MRI学习笔记

相关名词及含义

一、MRI类

磁共振成像

        缩写为MRI（全称：Magnetic resonance image）

        核磁共振成像（英语：Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI），又称自旋成像（英语：spin imaging），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI），是利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，简称NMR）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。

        将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。

        （百度百科）

磁敏感加权成像

         缩写为SWI（全称：Susceptibility weighted imaging）

        磁敏感加权成像(SWI)以T2*加权梯度回波序列作为序列基础，根据不同组织间的磁敏感性差异提供图像对比增强，可同时获得磁距图像(magnitudeimage)和相位图像(phase image)。 SWI在显示脑内小静脉及出血方面敏感性优于常规梯度回波序列，具有较高的临床应用价值。

磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging,SWI)是近年来新开发的磁共振对比增强成像技术，它最早由E. Mack Haacke等于1997年发明并于2002年申请专利，最初称作“高分辨率血氧水平依赖静脉成像” (high resolution blood oxygenation level dependent venographic imaging)。该技术早期主要应用于脑内小静脉的显示，近年来经过高场磁共振仪的应用及相关技术的不断改进，其临床应用范围得到了极大的扩展。

        SWI能够比常规梯度回波序列更敏感地显示出血，甚至是微小出血，在诊断脑外伤、脑肿瘤、脑血管畸形、脑血管病及某些神经变性病等方面具有较高的价值及应用前景

        （百度百科）

1.SWI基本原理

        （1）SWI序列基础

        SWI根据不同组织间磁敏感的差异性增强图像对比。

        可以应用于所有不同组织间或亚体素间磁化效应敏感的序列，但是为了凸显其在表现细小静脉及小出血方面的能力， SWI以T2*加权梯度回波序列作为序列基础。

        与T2*加权梯度回波序列不同的是， SWI采用高分辨率、三维完全流动补偿的梯度回波序列进行扫描，可同时获得磁距图像和相位图像两组原始图像，二者成对出现。

        优点：与常规的MRI只利用了磁距图信息相比，SWI还使用了相位信息，经过复杂的图像处理将磁距图与相位图融合，形成独特的对比图象。

        （2）磁敏感性及常见的磁敏感物质

        磁敏感性：反应了物质在外加磁场（H）作用下的磁化程度，可以用磁化率（X）来衡量。SWI主要用的是组织间的磁敏感差异形成图像。

        常见的磁敏感物质：顺磁性物质、反磁性物质和铁磁性物质。

        顺磁性物质：具有未成对的轨道电子，它们在外加磁场存在时自身产生的磁场（M）与外加磁场（H）方向相同，具有正的磁化率（X>0）；反磁性物质：没有成对的轨道电子，它们在外加磁场存在时自身产生的磁场（M）与外加磁场（H）方向相反，具有负的磁化率（X<0）；铁磁性物质：可以被磁场明显吸引，去除外磁场后仍可以被永久磁化，具有很大的磁化率。

        磁敏感性的改变：

        人体组织中绝大多数磁敏感改变与血液中铁的不同形式或出血等相关。

        例如：逆磁性，血红蛋白的4个蛋白亚基（珠蛋白）分别包含一个由卟啉环包绕的二价亚铁离子，当血红蛋白中的亚铁离子与氧结合时，所有电子均成对，形成氧合血红蛋白，呈反磁性；顺磁性，当氧与铁离子分离形成脱氧血红蛋白时，血红蛋白的构像改变，阻碍周围的水分子接近铁离子，形成的脱氧血红蛋白有4个不成对电子，呈顺磁性。

        当脱氧血红蛋白中的二价亚铁离子被进一步被氧化成三价铁离子，形成高铁血红蛋白。正常情况下，在红细胞内这一过程被还原型辅酶所抑制，当这种机制失效（如出血）时，脱氧血红蛋白转变为高铁血红蛋白。高铁血红蛋白仅有很弱的磁敏感效应，稳定性差，易于解体，最终被巨噬细胞吞噬引起组织内含铁血黄素沉积，含铁血黄素为高顺磁性物质，在SWI成像中明显。

        其他磁敏感物质：

        非血红素铁，它常以铁蛋白的形式存在，表现为反磁性。组织内的钙化通常也呈反磁性，虽然磁敏感效应比铁弱，但也能导致可测量到的敏感性的变化。

       区分不同部位的机制：无论是顺磁性还是反磁性物质，均可使局部磁场发生改变而引起质子失相位，使质子自旋频率产生差别，如果施加一个足够长的TE（磁共振中的一个参数），自旋频率不同的质子间将形成明显的相位差别。这样，磁敏感度不同的组织在SWI相位图上可以被区别出来。

        （3）静脉成像基本原理

        静脉结构成像：

        依赖于其内脱氧血红蛋白引起磁场的不均匀性导致的T2*时间缩短和血管与周围组织的相位差加大两种效应。

原理公式：

        第一个效应是由于静脉血内脱氧血红蛋白的增加使其T2*时间缩短，从而使静脉血信号强度降低。梯度回波序列中，组织的信号强度S(TE)公式为：S(TE)=S0·exp[－R2*(Y)·TE] (1)

        式中R2*(Y)是横向弛豫率，等于T2*的倒数。由公式得出，动静脉血T2*的差异造成两者信号强度的差异，若延长TE可获得更强的信号对比，此时，脱氧血红蛋白便成为一种内源性对比剂使静脉显影。第二种效应为静脉内容积磁化率引起血管内质子的频移，使静脉血与周围组织之间产生相位差，选择适当的TE，可以使体素内静脉与周围组织相位差值正好为π，即完全失相，失相将进一步削弱静脉的信号，增强图像的对比，从而减少部分容积效应的影响，可以清晰显示甚至小于一个体素的细小静脉。

        Reichenbach等通过双腔模型描述了信号抵消最大化原理。由容积磁化率效应引起静脉血与周围组织之间的相位差(φ)可以下式表示：φ=γ·ΔB·TE (2)

        γ是指质子的旋磁比， ΔB指血液和周围组织的磁场差异， TE指回波时间。同时，静脉血与周围组织的磁化率差异Δx可表示为：Δx=4πxdo·Hct·(1－Y) (3)

        假设血管为一根无限长的圆柱形体， ΔB即可表示为：ΔB=Δx2·(cos2θ－1/3)·B0 (4)

通过换算得出φ=γ·TE·2π·xdo·B0(cos2θ－1/3)(1－Y)·Hct (5)

        xdo代表去氧血红蛋白和含氧血红蛋白之间的磁化率差异，B0为外磁场强度， θ为血管与外磁场的夹角， Y为血氧饱和度分数， Hct是红细胞比容，健康人一般为0.40～0.50。

        当式中B0=1.5T， Y=0.54， Hct=0.4， θ=0时，使用TE=56 ms，此时产生静脉血的相位信号φ=π，与背景组织相反，于是就产生了最大的信号抵消效应。从而可以使比体素还小的血管影显示出来

        （百度百科）

        （4）对比剂对磁敏感成像的影响

        影响：

        优点：SWI扫描中使用对比剂可缩短静脉的T1时间，并且显著减少扫描时间，且不影响图像质量。另外通过使用缩短T1时间的对比剂，在1.5T场强的磁共振环境下不但使SWI扫描序列总体时间缩短了26%，而且减少了伪影干扰。

        弊端：对比剂外渗或血脑屏障破坏将导致T1加权组织信号的增加，会使血管的判断变得较为困难。

        典型的对比剂：

        咖啡因：

        咖啡因可作为一种特殊对比剂运用于 SWI中。因为咖啡因属于甲基黄嘌呤类物质，具有收缩中枢血管、减少脑血流量的作用，低剂量的咖啡因可使去氧血红蛋白的浓度得以提高，最终导致磁敏感性增加，信号降低，因此可以将其作为提高静脉与周围组织对比度的造影剂。

        95%氧气与5%二氧化碳混合气体：

        95%氧气与5%二氧化碳的混合气体也可以作SWI对比剂。它可以使颅内血管舒张，脑血流量增加，静脉血氧合水平升高，最终导致SWI 信号的改变。

        （5）同步时间飞跃和完全流动补偿SWI(TOF-SWI)

        自SWI发明以来，它主要用于静脉血管及其他磁敏感物质的显示。 Deistung[18]等通过对SWI第二个回波进行三维完全流动补偿动脉血管成像，发现施加一个倾斜20°的翻转角可以达到显示动脉的最佳效果，同时静脉对比也仍存在。对比TOF-SWI序列及单回波TOF序列，发现两者对于所有主要动脉显示的图像质量是一样好的。

        （百度百科）

        2.SWI的优点

        磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）是种先进的 MRI 技术。DWI 能够检测到脑梗死初期 水分子扩散受限的区域，是诊断急性脑梗死的敏感 手段 [3] 。而 SWI 则利用组织中的磁化率差异，能 有效显示出血性病变和微血管结构，对于识别脑微 出血尤其有效 [4] 。脑微出血作为脑梗死后常见的并 发症之一，其可能预示着更高的复发风险和不良预 后，在临床诊断上具有重要意义。传统的 MRI 技 术如 T1 和 T2 加权成像在检测微小出血点方面的敏 感度较低，而 SWI 提供了更高的敏感度和分辨率， 使得微出血的诊断更为准确.

[3]杨馨，繆锦林，夏建国 .DWI 与 SWI 在急性期脑梗死合并脑 微出血诊断中的应用 [J]. 中国中西医结合影像学杂志，2017， 15（1）：55-57. [4] 王毓佳，陈志军，梁韬，等 . 磁共振成像常规序列与磁敏感 加权成像对急性脑梗死患者脑微出血的诊断价值比较 [J]. 实 用心脑肺血管病杂志，2018，26（4）：103-105.

（万润济、周鹏程、李亮《DWI结合SWI对急性脑梗死患者脑微出血的诊断价值》）

        脑微出血是脑梗死后常见并发症，在复发风险的预测与不良预后方面有着终于作用。SWI利用组织中的磁化率差异，有效显示出血性病变和微血管结构，并且可以有效识别脑微出血。与传统MRI技术相比，SWI在检测微小出血点的方面上具有更高的灵敏度和分辨率，提高了微出血诊断的准确率。

        SWI 检查：详细告知患者检查的目的和步骤， 并确保没有穿戴任何金属物品。患者平躺在 MRI 扫描床上，头部使用固定装置固定。扫描参数：TE 15~25 ms，TR 20~50 ms，翻转角度 20°，空间分辨 率设置为高（通常为 0.5×0.5×2 mm3 ），矩阵大小 为 256×256。进行扫描后，对相位图像进行后处理， 突出显示脑部的血管及微出血点。 SWI 诊断微脑出血标准：SWI 图像中脑微出血 表现为直径小于 10 mm 的圆形、卵圆形或点状低 信号区域，病灶周围无水肿表现，可能伴有脑血管 周边间隙扩大。SWI显示阳性即诊断为脑微出血。病理诊断标准：病理切片中发现微小出血点。

        脑微出血指脑组织内小血管破裂导致的微小出 血 [7] 。这种病理状态可能由多种因素导致，包括高 血压、血管畸形、血液病理状态及头部外伤等 [8] 。 脑微出血的影响深远，尽管其体积小，但可能引发 一系列临床症状，轻微的有头痛，严重的有神经功 能障碍，如偏瘫、语言障碍甚至认知功能下降 [9] 。 脑微出血的及时诊断对于临床治疗和病情监控至关 重要。早期发现和准确评估可以显著改善急性脑梗 死患者的管理策略和预后。传统的影像学方法，如 计算机断层扫描（CT）和标准 MRI，在识别较大的 出血性病变方面已经相当成熟。然而，对于微小出 血的检测，这些技术往往受限于其分辨率和对微小 铁沉积敏感度的限制。随着医学影像技术的进步， 特别是 SWI 和 DWI 的应用，医生能够更精确地检 测和定位脑内微出血 [9] 。SWI 利用其对血液中铁的高 度敏感性，能够揭示在标准 MRI 扫描中可能被忽视 的微小出血点 [10-12] 。 此外，脑微出血的诊断不仅对疾病的治疗具有重要 意义，也对理解某些神经退行性疾病的病理生理学 具有重要的科学价值。因此，精确的诊断和有效的 监测是改善这些患者生活质量的关键。通过综合应 用 SWI 和 DWI 技术，可以更全面地评估脑微出血 的病理状态和发展趋势，为临床提供更为有效的治 疗策略和干预措施。这些技术的应用扩展了医学影 像的边界，为脑血管疾病的诊断和治疗提供了新的 视角和方法。

[7] 周先岭，刘维洲，钱振，等 . 急性脑梗死患者脑微出血影响 因素分析 [J]. 安徽医学，2018，39（9）：1068-1071. [8] 武新英，张娣，毛存南，等 . 磁敏感加权序列在检测急性脑 梗死微出血中的临床应用价值 [J]. 南京医科大学学报（自然 科学版），2017，37（10）：1323-1326. [9] 周磊，江滨，陈以福，等 .DWI 联合 SWI 在急性脑梗死诊治 中的应用价值 [J]. 包头医学院学报，2019，35（4）：53-54. [10] 何明辉，张惠英 .SWI 联合 1.5MR 多序列成像在急性脑梗死 合并脑微出血诊断中的应用及其临床效果 [J]. 影像研究与医 学应用，2019，3（1）：158-160. [11] 杨馨，繆锦林，夏建国 .DWI 与 SWI 在急性期脑梗死合并 脑微出血诊断中的应用 [J]. 中国中西医结合影像学杂志， 2017，15（1）：55-57. [12] 罗何婷，董玮，鹿晓君，等 .SWI 对急性脑梗死并发脑微 出血的诊断价值研究 [J]. 中国 CT 和 MRI 杂志，2016，14 （10）：11-13.

（万润济、周鹏程、李亮《DWI结合SWI对急性脑梗死患者脑微出血的诊断价值》）

        传统影像学方法受限于分辨率低和对微小铁沉积敏感度低，不利于对脑微出血的检测，会影响脑微出血的及时诊断、临床治疗和病情监控。而SWI等影像技术的进步，使医生可以更精确地检测和定位脑的微小出血，为后续的临床治疗和病情监控提供极大帮助。SWI检测定位脑内微出血是依靠其对血液中铁的高敏感性。除此之外，脑内微出血的诊断对于某些神经退行性疾病的病理生理学提供重要科学价值。利用SWI技术不仅更全面地诊断、检测脑出血情况，而且扩展了医学影像学的边界，为脑血管疾病的诊断和治疗提供了全新的方法。

SWI 的优势在于其对血液降解产物如铁的高度敏感性，能够有效检测出即便是极微小的出血点 [16] 。 此外，这种组合方法在辨别出血与其他类型的脑病 变（如高信号的脑梗死区域）时能够显示出更高的 敏感度，吴传松等 [17] 报告了联合使用 DWI 与 SWI 在脑出血检测中的优越性，特别是在区分小型出血 与其他神经病理变化时的效果，这可能与 SWI 对微 小铁沉积的高敏感度有关。

[16]铁超恩，崔惠勤，李涛，等 . 磁敏感加权成像在急性缺血性 脑梗死检查中的应用价值 [J]. 医疗卫生装备，2017，38（5）： 86-88. [17] 吴传松，宛华，储昭宝，等 .MR-DWI 与 CT 对急性期脑 梗死合并脑微出血诊断的应用价值 [J]. 医学影像学杂志， 2023，33（10）：1886-1889.

（万润济、周鹏程、李亮《DWI结合SWI对急性脑梗死患者脑微出血的诊断价值》）

         SWI对血液降解产物（如铁）具有高度敏感性，可以检测出极微小的出血点；另外，与DWI联合使用时，在某些方面具有更高的敏感性：吴传松、宛华等在研究急性期脑梗死合并脑微出血时，联合使用了DWI和SWI，特别是在区分小型出血与其他神经病理变化时的效果，这很可能与SWI对微小铁沉淀高度敏感有关。

二、医学类

新生儿颅内出血

        缩写为NICH（全称：Neonatal intracranial hemorrhage）

NICH的病理、治疗意义 

        新生儿颅内出血（Neonatal intracranial hemorrhage,NICH）是新生儿时期严 重脑损伤的类型之一，尤其于早产儿中多见，临床预后较差，重症者死亡率高， 幸存者亦常遗留智力发育障碍、脑性瘫痪等神经系统后遗症。成人颅内出血 多见于血管畸形、外伤，而新生儿颅内出血则与胎龄、宫内窘迫、出生窒息、母 体因素等相关。国家二胎政策的开放，新生儿数量的增多，对围生期新生儿救治水平提出了更高的要求。新生儿颅内出血病因复杂，临床症状及体征缺乏特异性，寂静型颅内出血更可无临床症状及体征，故了解新生儿颅内出血相关病理生理基础，有助于疾病预防及早期、准确诊断，降低围产期新生儿病死率，改善患儿远期预后，以减轻患儿家庭及社会负担。

        （廖炎辉《磁敏感加权成像在新生儿出血性脑损伤中的应用研究》）

NICH的类型、发病原因 

        新生儿颅内出血依据部位的不同可分为多种类型，包括早产儿颅内出血中最常见的脑室 周 围-脑 室 内 出 血 (periventricular-intraventricular hemorrage, PVH-IVH) ， 又称为生发 基 质-脑 室 内 出 血 (germinal matrix hemorrhage-intraventricular hemorrhage,GM-IVH)、产伤性颅内出血中最常见的硬膜下出血（subdural hemorrhage,SDH）、多见于足月儿因小静脉栓塞后静脉性梗死导致的脑实质出血 (intraparenchymal haemorrhage,IPH) 、 小 脑出血 （cerebellar hemorrhage,CH）以及新生儿中十分常见的原发性蛛网膜下腔出血 （subarachnoid hemorrhage,SAH）。脑室周围-脑室内出血、脑实质出血、蛛网膜下腔出血等多与颅内脑组织缺氧有关，蛛网膜下腔出血多是由于脑组织缺氧引起的蛛网膜下腔毛细血管渗血，故对新生儿缺血缺氧性脑损伤中脑静脉改变的相关研究日益增多，有助于了解新生儿缺血缺氧性脑损伤的病理生理机制，以期可以指导临床治疗并为推测预后提供科学依据。

        （廖炎辉《磁敏感加权成像在新生儿出血性脑损伤中的应用研究》）

知识框架（该部分由deepseek辅助编写）

一、MRI核心原理

1. 物理基础

        原子核自旋与磁场

                氢质子（¹H）在外加静磁场（B₀）中定向排列，形成净磁化矢量。  

        拉莫尔频率

                质子进动频率与磁场强度成正比（ω=γB₀，γ为旋磁比）。  

        射频激发与共振

                射频脉冲（RF）以拉莫尔频率激发质子，产生横向磁化。  

2. 信号生成与弛豫 

        T1弛豫（纵向恢复）

                脂肪组织恢复快（短T1，高信号），液体恢复慢（长T1，低信号）。 

        T2弛豫（横向衰减）

                液体衰减慢（长T2，高信号），肌肉/脂肪衰减快（低信号）。  

        T2*效应

                磁场不均匀导致的快速信号衰减（影响GRE序列）。

3. 图像对比度控制

        TR（重复时间）

                控制纵向磁化恢复程度（长TR→T2权重，短TR→T1权重）。  

        TE（回波时间）

                控制横向磁化衰减程度（长TE→T2权重，短TE→质子密度/T1权重）。

二、MRI系统架构

组件 功能与类型

        主磁体

                超导磁体（1.5T/3.0T为主，7T用于科研）
- 永磁体（低场，0.2-0.7T，维护成本低） 

        梯度系统

                X/Y/Z梯度线圈，空间编码（频率/相位/层选）
- 切换速率（slew rate）决定扫描速度与噪声

        射频系统

                发射线圈（激发质子）
- 接收线圈（表面线圈、多通道相控阵，提升信噪比）

        计算机系统

                控制参数（TR/TE/FOV）
- 图像重建（傅里叶变换）与后处理（3D重建、DWI/PWI分析）

三、核心成像序列与技术

1. 基础序列

        SE（自旋回波）

                消除磁场不均匀影响，用于T1/T2加权成像，但扫描慢。

        GRE（梯度回波）

                快速成像，对磁场敏感（用于SWI检测出血、关节成像）。

        FSE/TSE

                多回波填充K空间，加速扫描（腹部、脊柱常用）。

2. 高级技术

        DWI（弥散加权）

                表观弥散系数（ADC）图区分急性脑梗死（高信号）与慢性病变。  

        MRA（磁共振血管成像）

                TOF法：血流流入增强，无需对比剂（颅脑血管常用）。

                对比增强MRA：钆剂缩短T1时间，显示细小血管。  

        fMRI（功能MRI）

                BOLD信号映射脑区激活（如术前语言区定位）。  

3. 对比剂应用

        钆剂（Gd-DTPA）

                增强T1信号（肿瘤、炎症强化显影）。  

        注意事项

                肾功能不全者慎用（NSF风险），新型大环钆剂安全性更高。  

四、临床应用场景

领域 典型应用

        神经科

                脑卒中（DWI超早期诊断）

                多发性硬化（T2高信号斑块）

                脑肿瘤（增强+灌注评估） 

        骨科

                半月板撕裂（高分辨率T2像）

                骨髓水肿（STIR序列抑制脂肪信号）

        腹部

                肝癌（动态增强+肝胆特异性对比剂）

                胰腺病变（MRCP显示胰胆管）

        心血管

                心肌瘢痕（延迟增强）

                先天性心脏病（无辐射评估解剖结构）

        科研与前沿

                7T MRI研究脑细微结构

                AI加速成像（如压缩感知技术缩短扫描时间）

五、MRI的优缺点对比

优势

        无电离辐射，可重复检查、

        卓越软组织对比（脑、脊髓、关节）

        多参数、多平面成像（任意切面）

        功能成像（fMRI/DWI/MRS）

局限性

        扫描时间长（30-60分钟），儿童/焦躁患者需镇静

        对运动敏感（呼吸、肠蠕动导致伪影）

        禁忌症：非兼容金属植入物、幽闭恐惧症

        成本高（设备+维护）

六、安全规范与禁忌

1. 绝对禁忌

        非MRI兼容心脏起搏器、颅内动脉瘤夹（铁磁性）。  

        眼内金属异物（如金属碎屑）。  

2. 相对禁忌

        妊娠早期（钆剂潜在风险，非增强MRI可酌情使用）。  

        严重肾功能不全（eGFR<30，禁用钆剂）。  

3. 操作规范

        筛查表

                详细询问植入物、手术史、过敏史。  

        听力保护

                梯度噪声可达110dB，需佩戴耳塞。  

注：实际应用中需结合患者具体情况（如年龄、病情、设备参数）选择最佳扫描方案，并严格遵循安全指南。

七、未来技术趋势

1. 超高场强（7T+）：

        提升信噪比与分辨率（研究脑皮层微结构）。  

2. AI驱动：  

        图像重建加速（如Google的RAVEN技术）。  

        病灶自动分割（辅助诊断肿瘤、退行性疾病）。  

3. 便携式MRI：

        低场（0.05-0.2T）设备用于急诊/ICU（如Hyperfine系统）。