总体上其敏感性与1.5T差别不大46-year-old female patient with clinical evidence of subacute infarction (72 hours after onset)4345/82; matrix ：128×128 　　　　section thickness：：5-mmb values of 0, 600, and 1000 sec/mm23.0 T1.5 T10分钟之内分钟之内DWI and Diffusion-Tensor Imagingn nDTI和白质纤维束示踪图是了解神经纤维走行、结构及相互关系的诊断方法n n扩散编码方向越多，对神经纤维走行方向的确定越精确，但扩散编码方向越多扫描时间越长n n３.０Ｔ除了ＳＮＲ高，可在临床可接受的扫描时间范围内尽可能多地采集扩散编码方向1.5 T3.0 T3.0 TPerfusion　　Imaging灌注成像灌注成像弥散和灌注成像弥散和灌注成像PWPWI I临临床床应应用用反映组织的微血管分布情况及血流灌注的状态DWI+PWI显示半暗带Susceptibility-based and Perfusion　　Imagingn n造影剂首过T2*-加权灌注成像：在毛细血管水平评价脑的微血管灌注ØØ界定急性脑梗塞的缺血半暗带ØØ了解动脉狭窄状态下脑组织的血流灌注水平n n3.0 T0.10 mmol/kg剂量造影剂的T2* 效应与1.5 T 0.20 mmol/kg剂量造影剂相当n n成像基础成像基础成像基础成像基础: :局部微循环局部微循环局部微循环局部微循环血液动力学血液动力学血液动力学血液动力学改变。

采用改变采用改变采用改变采用MRMR对比剂，对比剂，对比剂，对比剂，对比剂首次对比剂首次对比剂首次对比剂首次通过毛细血通过毛细血通过毛细血通过毛细血管网导致局管网导致局管网导致局管网导致局部一过性信部一过性信部一过性信部一过性信号减低MR Perfusion Weighted ImageSusceptibility-based and Perfusion　　Imagingn nArterial spin labeling (ASL)动脉血质子标记是另一种灌注成像方法：不应用顺磁性对比剂（外源性），而是把动脉血质子进行磁化标记作为内源性对比剂n n在1.5T，ASL未获得广泛的临床认可：SNR低，标记持续时间短，成像时间长，成像层面少n n3.0T的ASL可克服上述缺点66-year-old patient with right-sided frontodorsal grade IV gliomaarterial spin labeling at 3.0 T4000/3717 sections5-mm thickness64 x 64 matrix700-msec labeling delay50 dynamic acquisitions6-minute acquisition timen n质子所处的化学分子环境不同，相应质子的共振频率也不同，而且这种差异随着场强的增大而增大n n脂肪和水的共振频率的差值，在1.5T是220 Hz，在3.0T是440 Hzn n不同化学分子环境中质子的共振频率的差值增大，显然有利于MRS成像 MR Spectroscopy(MRS)MR Spectroscopy(MRS)磁场强度的磁场强度的升高同时引升高同时引起磁敏感增起磁敏感增加，化学位加，化学位移增加。

移增加3.0T成像的缺陷成像的缺陷n n1、如磁敏感伪影、化学位移伪影等更明显n n2、电介质共振效应和屏蔽效应使腹水病人或孕妇检查不利n n3、 RF能量的贮积,限制了成像条件n n4、T1WI对比下降n n5、其它：如对体内有金属物的患者检查限制更严格1、磁敏感伪影、磁敏感伪影n n磁敏感效应随场强增大而线性增加，3.0T的磁敏感效应明显，在组织磁敏感性差异大的区域如骨与软组织交界面，磁敏感伪影更明显磁敏感伪影磁敏感伪影化学位移伪影化学位移伪影n n脂肪和水中氢质子共振频率随磁场的增大而线性增加，导致脂肪和水中氢质子化学位移的增大，化学位移伪影较1.5T明显，即在脂肪组织界面出现更明显的黑线样伪影in-phase gradient-echo images1.5 T3.0 TChemical shift artifact of the first kind2、电介质效应和屏蔽效应、电介质效应和屏蔽效应n n⑴、电介质效应n n⑵、屏蔽效应⑴⑴ 、、 Dielectric Effects 电介质效应电介质效应n n亦称亦称Standing Wave Effects Standing Wave Effects 驻波效应：驻波效应：驻波效应：驻波效应：驻波或驻波或定波：驻波（定波：驻波（standing wavestanding wave）：在同一媒质里，）：在同一媒质里，两个频率相同、振幅相等、振动方向相同、沿两个频率相同、振幅相等、振动方向相同、沿相反方向传播的行波迭加而成的波叫相反方向传播的行波迭加而成的波叫“ “驻波驻波” ”。

n n比如水波碰到岸边反射回来时，前进和反射波比如水波碰到岸边反射回来时，前进和反射波的叠合就产生驻波的叠合就产生驻波n n驻波形成时，空间各处的介质点或物理量只在驻波形成时，空间各处的介质点或物理量只在原位置附近做振动，波停驻不前，而没有行波原位置附近做振动，波停驻不前，而没有行波的感觉，所以称为驻波的感觉，所以称为驻波Standing Wave 驻波Dielectric 电介质电介质n n所谓电介质，是指不导电的物质，即绝缘体，内部没有可以移动的电荷n n水及体内有机物具有高的介电常数（指每“单位体积”的绝缘物质 ），可以降低电磁波的传导速度及缩短其波长n n在真空中，3.0T的RF的频率是128 MHz，波长是234 cm，远大于临床体部成像的FOVn n3.0T的RF波长在水中缩短为26 cm、在大多数人体组织内约30 cmstanding wave effectn nRF波在人体组织内的这种波长长度与人体体部成像的FOV大小接近，就可能在FOV内形成驻波n n而驻波能引起RF激励脉冲激励脉冲在局部成像空间分布上的大小变化，导致所谓的驻波效应（standing wave effect），即图像内出现“黑洞”影或明亮影。

standing wave effectn n成像FOV大于RF波长时，这种伪影越明显n n因此，在大腹便便的肥胖患者比瘦小患者更容易看到这种伪影Dielectric effects of (a) single-shot and (b) multishot TSE sequences单次FSE序列使用长回波链、大量再聚焦RF脉冲驻波效应所致伪影明显多次激发FSE序列驻波效应所致伪影减轻⑵⑵ 、、 shielding effects 屏蔽效应n nRFRF激励时，快速变化的磁场（激励时，快速变化的磁场（ B B1 1 ）能产生环形）能产生环形电场，若这种环形电场出现在可导电的媒质里，电场，若这种环形电场出现在可导电的媒质里，则产生环形电流（涡电流），而这种环形电流反则产生环形电流（涡电流），而这种环形电流反过来又可产生磁场，所产生的这种磁场与过来又可产生磁场，所产生的这种磁场与RFRF场（场（ B B1 1 ）的方向完全相反，因此它可降低）的方向完全相反，因此它可降低B B1 1的大小n n媒质的导电性能越好，媒质的导电性能越好，RFRF频率越高，产生的涡电频率越高，产生的涡电流越强，产生的反向磁场也越大，其对流越强，产生的反向磁场也越大，其对RFRF场大小场大小的抵消作用越大，的抵消作用越大，RFRF场越不均匀场越不均匀shielding effects 屏蔽效应n n人体组织内导电性相对高的组织可以产生类似的屏蔽效应，使局部磁场强度减低，从而在图像中表现为低信号的区域n n腹水患者和孕妇的大腹围产生standing wave effect，具有高导电性的腹水和羊水产生shielding effects ，这两种效应结合，在3.0T可引起明显的伪影肝硬化腹水患者的肝硬化腹水患者的standing wave and conductivity artifact2828岁孕妇岁孕妇岁孕妇岁孕妇 standing wave and conductivity artifact（长箭头）3、、 RF能量的贮积能量的贮积n n磁场强度的升高也必然造成RF脉冲频率的增加，射频波长缩短，导致SAR值的升高和短波长引起的屏蔽效应（驻波效应）3、、 RF能量的贮积能量的贮积n nRFRF脉冲的波长越短则脉冲的波长越短则RFRF脉冲被组织吸收的数量越脉冲被组织吸收的数量越大，大， RFRF脉冲被组织大量吸收可以引起组织变热。

脉冲被组织大量吸收可以引起组织变热n nRFRF吸收吸收————组织产热：与组织产热：与RFRF脉冲频率的平方成正脉冲频率的平方成正比比n n特异吸收率特异吸收率( Specific absorption rate SAR) ( Specific absorption rate SAR) ：单位：单位时间内每公斤体重吸收的能量，单位时间内每公斤体重吸收的能量，单位watts/kgwatts/kgn nSARSAR的阈值设定为局部组织产热不超过的阈值设定为局部组织产热不超过1 10 0C C，即：，即：1515分钟内分钟内SARSAR不超过不超过4W/kg 4W/kg RF蓄积与特异吸收率蓄积与特异吸收率RF Deposition and Specific Absorption RateRF蓄积与特异吸收率蓄积与特异吸收率n n此外，此外，RFRF蓄积随着蓄积随着RFRF脉冲数量增加、翻转角增大、脉冲数量增加、翻转角增大、TRTR时间缩短而增加，也受患者在磁场中的位置、时间缩短而增加，也受患者在磁场中的位置、线圈设计及很多其他因素的影响线圈设计及很多其他因素的影响n nMRMR机常通过自动降低数据采集速度、增加回波空机常通过自动降低数据采集速度、增加回波空间、延长数据采集时间而减少间、延长数据采集时间而减少SARSARn n1.5T1.5T中中4 4次数据采集降为次数据采集降为3.0T3.0T中中2 2次数据采集，次数据采集，3.0T3.0T的采集时间并非减半，而实际只是减少的采集时间并非减半，而实际只是减少20%–30%20%–30%，因为在，因为在3.0T3.0T中为限制中为限制SARSAR，单位时间内的，单位时间内的RFRF脉脉冲数量减少、单次数据采集时间延长冲数量减少、单次数据采集时间延长Figure 5: Effect of SAR-related difficulties at 3.0 T without parallel imaging 1.5 TTR/TE 2780/100NEX 4采集时间采集时间 3：：20 3.0TTR/TE 4000/80NEX 2采集时间采集时间 2：：40FSE　　 T2WI 　FOV 250-mm　　矩阵　　矩阵258×512因为因为SAR的限制的限制采集次数减半采集次数减半并不等于并不等于采集时间减半采集时间减半4、、T1WI对比下降对比下降n n组织的T1、T2弛豫时间在不同程度上依赖于场强n n在3.0T，纵向弛豫速率减慢，T1时间增加约30%，而横向弛豫出现更快，T2时间缩短约15%。

n n不同组织随场强改变而出现的弛豫时间变化并不一样，例如，脑灰质和白质的T1时间延长的程度不同，脑白质的变化更明显Relaxation Times 弛豫时间弛豫时间n n在3.0T中，脑白质T1时间的增加幅度大于灰质，两者之间T1时间差值减小，因而两者的T1对比减小n n健康组织与病变组织的T1对比也降低n n与软组织不一样，液体的T1时间似乎不依赖场强变化而相对恒定，因此在3.0T中TOF及增强MRA的对比更好Comparison of liver-spleen contrast on T1-weighted images obtained at 1.5 T (a) and at 3.0 T (b)1.5 T3.0 T在在3.0T, 肝脾的信号对比降低肝脾的信号对比降低肾癌肝脏转移性病变肾癌肝脏转移性病变 2D GRE T1WI1.5-T(a, d) 3.0-T (b, e) 增加了反转准备脉冲 3.0T (c, f)。